在廣東省（shěng）環境保護廳《南粵水更清行動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方某（mǒu）城鎮汙水處理廠亟需擴建及提標（biāo）改（gǎi）造。該汙水廠現（xiàn）狀預留用地有限,因此,需考慮節省占地的（de）汙水處理工藝,如多段AO、曝氣生物濾池、移動床生物膜反應器(MBBR)及膜生物反應器(MBR)工藝。本工（gōng）程經過技術經（jīng）濟比選（xuǎn）,采用MBBR及MBR組合工藝,在有限的用地中（zhōng）同時實現汙水（shuǐ）處理廠的擴建及提標改造。

       01 汙水處（chù）理廠現狀及設計難點

       1.1 汙水（shuǐ）處理（lǐ）廠現狀

       汙（wū）水廠現狀規模（mó）為1.5萬（wàn）m3/d,二級處理采用AAO生物池+二沉池,深度處理為砂濾池,消毒采用紫外線,出（chū）水排放標準執行廣東（dōng）省地方標準《水汙染（rǎn）物排放限值（zhí）》(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放標準》(GB 18918-2002)一級B標（biāo）準中的較嚴值。具體設計進出（chū）水水質如表1所示。
       1.2 設（shè）計（jì）難（nán）點分析

       汙水廠總規模為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因此,本次工程（chéng）需擴建3萬m3/d的汙水處理（lǐ）設施。同時（shí）,設計出水（shuǐ）水質需執行《地（dì）表水環境質（zhì）量標（biāo）準》中V類水標準(TN除（chú）外)。原規劃中該汙水（shuǐ）廠（chǎng）的總規模為3萬m3/d,廠內預留用地（dì）僅按1.5萬m3/d的汙（wū）水規模預留。因此,本（běn）工（gōng）程的主要設計難點為需在有限的用地中（zhōng）同時完成擴建以及提標。02汙（wū）水（shuǐ）處理（lǐ）廠設計進出水水質通過（guò）對該廠一期實際進（jìn）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。二期設計進水水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨（ān）氮,TP維持不變。設計出水水質則根據排水水體（tǐ）水質（zhì）目標確定,具體如表2所示。
       03 汙（wū）水處理廠擴建及提標改造設計思路

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

       (1)對一期工程處理能（néng）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（dào）設計出水標準,充分挖潛現狀處理（lǐ）能力並利（lì）用現狀構築物進行改造升（shēng）級;

       (2)二期新建工程采用占地規模節約的高效（xiào）處理（lǐ）工藝,新增構築物盡可能采用組合（hé）體的（de）形式布置。

       3.1 一期工程提標改造（zào）方案

       通過對汙水處理廠生物池、二（èr）沉池、深度處（chù）理段處理能（néng）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（fù）荷及設計進出水水（shuǐ）質的條件下,汙泥負荷、供氧量及生（shēng）物池的厭氧區、缺氧區容積均滿足（zú）要求。生物池（chí）的好氧區容積偏小,約為理論計算（suàn）值的70%。SS及TP均能達到設（shè）計出水水（shuǐ）質標（biāo）準。因（yīn）此,一期工程在改造上應重點考慮對生物池好氧區的加強,加強對（duì）CODCr及BOD5的去除效果。

       在進水可生化（huà）性較好的情況下,對CODCr和BOD5的去除一般采用活性汙泥法或生物膜法。活性汙泥法有氧化溝（gōu）、AAO等工藝（yì）,生物膜法則有曝氣生物濾池、接觸氧化池、MBR等工藝。其中應（yīng）用於深度處理的主要是生物膜法。基於充分利用（yòng）現狀（zhuàng）構築物的原則,可對一期砂濾池（chí）或（huò）生物池進行改造。提出如（rú）下（xià）兩種方案：

       (1)通過將砂濾（lǜ）池改造為曝（pù）氣（qì）生物濾池,進一步降低（dī）水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總高度僅（jǐn）為4.40 m(排（pái）水槽頂端距離濾板高度僅1.75 m),不具備改（gǎi）造（zào）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（yǎng）區內投加生物填料以提高池內生物量,從而（ér）增強處理效率。該方案*大（dà）的（de）優勢是無需新增用地,在不停產減產（chǎn）的情（qíng）況下（xià）實現汙水廠的提標。對兩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、工程投資及運行（háng）費用上均低於方案一,且方（fāng）案一在建設期需（xū）拆除現狀砂濾池,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。該方案具有無（wú）需新（xīn）建反應池、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（zēng）強汙（wū）泥穩定性（xìng）、降低運行費用和（hé）基建投資等優點,目前,已在國內（nèi）多個汙水廠的改造和新建項目上采用並取得了（le）較好的效果。

