在廣東省環境保護（hù）廳（tīng）《南粵水更清行動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方某城鎮汙水處（chù）理廠亟需擴建及提標改造。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（gōng）藝,如多段AO、曝（pù）氣生（shēng）物濾池、移（yí）動床生物膜反（fǎn）應器(MBBR)及膜生物反應器(MBR)工藝（yì）。本工程經過（guò）技術（shù）經濟比選,采用MBBR及（jí）MBR組合工藝,在有限的用地中同時實現汙水處理廠的擴（kuò）建（jiàn）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

       汙水廠現狀規模為1.5萬m3/d,二級處理采（cǎi）用AAO生物池+二沉池,深度（dù）處理為砂（shā）濾池（chí）,消毒采用（yòng）紫外線,出（chū）水排放標（biāo）準執行廣東省地方標準《水汙染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時段一級標準和*標準《城鎮汙水處理廠汙染物排（pái）放標準》(GB 18918-2002)一級B標準中的較（jiào）嚴值。具體設計進出水水質如表1所示（shì）。
       1.2 設計難點分析（xī）

       汙（wū）水廠總規模（mó）為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因此,本次工程需擴建3萬m3/d的汙水處（chù）理設施。同時,設計出水水質需執行《地（dì）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（guī）模為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（chéng）的主要設計難（nán）點為需在有限的用地中同時完成擴建以及提（tí）標。02汙水處理廠設計進出水水質通過對該廠一期實際進出水水質進行數理統計分析綜合確定本次（cì）擴建及提（tí）標改（gǎi）造設計進水水質。二期設計進水水質與一期（qī）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（gēn）據排水水體水質（zhì）目標確定,具體如（rú）表（biǎo）2所示。
       03 汙水處理廠擴（kuò）建及（jí）提標改造設計思路

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

       (1)對一期工程處（chù）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時是（shì）否能達到設計（jì）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（zào）升級;

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

       3.1 一期工程提標改造方案

       通過對汙水處理廠生物池、二沉池（chí）、深度（dù）處理段處理能（néng）力進行理論計算得（dé）出如下校核（hé）結（jié）果。

       汙水處理廠一期工程在滿負荷及設計進（jìn）出水水質的條件（jiàn）下,汙泥負荷、供氧量（liàng）及生物池的厭氧區、缺氧區容積均滿足要求。生物池的好氧（yǎng）區容積偏小（xiǎo）,約為理論計（jì）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（wù）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（jiào）好的情（qíng）況下,對CODCr和BOD5的去除一般采用活（huó）性汙泥法或（huò）生（shēng）物膜（mó）法。活性汙泥法有氧化溝（gōu）、AAO等工藝,生物膜（mó）法則有曝氣生物濾池、接觸氧化池、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（gòu）築物的原則,可（kě）對一期砂濾池或生物池進（jìn）行改造。提出如下兩種方案：

       (1)通（tōng）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（chí）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（zhī）能對其拆除重（chóng）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（shēng）物量,從而增強處理效率。該方案*大的優勢是（shì）無需新增用地,在不停產減產的情（qíng）況（kuàng）下實現汙水廠的提標。對兩種方案進行技術經濟比較,結（jié）果（guǒ）如表3所示。

       根據上述比較（jiào）,方（fāng）案（àn）二在占地、工程投資及運行費用上均低於方案一（yī）,且方案一在建設期（qī）需拆除（chú）現狀砂濾池,對汙水廠運（yùn）行會產生影響。綜上,采用（yòng）MBBR工藝對現狀（zhuàng）生（shēng）物池進行原位升級改造,將生物池改為生物膜-活性汙（wū）泥複合工藝（yì）。該（gāi）方案具（jù）有無需新建反應（yīng）池、節約占地、易（yì）於實施改造、工期短、活性汙（wū）泥（ní）濃度高、處理效率高、節省曝氣（qì）量、增（zēng）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和（hé）新建項目上采用並取得了較好（hǎo）的（de）效（xiào）果。

       3.2 二期擴建工程方案

       在汙水廠（chǎng）實際出水水質保證率（lǜ）為95%的條件下,CODCr質量（liàng）濃度為38 mg/L,SS質量濃度為（wéi）18 mg/L,氨氮質量濃度為2.80 mg/L,TN質量濃度（dù）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際（jì）出水水質,CODCr、SS、氨氮較易達到出水標準,因此,確定二期提（tí）標改造工程的主要目標汙染（rǎn）物為TN(質量濃度≤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（guò）生物處理輔以化學（xué）處理去除。擴建工（gōng）程需在1.5萬（wàn）m3/d的汙（wū）水規模預留用地上建設3萬（wàn）m3/d的汙水處理設施,且出（chū）水水質需達到《地（dì）表水環境質量標準》中V類標準(TN除外),傳統生物處理(含（hán）二沉池)+深度處理工（gōng）藝占地較大,難以滿足擴建需求,因此,選擇高效澄清池（chí）+生物濾池(前置反硝化濾池+硝化（huà）濾池+後（hòu）置反硝化濾池)工（gōng）藝及AAO+MBR工藝（yì）進行技術經濟比較,結果如表4所示。
       根據上（shàng）述比較,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（àn）一,則無多餘用地建設預處理、碳（tàn）源加藥間等生產構築物,因此,采用方案二(AAO+MBR)作為擴建工程的汙水處理（lǐ）工藝（yì）。該工藝流程（chéng）短,處理效（xiào）率高,節約用地的同時出（chū）水（shuǐ）水質優於傳統深度處理,部分指標達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同時,膜池較高的（de）混合液回流比可提高生物池汙泥濃度,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（gé）柵及提升泵房提（tí）升後,通（tōng）過配水井分配至一期（qī）與二期進行處理,工藝流（liú）程如圖1所示。
       3.4 平麵布置及豎向設計

