在廣東省環境保（bǎo）護廳《南粵水更清行動計劃(2017-2020年)》的（de）背（bèi）景下,南方某城鎮汙水處理廠亟需擴建及提標改造。該汙水廠現狀預留用（yòng）地有（yǒu）限,因此,需考慮節省占地（dì）的汙水（shuǐ）處理工藝,如多段AO、曝氣生物濾池（chí）、移動床生物膜（mó）反應器(MBBR)及膜生（shēng）物反應器(MBR)工藝。本（běn）工程經過技術經（jīng）濟比選,采用MBBR及MBR組合工藝,在有限的用地中同時實現汙水處理廠（chǎng）的擴建（jiàn）及提標改造。

       01 汙水處理廠現狀及設計難點

       1.1 汙水處理廠現狀（zhuàng）

       汙水廠現（xiàn）狀規模（mó）為1.5萬m3/d,二級處理采用AAO生物池+二沉池,深度處理為砂（shā）濾池,消毒采用（yòng）紫外線,出水排放標準執行（háng）廣東省地方（fāng）標準《水汙染（rǎn）物排放限（xiàn）值》(DB 44/26-2001)第（dì）二時段（duàn）一（yī）級標準和*標準《城（chéng）鎮（zhèn）汙水處理廠汙染物排（pái）放標準》(GB 18918-2002)一級B標準中的較嚴值。具體設計進出（chū）水水質如表1所（suǒ）示。
       1.2 設計難點分析

       汙水廠總（zǒng）規模為4.5萬m3/d,一（yī）期已建設1.5萬（wàn）m3/d,因（yīn）此,本次工程需擴（kuò）建3萬m3/d的汙（wū）水處理設施。同時,設計出（chū）水水質需執行《地表水環境質量標準》中V類水標準(TN除外)。原規劃中該汙水廠的總規模為3萬m3/d,廠內（nèi）預留用地僅按（àn）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（yòng）地中同時完成擴建以（yǐ）及提標。02汙水處理廠設計進出水水質通過（guò）對該廠一期實際進出水（shuǐ）水質進行數理統（tǒng）計分析綜合確定本次擴建及提標（biāo）改造設計進水水質（zhì）。二（èr）期設計進水（shuǐ）水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了SS、TN、氨氮,TP維持不變。設計出水水質則根據排水水（shuǐ）體水質目標（biāo）確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠（chǎng）擴建及提標改造（zào）設計思路

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

       (1)對一期工程（chéng）處理能力進（jìn）行校核,推測其在滿負荷且進水水質達到設計值（zhí）時是否能達到設（shè）計出水標準,充分挖潛現狀處理能力並利用現狀構築物進行改造升級;

       (2)二（èr）期新建工程采用占地規模節（jiē）約的高效處理工藝,新增構築物盡可能采用組合體的形式布置（zhì）。

       3.1 一期工程提標改（gǎi）造方案

       通過對汙水處理廠生物池、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（chù）理廠（chǎng）一期工程在滿負荷及設（shè）計進出水水質的條件下,汙泥（ní）負荷、供氧量及生物池（chí）的厭氧區、缺氧區容積（jī）均滿足要求。生物池的好氧區（qū）容積（jī）偏（piān）小,約為理論計算值的70%。SS及TP均能達（dá）到設（shè）計出水水質標準。因此,一期（qī）工程在（zài）改造上應重點考慮對生物池好氧區的加強,加強（qiáng）對CODCr及（jí）BOD5的去除效（xiào）果。

       在進水（shuǐ）可生化性較好的情況下,對CODCr和BOD5的去除一般采用（yòng）活（huó）性汙泥法或生物（wù）膜法。活性（xìng）汙泥法有氧化溝、AAO等工藝,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（yòng）於深度處理的主要是生物膜法。基於充（chōng）分利用現狀構築物的原則,可對一期砂濾池或生（shēng）物池進行改造。提出如下兩種方案：

       (1)通過將砂濾（lǜ）池改造（zào）為曝氣生（shēng）物濾池,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（lǜ）板高度僅1.75 m),不（bú）具備改（gǎi）造的條件,因此,隻能對其拆除重建。

