在（zài）廣東省環境保護廳《南粵水（shuǐ）更清行動計劃(2017-2020年（nián）)》的背景下,南方某城（chéng）鎮汙水（shuǐ）處理廠（chǎng）亟需擴建（jiàn）及（jí）提標改造。該汙水廠現狀預留用地有限,因此,需考慮節省占地的汙水處理工藝,如多段AO、曝氣生物濾池（chí）、移動床生物膜反應器(MBBR)及膜（mó）生物反應（yīng）器(MBR)工藝。本工（gōng）程經過（guò）技術（shù）經濟比選,采用MBBR及MBR組合工藝（yì）,在有限的用地中同時（shí）實現汙水處理廠的擴建及提標改造。

       01 汙水處理廠現（xiàn）狀及設計難點

       1.1 汙水處理廠現狀

       汙（wū）水廠現狀規模為（wéi）1.5萬（wàn）m3/d,二（èr）級處理采用AAO生物池（chí）+二沉池,深度處理為砂濾池（chí）,消毒（dú）采用紫外線,出水排放標準執行廣東省（shěng）地方標準《水汙染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時段一級標準（zhǔn）和*標準（zhǔn）《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標準中的較嚴（yán）值（zhí）。具體設計進出水水質如表1所示。
       1.2 設計難點分析

       汙水廠總規模為4.5萬m3/d,一期已（yǐ）建設1.5萬m3/d,因此,本（běn）次工程（chéng）需擴建3萬m3/d的汙水處理設施。同（tóng）時,設計出水水質需執行《地表（biǎo）水環境質量標準》中V類水標準(TN除（chú）外（wài）)。原規劃中該汙水廠的總規模為3萬m3/d,廠內預留用地僅按1.5萬m3/d的汙水規模（mó）預留。因此,本工程（chéng）的（de）主要（yào）設計難點為需在有限的用地中同時完成擴建以及提標。02汙水處理廠設計進（jìn）出水水質通過對該廠一期實際進出水水質進行數理（lǐ）統（tǒng）計分析綜合確定本次（cì）擴建及提標改造設計進水水質。二（èr）期設計（jì）進水水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨氮,TP維持不變。設計出水水質則根據排水水體（tǐ）水質目（mù）標確定,具體（tǐ）如表2所示。
       03 汙水處（chù）理廠擴建及提標（biāo）改造設計思路

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

       (1)對（duì）一期工程處（chù）理能力進行校核,推測其在滿負荷且進水水（shuǐ）質達到設計值時是否能達到設計出水標準（zhǔn）,充分挖潛現狀（zhuàng）處理能力並利用現狀構（gòu）築物進行（háng）改造升級;

       (2)二期新建工程采用占地規模節約的高效處理工藝,新增構築（zhù）物盡可能（néng）采用組合體（tǐ）的形式布置。

       3.1 一期（qī）工程提標改造方案

       通過對汙水處（chù）理廠生物池、二沉池、深度處理段處理能力進行理論計算得出如下校核結果。

       汙水處理廠一期工程在滿負荷及設計進出水水質的條件下,汙泥負荷、供氧量及生物池的厭氧（yǎng）區、缺氧區容積均滿足要求。生物池的好氧區容積（jī）偏小,約為理論計算值的70%。SS及TP均能達到設計出水水質標準。因此,一期工程在改造上應重點考慮對生物池好氧區的加（jiā）強,加強對（duì）CODCr及BOD5的去（qù）除效果。

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

       (1)通過將砂濾池改造為曝氣生物濾（lǜ）池,進一步降低水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總高度僅為4.40 m(排水槽頂端距離濾板高度僅1.75 m),不具備改造的條件,因此,隻能對（duì）其拆除（chú）重建。

       (2)將一期生物池改造為MBBR工（gōng）藝,即（jí）通過在一期好氧區（qū）內投加（jiā）生物填料以提高池內生物量,從而增強處（chù）理（lǐ）效率。該方案*大的優勢是無需新增用（yòng）地,在不停產減產的情（qíng）況下實現汙水廠的提標。對兩種方（fāng）案進行技術經濟比較,結果如表3所示。

       根據上述比較,方案二在占地、工（gōng）程投資及運行費用上均低於方案一,且方案一在建設期需（xū）拆除現狀砂濾池,對汙（wū）水廠運行會產（chǎn）生影響。綜（zōng）上,采用MBBR工藝對現狀生物池進行原位升級改造,將生物池改為生物膜-活性汙泥複合工藝。該（gāi）方案具有無（wú）需新建（jiàn）反應池、節約占地、易於實施改造、工期短、活性汙泥濃度高、處理效率高、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低運行費用和基建投資等優點,目前,已在國內多個汙水廠的改造（zào）和新建項目上采用並取得（dé）了較好的效（xiào）果。

