在廣東省環境保護廳《南（nán）粵水更（gèng）清行動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方某城鎮汙水處理廠亟需擴建及提標（biāo）改造。該汙水廠（chǎng）現狀預留用（yòng）地有限,因此,需考慮節省占（zhàn）地的汙水處理（lǐ）工藝（yì）,如多段AO、曝氣生物濾池（chí）、移動床生（shēng）物膜反應（yīng）器(MBBR)及膜生物反應（yīng）器(MBR)工藝。本工程經過技術經濟（jì）比選,采用MBBR及MBR組合工藝,在有限的用（yòng）地中同時實現汙水處理廠的擴建及（jí）提標改造。

       01 汙水處理廠現狀（zhuàng）及設計難點

       1.1 汙水處理廠現狀

       汙水廠現（xiàn）狀規模為1.5萬m3/d,二級處理采用AAO生物（wù）池+二沉池,深度處理為砂濾池,消毒采用（yòng）紫外線（xiàn）,出水（shuǐ）排放（fàng）標準（zhǔn）執行廣東省地方標準《水汙染（rǎn）物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時段一級標準和*標準《城（chéng）鎮汙（wū）水處理廠汙染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標準中的較嚴值。具體設計進出水水（shuǐ）質如表1所示。
       1.2 設計難點分（fèn）析

       汙水（shuǐ）廠總規模為4.5萬m3/d,一期已（yǐ）建設1.5萬m3/d,因此,本次工（gōng）程需擴建3萬m3/d的汙水處理設施。同時,設（shè）計出水（shuǐ）水質需執行《地表水環境質量標準》中V類水標準(TN除外)。原規劃中（zhōng）該汙水廠（chǎng）的總規模為（wéi）3萬m3/d,廠內預留用地僅按1.5萬m3/d的汙水規模預留。因此,本工程的主要設計難點為需在有限的用地（dì）中（zhōng）同時完成擴建以及提標。02汙（wū）水處理（lǐ）廠設計進出水水質通過對該廠一期實（shí）際進出水水質進行數理統計分析綜合確定本次擴建及提標改造（zào）設計進水水質。二期設計（jì）進水水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了SS、TN、氨氮,TP維持（chí）不（bú）變。設計出水水質（zhì）則根據排水水體水質目標（biāo）確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠擴建及提標改（gǎi）造設（shè）計思路

       本次工程進出水（shuǐ）水質較一期工程有較大變化,且需要在有限的用地內同時完成汙（wū）水廠擴建及提標。因此,設計思路為：

       (1)對一期工程處理能力（lì）進行校核,推測其在（zài）滿負荷且進（jìn）水（shuǐ）水質達到設計值時是否能達到設計出水標準,充分挖潛現狀處理能力（lì）並利用現（xiàn）狀構築物（wù）進行改（gǎi）造升級;

       (2)二期新建工程采用占地規模節約（yuē）的高效處理工藝,新增構築物盡（jìn）可能采用組（zǔ）合體的形式布置。

       3.1 一期工程提標改造方案

       通過對（duì）汙水處（chù）理廠生物池、二沉（chén）池、深度處理段（duàn）處理能力進行理論計（jì）算得出如下校核結果。

       汙（wū）水處理廠一（yī）期工程在（zài）滿負（fù）荷及設計（jì）進出水水質的條件（jiàn）下,汙（wū）泥負荷、供氧（yǎng）量及生物池（chí）的厭氧區、缺氧區容積均滿足要求。生物（wù）池的好（hǎo）氧區容積偏小,約為理論計算值（zhí）的70%。SS及TP均能（néng）達到設計出水水質標（biāo）準。因此,一期（qī）工程在改（gǎi）造上應重點考慮對生物池好氧區的加強,加強對CODCr及BOD5的去除效果。

       在進水可生化性較好的情況下,對CODCr和BOD5的去除一般采用活（huó）性汙泥法或生物膜法。活性汙泥（ní）法（fǎ）有氧化溝、AAO等工藝,生物膜法則有曝氣生物濾池、接（jiē）觸（chù）氧化池、MBR等工藝。其中應用於深度處理的主要是生物膜法。基於充分利用現狀構築物的原則,可對一期砂濾池或生物池進行改造。提出如下兩種方案（àn）：