       汙（wū）水廠平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池（chí）、AAO+MBR組合池及碳源投加間（jiān）位於廠區北側（cè）預留空地上,汙泥濃縮池、貯泥池及脫水車間布置於一期砂濾池及機修間北側,二期紫外消毒（dú）渠位於一期紫外消毒渠北側預留用（yòng）地。
       汙水廠豎向設計如圖3所（suǒ）示。廠坪標高（gāo）為2.30 m,汙（wū）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（wéi）2.40 m,在受納（nà）水體為常水位時自流排放,為洪水位的時候（hòu）通（tōng）過泵提升排放。

       04 主要構築物設計參（cān）數（shù）

       4.1 總配水井

       采用管道配水（shuǐ）的方式難以將進廠汙水按設計規模均勻分配（pèi）至一期、二期生（shēng）產線,因此,新建總配水一座,均（jun1）勻分配汙水處理廠汙水。設計流（liú）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（fèn）兩格,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3座構築（zhù）物（wù）采用組（zǔ）合池的形式布置,各構築物具體設（shè）計如下。

       (1)細格柵

       汙水廠現狀（zhuàng）一期工程采（cǎi）用回轉式細格柵,運行效果良好,因此,為方便（biàn）運營管理,本期工程延用同類型（xíng）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（shā）池

       常用的沉砂池形（xíng）式有（yǒu）曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前者可通過調節曝（pù）氣量控製汙水在（zài）池內的旋流速度,因而（ér）處理（lǐ）效果更加穩（wěn）定。但曝氣會去除部分有機（jī）物減少（shǎo）碳源,因此,當進水碳源缺乏且采用生物脫（tuō）氮除磷工藝時,盡量（liàng）避免采用曝氣沉砂池。旋流沉砂池則具有占地麵積小（xiǎo）,處理效率高（gāo）的優點。考慮到汙水廠實際（jì）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峰流量時,除（chú）砂效果較差（chà）,反算此時（shí）的停留時間為30.3 s。根據現狀運行人員反饋,當停留時間大於1 min時,除砂效果較（jiào）好。

       (3)膜（mó）格柵

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

       4.3 AAO+MBR生物池

       該構築物是（shì）汙水處理廠的（de）核心處理構（gòu）築物,采用組合池的形式布置,主要設計參數結合規範（fàn）、設計經驗及廠家設備性能綜合（hé）確定,具（jù）體如（rú）表5所示（shì）。
       汙水廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為（wéi）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（kuàng）下適（shì）當縮短了厭氧區的停留時間。根據MBR工藝（yì）特點（diǎn）,適度增加反應池內汙泥濃（nóng）度,減少好氧區容積,以節約投資和占地。

       4.4 MBBR生物池(一（yī）期生物池改建)

       出水水質標準提高後,一期生物（wù）池好氧段池容不足,因此,考慮向好氧區投加生物填料,將一期生物池改造為MBBR生物池。填料設計投加量為2.2097×105 m3,規格（gé）為Φ25 mm×10 mm,比表麵積≥800 m2/m3,材質（zhì）為高密度聚乙烯(HDPE)。為保證填料在池內正常的流（liú）態化,需在好（hǎo）氧區增設（shè）輔助穿孔曝氣管,輔助（zhù）曝氣量為（wéi）20 m3/min。同（tóng）時,為避免填料隨水流流失需在好氧區進出口增設（shè）進（jìn）出水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠

       一（yī）期已建（jiàn）1座(1.5萬m3/d)紫（zǐ）外消毒池,本期（qī）由於（yú）出水標準提高,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)。根據規範提供的參考值,當汙水（shuǐ）廠尾水為再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期土建進行複（fù）核,可（kě）將消（xiāo）毒渠二次澆注部分由720 mm擴寬至1000 mm,消毒模架由（yóu）之（zhī）前的8個增加至10個,配置紫外線燈管數量由之前的64隻提（tí）高到88隻,則（zé）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（shù）8支,紫外（wài）線劑（jì）量滿（mǎn）足規範要求（qiú）。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕幹泥量為（wéi）6.28 t/d,其中（zhōng）剩餘汙泥（ní）為5.93 t/d,化學（xué）汙泥為0.35 t/d,設計（jì）萬噸水產泥量為1.39 t。汙泥處理工藝流程為（wéi）濃縮池（chí）+貯泥池+板框壓濾機（jī）,設（shè）計泥餅含固率為40%。

