在廣東省環境保（bǎo）護廳《南粵水更清行動計劃（huá）(2017-2020年)》的背景下,南方某城鎮汙水處理廠（chǎng）亟需擴建及提標（biāo）改造。該汙水廠現狀預留用地有限（xiàn）,因此,需考（kǎo）慮節省占地的汙水處理工藝,如多（duō）段AO、曝氣生物濾池、移動床生物膜反應器(MBBR)及膜（mó）生物反應器（qì）(MBR)工藝（yì）。本工程（chéng）經過技術經濟比選,采用MBBR及MBR組合工藝（yì）,在有限的用地中同時實現（xiàn）汙水處理廠（chǎng）的擴建及提標（biāo）改造。

       01 汙水處理廠現（xiàn）狀及設計難點

       1.1 汙水處理廠（chǎng）現狀

       汙水廠現狀規模為1.5萬m3/d,二級處理采用AAO生物（wù）池（chí）+二沉池（chí）,深度處理為砂濾池,消毒采用紫外線,出水排放標準（zhǔn）執行廣東省（shěng）地方標（biāo）準《水汙染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時段一（yī）級標準和*標準《城鎮汙（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。具體設計進出水水質如表1所示。
       1.2 設計難點分析

       汙水廠（chǎng）總規模為（wéi）4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因此,本（běn）次工程需擴建3萬m3/d的汙水處理設（shè）施。同時,設計出水水質需執行《地表水環境質量標準》中（zhōng）V類水標準(TN除外)。原規劃中該汙水廠（chǎng）的總規模為3萬m3/d,廠（chǎng）內預（yù）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中同時完成擴建（jiàn）以及提標。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（shuǐ）質進行數理統計分析綜合確定本次擴建及提標改造設計（jì）進水水質。二期設計進（jìn）水水質與一（yī）期相比,降低（dī）了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨氮,TP維持不變。設計出（chū）水水質則根據排水水（shuǐ）體水質目（mù）標（biāo）確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠擴建及提標改造設計思路

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

       (1)對一期工程處理（lǐ）能力進（jìn）行校核,推測其在滿負荷且進水（shuǐ）水質達到設計值（zhí）時是否能達到設計出（chū）水（shuǐ）標準,充分挖潛現狀處理能力並利用現（xiàn）狀構築物（wù）進行（háng）改造（zào）升級;

       (2)二期（qī）新建工程采用占（zhàn）地規模節約的高效處理工藝,新增構築物盡（jìn）可能采用組合體（tǐ）的形式布置。

       3.1 一期工程提標改（gǎi）造（zào）方案

       通過對汙水處理（lǐ）廠生物池（chí）、二（èr）沉池、深度（dù）處理段處理能力進行理論計算得（dé）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（de）厭（yàn）氧區、缺氧區容積均滿足要求。生物池的好氧區容積偏小,約為理論計算值的70%。SS及TP均能達到設計出水水質（zhì）標（biāo）準。因此,一期工程（chéng）在改造上應重點考慮對生物池好氧區的加強,加（jiā）強對CODCr及BOD5的（de）去除效果。

       在進水可生化性較好的情況下,對CODCr和BOD5的去除一般采用活性汙泥法或（huò）生物膜法。活性汙泥法有氧化溝、AAO等工藝,生物膜法則有曝氣生物濾池（chí）、接觸氧化池、MBR等工藝。其中應用於深度（dù）處理的主要是生物膜法。基於充分利用現狀構築物（wù）的原則,可對（duì）一期砂濾池或生物池進行改造（zào）。提出（chū）如下（xià）兩種（zhǒng）方案：

       (1)通過將砂濾池改造為曝氣生物濾池,進一步降低水中的BOD5及CODCr。但一期砂（shā）濾池池體總（zǒng）高度僅為4.40 m(排（pái）水槽頂端距離濾板高度僅1.75 m),不具備（bèi）改造的條件,因此,隻能對其拆除重建（jiàn）。

