在廣東省環境（jìng）保護廳《南粵水更（gèng）清行動計（jì）劃(2017-2020年)》的背景下,南方某城鎮汙水處理廠亟需擴建及（jí）提標改（gǎi）造（zào）。該汙（wū）水廠現狀預留用地有限,因此（cǐ）,需考慮節省占地的汙水（shuǐ）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（wù）反應器(MBR)工藝。本工程（chéng）經過（guò）技術經濟比選,采用MBBR及MBR組（zǔ）合工藝,在有限（xiàn）的用地中同時實現汙水處理廠的擴建（jiàn）及提標改造。

       01 汙水處理廠現狀及設（shè）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（lǐ）采用AAO生物池+二沉池,深度處理為砂（shā）濾池,消毒采用紫外線,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（xī）

       汙水廠總規模為（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（lǐ）設施。同時,設計出水水質（zhì）需（xū）執行《地表水環境質量標準》中V類水標準(TN除外)。原規劃中該汙水廠的總規模為3萬（wàn）m3/d,廠內預留用地僅按1.5萬m3/d的汙水（shuǐ）規模（mó）預留。因此,本工程（chéng）的主要設計難（nán）點為（wéi）需在有限的用地中同時完成擴建以及提標。02汙水處理廠（chǎng）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（zōng）合確定本次擴建及提（tí）標改造設計進水水質。二期設計進水水（shuǐ）質與一（yī）期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨氮,TP維持（chí）不（bú）變。設計出水水質則根據排水水體水質目標確定,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠擴建及提標改造設計思路

       本次工（gōng）程進出水水質（zhì）較一期工程有較大（dà）變化（huà）,且需要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（xiào）核,推測（cè）其在滿負荷且進水水質達到（dào）設計值時是否能（néng）達到設計出水標準,充分挖潛現狀（zhuàng）處理（lǐ）能（néng）力（lì）並（bìng）利用現狀（zhuàng）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處理工藝,新增構（gòu）築物盡可能采用組合體的形式（shì）布置（zhì）。

       3.1 一期工程提標改造方案

       通過（guò）對汙（wū）水處理廠生物池、二沉池、深度處理段處理能力進行理論計算得出如下校核結果。

       汙水處理廠一期工（gōng）程在滿負荷（hé）及設計進出水水質的條件下,汙泥負荷、供氧量及生物池的厭氧區、缺氧區容積均滿足要求。生（shēng）物池的好氧（yǎng）區容積偏小,約為理論（lùn）計算值的70%。SS及TP均（jun1）能達到設計出水水（shuǐ）質標準。因此,一期工（gōng）程（chéng）在改造上應重點（diǎn）考慮對生物池好氧區的加強,加強對CODCr及BOD5的去除（chú）效果。

       在進水可生化性較好的情況下,對CODCr和BOD5的（de）去除一般采用活性汙泥法或生物膜法。活性汙泥（ní）法有氧化（huà）溝、AAO等工藝,生物膜法則有曝氣生物濾池、接（jiē）觸氧化池、MBR等（děng）工（gōng）藝。其中應用於深度處理的主要是生物膜法。基（jī）於充分利用現狀構築物的原則,可對一期砂濾池或生物池（chí）進行改造。提出如下兩（liǎng）種方案：

       (1)通過（guò）將砂濾（lǜ）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（pái）水槽頂端距離濾板高度僅1.75 m),不具備改造的（de）條件,因此,隻能對其拆（chāi）除重建。

       (2)將（jiāng）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（wù）填料以提高（gāo）池內生物量,從而增強處理效率。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（shí）現汙水廠的（de）提標。對兩（liǎng）種方案進（jìn）行技術經濟比較（jiào）,結果如表3所示。