       3.2 二期（qī）擴建工程方案

       在汙水廠實際出水水質保證率為95%的（de）條（tiáo）件下（xià）,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2.80 mg/L,TN質量濃（nóng）度為16.32 mg/L,TP質量濃度（dù）為0.46 mg/L,對比（bǐ）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（shuǐ）標（biāo）準,因此,確定二期提標改造工程的主要目標汙染物（wù）為TN(質（zhì）量（liàng）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,TP則可通過生（shēng）物處理輔以化（huà）學處理去除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水（shuǐ）規模預留用地上（shàng）建設3萬m3/d的汙水處理（lǐ）設施,且出（chū）水水質需達到《地表水環境質（zhì）量（liàng）標準》中V類標準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深度處理工藝占地較大,難以滿足擴建需求,因此,選擇高效澄清池+生物濾池(前（qián）置反（fǎn）硝化濾池+硝（xiāo）化濾池+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經濟比較,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（gāo）,但占地及工程投資均小於方案一,且MBR工藝對出（chū）水SS更有保障。此外,廠內二期（qī）預留用地僅為6368 m2,若（ruò）采用方案一,則無多（duō）餘（yú）用地建設預處理、碳源加藥（yào）間（jiān）等生產構築物,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,處理效率高,節約（yuē）用地的同時出水水質優於傳（chuán）統深（shēn）度處理（lǐ）,部分指（zhǐ）標達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同（tóng）時,膜（mó）池較高的混合液回流比可提高生物池汙泥濃度,延長汙泥齡,提高（gāo）處理效率的同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工（gōng）藝（yì）流程

       汙（wū）水經粗格柵及提升泵房（fáng）提升後,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

       汙水廠平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組合（hé）池及（jí）碳源投加間位於廠區北側預（yù）留空地上,汙（wū）泥濃縮池、貯泥池及脫水車（chē）間布置於一期砂濾池及（jí）機（jī）修間北側,二（èr）期紫外消毒渠位於一期紫外消毒渠北側預（yù）留用地。
       汙水（shuǐ）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（fáng）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,在受納水體為常水位時自流排放（fàng）,為洪水位的時候通過泵提升排放。

       04 主要構築物設計參數

       4.1 總配水井

       采用管道（dào）配水的方式難以將進（jìn）廠汙水按設計規模均勻分配至一期、二期生產線,因此（cǐ）,新建總（zǒng）配水一座,均勻分配汙水處（chù）理廠汙水。設計流量（liàng）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,一（yī）期、二期各用一格（gé）。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池（chí）及膜格柵

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

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程采用回（huí）轉式細格（gé）柵,運行效（xiào）果良好,因此,為方便運營管理,本（běn）期工程延用同類（lèi）型細格柵,設（shè）計流量Q=1700 m3/h,設置2道格柵流（liú）槽,渠寬為（wéi）1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂池

       常用的（de）沉砂池形式有曝氣沉砂（shā）池（chí）和旋流沉砂池,前者可通過調節曝（pù）氣量控製汙水在池內的旋流速度,因而處理效果更加穩定。但曝氣會去（qù）除部（bù）分有機物減少碳（tàn）源,因此,當進水碳源缺乏且采用生物脫（tuō）氮除磷工藝（yì）時,盡量避免（miǎn）采用（yòng）曝氣沉砂池。旋流沉砂池則具有占地麵積小,處理效（xiào）率高的優點。考慮到汙水廠實（shí）際進水碳氮比較低且用地緊張,二期工（gōng）程采用旋流沉（chén）砂池,設計（jì）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（yú）30 s即可,而汙水廠一期現狀沉砂（shā）池在高峰流量時,除砂效（xiào）果較差,反算此時的停留（liú）時（shí）間為30.3 s。根據現狀運行人員反饋,當停留時間大於（yú）1 min時（shí）,除砂效果較好。

       (3)膜（mó）格柵

       為進一（yī）步保護後序膜處（chù）理單元,需（xū）在旋流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步（bù）降（jiàng）低汙水中SS的含量,降低細小（xiǎo）纖維（wéi）狀物質對膜（mó）的破壞風險。本工程采用內徑（jìng）流孔板格柵（shān）,設計流量Q=1700 m3/h,設置3道格（gé）柵（shān）流（liú）槽,渠寬為1.60 m,柵條間隙為（wéi）1 mm。

       4.3 AAO+MBR生物池

       該構築物是汙水（shuǐ）處理廠的核（hé）心處理構築物（wù）,采用（yòng）組合池的形式布（bù）置,主要設計參數結合規範、設計經驗及廠家設備性能綜（zōng）合確定,具體如表5所示。
       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（kuàng）下適當縮短了厭氧區的停留時間。根據MBR工藝特點,適度增加反應池內汙泥濃度（dù）,減少好氧區容積,以節約投資和占地。

