在（zài）廣東省環境保護廳《南粵水更清行動計劃(2017-2020年（nián）)》的背景下,南方（fāng）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、曝氣生物濾池、移動（dòng）床生物膜（mó）反應（yīng）器(MBBR)及膜生物反應（yīng）器(MBR)工藝。本工程經（jīng）過技（jì）術經濟比選（xuǎn）,采用MBBR及MBR組合工（gōng）藝,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（èr）級處理采用AAO生物池+二沉池,深度處理為砂濾池,消（xiāo）毒（dú）采用紫外線,出水排放標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（biāo）準和（hé）*標準《城鎮汙水處理廠（chǎng）汙染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標準中的較嚴值。具（jù）體設計進（jìn）出水水質（zhì）如表（biǎo）1所示（shì）。
       1.2 設（shè）計難點分析

       汙水廠總規模為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因（yīn）此,本（běn）次工程需擴建3萬（wàn）m3/d的汙水處理設施。同時,設計出水水質需執行《地表水環境質量標準》中V類水標準(TN除外)。原規劃中（zhōng）該汙水（shuǐ）廠的總規模為3萬m3/d,廠（chǎng）內（nèi）預留用地僅按1.5萬m3/d的汙（wū）水規模預留。因此,本（běn）工程的主（zhǔ）要設計難（nán）點為需在有限的用地（dì）中同時完成擴建以（yǐ）及提標。02汙水處理廠設（shè）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擴建及提標改（gǎi）造設計進水水質。二期設計進水水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了SS、TN、氨氮,TP維持不變。設計出水水質則根據排（pái）水水體水質目標確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠擴建及（jí）提標改造設計思（sī）路

       本次工程進出水水質較一期工程有較大變化,且需要在（zài）有限的（de）用地內同時完（wán）成（chéng）汙水（shuǐ）廠（chǎng）擴建及提（tí）標。因此,設計思路為：

       (1)對一期工程處（chù）理能力進行（háng）校核,推測（cè）其在滿負荷且進水水質達到設計值（zhí）時是否能（néng）達到設計（jì）出水標準,充分挖潛現狀處理能力並利用現（xiàn）狀構築物進行改造（zào）升級;

       (2)二（èr）期新建工程采用（yòng）占地規模節約的高效（xiào）處理工藝,新增構築物盡（jìn）可能采用組合體的（de）形式布置。

       3.1 一（yī）期工程（chéng）提標改造（zào）方（fāng）案（àn）

       通過對汙水處理廠生物池、二沉池（chí）、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（shuǐ）處（chù）理廠一期工程在滿負（fù）荷及設計進出水水質的條件下,汙（wū）泥負荷、供氧量及生（shēng）物池的厭氧（yǎng）區、缺氧區容積均滿足要求。生物池的（de）好氧區容積偏小,約為（wéi）理（lǐ）論計算（suàn）值的70%。SS及TP均能達（dá）到設計（jì）出水水質標準。因此,一期工程在改造上應重點（diǎn）考慮對（duì）生物池好氧區的加強,加強對CODCr及BOD5的去除效果。

       在進（jìn）水可生化性較好（hǎo）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（fǎ）有氧化溝、AAO等工藝,生物膜法則有曝氣生物濾池、接觸氧化池、MBR等工藝。其中（zhōng）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的原則,可對一期（qī）砂濾池或生物池進行改造。提出如下（xià）兩（liǎng）種（zhǒng）方案（àn）：

       (1)通過將（jiāng）砂濾池改造為曝氣生物濾池,進一步降低水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總高度僅為4.40 m(排水槽頂端（duān）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（chí）改造為MBBR工藝,即通過在一期好氧區內投加生物填料以提高池內生（shēng）物量,從（cóng）而增（zēng）強處理（lǐ）效率。該方案*大的優（yōu）勢是無（wú）需新增用地,在不停產減產的情況下實現汙水廠的（de）提標（biāo）。對兩種方案進行技術經濟比較,結果如表3所示（shì）。