       根據上述比較,方案二在占地、工程投資及運行費用上均低於方案一,且方案一在建設期需拆除現狀砂濾池,對汙水廠運行會產生影（yǐng）響。綜上,采用MBBR工藝（yì）對現狀（zhuàng）生物池進行原位（wèi）升級改造,將生物池改為生物膜-活性汙（wū）泥複合工藝。該方案具有無需新建反應池、節約占地、易於實施改造（zào）、工期短、活性汙（wū）泥濃度高、處理效率高、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低（dī）運行費用和（hé）基建投資等優點,目前（qián）,已在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（hǎo）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（lǜ）為95%的條件下,CODCr質量濃度為38 mg/L,SS質（zhì）量濃度為18 mg/L,氨氮質量濃（nóng）度為2.80 mg/L,TN質量濃度為（wéi）16.32 mg/L,TP質量（liàng）濃度為（wéi）0.46 mg/L,對比二期設計出（chū）水（shuǐ）水質及現狀實際出水水質,CODCr、SS、氨氮（dàn）較易達到（dào）出水標準,因此,確定二期提標改（gǎi）造工程的主（zhǔ）要目標（biāo）汙染物為TN(質（zhì）量（liàng）濃度≤15 mg/L)及TP(質量濃（nóng）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以化學處理去除（chú）。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水規模預留用地（dì）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（jìng）質量標準》中V類標準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深度處理工藝占地較大,難以滿足擴建需求,因此,選擇高效澄清池+生物（wù）濾池(前（qián）置反硝化濾池+硝化濾池+後置（zhì）反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進（jìn）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（zī）均小（xiǎo）於方案一（yī）,且MBR工（gōng）藝對出水SS更有（yǒu）保障。此外,廠內二期（qī）預留用地僅為6368 m2,若采用（yòng）方案一,則無多（duō）餘用地建（jiàn）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處理工藝。該工藝流程短,處理效率（lǜ）高,節約用地的同時出水水質（zhì）優於傳統深度處（chù）理,部分指標達到地表水（shuǐ）Ⅳ類,可直接回用。同時,膜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,提高處理效率（lǜ）的同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝（yì）流程

       汙水經粗格柵及提升泵房提升後,通過配水井分配至（zhì）一期與二期進行處理,工藝流（liú）程如圖1所示。
       3.4 平麵布置及豎向設計

       汙水廠平麵布置如圖2所示。二期預處理組（zǔ）合池、AAO+MBR組合池及碳源投加間位於廠區北側預留空（kōng）地上,汙泥（ní）濃縮池、貯泥池及脫水車間布（bù）置於一（yī）期砂濾池（chí）及機修間北側,二期紫外消毒（dú）渠位於（yú）一（yī）期紫外消毒渠（qú）北側預留用地。
       汙水廠豎向設計（jì）如圖3所示。廠坪標高（gāo）為2.30 m,汙水廠進（jìn）水通過泵房提升至總（zǒng）配水井,水位標高為6.90 m,尾水經紫外（wài）消毒後水麵（miàn）標高為2.40 m,在（zài）受納水體為常水位時自流排放,為洪水（shuǐ）位的（de）時候通過泵提升排（pái）放。

       04 主要構築物（wù）設計參數

       4.1 總配水井

       采用管（guǎn）道配水的方式難（nán）以將進廠汙水按設計規模均勻分配至一期、二（èr）期生產線,因此,新建（jiàn）總配水一（yī）座,均勻（yún）分配汙水處理廠汙（wū）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（liǎng）格,一（yī）期（qī）、二期（qī）各用一格。

       4.2 細格（gé）柵、旋流沉砂池及膜格（gé）柵

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

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程采用回轉式細格（gé）柵,運行效果良好,因此,為方便運營管理,本期工程延用同類型細格（gé）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（chén）砂池