       (2)將（jiāng）一期（qī）生物池改造為（wéi）MBBR工藝,即通過在一期（qī）好氧區內投加生物填料以提高池內生物量,從而增（zēng）強處理效（xiào）率。該方案*大的優勢是無需新增用地,在不停產減產的情況下實現汙水廠的提標。對兩種方案進行技術經濟比較,結（jié）果如表3所示。

       根據上述比較,方案二在占地、工程投資及運行費用上（shàng）均低於方（fāng）案一,且方案一在建設（shè）期需拆（chāi）除現狀砂濾（lǜ）池,對（duì）汙水（shuǐ）廠（chǎng）運行會產生影響。綜上,采用MBBR工藝對現狀生物池進行原位升級（jí）改（gǎi）造,將生物池改為生物（wù）膜-活性汙泥複合工藝。該方案具有（yǒu）無需新建反應池、節約占地、易於實施改造、工期短、活性汙泥濃（nóng）度（dù）高、處理效率高、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低運行費（fèi）用和（hé）基建投資等優點,目前,已在（zài）國內多個汙水廠的改造和新建項目上（shàng）采用並取得了較好的（de）效果。

       3.2 二期（qī）擴建工程方案

       在汙水廠實際出水（shuǐ）水質（zhì）保（bǎo）證率為95%的條（tiáo）件下,CODCr質量濃（nóng）度為（wéi）38 mg/L,SS質量濃度為18 mg/L,氨氮質量（liàng）濃度為2.80 mg/L,TN質量濃度為16.32 mg/L,TP質量濃（nóng）度為0.46 mg/L,對比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,確定二期提標改造工程的主要目標汙染物為（wéi）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,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m3/d的汙水規模預留用地上建設3萬m3/d的汙水處（chù）理設施（shī）,且出水水質需達（dá）到《地表水環（huán）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（yì）占地較大,難以（yǐ）滿足擴建需求,因此（cǐ）,選擇高（gāo）效澄清池+生物濾池(前（qián）置反硝化濾池+硝化濾池+後置反硝化濾池（chí）)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經濟比較（jiào）,結果（guǒ）如表4所示。
       根據上述比較,方（fāng）案二（èr）雖（suī）然直接（jiē）運行費用略高（gāo）,但占地及工程（chéng）投資均小於方案一,且MBR工藝對（duì）出水SS更有保障（zhàng）。此外（wài）,廠內二（èr）期預留用地僅為6368 m2,若采用方案一,則無多餘用地建設預處理、碳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（shuǐ）處理工藝。該工藝流程短,處理效率高,節約用地的同（tóng）時（shí）出水水質優於傳統深度處理,部分指標達到地表（biǎo）水Ⅳ類,可（kě）直接回用。同時,膜（mó）池較（jiào）高的混合（hé）液回流比可提高（gāo）生物池汙泥濃度,延長（zhǎng）汙泥齡,提（tí）高（gāo）處理效率的同時減少剩（shèng）餘汙泥排放。

       3.3 工藝流程

       汙水經粗（cū）格柵及提升泵房提升後,通過配（pèi）水井分配至一期與二期（qī）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（suǒ）示。二期預處理（lǐ）組合池、AAO+MBR組合池及碳源投加間位於廠區北側預（yù）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,二期紫外消毒渠位（wèi）於一期紫外消毒渠北側預（yù）留用地。
       汙水廠豎向設計如圖3所（suǒ）示（shì）。廠坪標（biāo）高為2.30 m,汙水廠進水通過泵房提升至總配水（shuǐ）井,水位標高為6.90 m,尾水經紫外消（xiāo）毒後水麵標高為（wéi）2.40 m,在受納水（shuǐ）體為常水（shuǐ）位時自流排放（fàng）,為洪水位的時（shí）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（shè）計規模均勻（yún）分配至一期、二期（qī）生產線,因此,新建總配水一座,均勻分配汙水處理廠（chǎng）汙水。設計（jì）流量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（gé）,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂（shā）池及膜格柵

       為充（chōng）分節約用地,將3座構築（zhù）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（qī）工程采用回轉式細格柵,運行效果（guǒ）良好,因此（cǐ）,為方便運營管理,本期工程延用同類型細格柵（shān）,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