       根據上述比較,方案二在占地、工程投資及運行費用上均低於方案一,且方案（àn）一在建設（shè）期需拆除現狀砂濾池,對汙水廠運（yùn）行會產生影響。綜上,采用MBBR工藝對現狀生物池（chí）進行原位升級改造,將生物池（chí）改為生物膜-活性汙泥複合工（gōng）藝。該方案具有（yǒu）無需新建反應池、節（jiē）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（jiē）省（shěng）曝氣量、增強（qiáng）汙泥穩定（dìng）性、降低運行費用和基建投資等優點（diǎn）,目前,已在國內多個汙水廠的改造和新建項（xiàng）目上（shàng）采（cǎi）用並取得了較好（hǎo）的效果。

       3.2 二期擴建工程方（fāng）案

       在（zài）汙水廠實際出水水質保證率為95%的條件下,CODCr質量濃度為（wéi）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際出水水質（zhì）,CODCr、SS、氨氮較（jiào）易達到出水標準,因（yīn）此,確定二期提標改（gǎi）造工程的主要目標汙染物為TN(質量濃度≤15 mg/L)及（jí）TP(質量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通常采（cǎi）用生物處理,TP則可通過生物處理（lǐ）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的汙水處理設施,且出水水質需達到《地（dì）表水環境（jìng）質量標準（zhǔn）》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（yīn）此,選擇高效澄清池+生（shēng）物濾池(前（qián）置反硝化濾（lǜ）池+硝化濾池（chí）+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經濟比較,結（jié）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,但占地及工（gōng）程投資均小於方案一,且MBR工藝對出水（shuǐ）SS更有保障。此外,廠（chǎng）內（nèi）二期預留用地僅（jǐn）為6368 m2,若采用（yòng）方（fāng）案一,則無多餘（yú）用地建設預處理、碳（tàn）源加（jiā）藥（yào）間等生產構築（zhù）物,因此,采用方案二(AAO+MBR)作為擴建工程的汙水處理工藝。該工（gōng）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）統深度處理,部分指標達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同時（shí）,膜池較高的混合液回流比可提高生物池汙泥濃（nóng）度,延長汙泥齡,提高處理效率的同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝流程

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

       汙水廠（chǎng）平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組合池及碳源投加（jiā）間位於廠區（qū）北側預留空地上,汙泥濃縮池、貯泥池及脫水車間（jiān）布置（zhì）於一期砂濾池及機修間北側,二（èr）期紫外消（xiāo）毒渠位於（yú）一期紫外（wài）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（biāo）高為2.30 m,汙水廠進水通過泵房提升至總配（pèi）水井,水（shuǐ）位標高為6.90 m,尾（wěi）水經紫外消毒後水麵標高為2.40 m,在受納水體為常（cháng）水位時自流排放,為洪水位的時候通過泵提（tí）升排放。

       04 主要（yào）構（gòu）築物設計參數

       4.1 總（zǒng）配水井

       采用管（guǎn）道配水的方式難（nán）以將進廠汙水按設（shè）計規模均勻分配至（zhì）一期、二期生產線,因此,新（xīn）建總配水一座,均勻分配汙水處理廠汙水。設計流（liú）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,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉（chén）砂池及膜格（gé）柵

       為（wéi）充（chōng）分節約用地,將3座構築物采用組合池的形式布（bù）置（zhì）,各構築物具體設計如下。

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程（chéng）采用（yòng）回轉式細格（gé）柵,運行效果良好（hǎo）,因此,為方便運營（yíng）管理（lǐ）,本期工程延用同類（lèi）型細格柵,設（shè）計流量（liàng）Q=1700 m3/h,設置2道格柵流槽,渠寬（kuān）為（wéi）1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂（shā）池