       (2)將一期生物池改造為MBBR工藝,即通過在一期好氧區內投加生物填（tián）料以提高池內生物量（liàng）,從而增強（qiáng）處（chù）理效（xiào）率。該（gāi）方案*大的優勢是無需新增用地,在不停產（chǎn）減（jiǎn）產的情況下（xià）實現汙水（shuǐ）廠的提標（biāo）。對兩（liǎng）種方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、工程投（tóu）資及運行費用（yòng）上均（jun1）低於（yú）方案一,且（qiě）方案一在建設期需拆除（chú）現狀砂濾池,對汙水廠運行會產生影響。綜上,采用MBBR工藝（yì）對（duì）現狀生物池進行原位升級（jí）改造,將生物池改（gǎi）為生物膜-活性汙泥（ní）複合工藝。該（gāi）方案具有無需新建反應池、節約占地、易於實施改造、工期短、活（huó）性汙泥濃度高（gāo）、處理效（xiào）率高（gāo）、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低（dī）運行費用和基建投資等優點,目前,已在（zài）國內多個汙水廠（chǎng）的（de）改造和新建（jiàn）項目上采用並取（qǔ）得了較好的（de）效果。

       3.2 二期擴建工程方（fāng）案

       在汙水廠實際出水（shuǐ）水（shuǐ）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,氨氮質量濃度（dù）為（wéi）2.80 mg/L,TN質（zhì）量濃度（dù）為16.32 mg/L,TP質量濃度為0.46 mg/L,對比（bǐ）二期設計出水水質及現狀實際出水水質,CODCr、SS、氨氮較易達到出水標準,因此,確定二期（qī）提標改造工程的主要目標汙染物為TN(質量濃度≤15 mg/L)及（jí）TP(質（zhì）量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通常（cháng）采用生物處理（lǐ）,TP則可（kě）通（tōng）過生物處理輔以化學處理去除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水規模預留（liú）用地上建設3萬m3/d的汙水處理設施,且出水水質需達到《地表水環境質量標準》中V類（lèi）標準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池（chí）)+深度處理工藝占地較大,難以（yǐ）滿足擴建需求,因此,選擇高（gāo）效澄清池+生物濾（lǜ）池(前置反硝化濾池+硝化濾池（chí）+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經（jīng）濟比較,結果如表4所示。
       根據上述比較,方案二雖然直接運行費用略高,但（dàn）占地及工程投資均小於方案（àn）一（yī）,且MBR工藝對出（chū）水SS更有保障。此外,廠（chǎng）內二（èr）期（qī）預留用地僅為6368 m2,若采用方案一（yī）,則無多餘用地建設預處理、碳源加藥間（jiān）等生產構築物,因此,采用方（fāng）案二（èr）(AAO+MBR)作為（wéi）擴建工程的汙水（shuǐ）處理工藝。該工（gōng）藝流程短,處（chù）理效率（lǜ）高,節（jiē）約用地的同時出水水質優於傳（chuán）統深度處理,部分指標（biāo）達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同時,膜池較高的混合（hé）液回（huí）流比可（kě）提高生物池汙泥濃度,延長汙泥齡,提高處理（lǐ）效率的同時減少剩餘汙泥排放（fàng）。

       3.3 工藝流程

       汙水經粗格柵及提升泵房提升後,通過配（pèi）水井分配至一（yī）期與二期進行（háng）處理,工藝流程如（rú）圖1所示。
       3.4 平麵布置（zhì）及（jí）豎向設計

       汙水廠平麵（miàn）布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組合（hé）池（chí）及碳源投加間位於廠（chǎng）區北側預留空地上,汙泥濃縮池、貯泥池及脫水車間（jiān）布（bù）置於一期砂濾池及機修間北側,二期紫外（wài）消毒渠位於一（yī）期紫外消（xiāo）毒渠北側預留用地（dì）。
       汙水廠豎向設計如圖3所示。廠坪標高（gāo）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（shuǐ）經紫（zǐ）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泵（bèng）提升排放。

       04 主要構（gòu）築物設計參數

       4.1 總配水井

       采用管道配水的方式難以將進廠汙水按（àn）設計規模均勻分配至一期、二期生產線,因此,新建總配水一座,均勻分（fèn）配汙水處理廠汙水。設（shè）計流量Q=2550 m3/h,總體尺寸（cùn）L×B=5.50 m×4.00 m,高度H=5.20 m,分兩（liǎng）格,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池及膜格柵

       為（wéi）充分節（jiē）約用地,將3座構築物采用組合（hé）池的（de）形式布置,各構築物具（jù）體設計如下。

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程采用回轉式細格柵,運行效果良好,因此（cǐ）,為方便運營（yíng）管理,本期工程延用同類型細格柵,設計流量Q=1700 m3/h,設置2道格柵流槽,渠寬為1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂池