       常用（yòng）的沉砂池形式有曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前者可通過調（diào）節曝氣（qì）量控製（zhì）汙水在池內的旋流速度,因（yīn）而處理效果更加穩定。但曝氣會（huì）去除部分有機物減少碳源,因此,當（dāng）進水碳（tàn）源缺（quē）乏且（qiě）采用生物脫氮除（chú）磷工藝時,盡（jìn）量避免（miǎn）采用曝（pù）氣沉（chén）砂（shā）池。旋流沉砂池則具有占地麵（miàn）積小,處理效率高的優點。考慮（lǜ）到汙水廠實際進水碳氮（dàn）比較低且用地緊張,二期（qī）工程采用旋流沉砂池,設計流（liú）量Q=1700 m3/h,水力停留時間為（wéi）80.5 s。在水力停留（liú）時間的選取方麵,規範要（yào）求大於30 s即可,而汙水廠一期（qī）現狀沉砂池在高峰流量時,除（chú）砂效（xiào）果較差（chà）,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現狀運行人員反饋,當停留時間（jiān）大於1 min時,除砂效（xiào）果較好。

       (3)膜格柵

       為進一步保護後序膜處理單元,需在旋流沉砂（shā）池後（hòu）設置一道超細格柵以進一步降低汙水中SS的（de）含量,降低（dī）細小纖維狀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（dào）格柵流槽（cáo）,渠寬為1.60 m,柵條間隙為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（wù）,采用組合池的形式布置,主要設計參（cān）數結合規範、設計（jì）經驗（yàn）及廠家設備性（xìng）能（néng）綜合確定,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（shǎo）碳源的（de）消耗,保證脫氮效果,設計在滿足規範要求的情況下適（shì）當縮短了厭氧區的停（tíng）留時間（jiān）。根據MBR工藝（yì）特點（diǎn）,適度增加反應池內汙泥濃度,減（jiǎn）少好氧區容積,以節約投（tóu）資和占地。

       4.4 MBBR生物（wù）池(一期生物池改建)

       出水水質標準（zhǔn）提高後,一期生（shēng）物池好氧段池容不足,因此,考（kǎo）慮向好（hǎo）氧區投（tóu）加生物填料,將一期生物池改造（zào）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,材質為高密度聚乙烯(HDPE)。為保證填料在池內正常（cháng）的流態（tài）化,需在好氧（yǎng）區增設輔（fǔ）助穿孔曝氣管,輔助曝氣量為20 m3/min。同（tóng）時,為避（bì）免填料（liào）隨水（shuǐ）流流失需在好氧區進出口增設進出（chū）水攔截篩網。

       4.5 紫外（wài）消毒（dú）渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外消（xiāo）毒（dú）池,本期（qī）由於出水標準提高,需更換紫（zǐ）外燈組,同（tóng）時新建一座紫外消毒池(規模為（wéi）3.0萬m3/d)。根據（jù）規範提供的參（cān）考值,當汙水廠尾水為（wéi）再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期土（tǔ）建進行複核（hé）,可將消毒渠二次澆注部分由720 mm擴寬至1000 mm,消毒模架由之前的8個增加（jiā）至10個,配置紫外線燈管數量由之前的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（èr）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（dēng）數8支,紫外線劑（jì）量滿足規範要求。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕（jué）幹泥量為6.28 t/d,其中剩餘汙泥為5.93 t/d,化（huà）學汙（wū）泥為0.35 t/d,設計萬噸水產（chǎn）泥量為1.39 t。汙（wū）泥處理工藝流程為濃縮池+貯（zhù）泥（ní）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（běn）工程在汙泥濃（nóng）縮池及（jí）汙（wū）泥脫水車間（jiān）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（yǒu）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（wéi）250 m2的板框式壓濾機,總功率N=10.3 kW,單台設備處理能力為每批次0.6～1 t。壓（yā）濾（lǜ）機1 d運行4個批次,每個批次4 h,單台工作時間（jiān）為16 h,兩台同時使用。汙泥調理采用生（shēng）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（róng）液(有效（xiào）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（chòu）工（gōng）藝,共設3套除臭設備。其中,1號除臭設備（bèi）對二（èr）期（qī）細格柵及沉（chén）砂池、膜格（gé）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（shā）池（chí）、一期（qī）粗格柵及進水泵房（fáng）、一期（qī）厭氧池及二（èr）期總（zǒng）配水井進行（háng）除臭,除臭（chòu）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（zhù）泥池、汙泥脫水車（chē）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15 m高空。