       3.2 二（èr）期擴建工程方案

       在汙水（shuǐ）廠實際出水水質保證率為95%的條件下,CODCr質量濃（nóng）度為38 mg/L,SS質量濃度（dù）為18 mg/L,氨氮質量濃度為2.80 mg/L,TN質量濃（nóng）度為16.32 mg/L,TP質量濃度為0.46 mg/L,對比二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（dào）出水標準,因此,確定二期提標（biāo）改造工程的主要目（mù）標汙染物（wù）為TN(質量濃度≤15 mg/L)及TP(質（zhì）量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除（chú）通常采用生物（wù）處理,TP則可（kě）通過生物處理輔以化學處理去除。擴建工程需在1.5萬（wàn）m3/d的汙水規模預留用地上建設（shè）3萬m3/d的汙水（shuǐ）處理設施（shī）,且（qiě）出水（shuǐ）水質需（xū）達到《地表水環境質量標準》中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（dì）較大,難（nán）以滿足擴（kuò）建需求,因此,選（xuǎn）擇（zé）高效（xiào）澄清池+生物濾池(前置反硝化（huà）濾池+硝化濾池+後置反硝（xiāo）化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經濟比較,結果如（rú）表4所示（shì）。
       根據上述比（bǐ）較,方案（àn）二雖然直接運行費用略高,但占地（dì）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（yù）留用地僅為6368 m2,若采用（yòng）方（fāng）案一,則無多餘用地建設預處理、碳源加藥間等生產（chǎn）構築物,因此,采（cǎi）用方案二(AAO+MBR)作為擴建工程的（de）汙水處理工藝。該工藝流程短,處（chù）理效率高,節約用地的同時出水水質優於傳統（tǒng）深度處理,部分指標達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同時,膜池較高的混合液回（huí）流比可提高生物池汙泥濃度（dù）,延（yán）長汙（wū）泥齡,提高處理效率的（de）同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝（yì）流程

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

       汙水廠平麵（miàn）布置如圖2所示。二期預（yù）處理組合池、AAO+MBR組合池及碳源投加間位於廠區北側預留空地上（shàng）,汙泥濃縮池、貯泥池及脫（tuō）水車間布置於一期砂（shā）濾池及機修間北（běi）側,二期紫外消毒渠位於一期紫外消（xiāo）毒渠北側預留用地。
       汙水廠豎向設計如圖3所示。廠坪標高為2.30 m,汙水廠進水通過泵房提升至總配水井,水位標高為6.90 m,尾水經紫外消毒後水麵標高為2.40 m,在受納水體為（wéi）常水位時自流排放,為洪水位的時候通（tōng）過泵提升排（pái）放（fàng）。

       04 主要構築物設計（jì）參數

       4.1 總配水井

       采（cǎi）用管道配水的方式難以將進（jìn）廠（chǎng）汙（wū）水按設計規模均勻分配至一期、二期生產線,因此,新建總配（pèi）水（shuǐ）一座,均勻分配汙水（shuǐ）處理廠汙水（shuǐ）。設計流量（liàng）Q=2550 m3/h,總體尺寸L×B=5.50 m×4.00 m,高度H=5.20 m,分兩格,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池及膜格柵（shān）

       為充分節約用地,將3座構築物采用（yòng）組合池的形式布置（zhì）,各構築物（wù）具體設計如（rú）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,為方（fāng）便運營管理,本期工程延用同類（lèi）型細格柵,設計流量Q=1700 m3/h,設（shè）置2道格（gé）柵流槽,渠寬為1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂池

       常用的沉砂池形式有曝氣沉砂池和旋流沉（chén）砂池,前者可（kě）通過調節曝氣量（liàng）控製汙水在池內的旋流速度,因而（ér）處理效果更（gèng）加穩（wěn）定。但（dàn）曝氣會去除部分（fèn）有（yǒu）機物減少（shǎo）碳（tàn）源（yuán）,因此,當進（jìn）水碳源缺乏且采用生物脫氮除磷（lín）工（gōng）藝時,盡量避免采用曝氣沉砂池。旋流沉砂池則具有占地（dì）麵積小,處理效率高的（de）優點。考慮到汙（wū）水廠（chǎng）實際進水碳氮比較低且用地緊張,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麵,規範要求大於30 s即可,而汙水廠一期現狀沉砂池在高（gāo）峰流量（liàng）時,除砂效果較差（chà）,反算此時的停留時間為（wéi）30.3 s。根（gēn）據現狀運行人員反（fǎn）饋,當停留時間大於1 min時（shí）,除砂效果較好。