       常用的沉（chén）砂池形式有（yǒu）曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前者（zhě）可（kě）通過調節曝氣量控製汙水在池內的旋流速度（dù）,因而處理效果更加穩定（dìng）。但曝氣會去除部分（fèn）有機（jī）物減少碳源,因此,當進（jìn）水（shuǐ）碳源缺乏且采用生物（wù）脫氮除磷工藝時,盡量避免（miǎn）采用曝氣沉砂（shā）池。旋（xuán）流沉砂池則具有占地麵積小,處理（lǐ）效率高的優點（diǎn）。考慮到汙水廠實際進水碳氮比較低且用地緊張,二期工程采用旋（xuán）流沉砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水（shuǐ）力（lì）停留時間為80.5 s。在水力停留（liú）時間的選取方麵,規範要求大於30 s即可,而汙水廠一期（qī）現狀沉砂池在高（gāo）峰流量時,除砂效（xiào）果較差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現狀（zhuàng）運行人員反饋,當停留時（shí）間大於1 min時,除砂效果較好。

       (3)膜格柵

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

       4.3 AAO+MBR生物池

       該構築物是汙水處理廠的核心（xīn）處理構築物,采用組合池的形（xíng）式布置,主要（yào）設計參數結合規範、設計（jì）經驗及廠家設備性能綜合確定,具（jù）體如表（biǎo）5所示（shì）。
       汙水廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為了盡量減少碳源的消耗,保證脫氮效果,設計在滿足規範要求的情況下適當縮短了厭氧區的停留時間。根據MBR工（gōng）藝特點,適度增加（jiā）反應（yīng）池（chí）內汙泥濃度,減少好氧區容積,以節約投資和占地。

       4.4 MBBR生物池(一期生物池改建)

       出水水質標準提高後,一期生物池好氧段池容不足（zú）,因此,考慮向好氧（yǎng）區投加生物（wù）填料,將一期生物池改（gǎi）造為（wéi）MBBR生物（wù）池。填料設計投加量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵積（jī）≥800 m2/m3,材（cái）質（zhì）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,輔助曝氣量為20 m3/min。同時,為（wéi）避免填料隨水（shuǐ）流流失（shī）需（xū）在好氧區進出（chū）口增設進出（chū）水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠（qú）

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外消毒（dú）池,本期由於出水標準提高（gāo）,需更換紫外燈組,同（tóng）時新建一（yī）座紫外消毒池(規模為（wéi）3.0萬m3/d)。根據規範提供的參考（kǎo）值,當汙（wū）水廠尾水為再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通（tōng）過對一期土建進行複核,可將消毒渠二次澆注部分由720 mm擴寬至1000 mm,消（xiāo）毒模架由之前的8個（gè）增加至10個,配置紫外線燈管數量（liàng）由之前的64隻提高到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。二期新建紫外消毒渠土（tǔ）建尺寸與一期一（yī）致,共設21個紫外消毒模塊,每個模塊（kuài）含紫外線殺（shā）菌燈數（shù）8支,紫外線劑量滿（mǎn）足規範要（yào）求。

       4.6 泥處理設（shè）施

       本工（gōng）程設計絕幹泥量為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（chí）+板框壓濾機,設計泥餅含固率為40%。

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

       本工程在汙泥濃縮池及汙泥脫水（shuǐ）車間之間設置2座貯泥池以平衡（héng）汙水廠排泥的不均勻性,單座平麵尺寸為4 m×4 m,有效水深為3.5 m,總有效（xiào）容積為112 m3,可存放壓濾機1～2個批次的泥量。

       脫水機房麵積為282.95 m2,安裝兩台過濾麵積為250 m2的板框式壓（yā）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（pī）次4 h,單台工作時間為16 h,兩台同時（shí）使用。汙泥調（diào）理采用生石灰+三（sān）氯化鐵組合方式進行調（diào）理。生（shēng）石灰投加量（liàng）按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯化鐵（tiě）溶液(有效含量為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設（shè）施