       05 效果分析（xī）

       5.1 用地指標分析

       汙水廠噸水占地麵（miàn）積為0.66 m2,根據*新出版的《城市汙水處理工（gōng）程（chéng）項目建設標準》(建標 198-2022)中的相關要求,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（yòng）地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用（yòng）地麵積較標準要求節約57.4%,實現了土地（dì）利用率的大幅度提高。

       5.2 運行效果分析（xī）

       (1)水（shuǐ）質（zhì）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（shuǐ）量（liàng）為40411萬m3/d,水量負荷率（lǜ）為89.8%,實際進出水水質如表（biǎo）6所示。
       汙水廠在水量水質基本達（dá）到設計（jì）值的情況下,出水（shuǐ）水質可穩定達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除（chú）外),部分出（chū）水水質指標達《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中（zhōng）Ⅳ類標準,當MBR工藝在膜通（tōng）量為（wéi）19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為了（le）檢驗一期生物池改造為MBBR工藝後的運行效果（guǒ）,對其改造前後實際進出水中BOD5及TN進（jìn）行分析,結果如表（biǎo）7所示。
       一期工（gōng）程改造完（wán）成（chéng）後,在95%保證率的情（qíng）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提高了活性汙泥的（de）濃度,另一方麵填料表麵附著（zhe）生長的生物膜具（jù）有（yǒu）較長的汙泥齡,有（yǒu）利於世代時間較長的硝化菌生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率（lǜ）均有提升。

       (2)電耗、藥耗分析

       汙水（shuǐ）廠電費為0.275元/m3(噸水電耗為（wéi）0.43 kW·h),藥（yào）劑費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合硫酸鐵、乙酸鈉、生石灰、三氯化鐵、次氯酸鈉及檸（níng）檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工（gōng）藝為MBBR生物池（chí）+二沉池+砂濾池,萬噸水產泥量為1.09 t;二期工程新建（jiàn）工藝為AAO+MBR膜工藝,萬（wàn）噸水產（chǎn）泥量為0.64 t,約為前者的（de）58.7%。因此,MBR膜工藝較（jiào）MBBR工（gōng）藝更能（néng）有效減少（shǎo）剩餘汙泥排放量。

       06 結論與（yǔ）建議（yì）

       (1)在不（bú）改變生（shēng）物池（chí）土建（jiàn）主體結構的前提下,通過在好氧區投加生物填料將AAO生物（wù）池改造為MBBR生（shēng）物池,進一步提高對BOD5的（de）去除,出水（shuǐ）水質全麵提（tí）升至《地（dì）表水環境質量標準》中V類標（biāo）準(TN除外)。目前,工藝運行良（liáng）好,出水水質穩定達（dá）標。

       (2)本工程（chéng）在預留用地極其有限（xiàn）的條件下,通過技術經濟比選後（hòu）采（cǎi）用MBBR工藝以及MBR工藝對汙水處理廠進行提標及（jí）擴建,同時新建（jiàn）預處理及生物處理構築物（wù）均采用組合池（chí）的形式布置,噸（dūn）水占地麵積為（wéi）0.66 m2,較*新（xīn）標準要求用地節約57.4%,大（dà）幅提高土地利（lì）用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效減少剩餘汙泥排（pái）放量,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（tóng）類型汙水處理廠的設計（jì）改造提供參考與借（jiè）鑒。

       (4)二期設計（jì）中將旋流沉砂池水力停留時間（jiān）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（jiào）大的汙水廠選用該池型時,停留時間（jiān）至少大於1 min。

       (5)目前進水濃度尚未完全達到設計值,尤（yóu）其是BOD5及SS,因此,產泥（ní）量較低。待後期服務範圍（wéi）內管網完善,進水濃度進一步提（tí）高（gāo）後（hòu）,需（xū）重點關注沉砂池的運行效果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處理費用。