       4.4 MBBR生（shēng）物池(一期生物（wù）池改（gǎi）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（hǎo）氧區投加生物填料,將一期生物（wù）池改造（zào）為MBBR生物池。填料（liào）設計投加量（liàng）為2.2097×105 m3,規格為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（nèi）正常的流態化,需在好（hǎo）氧區增設輔助穿孔曝氣管,輔（fǔ）助曝氣量為20 m3/min。同時,為避免填料隨水流流失需在（zài）好氧區進出口增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外（wài）消毒渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外消毒池,本期由於出水標準提高（gāo）,需更換紫外（wài）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（wū）水（shuǐ）廠尾水為再生（shēng）水時,紫（zǐ）外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期（qī）土建進行複核（hé）,可將消毒渠二次澆注（zhù）部分由720 mm擴寬（kuān）至1000 mm,消（xiāo）毒模架由之前（qián）的8個增加至10個,配置紫外線（xiàn）燈管數量由之前的64隻提高到88隻,則紫外線劑量（liàng）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（yī）致,共設21個紫外消毒模塊,每個（gè）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

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

       設計采用2座池徑為10 m的汙泥濃縮（suō）池,固（gù）體負荷為40 kg/(m2·d)。

       本工程在汙泥濃縮池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性,單座平麵尺寸為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,單台設備處理（lǐ）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,單台工作時間為（wéi）16 h,兩台同（tóng）時使用。汙泥調理采用生石灰+三氯化鐵（tiě）組合方式進行（háng）調理（lǐ）。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（liàng）按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施

       除臭設施采用離（lí）子除臭工藝,共（gòng）設3套除（chú）臭設備（bèi）。其（qí）中,1號除臭設備對二期（qī）細格柵及沉砂池、膜（mó）格柵及二期厭氧（yǎng）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柵及沉砂池、一期粗格柵及進水泵房、一期厭氧池及二期總配水井進行除臭,除（chú）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（suō）池、貯泥池、汙泥脫水車間進行除臭（chòu）,除臭風量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處理後的臭（chòu）氣經（jīng）排放管排放至15 m高空。

       05 效果分析

       5.1 用地指標分（fèn）析

       汙（wū）水廠噸水占地麵積為0.66 m2,根（gēn）據*新出（chū）版（bǎn）的《城市汙水處理（lǐ）工程項目建（jiàn）設（shè）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（chù）理+深度（dù）處理用地（dì）指標不應超（chāo）過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵積較標準要求節約57.4%,實現了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量為37221萬m3/d,保證率為95%時處理水量為40411萬m3/d,水量負荷率（lǜ）為89.8%,實際進出水水質如表6所示。
       汙（wū）水廠在水量水質（zhì）基本達到設計值的情況下,出水水質可穩（wěn）定（dìng）達到《地表水環境（jìng）質量標準（zhǔn）》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部（bù）分出（chū）水水質指標達（dá）《地表水環境質量標準（zhǔn）》(GB 3838-2002)中Ⅳ類（lèi）標準,當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為了檢（jiǎn）驗一期生物池改造（zào）為MBBR工藝後的運行效果,對（duì）其改造前後實際進出水中BOD5及TN進行分析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成（chéng）後,在95%保證率的情況下,BOD5的去除（chú）率由（yóu）71.02%提升至92.24%,TN的去除率由16.60%提升（shēng）至57.23%。分析認為通過（guò）在好氧區投加生（shēng）物填料一方麵提高了（le）活性汙泥的濃度,另一方麵填料表麵附著生（shēng）長的生物膜具有較長（zhǎng）的汙泥齡,有利於世代時間（jiān）較長的硝化菌生長（zhǎng）繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升（shēng）。

       (2)電耗、藥（yào）耗（hào）分析

       汙水（shuǐ）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、生石灰、三氯化鐵、次氯酸（suān）鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工藝為MBBR生物池+二沉池+砂濾池,萬噸水產泥（ní）量為（wéi）1.09 t;二期工程新（xīn）建工（gōng）藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約（yuē）為前者的58.7%。因此,MBR膜工藝較MBBR工藝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（zhǔ）體結構的前提下,通過在好氧區投加生（shēng）物填料將AAO生物池改造為（wéi）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（huán）境質量標準》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)本工程在預留用地極其有限的（de）條件（jiàn）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（chǎng）進行提標（biāo）及擴建,同時新建預處理（lǐ）及生物處理構築物均采用組合池的形式布置,噸水占（zhàn）地麵積為0.66 m2,較*新標準要求用地節約57.4%,大幅提高土地利用率（lǜ）。

       (3)MBR膜工藝（yì）較MBBR工藝更能有效減少剩（shèng）餘汙泥排放量,前（qián）者排放的剩餘汙（wū）泥（ní）量約為後者（zhě）的（de）58.7%。當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時（shí）,出水水質（zhì）穩定,可為同類型汙水處理廠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（dòng）較大的汙水（shuǐ）廠選用該池型時,停留時（shí）間至少大於1 min。

       (5)目（mù）前進水濃度尚未完全達到設計（jì）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（nóng）度進一步提高後,需（xū）重點關注沉砂池的運（yùn）行效果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處（chù）理費用。