       (3)膜格柵

       為進一步保護後序膜處理單元,需在旋（xuán）流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步（bù）降低汙水中SS的含量,降低細小纖維狀物質對膜的破（pò）壞風險。本工程采（cǎi）用內徑（jìng）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,柵條（tiáo）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（chí）的形式布置,主要設計參數（shù）結合規範、設計經驗及廠家設備性（xìng）能綜合確定,具體如表（biǎo）5所示。
       汙水廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為了盡量（liàng）減（jiǎn）少碳源的消耗,保證脫氮效果,設計在滿足規範要（yào）求的（de）情況下適當縮短了厭氧（yǎng）區的停留時間。根據MBR工藝特點,適度增加（jiā）反應池內汙（wū）泥濃度,減少好氧區容積,以節約投資（zī）和占地。

       4.4 MBBR生物池(一期生（shēng）物池改建)

       出水水質標準提高後,一期生物池好氧段池容不足,因此,考慮向好氧區投加生物（wù）填料,將一期生物池（chí）改造為MBBR生物（wù）池。填料設計投加量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比（bǐ）表麵積（jī）≥800 m2/m3,材質為高密度聚乙烯(HDPE)。為保證填料在池內正常的流態化,需在好氧區增設輔助穿孔曝氣管,輔助曝（pù）氣量為20 m3/min。同時,為避免（miǎn）填料隨水流流失需在好氧區進出口增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒（dú）渠

       一（yī）期已建（jiàn）1座(1.5萬m3/d)紫外消毒池,本期（qī）由於出（chū）水標準提高,需更換紫外燈組,同時新建一座紫外消毒池(規模為3.0萬m3/d)。根據規範（fàn）提供的參考值,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（duì）一期土建進行複核,可（kě）將消毒渠二次澆注部分由720 mm擴寬至1000 mm,消毒模（mó）架由之前的8個增加至10個,配置紫外線（xiàn）燈管數量由之（zhī）前的64隻提高（gāo）到88隻,則紫外線劑量由之前的（de）20.2 mJ/cm2提高到26.4 mJ/cm2,滿足規範要求。二期新（xīn）建紫外（wài）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（mó）塊含紫外線殺（shā）菌燈數（shù）8支,紫外線劑量滿足規範要求。

       4.6 泥處理設施

       本工程（chéng）設計（jì）絕幹泥量為6.28 t/d,其中剩餘汙泥為5.93 t/d,化學（xué）汙泥為0.35 t/d,設計萬噸水產泥量為1.39 t。汙泥處理工藝流程為濃縮池+貯泥池+板框壓濾機,設計泥餅含（hán）固率為40%。

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

       本工程在汙泥（ní）濃縮池（chí）及汙泥脫水車間之間設置2座貯泥池以平衡汙水廠排泥的不均勻（yún）性,單座平麵尺（chǐ）寸為4 m×4 m,有（yǒu）效水深為3.5 m,總有效（xiào）容積為112 m3,可存放壓濾機1～2個批次（cì）的泥量。

       脫（tuō）水機房（fáng）麵積為（wéi）282.95 m2,安（ān）裝（zhuāng）兩台（tái）過濾麵（miàn）積（jī）為250 m2的板框式壓濾機,總功率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運行4個批次,每個批次4 h,單台工（gōng）作時間（jiān）為16 h,兩台同時使用。汙泥調理采用生石灰+三氯化鐵組合（hé）方（fāng）式進行調理。生石灰投（tóu）加量按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯化鐵溶液(有效含量為10%)投加量按每噸（dūn）幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施

       除臭設施（shī）采用離子除臭（chòu）工藝,共設3套除臭設（shè）備。其中,1號除臭設備對二期細格柵及沉砂池、膜格柵及（jí）二期厭氧進行除臭（chòu）,除臭風（fēng）量（liàng）Q=5000 m3/h,功（gōng）率N=10.2 kW;2號除臭設備對一期細格柵及沉砂池、一期粗（cū）格柵及進水泵房、一期厭氧池及二期（qī）總配水井（jǐng）進行除臭,除臭風量Q=8000 m3/h,功（gōng）率N=14.55 kW;3號除臭設備對二（èr）期汙泥濃縮池、貯（zhù）泥池、汙泥脫水車間進（jìn）行除臭,除臭風（fēng）量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處理後的臭氣經（jīng）排放管排放至15 m高（gāo）空（kōng）。