       常用的沉砂池形式有曝（pù）氣（qì）沉砂池和旋流沉砂池,前者可通過調節曝氣量控製汙水（shuǐ）在池內的旋流（liú）速度,因而處（chù）理效果更加（jiā）穩定。但曝氣會去除（chú）部分有機物減少碳源,因此,當進水碳源缺乏且（qiě）采用（yòng）生物脫（tuō）氮除磷工藝時,盡量避免采用曝氣沉砂池。旋流沉砂池則具有占地麵（miàn）積小,處（chù）理效率高的（de）優點。考慮到汙水廠實際進水（shuǐ）碳氮比較低且用地緊張,二期（qī）工（gōng）程采用（yòng）旋流（liú）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（liú）時間（jiān）的選取方麵,規範要求大於30 s即可,而（ér）汙水廠一期現（xiàn）狀沉砂池在高峰流量時（shí）,除砂效果較差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據（jù）現狀運行人員反饋,當停留時間大於1 min時,除砂效果較好。

       (3)膜格柵

       為進一（yī）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步降低汙水（shuǐ）中SS的含量,降（jiàng）低細小纖維狀（zhuàng）物質對膜的破壞風（fēng）險。本工程采用內（nèi）徑流孔板格柵,設計流量Q=1700 m3/h,設置3道格柵（shān）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（hé）規範、設（shè）計經（jīng）驗及廠家設備性能綜合確定（dìng）,具（jù）體如表5所示。
       汙水廠進水（shuǐ）碳氮比(2.38∶1.00)較（jiào）低（dī）,為了盡量減少碳源的消耗,保證脫氮（dàn）效果,設計在滿足規範要求（qiú）的情況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,減少好氧區容積,以（yǐ）節約投資和占地。

       4.4 MBBR生物（wù）池(一期生物池改建)

       出水水（shuǐ）質標準提高後,一（yī）期生（shēng）物（wù）池（chí）好氧段池容不足,因（yīn）此,考慮向好（hǎo）氧區投加生物填料,將一期（qī）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,材質為高密度（dù）聚乙（yǐ）烯(HDPE)。為保證填料在池（chí）內正常的流態化,需在好氧區增設輔（fǔ）助穿（chuān）孔（kǒng）曝氣管,輔助曝氣（qì）量（liàng）為20 m3/min。同時,為避免填料（liào）隨水流流失需在（zài）好氧區進（jìn）出（chū）口增設進出（chū）水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外消毒池,本期（qī）由於出水標準提高,需更換紫外燈組,同時新建一座紫外消毒池（chí）(規模為3.0萬m3/d)。根據規範提供（gòng）的（de）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。通過對一期土建進行複核,可將消毒渠（qú）二次（cì）澆注部分由720 mm擴寬至（zhì）1000 mm,消毒模架（jià）由之前的8個增加至10個,配置紫外（wài）線燈管數（shù）量由之前的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（shā）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,化學汙泥為0.35 t/d,設計萬噸水產泥量為1.39 t。汙泥處理工（gōng）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（cǎi）用2座池徑為10 m的（de）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車間之間設置2座（zuò）貯泥池以平衡汙水廠排泥的不均（jun1）勻性,單座平（píng）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（cún）放壓濾機1～2個批次的泥量。

       脫水機房（fáng）麵積為282.95 m2,安裝兩（liǎng）台過濾麵積為（wéi）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運行4個批次,每個批次4 h,單台工作時間為16 h,兩（liǎng）台同時使（shǐ）用。汙泥（ní）調理采用生石灰+三氯化鐵組合方式進行調理。生（shēng）石灰投加量按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯（lǜ）化鐵溶液(有效含（hán）量為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮（lǜ）。

