在廣東省環境保護廳（tīng）《南粵水更清行（háng）動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方某城（chéng）鎮汙水（shuǐ）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藝,如多段（duàn）AO、曝（pù）氣生物濾池、移動床生物膜反應器(MBBR)及膜（mó）生物（wù）反應器(MBR)工藝。本工（gōng）程經過技術經濟比選,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建及提標改造。

       01 汙水處理廠（chǎng）現狀及設計難點

       1.1 汙水處理廠現狀

       汙水廠現狀規模為（wéi）1.5萬m3/d,二級處理采用（yòng）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省地方標準《水汙（wū）染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二（èr）時（shí）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

       汙水廠總規模為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因此,本次（cì）工程需擴建3萬m3/d的汙水處理設施。同時,設計出水水質需執行（háng）《地表水環境（jìng）質（zhì）量標準（zhǔn）》中V類水（shuǐ）標準(TN除外（wài）)。原規劃中該（gāi）汙水廠的總（zǒng）規模為3萬m3/d,廠內預留用地僅按1.5萬m3/d的（de）汙水規（guī）模預留。因此（cǐ）,本工程的主要設計（jì）難點為需在（zài）有限的用地中同時完成擴建以及提標。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（shuǐ）水質進行數理統計分析綜合確定本次擴建及提標改造設計進水水質（zhì）。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（shuǐ）水質則根據排水水體水質目標確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理（lǐ）廠（chǎng）擴建及提（tí）標改造設計思路

       本次工程進出水（shuǐ）水質較一（yī）期（qī）工程有（yǒu）較大變化,且需（xū）要在有限（xiàn）的用地內同時（shí）完成（chéng）汙水廠擴建及提標。因此,設計思路為：

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

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

       3.1 一期工程提標改造方案

       通過對汙水處（chù）理廠（chǎng）生物池、二（èr）沉池（chí）、深度處理段處理能力進行理論計（jì）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（jì）進出（chū）水水質的條件下,汙泥（ní）負荷、供氧量及生物（wù）池（chí）的厭氧區、缺氧區容（róng）積均滿足（zú）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標準。因此,一期工程在改造上應重（chóng）點考慮對（duì）生物池好氧區的加強,加強對CODCr及BOD5的去除效果。

       在進水可生化性較好的情況下（xià）,對CODCr和BOD5的（de）去除一般采（cǎi）用（yòng）活性汙泥法或生物膜法。活性汙泥法有氧（yǎng）化溝、AAO等工藝,生物膜法（fǎ）則有（yǒu）曝氣生物濾池、接觸氧化池、MBR等工藝。其中應用於深度處理（lǐ）的主要是生物膜（mó）法。基於充分利用現狀構（gòu）築物（wù）的（de）原則,可（kě）對一期砂濾（lǜ）池或生物池進行（háng）改造。提（tí）出如下兩種方案：

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

       (2)將一期生物池改造為MBBR工藝（yì）,即通過在一（yī）期好氧區內投加生物填料以提高池內生（shēng）物量,從而增強處理（lǐ）效率。該方案*大的優（yōu）勢是無需新增用（yòng）地（dì）,在不停產減產（chǎn）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（jiào）,結果如表3所示。

       根據上述（shù）比較,方（fāng）案二在占（zhàn）地、工程投資及運行費用（yòng）上均低於方案一,且方案（àn）一（yī）在建設期（qī）需拆除現狀砂濾池,對（duì）汙水廠運行會產生影響。綜（zōng）上（shàng）,采用MBBR工藝對現狀生物池進行原位升級改（gǎi）造,將生物池改為生物膜（mó）-活性（xìng）汙泥複（fù）合工藝。該方案具有無需新建反應池、節約占地、易於實（shí）施改造、工期短、活性汙（wū）泥濃度高、處理效率高、節省曝氣量、增強（qiáng）汙泥（ní）穩定性、降低（dī）運行費用和（hé）基建投資（zī）等優點,目前,已在國內多個（gè）汙水廠的改造和（hé）新建項目上采用並取得了較好的效果。

       3.2 二期擴建工程方（fāng）案

       在汙水廠實際出水水質保證率為95%的條件下,CODCr質量（liàng）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質量濃度為16.32 mg/L,TP質量濃度為（wéi）0.46 mg/L,對（duì）比二期設計出（chū）水水質及現（xiàn）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（de）主要（yào）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的去除通常采用生物處理,TP則可通過生物處理輔（fǔ）以化（huà）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《地表水環境質量標準》中（zhōng）V類標準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深（shēn）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(前置反硝化濾池+硝化濾池+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技（jì）術經（jīng）濟比較,結果如表4所示。
       根據上（shàng）述（shù）比較,方案二雖然直接運行費用略高,但占地及工程投資均（jun1）小於方案一,且MBR工藝對出水SS更有（yǒu）保障。此外,廠內二期預留用地（dì）僅為6368 m2,若采用方案一,則無多（duō）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工藝。該工藝（yì）流程短,處理效率高,節約用（yòng）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,膜池較高的混合（hé）液回流比（bǐ）可提高（gāo）生物池汙泥濃度,延長汙泥齡,提高處理效率（lǜ）的同時（shí）減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工（gōng）藝流程