       常用的沉砂池形式（shì）有曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前者可通過調（diào）節曝氣量控製汙水在池內的旋流速度,因而處理效果更加穩（wěn）定。但曝氣會去除部分有機（jī）物減少碳源,因此,當進水碳源缺乏且采用生（shēng）物脫氮除磷工（gōng）藝時（shí）,盡量避免（miǎn）采用（yòng）曝氣沉砂池。旋（xuán）流（liú）沉砂池則（zé）具有占地麵積小（xiǎo）,處理效率高的優點。考慮到汙水廠實際進水碳氮比較低且用地緊張,二期（qī）工程采用旋流沉砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水（shuǐ）力（lì）停留時間為80.5 s。在（zài）水力停留時間的選取方麵（miàn）,規範要（yào）求大於30 s即（jí）可,而汙水廠一期現狀沉砂池在高峰流量時,除砂效果較差,反算（suàn）此時的停留時間為30.3 s。根據現狀運行人員（yuán）反饋,當停留時間大於1 min時,除砂效果較好。

       (3)膜（mó）格柵

       為進一步保護後序膜處理單（dān）元（yuán）,需在旋流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步降低汙水中SS的含量,降低細小纖維（wéi）狀物質對膜的破壞風險。本工程采用內徑流孔板（bǎn）格柵,設（shè）計流量Q=1700 m3/h,設置3道格柵流槽,渠寬為1.60 m,柵（shān）條（tiáo）間隙為（wéi）1 mm。

       4.3 AAO+MBR生物池

       該構築物是汙水（shuǐ）處理廠的核心處理構築物,采用組合池的形式布置,主要設計參數結合規範、設計經驗（yàn）及廠家設備性能綜合確定,具（jù）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（de）情況下適當縮短了厭氧區的停留時間。根（gēn）據MBR工藝特點,適度增加反應池內汙（wū）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,因此,考慮向好氧區投（tóu）加生物填料,將一期生物池（chí）改造為MBBR生物池。填料設計投加量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵積≥800 m2/m3,材質為（wéi）高密度聚乙烯(HDPE)。為保證填（tián）料（liào）在池內正常的流態化,需在好氧（yǎng）區增設輔助穿孔曝氣管,輔助曝氣量為20 m3/min。同時,為避免填料隨（suí）水流流失需在好氧區進出口增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫（zǐ）外消毒池,本期由於出（chū）水標準提高,需更（gèng）換紫外燈組,同時新建一座（zuò）紫（zǐ）外消毒池(規模為3.0萬m3/d)。根（gēn）據規範提供的參考值,當（dāng）汙水廠尾水為再生水時,紫外線劑量（liàng）應為24～30 mJ/cm2。通過對一期土建進行複核,可將消毒渠二次澆注部（bù）分由720 mm擴寬至1000 mm,消毒模架由之前的8個增加至10個,配置紫外線燈管數量（liàng）由之前（qián）的64隻提高到（dào）88隻,則紫外（wài）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（gè）紫外消毒模塊,每個模塊含紫外線殺菌燈數8支（zhī）,紫（zǐ）外線劑量滿足規範要求。

       4.6 泥處理（lǐ）設施

       本工程設計絕幹泥量為6.28 t/d,其中（zhōng）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（chǎn）泥量為1.39 t。汙泥（ní）處理工藝流程為濃縮池+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的汙泥濃縮池,固體負荷為40 kg/(m2·d)。

       本工程在汙泥濃縮池及汙（wū）泥脫水（shuǐ）車間（jiān）之間設（shè）置（zhì）2座貯泥池以平衡汙水廠（chǎng）排泥的不均勻性,單（dān）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（lǜ）機1～2個批次的泥量。