       除臭設施采用離子除臭工藝（yì）,共設（shè）3套除臭設備。其中,1號除臭設備對二期（qī）細格柵（shān）及沉砂池、膜格柵及二期（qī）厭氧進行除臭,除臭風量Q=5000 m3/h,功率（lǜ）N=10.2 kW;2號除臭設備對一期細格柵及沉砂池、一期粗格柵（shān）及進水泵房、一（yī）期厭氧池及二期（qī）總配水井（jǐng）進行除臭（chòu）,除臭風量Q=8000 m3/h,功（gōng）率N=14.55 kW;3號除（chú）臭設備對二期汙泥濃縮池（chí）、貯泥池、汙泥脫水車間進（jìn）行除臭,除（chú）臭風量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處（chù）理後的臭氣經排放管排放至15 m高空。

       05 效果分析（xī）

       5.1 用地指標分析

       汙水廠噸水占地麵積為0.66 m2,根（gēn）據*新（xīn）出版的《城市汙水處理工程項目建設標準》(建標（biāo） 198-2022)中的相關要求（qiú）,規模在5萬m3/d以（yǐ）下的（de）汙水處理廠（chǎng）,二級處理+深度處理用（yòng）地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵（miàn）積較標準要求節約57.4%,實現了土地利用率（lǜ）的大幅度提高（gāo）。

       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量為37221萬m3/d,保證率為95%時處理水（shuǐ）量為40411萬m3/d,水量負荷率為89.8%,實際進出水水（shuǐ）質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基本達到設計值的情（qíng）況下（xià）,出水水（shuǐ）質可穩定達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部分出（chū）水水質指（zhǐ）標（biāo）達《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當MBR工藝在膜通（tōng）量為（wéi）19.84 L/(m2·h)時運（yùn）行較為穩定（dìng）。

       為了檢驗（yàn）一期生物池改造為MBBR工藝後的運行效果,對其改造（zào）前（qián）後實際進出水中BOD5及TN進行分析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保證（zhèng）率的（de）情（qíng）況（kuàng）下,BOD5的去除率由71.02%提升至92.24%,TN的（de）去除率由16.60%提（tí）升至57.23%。分析認為（wéi）通過在好氧區投加生物填料（liào）一方麵提高了活性汙泥的濃度,另一方麵填（tián）料表麵附著（zhe）生長的生物（wù）膜具有較長的汙泥（ní）齡,有利於世代時間較長的硝化菌生長（zhǎng）繁殖,因此,BOD5和TN的去除率（lǜ）均有提升。

       (2)電耗、藥耗分析

       汙水廠電（diàn）費為0.275元/m3(噸水電耗為0.43 kW·h),藥劑費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合硫酸（suān）鐵、乙酸鈉、生石灰、三氯化鐵（tiě）、次（cì）氯酸鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工（gōng）藝為（wéi）MBBR生物池+二沉池+砂濾池,萬噸水產泥量為1.09 t;二期工程新建工藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約為前者的58.7%。因此,MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效（xiào）減少剩餘汙泥排（pái）放量（liàng）。

       06 結論與建議

       (1)在（zài）不改（gǎi）變生物池土建主（zhǔ）體結（jié）構的前提下,通過（guò）在好氧區（qū）投（tóu）加生物填（tián）料（liào）將AAO生物池改造為MBBR生物池,進一步提高對BOD5的去除,出水水質全麵提升至《地表水環境質量標準》中V類標準(TN除外)。目前,工藝運行（háng）良好,出水（shuǐ）水質穩定達標。

       (2)本工程在預留（liú）用地極其有限的條件下,通過技術經濟比選（xuǎn）後采用MBBR工藝以及MBR工藝對汙水處理廠（chǎng）進行提標及擴建,同時新建預處理及生物處理構築物均采用組合池的形式布置（zhì）,噸水占地麵積為0.66 m2,較*新標準要求用地節約57.4%,大幅提高（gāo）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（de）剩餘汙泥量（liàng）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（wěn）定,可為同類型汙水（shuǐ）處理廠的設計（jì）改造提（tí）供參考與借鑒。

       (4)二期設計中將（jiāng）旋流沉砂池水力停留時間延長至80.5 s,實（shí）際（jì）運行中除（chú）砂效果較穩定（dìng）,建議水（shuǐ）量波動較大的汙水廠（chǎng）選用該（gāi）池型時,停留（liú）時間至少大於1 min。

       (5)目前進水濃度尚未完全達到設計值,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（jìn）水濃度進一步提高後,需重（chóng）點關注沉砂池的運行效果,合理優化深度處理的加藥量,降（jiàng）低泥處理（lǐ）費用。