       4.7 除臭設（shè）施

       除臭設施采用離（lí）子除臭工（gōng）藝,共設3套除臭（chòu）設備。其中,1號除臭設備對二期細格柵及沉砂池、膜格柵及二期厭（yàn）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、一期粗格柵及進水泵房、一期厭（yàn）氧池及二期總配水井（jǐng）進（jìn）行除（chú）臭,除臭風（fēng）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（zhù）泥池、汙泥脫水車間進行（háng）除（chú）臭,除臭風量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處理後的臭氣經排放管（guǎn）排放至15 m高空。

       05 效（xiào）果分析

       5.1 用地指（zhǐ）標分析

       汙水廠噸（dūn）水占地麵（miàn）積為0.66 m2,根據*新出版的《城市汙（wū）水處理工程（chéng）項目（mù）建設標準（zhǔn）》(建標 198-2022)中的相關（guān）要求,規模在5萬m3/d以下的汙水（shuǐ）處理廠,二級處（chù）理+深度處理用地（dì）指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵積較標準要求節約57.4%,實現了土地利用率的大（dà）幅度提高。

       5.2 運（yùn）行（háng）效果分析

       (1)水質分析

       汙水廠（chǎng）自2020年運行以來平均處理水量為（wéi）37221萬m3/d,保證率為95%時處理水量（liàng）為40411萬m3/d,水（shuǐ）量負荷率為89.8%,實際進出水（shuǐ）水質如表6所（suǒ）示。
       汙水廠在水量水質基本（běn）達到設計值的情況下,出水水質可穩（wěn）定（dìng）達（dá）到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標（biāo）準(TN除外),部分（fèn）出水水質指標達《地表水環境（jìng）質量標準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標（biāo）準,當MBR工（gōng）藝在膜通量（liàng）為（wéi）19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為了檢（jiǎn）驗（yàn）一期（qī）生物池改造（zào）為MBBR工藝後的運行效果,對其（qí）改造前後實際進出水中BOD5及TN進行分析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保證（zhèng）率的情況下,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（miàn）提高（gāo）了活（huó）性汙泥的濃度,另一方麵填（tián）料表麵附著生長的生物膜具（jù）有較長的（de）汙泥齡,有利於世代時間較長的硝化菌生（shēng）長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升（shēng）。

       (2)電耗、藥耗分（fèn）析

       汙水廠電（diàn）費為0.275元/m3(噸水電（diàn）耗為0.43 kW·h),藥（yào）劑費為（wéi）0.0885元/m3(主（zhǔ）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（xī）

       汙水廠一期（qī）改（gǎi）造後工藝為MBBR生物池+二沉（chén）池（chí）+砂濾（lǜ）池,萬噸水產泥量為（wéi）1.09 t;二期工程（chéng）新建工藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸（dūn）水產（chǎn）泥量為0.64 t,約為前者的58.7%。因此,MBR膜工藝較（jiào）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（gǎi）變生物池土建主體結構的前提下,通過在好氧區（qū）投加生（shēng）物（wù）填料將AAO生（shēng）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（shuǐ）環境質量標準》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條（tiáo）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標及擴（kuò）建,同時新建預（yù）處理及（jí）生物處理構築物（wù）均采用組合池的形式布置,噸水占地麵積為0.66 m2,較*新標準要求用地節約57.4%,大幅提高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效（xiào）減少剩餘汙泥排（pái）放量,前者排放的剩餘汙泥（ní）量（liàng）約為後者的58.7%。當MBR工藝（yì）在膜通量為19.84 L/(m2·h)時,出水水質穩定,可（kě）為同類（lèi）型汙（wū）水處（chù）理廠（chǎng）的設計改造提供參考與借鑒。

       (4)二期設計（jì）中將旋流沉砂池水力停留時間延（yán）長至80.5 s,實際運行中（zhōng）除砂效果較穩定,建議水量波動較大的汙水廠（chǎng）選用該（gāi）池（chí）型時,停（tíng）留（liú）時間至少大於1 min。

       (5)目前進水濃（nóng）度尚未完（wán）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,進水濃度進（jìn）一步提（tí）高後,需（xū）重點關注沉（chén）砂（shā）池的運行效果,合（hé）理優化深度處理（lǐ）的加藥量,降低泥（ní）處理費用。