       (1)通過將砂濾池改造為曝氣生物濾池（chí）,進一步降低水中的BOD5及CODCr。但一期（qī）砂（shā）濾池池體總高（gāo）度僅為4.40 m(排水槽（cáo）頂端距離（lí）濾（lǜ）板高度僅1.75 m),不（bú）具備改造的（de）條件,因此,隻能對其拆除重（chóng）建。

       (2)將一（yī）期生物（wù）池改造為MBBR工藝,即通過在（zài）一期好氧區內投加生物填料以提高池內（nèi）生物量,從而增強處理效率。該方（fāng）案*大的優勢是無需新增用（yòng）地,在不停（tíng）產減產的（de）情況下實現汙水廠的提標。對兩種方案進行（háng）技術經濟比較,結果如表（biǎo）3所示。

       根據上述（shù）比較,方案（àn）二在占地、工程投資及運行費（fèi）用上均低於方案一,且方案一在建設期需拆（chāi）除現狀砂濾池,對汙水廠運行會產生影響（xiǎng）。綜上,采用MBBR工藝對（duì）現狀生物池進行原（yuán）位升級改造,將生物池改為（wéi）生物（wù）膜-活性汙泥複合工藝。該方案具有無需新建反（fǎn）應池（chí）、節約占地、易於實施改造、工期短、活性汙泥濃度高、處（chù）理效（xiào）率高、節（jiē）省曝氣量、增強汙（wū）泥（ní）穩定性（xìng）、降低（dī）運行費用和基建投資（zī）等優點,目前,已在國內多個汙水廠的改造和新（xīn）建項目上采用並取得了較好的效果。

       3.2 二期擴建（jiàn）工程方案（àn）

       在汙水（shuǐ）廠實際出水水質保證率為95%的條件下,CODCr質量濃度為38 mg/L,SS質量濃度為18 mg/L,氨氮質（zhì）量濃度為2.80 mg/L,TN質量（liàng）濃度為16.32 mg/L,TP質量濃度為0.46 mg/L,對比二（èr）期設計出水水質及現狀實（shí）際出水水質,CODCr、SS、氨氮較易達到出水標準（zhǔn）,因此,確定二期提標改造工程的主要目標汙染物為TN(質（zhì）量濃（nóng）度≤15 mg/L)及TP(質量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通常采用生物處理（lǐ）,TP則可通過生物處理輔以化學處理去（qù）除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水規模預留用地上建設3萬m3/d的汙水處理設施,且出（chū）水水質需達到《地表（biǎo）水環境（jìng）質量標準》中（zhōng）V類標準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深度處理工藝占地較大,難以（yǐ）滿足擴（kuò）建需求,因此,選擇高效澄清池（chí）+生物濾池(前置反（fǎn）硝化濾池+硝化濾池+後置反硝化濾池)工藝及（jí）AAO+MBR工藝進行技術經濟比較,結果如表4所示。
       根據上述（shù）比較,方案二雖然直接運行費用略高,但占地及工程投資均小於方案一,且MBR工藝對出水SS更有保障。此外,廠內二期預留用地僅為6368 m2,若采用方案一,則（zé）無（wú）多餘用地建設預處（chù）理、碳源加藥間等（děng）生產構築物,因（yīn）此,采用方案二(AAO+MBR)作為擴建工程的汙水處理工藝。該工藝流程短,處理（lǐ）效率高,節約用地的同（tóng）時出水水質優於傳統深度處理,部分指標達到（dào）地表水Ⅳ類,可直接回用。同時,膜（mó）池（chí）較高的混合液（yè）回流比可提高生物池汙（wū）泥濃度,延長汙泥齡,提高處理效率的同時（shí）減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝流程