       汙水經粗格柵及提升泵房提升後,通過配水井分配至一期（qī）與二期進行處理,工藝流程如（rú）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（zǔ）合（hé）池、AAO+MBR組（zǔ）合池及碳源投加間位於廠區北側預留空地上,汙（wū）泥（ní）濃縮池、貯泥池及脫水車間布置於一期（qī）砂濾池及機（jī）修間北側（cè）,二期紫外消毒渠位於一期紫外消毒渠北側預留用地。
       汙水廠豎向設計如圖3所示。廠坪標高為2.30 m,汙水廠進水通過（guò）泵房（fáng）提升至總配水井,水位標高為6.90 m,尾水經紫（zǐ）外消毒後水麵（miàn）標高為2.40 m,在受納水體為常水位時（shí）自流排放（fàng）,為洪水位的（de）時候通過泵提（tí）升排放。

       04 主要構（gòu）築物設計參數

       4.1 總（zǒng）配水井

       采用管道配水的方式難（nán）以將進廠汙水（shuǐ）按設計規（guī）模均勻分配至一期、二（èr）期生產線,因此,新（xīn）建總配（pèi）水一座,均勻分配汙水處理廠汙水。設計流量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,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（yòng）地,將3座（zuò）構築物采用組合（hé）池的形式（shì）布置,各構築（zhù）物具體設計如下。

       (1)細格柵

       汙（wū）水廠現狀一期工程采用回轉式細格柵,運行效果良（liáng）好（hǎo）,因（yīn）此,為方便運（yùn）營管理,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（gé）柵流槽,渠寬為1.50 m,柵條（tiáo）間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂池

       常用的沉砂池形式有曝氣沉砂池和旋流沉（chén）砂池,前者（zhě）可通過調節曝氣量控製汙水在池（chí）內的旋流速度,因而（ér）處理效果更加穩定。但曝氣會去（qù）除部分有機物（wù）減少（shǎo）碳源,因此,當進水碳源缺乏且采用（yòng）生物脫氮除磷工藝時,盡量避免采用（yòng）曝氣沉砂池（chí）。旋流（liú）沉砂池則具有占地麵積小,處理效（xiào）率高的優點。考慮到汙水廠實際進水（shuǐ）碳氮比（bǐ）較低且用地緊張,二期工程采用旋流沉（chén）砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水力停留時間為80.5 s。在（zài）水（shuǐ）力停留（liú）時間的選取方（fāng）麵,規範要求大於30 s即可,而汙水廠一期現（xiàn）狀沉砂池（chí）在高峰流量時,除砂效果（guǒ）較差,反（fǎn）算此時的停留時間（jiān）為（wéi）30.3 s。根據現狀（zhuàng）運行（háng）人員反饋（kuì）,當（dāng）停（tíng）留時間大於1 min時,除砂效（xiào）果較好。

       (3)膜格柵（shān）

       為進一步保護後序（xù）膜處理單元,需在（zài）旋（xuán）流（liú）沉砂池後（hòu）設置一（yī）道超細格柵（shān）以進一步降低汙水中SS的含（hán）量,降低細小纖維狀（zhuàng）物質對膜的破壞風險。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,渠寬為1.60 m,柵條間隙為1 mm。

       4.3 AAO+MBR生物池

       該（gāi）構築物是（shì）汙水處理廠的核心處理構築（zhù）物,采用組合池的形（xíng）式布置,主要設計（jì）參（cān）數結合規範、設計經驗及廠家設備性能（néng）綜合確定（dìng）,具（jù）體如表（biǎo）5所示。
       汙水（shuǐ）廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為了盡量減少碳源（yuán）的消耗,保證脫氮效（xiào）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（liú）時間。根據MBR工藝特點,適度增（zēng）加反應池（chí）內（nèi）汙泥濃度,減少好氧區容積,以節約投（tóu）資和占地。

       4.4 MBBR生物池(一期生物（wù）池改建（jiàn）)

       出（chū）水水（shuǐ）質標準提高後,一期生物池（chí）好氧段池容不足,因此,考慮（lǜ）向好氧區投加生物填料,將一期（qī）生物池改造為MBBR生物池。填料設計投加量（liàng）為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵積≥800 m2/m3,材質為高密度聚乙烯(HDPE)。為保（bǎo）證（zhèng）填料在池內正常的（de）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（tóng）時,為避免填料隨（suí）水流流失需在好氧（yǎng）區進出口（kǒu）增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠

       一期已建1座（zuò）(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（zǐ）外消毒池(規模（mó）為（wéi）3.0萬m3/d)。根（gēn）據規範提供的參（cān）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（duì）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,則紫外線劑量由之前的20.2 mJ/cm2提高到26.4 mJ/cm2,滿足規範要求。二期新（xīn）建紫外消毒渠土（tǔ）建尺（chǐ）寸與一期一致,共設21個紫外消毒（dú）模塊,每個模塊含紫外線殺菌燈數（shù）8支,紫（zǐ）外線劑量滿足規範要求。

       4.6 泥處（chù）理設施

       本工程設計絕幹泥量為6.28 t/d,其中剩餘（yú）汙泥為5.93 t/d,化學汙（wū）泥為0.35 t/d,設計萬（wàn）噸水產泥量為1.39 t。汙泥處理工藝流程為濃縮池+貯（zhù）泥池+板框壓濾機,設計泥餅（bǐng）含固率為40%。

       設計（jì）采用2座池徑為10 m的（de）汙泥（ní）濃（nóng）縮池,固體負荷為40 kg/(m2·d)。

       本（běn）工程在汙泥濃縮（suō）池及汙泥脫水車間之間設置2座貯泥池以平衡（héng）汙（wū）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（de）板框式壓濾機,總功率N=10.3 kW,單台（tái）設備處（chù）理能力為（wéi）每批次0.6～1 t。壓濾機1 d運行4個批次,每個批（pī）次（cì）4 h,單台工（gōng）作時間為16 h,兩台同時使用。汙泥調理采用生石灰+三氯化鐵組合方式進（jìn）行調理。生石（shí）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（lǜ）。

       4.7 除臭設施（shī）

       除臭設施采（cǎi）用（yòng）離（lí）子除臭工藝,共設3套除臭設備。其中,1號除（chú）臭設備對二期細格（gé）柵及沉砂池、膜格柵及二期厭氧進行（háng）除臭,除臭風（fēng）量（liàng）Q=5000 m3/h,功率N=10.2 kW;2號除臭設備對一期細格柵及沉（chén）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（chú）臭,除臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備（bèi）對二期汙泥濃縮池、貯泥（ní）池、汙泥脫水車間進行除臭,除臭風量Q=12000 m3/h,功率（lǜ）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

       5.1 用地指標（biāo）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（zhōng）的相關要求,規模在（zài）5萬m3/d以下（xià）的汙水處理廠,二級處理+深度處（chù）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求節約57.4%,實現（xiàn）了土地（dì）利用率的（de）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（wàn）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（běn）達到設計值的情況下,出水水質可穩定達到《地（dì）表水環境質量標準》(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（zhì）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（wéi）穩定（dìng）。

       為了檢驗一期（qī）生物池改造為MBBR工（gōng）藝後的運行效果,對其改（gǎi）造前後實際進出水中BOD5及TN進行（háng）分析,結果（guǒ）如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保證率的情況下,BOD5的（de）去除率由（yóu）71.02%提升至92.24%,TN的去除（chú）率（lǜ）由16.60%提升至57.23%。分析（xī）認為通過在好氧區投加生物填料（liào）一方麵提高了活性（xìng）汙泥的濃度,另一方麵（miàn）填料表麵附（fù）著生長的生物膜具有較長（zhǎng）的（de）汙泥齡,有利於世代時間較長（zhǎng）的硝化菌生長繁殖,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（yào）劑費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合硫酸鐵、乙酸（suān）鈉、生石灰、三氯化鐵、次氯酸鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造（zào）後工藝為（wéi）MBBR生物池+二沉池+砂濾（lǜ）池,萬噸水產泥量為1.09 t;二期工程新建（jiàn）工藝為AAO+MBR膜（mó）工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約為前者（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 結論與建議

       (1)在不改變生物池（chí）土建主（zhǔ）體結構的前提下,通過在好氧（yǎng）區投加生物填料將AAO生物池改造為MBBR生物池,進一步提高對BOD5的去除,出水（shuǐ）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（liáng）好,出水水質穩定達標。

       (2)本工程在預留用地極其有限的條件下,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（shì）布置,噸水占地麵積為（wéi）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（yǒu）效減少剩餘汙泥（ní）排放量,前者排放的剩餘（yú）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（shuǐ）質穩定,可為（wéi）同類型汙水處理廠的設計改造提（tí）供參考（kǎo）與借鑒。

       (4)二（èr）期設計（jì）中將旋流沉砂池水力停留時（shí）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（shuǐ）廠選用該池型時,停留（liú）時間至少大於1 min。

       (5)目前進水（shuǐ）濃度尚未（wèi）完全達到設計值,尤其是BOD5及（jí）SS,因此,產泥量較低。待後期（qī）服務範圍內管網完善,進（jìn）水濃度進一步提高（gāo）後,需重點關注沉砂池的運行效果,合理優化（huà）深度處理的加（jiā）藥量,降低（dī）泥處理費用。