       05 效果分析（xī）

       5.1 用地指標（biāo）分析

       汙水廠（chǎng）噸水占地麵積為0.66 m2,根據*新出版的《城市汙水處理工程項目建設標準》(建標 198-2022)中（zhōng）的相關（guān）要求,規（guī）模在5萬m3/d以下的汙水處理（lǐ）廠,二級處理+深度處理用地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地（dì）麵積較標準要求節約57.4%,實現了（le）土（tǔ）地利用率的大幅度提高。

       5.2 運行效果（guǒ）分析

       (1)水質分析

       汙水（shuǐ）廠自2020年運行以來平均處理（lǐ）水量為37221萬m3/d,保證率為（wéi）95%時（shí）處（chù）理水量為40411萬m3/d,水量負荷率（lǜ）為89.8%,實際進（jìn）出水水質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基本達到設計值的情況下（xià）,出（chū）水水質可穩定達（dá）到《地表水（shuǐ）環境質（zhì）量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外（wài）),部分出水水質指標（biāo）達《地表水環境質量（liàng）標準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當MBR工藝（yì）在膜通量為19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為了檢驗（yàn）一期生物池（chí）改造為MBBR工藝（yì）後的運（yùn）行效果,對其（qí）改造前後實際進出水中BOD5及TN進（jìn）行分析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保證率的（de）情況下,BOD5的去除率由71.02%提升至92.24%,TN的去除率由16.60%提升至57.23%。分析認為通過在好氧區投加生物填料一方麵提高了（le）活性（xìng）汙泥的濃（nóng）度,另一方麵填料表麵附著生長的生物膜具有較長的汙泥（ní）齡,有利於世代時間較長的（de）硝化菌生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升。

       (2)電耗、藥（yào）耗分析

       汙水廠電費為0.275元/m3(噸水電耗（hào）為0.43 kW·h),藥（yào）劑費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合硫酸鐵、乙酸鈉、生石灰、三氯化鐵（tiě）、次氯酸鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工藝（yì）為MBBR生物池+二沉池+砂濾池,萬噸（dūn）水產泥量為1.09 t;二期（qī）工程新建工藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約為（wéi）前者（zhě）的58.7%。因（yīn）此（cǐ）,MBR膜工藝（yì）較MBBR工（gōng）藝（yì）更能（néng）有效減少剩餘汙泥排（pái）放量。

       06 結論與（yǔ）建（jiàn）議

       (1)在不改變生物池土建主體結構的前提下,通過在好氧區投加生物填料將AAO生物池改造為MBBR生（shēng）物池,進一步提高對BOD5的（de）去除,出水水質（zhì）全（quán）麵提升至《地表（biǎo）水環境質量標準（zhǔn）》中V類（lèi）標準(TN除外)。目前,工藝運行良好,出水水質穩定達標。

       (2)本工程在預留用地（dì）極其有限的條件下,通過技術經濟比選後采用MBBR工（gōng）藝以及MBR工藝對汙水處理廠進行提（tí）標（biāo）及擴建,同時（shí）新建預處理及生物處理構築物均采用組（zǔ）合池的形式布置,噸水占地麵積為0.66 m2,較*新標準要求用地節約57.4%,大（dà）幅提高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效減少剩餘汙泥排放量,前者排放的剩餘汙泥量約為後者的58.7%。當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時,出水水質穩定,可為同類型汙（wū）水處理廠（chǎng）的設計改造提供參考與借鑒。

       (4)二期設計中將旋流沉砂池水力（lì）停留時間延長至80.5 s,實際運行（háng）中除砂效果較穩定（dìng）,建議水量波動（dòng）較大（dà）的汙水廠選用該（gāi）池型時,停（tíng）留時間至少（shǎo）大於1 min。

       (5)目（mù）前進水濃度尚未完全達到設（shè）計值,尤其（qí）是BOD5及SS,因（yīn）此,產泥量較低。待後期（qī）服務範圍（wéi）內管網完善,進水（shuǐ）濃度進一步提高後,需重點關注沉砂池的運（yùn）行效果,合理（lǐ）優化深度處理的加藥量,降低泥處理費（fèi）用。