       汙水經粗格柵及提升泵房提升後,通過配水井分配至一期與二期（qī）進行處理,工藝流程如圖（tú）1所示。
       3.4 平麵布置及豎（shù）向設計

       汙水廠（chǎng）平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組合池及（jí）碳源投加間位於廠區北側預留空地上,汙泥濃縮池、貯泥池及脫水車間布置於（yú）一（yī）期砂濾池及機修間北（běi）側,二期紫外消毒渠位於一期紫外消毒渠北側預留用地。
       汙水（shuǐ）廠豎向設計如圖3所（suǒ）示。廠坪標高為2.30 m,汙水廠進水（shuǐ）通過泵（bèng）房提升至總配水井,水位標高為6.90 m,尾水經紫外消毒後水麵標高為2.40 m,在受納水（shuǐ）體為常水位時自流排放,為洪水位的時候通過（guò）泵提升（shēng）排放。

       04 主要構築物設計參數

       4.1 總配水（shuǐ）井

       采（cǎi）用管道配水的方式難以將（jiāng）進廠汙（wū）水按設計規模均（jun1）勻分配至一期、二期生產線,因此,新建（jiàn）總配水一座,均勻分配汙水處理廠汙水（shuǐ）。設（shè）計流量Q=2550 m3/h,總（zǒng）體尺寸L×B=5.50 m×4.00 m,高度H=5.20 m,分兩格（gé）,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池及膜格柵

       為充（chōng）分節約用地,將（jiāng）3座構（gòu）築物采用組合池的形式布置,各構築物具體設計如下。

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程采用（yòng）回轉式細格柵,運行效果良好,因此,為（wéi）方（fāng）便運營管理,本期工程延用同類型細格柵,設計流（liú）量Q=1700 m3/h,設置2道格柵流槽（cáo）,渠（qú）寬為1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋（xuán）流沉砂池

       常（cháng）用的沉砂池形式有曝氣沉（chén）砂池和（hé）旋（xuán）流沉（chén）砂池,前者可通過調節曝氣量控製（zhì）汙水在池內的旋（xuán）流（liú）速度（dù）,因而處理效果更加穩（wěn）定。但曝氣會去除部分有機物減少碳源,因此,當進水（shuǐ）碳源缺（quē）乏且采用生（shēng）物脫氮除磷（lín）工藝時,盡量避免采用曝氣（qì）沉砂池。旋（xuán）流沉砂池則具有占地麵積小,處理效率高（gāo）的優點。考慮到汙水廠實際進水碳（tàn）氮比較低且（qiě）用地緊張,二期工程采用旋流沉砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水力停留時間為80.5 s。在水力停留時間的選取方（fāng）麵,規範要（yào）求大於30 s即可,而汙水廠一期現狀（zhuàng）沉砂池在高峰流量時,除砂效果（guǒ）較差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現（xiàn）狀運（yùn）行人員反饋,當停留時（shí）間大於1 min時,除砂效果較好。

       (3)膜格（gé）柵

       為進一（yī）步保護後序膜處理單元（yuán）,需在旋流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步降低（dī）汙水中SS的含量,降（jiàng）低細小纖維狀物質對膜的破壞風險。本工程采（cǎi）用內徑流孔板格柵,設計流量Q=1700 m3/h,設置3道格柵流槽,渠寬為1.60 m,柵（shān）條間隙為1 mm。

       4.3 AAO+MBR生物池

       該構築（zhù）物是汙水處理廠的核心處理構築物,采用組合池的形式布置,主要設計參數結合規（guī）範、設計經驗及廠家設備性能綜合確定,具體如表5所示。
       汙水廠進水（shuǐ）碳氮比（bǐ）(2.38∶1.00)較低（dī）,為了盡量減少碳源的（de）消耗,保（bǎo）證脫氮效果,設計在滿足規範要求的情況下適當縮短了厭氧區的（de）停（tíng）留時間。根據MBR工藝特點,適（shì）度增加（jiā）反應池內汙泥濃度,減少好氧區容積,以節約投資和（hé）占（zhàn）地。