       脫水機房麵積為282.95 m2,安裝（zhuāng）兩台過濾麵積為250 m2的板框（kuàng）式壓濾機,總功率N=10.3 kW,單台（tái）設備處（chù）理能力為每（měi）批次（cì）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）作時間為16 h,兩台同時使（shǐ）用。汙泥調理采（cǎi）用生石灰+三氯（lǜ）化鐵（tiě）組合方式進行調理。生石灰投（tóu）加量按每噸幹汙泥100 kg考慮（lǜ）,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（chòu）設施

       除臭設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（qī）細格柵及沉砂池、膜格柵及二期厭氧進行除臭,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（qī）粗格柵及進水泵房、一期厭氧池及二期總配水井進（jìn）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、貯泥池、汙泥脫（tuō）水車間進行除臭,除臭風量Q=12000 m3/h,功率N=16.9 kW。處理（lǐ）後的臭氣經排放管排放至（zhì）15 m高空。

       05 效果分析

       5.1 用（yòng）地指標分析

       汙水廠噸水占地麵積為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)中的相（xiàng）關（guān）要求,規（guī）模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級處理+深度處理用地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用地麵積較標準要（yào）求節約（yuē）57.4%,實現了土地利用率的大幅度提（tí）高。

       5.2 運行效果分析

       (1)水質分（fèn）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（lǜ）為95%時處理水量為40411萬m3/d,水量負荷率為89.8%,實際（jì）進出水水質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基本達到（dào）設計值的情況下,出水水質可穩定達到《地表水環（huán）境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部分出水水（shuǐ）質指標達《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（wéi）19.84 L/(m2·h)時運行（háng）較為穩定（dìng）。

       為了檢驗一期生物池改造為MBBR工藝後的運行（háng）效果,對其改造前後實際進出水中BOD5及（jí）TN進（jìn）行分析,結果（guǒ）如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保（bǎo）證率的情況下,BOD5的去除率（lǜ）由71.02%提升至92.24%,TN的（de）去除率（lǜ）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（gāo）了活性（xìng）汙泥的濃度（dù）,另一（yī）方麵填料表（biǎo）麵附著生長的生（shēng）物（wù）膜（mó）具有較（jiào）長的汙（wū）泥齡,有利於世代時間較長的硝化菌生長繁（fán）殖,因此,BOD5和TN的去除率均（jun1）有提升。

       (2)電耗、藥耗分（fèn）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（yào）劑聚合硫酸鐵、乙酸鈉、生石灰、三氯化鐵、次氯酸鈉及（jí）檸檬酸)。

       (3)產泥量分（fèn）析

       汙水廠一期改造後工藝為MBBR生物池+二沉池+砂濾池,萬噸水產泥量（liàng）為1.09 t;二（èr）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（wéi）前者（zhě）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（jié）論與（yǔ）建議（yì）

       (1)在不改變生物池土建主體（tǐ）結構（gòu）的前提下,通過在好氧（yǎng）區投（tóu）加生物填料將AAO生物池改造（zào）為MBBR生物（wù）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（zhì）量標準》中V類標準(TN除（chú）外（wài）)。目前,工藝運行（háng）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）條件下,通過技術經濟比（bǐ）選後采用MBBR工藝以及MBR工藝對汙水處理廠進行提標及擴建,同時新（xīn）建預處理及生物處理構築物均采用組合（hé）池的（de）形式布（bù）置（zhì）,噸水（shuǐ）占（zhàn）地麵積為0.66 m2,較*新標準（zhǔn）要求用（yòng）地節約57.4%,大幅提高土地利（lì）用率（lǜ）。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更（gèng）能有效減少剩餘汙泥排放（fàng）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,可為同類型汙水處理（lǐ）廠的設計（jì）改造提供參考與借鑒。

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

       (5)目（mù）前進水濃度（dù）尚未完全達到設計值,尤其是BOD5及SS,因此,產泥量較低。待（dài）後期（qī）服務範（fàn）圍內管網完善,進（jìn）水濃度進一步提（tí）高後,需重點關注沉砂池的運行效（xiào）果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處理費用。