       設（shè）計采用2座池徑為10 m的汙（wū）泥濃縮池,固體負荷為40 kg/(m2·d)。

       本工（gōng）程在汙泥濃縮池及汙泥脫水車間之間設置（zhì）2座貯（zhù）泥池以（yǐ）平衡汙水廠排泥（ní）的不均勻性,單座平麵尺寸為4 m×4 m,有效（xiào）水深為3.5 m,總有效容積為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的板框式壓濾機,總功率N=10.3 kW,單台設備（bèi）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（měi）個批次4 h,單台工作時間為16 h,兩台同時使用。汙泥調理采用生石灰（huī）+三氯化鐵組合方式（shì）進行調理。生石灰投加量按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯化鐵溶液(有效含量為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施

       除臭設（shè）施采用離子除臭工藝,共設3套除臭設備。其中,1號除臭設備對二期細格柵及沉砂（shā）池、膜格柵及二期厭氧進行除臭（chòu）,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柵及（jí）沉砂池、一期粗格柵及進水泵房、一期（qī）厭氧池及二期（qī）總配水井進行除臭,除臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備對二期汙泥濃縮池、貯泥池、汙泥脫水車間進行（háng）除臭,除臭風量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處理後的（de）臭氣經排放管排放（fàng）至15 m高空。

       05 效果分析

       5.1 用地指標分（fèn）析

       汙水廠（chǎng）噸水占地麵積為0.66 m2,根據*新出版的（de）《城市汙水處理工程項目建設標準》(建標 198-2022)中的相關要求,規模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級處理+深度（dù）處（chù）理用（yòng）地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵積較標準要（yào）求節約57.4%,實現了土地（dì）利用率的大幅度提高。

       5.2 運行效果分（fèn）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（wàn）m3/d,保證率為95%時處理水量為40411萬m3/d,水量負荷率為（wéi）89.8%,實際進出水水質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基本達到設計值的情況（kuàng）下,出水水（shuǐ）質可穩定達到《地表水（shuǐ）環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標（biāo）準(TN除外),部分出水水質指標達《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為（wéi）了檢驗一期生物池改造為MBBR工藝（yì）後的運行效（xiào）果,對其改造前後實際進出水中BOD5及TN進行分（fèn）析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成後（hòu）,在95%保證率的情況下,BOD5的（de）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（hǎo）氧區投加（jiā）生物填料一方麵提高了活性汙泥的濃度,另（lìng）一方麵填料表麵附著生長的生物膜具有較長的汙泥齡,有利於世代時間較長的硝（xiāo）化菌生長（zhǎng）繁殖,因（yīn）此,BOD5和TN的去除率均有提升。

       (2)電耗、藥耗分析

       汙水廠電費為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鐵、乙酸鈉、生（shēng）石灰、三氯化鐵（tiě）、次氯酸鈉及檸檬酸（suān）)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工藝為MBBR生（shēng）物池+二沉池+砂（shā）濾池,萬噸水產泥量為1.09 t;二（èr）期工程新建工（gōng）藝為AAO+MBR膜工藝,萬（wàn）噸水產泥量為0.64 t,約為前者的58.7%。因此,MBR膜工藝較（jiào）MBBR工藝（yì）更能有效減少剩餘汙泥排放量。

       06 結論與建議

       (1)在不改變生物池土建主體結構的前提下,通過在好氧（yǎng）區投加生（shēng）物（wù）填料（liào）將AAO生物池改造為MBBR生物池,進一步提（tí）高對BOD5的去除,出水水質全麵提升（shēng）至《地表水環境質量（liàng）標準》中V類標準(TN除外)。目前,工藝運行良好,出水水質穩定達標。

       (2)本工程在（zài）預留用地極其有限的條件下,通過技術經（jīng）濟比選後采用MBBR工藝以（yǐ）及MBR工（gōng）藝對汙水處理廠進行提標及擴建,同時新建預處理及生物（wù）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（fú）提高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更（gèng）能有（yǒu）效減少剩餘汙（wū）泥排放量,前者排放的剩餘汙泥（ní）量（liàng）約（yuē）為（wéi）後（hòu）者（zhě）的58.7%。當MBR工（gōng）藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時,出水水質穩定,可為同類型汙水處理廠的設計改（gǎi）造提供參考（kǎo）與借鑒。

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

       (5)目前進水（shuǐ）濃度尚未完全達到設計值,尤其是BOD5及SS,因此,產泥（ní）量（liàng）較低。待後期服務範圍內管網完善,進水濃度進一步提高（gāo）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（ní）處理費用。