       4.4 MBBR生物池(一期生物池改建)

       出水水質標準提（tí）高後,一期（qī）生物池（chí）好氧段池容不足,因此,考（kǎo）慮（lǜ）向好氧區投加生物填料,將一期生物池（chí）改（gǎi）造為MBBR生物池。填料設計投加量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵積≥800 m2/m3,材（cái）質為高密度聚乙（yǐ）烯(HDPE)。為（wéi）保證填料在（zài）池（chí）內正（zhèng）常的流態化,需在好氧區增設輔助穿孔（kǒng）曝氣管,輔助曝氣量為（wéi）20 m3/min。同時,為避免（miǎn）填料隨水流（liú）流失需在好氧區進出口增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外消（xiāo）毒渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外（wài）消毒池,本期由於出水標準提高（gāo）,需（xū）更換紫外燈組,同時新建一座紫外消毒池(規模為3.0萬（wàn）m3/d)。根據規範提供的參考值（zhí）,當汙水廠尾水為再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期土建（jiàn）進行複核,可將消毒渠二次澆注（zhù）部分由720 mm擴寬至（zhì）1000 mm,消毒模架（jià）由（yóu）之前的8個增加至10個,配置紫外線燈管數（shù）量（liàng）由之前的64隻提高到88隻,則紫外線劑量由之前的20.2 mJ/cm2提高到26.4 mJ/cm2,滿足規範要求。二期新建紫外消毒渠土建尺寸與一期一致,共設21個紫外消毒模塊,每個模塊含紫外線殺菌燈數8支,紫外線劑量滿足規範要求。

       4.6 泥處理設施

       本工（gōng）程設計絕幹泥量（liàng）為6.28 t/d,其中（zhōng）剩餘汙泥為5.93 t/d,化學汙泥為0.35 t/d,設計萬噸（dūn）水產泥量（liàng）為1.39 t。汙泥處理工藝流程為（wéi）濃縮池+貯泥池+板框壓（yā）濾機（jī）,設計泥餅（bǐng）含固率為40%。

       設計采用2座池（chí）徑為10 m的汙泥濃縮池,固體負荷為（wéi）40 kg/(m2·d)。

       本工程在汙泥濃縮池及汙泥脫水車間之間設置（zhì）2座（zuò）貯泥（ní）池以平衡（héng）汙水廠排泥的（de）不均勻性,單（dān）座（zuò）平麵尺寸為4 m×4 m,有效水深為3.5 m,總有效容積為112 m3,可存放（fàng）壓（yā）濾機1～2個（gè）批次的泥量。

       脫水機房麵積為282.95 m2,安裝（zhuāng）兩台過（guò）濾麵積（jī）為250 m2的板（bǎn）框式壓濾機,總（zǒng）功率N=10.3 kW,單台設備處理能力為每批次0.6～1 t。壓濾機1 d運（yùn）行4個批次,每個批次4 h,單台（tái）工作時間為（wéi）16 h,兩台同（tóng）時使用。汙（wū）泥調理采用生石灰+三氯化鐵（tiě）組合方式進行調理。生石灰投加量按每噸幹汙（wū）泥100 kg考慮,三氯化鐵溶液(有效含量（liàng）為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施（shī）

       除臭設施采用離子除臭工藝,共設3套除（chú）臭設備。其（qí）中,1號除臭設備對二期細格柵及（jí）沉砂池、膜格柵及二期厭氧進行除臭,除臭風量Q=5000 m3/h,功率N=10.2 kW;2號除臭設備對一期細格（gé）柵及沉砂池、一期粗格柵及進（jìn）水（shuǐ）泵房、一期厭氧池及二（èr）期總配水井進行（háng）除臭（chòu）,除臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號（hào）除臭設備對二期汙泥濃縮池、貯泥池、汙泥脫水車（chē）間進行除臭,除（chú）臭風量Q=12000 m3/h,功率（lǜ）N=16.9 kW。處理後的臭氣經排放管排放至15 m高空。

       05 效果分析

       5.1 用地指標分析

       汙水廠噸水占地麵積為0.66 m2,根據*新出版（bǎn）的《城市汙水處理（lǐ）工程項目建設標準》(建標 198-2022)中的相關要求,規（guī）模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級（jí）處理+深度（dù）處理用地（dì）指標（biāo）不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵積較標準要求節約（yuē）57.4%,實現了（le）土地利用率的大幅度提高。

       5.2 運行效果分析

       (1)水質分析

       汙水廠自2020年運行以來平均處理水（shuǐ）量為37221萬m3/d,保證（zhèng）率為95%時處理水量（liàng）為40411萬m3/d,水量負荷率（lǜ）為（wéi）89.8%,實際進出水水（shuǐ）質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基（jī）本達到設（shè）計（jì）值的情況（kuàng）下,出水水（shuǐ）質可穩定達到《地（dì）表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部分出水水質指標達（dá）《地表水（shuǐ）環境質量標（biāo）準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時運（yùn）行較為穩定。

       為（wéi）了檢驗一期生物池改造為MBBR工藝後的運行效果（guǒ）,對其改造前後實際（jì）進出水中BOD5及TN進（jìn）行分析,結果如表（biǎo）7所示。
       一期工程改（gǎi）造完（wán）成後,在95%保證（zhèng）率的情況下,BOD5的去除率由71.02%提（tí）升（shēng）至92.24%,TN的去除率由16.60%提升至57.23%。分析認為（wéi）通過在好氧（yǎng）區投加生（shēng）物填料一方麵提高了活性汙泥的濃度（dù）,另一方麵（miàn）填料表麵附（fù）著生（shēng）長的生物膜具有（yǒu）較長的汙泥齡,有（yǒu）利於世代時間較長的硝化菌生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提（tí）升。

       (2)電耗、藥耗分（fèn）析

       汙水廠電費（fèi）為0.275元/m3(噸水電（diàn）耗為0.43 kW·h),藥劑費為0.0885元（yuán）/m3(主要使用藥劑聚合硫酸鐵、乙酸（suān）鈉、生石（shí）灰、三氯（lǜ）化鐵、次氯（lǜ）酸鈉及檸檬（méng）酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水（shuǐ）廠一期改造後工藝為MBBR生物池+二沉池+砂濾（lǜ）池,萬噸（dūn）水產泥量（liàng）為1.09 t;二期工程（chéng）新建工藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約為前者的58.7%。因此（cǐ）,MBR膜工（gōng）藝較（jiào）MBBR工藝更能（néng）有效減少剩餘汙泥排（pái）放量（liàng）。

       06 結（jié）論與建議

       (1)在不改變生物池（chí）土建主體結構（gòu）的前提下,通過在好氧區投加生物填料將AAO生物池改（gǎi）造為MBBR生物（wù）池,進一步提高對BOD5的去除,出（chū）水（shuǐ）水質全麵提升至《地表水環境質量標準》中V類（lèi）標準（zhǔn）(TN除（chú）外)。目前（qián）,工（gōng）藝運行良好,出水水質穩（wěn）定達標。

       (2)本工程在預留用地極其有限（xiàn）的條件下,通過技術經濟比選後采用MBBR工藝以及MBR工藝對汙水處理廠進（jìn）行提標及擴建,同時新建預處理及生物處理構築（zhù）物均采用組合池的形式布置,噸水占地麵積為0.66 m2,較*新標準要（yào）求用（yòng）地節約57.4%,大幅提（tí）高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效減少（shǎo）剩餘汙泥排放量,前者排（pái）放的剩餘汙泥量約為後（hòu）者的58.7%。當MBR工藝在膜（mó）通量為19.84 L/(m2·h)時（shí）,出水水質穩定,可為同類（lèi）型汙水處理廠的設計改造提（tí）供參考與借（jiè）鑒。

       (4)二期設計中將旋流沉砂池水力停留時間延長至（zhì）80.5 s,實際運行（háng）中除砂效果（guǒ）較（jiào）穩定,建（jiàn）議水量波動較大的汙水廠選用該池型時,停留時間至少大於1 min。

       (5)目前進水濃度尚未完全達（dá）到設計值,尤其是BOD5及SS,因此,產泥量較低。待後期服務範圍內管網完善,進水濃度進一（yī）步提高後,需重點關注沉砂池的運行效果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處理費（fèi）用。