在廣東省環境保護廳《南粵水更清行動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方（fāng）某城鎮（zhèn）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（jiē）省占地的汙（wū）水處理工藝,如多段AO、曝氣生物濾池、移動床生物（wù）膜反應器(MBBR)及膜生物反應器(MBR)工藝。本工程經（jīng）過技術經濟比選,采用MBBR及MBR組（zǔ）合工藝,在有限的用地中同時實現汙水處理廠的擴（kuò）建及提標改造。

       01 汙（wū）水（shuǐ）處理廠（chǎng）現狀及設計難點

       1.1 汙（wū）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生物池+二沉（chén）池,深度處理為砂濾池,消毒采用紫（zǐ）外（wài）線,出水排放（fàng）標（biāo）準執行廣（guǎng）東省地方標準《水汙（wū）染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二時段一級（jí）標準和（hé）*標（biāo）準《城鎮（zhèn）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（shuǐ）水質如表1所示。
       1.2 設計難點分析

       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,本次工程需擴（kuò）建（jiàn）3萬m3/d的汙水處理設施。同時,設計出水（shuǐ）水質需執行《地（dì）表（biǎo）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m3/d,廠內預留用（yòng）地僅（jǐn）按1.5萬m3/d的汙水規模預留。因此,本工程的主要設計難（nán）點為需在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（shuǐ）質進行數理統計分析綜合確定本次擴（kuò）建及提標（biāo）改造設計進水水質。二期設計進水水質（zhì）與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨氮,TP維持不變。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（wū）水處理廠擴建及（jí）提標改造設計思路

       本次工程進出水水質（zhì）較一期工程有較大變化,且需要在有限的用地內同時完成汙水廠擴建及提標。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質達（dá）到設計值時是否能達（dá）到設計出水標準,充分（fèn）挖潛現狀處（chù）理能力並利用現狀（zhuàng）構（gòu）築物（wù）進行改造升級（jí）;

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

       3.1 一期工程提標改造方（fāng）案

       通（tōng）過對汙（wū）水（shuǐ）處理廠生物池、二（èr）沉池、深度處理段處理（lǐ）能力進行理論計算得出如下校核結果。

       汙水處理（lǐ）廠一期工程在滿負（fù）荷及設（shè）計（jì）進出（chū）水水質的條件下,汙泥負荷、供氧（yǎng）量及生物池的厭氧區、缺（quē）氧區（qū）容積均滿足要求。生物（wù）池的好（hǎo）氧區容積偏小,約為理（lǐ）論（lùn）計（jì）算（suàn）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,對CODCr和BOD5的去除一般采用活（huó）性汙泥法或生物膜法。活性汙泥法（fǎ）有氧（yǎng）化（huà）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。其中應用於深度處理的主要是生物膜法。基於充分利用現狀構（gòu）築物的原則,可對一（yī）期（qī）砂濾池（chí）或生物池進行改造。提出如下兩（liǎng）種（zhǒng）方案（àn）：

       (1)通過將砂濾池改造為曝氣生物濾池,進一步降低（dī）水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總高度僅為4.40 m(排水槽頂（dǐng）端（duān）距離濾板高度僅1.75 m),不具備改造的條件,因此,隻能對其拆除重建。

       (2)將一期生物（wù）池改造為（wéi）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物量,從而增強處理效率（lǜ）。該方（fāng）案*大的優勢是無需新增用（yòng）地,在不停產減產的情況（kuàng）下實現汙水廠的提標。對兩種方案進行技術（shù）經（jīng）濟比較,結果如表3所示。

       根據上述比較,方案二在（zài）占地、工程投資及運行費用上均低於方（fāng）案一,且方案一在建設期需拆除現（xiàn）狀砂濾池,對汙水廠運行會（huì）產生影響。綜上,采（cǎi）用MBBR工藝對現狀生物池進行原位升級改造（zào）,將（jiāng）生物池改為（wéi）生物膜-活性汙泥（ní）複合工藝。該方案具有無（wú）需新建反應池、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（pù）氣量、增強汙泥穩定性、降低運行費（fèi）用和基建投資等優點,目前,已在國內多個汙水廠的改造和新建（jiàn）項目（mù）上（shàng）采用並（bìng）取得了較好的效果（guǒ）。

       3.2 二期擴建工程方案

       在汙水廠實際出水水質保證率為95%的條件下,CODCr質量濃度為38 mg/L,SS質量濃度為（wéi）18 mg/L,氨氮質量濃度（dù）為2.80 mg/L,TN質（zhì）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（zhǔn）,因此,確定二期提標改造工程的主要目標汙染物為TN(質（zhì）量濃度≤15 mg/L)及TP(質量濃（nóng）度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通常（cháng）采用生物處理,TP則可通過生物處理輔以（yǐ）化學處理去除（chú）。擴建工程（chéng）需在1.5萬m3/d的汙水規（guī）模預留用地上建設3萬（wàn）m3/d的汙水（shuǐ）處（chù）理設施,且出水水質需達到《地表水環境質量標準（zhǔn）》中（zhōng）V類標準(TN除外),傳統生物處理(含二（èr）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（huà）濾池+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進行技術經濟比（bǐ）較,結果如表4所示。
       根據上（shàng）述比（bǐ）較,方案二雖然直接運行費用略高,但（dàn）占地及工程投資均小於方案一,且MBR工藝對出水SS更（gèng）有保障。此外,廠內（nèi）二（èr）期預（yù）留用地僅為6368 m2,若采用（yòng）方案一,則無（wú）多餘用地建設預處理、碳源加藥間（jiān）等生產構築物（wù）,因此,采用方案二（èr）(AAO+MBR)作為擴建（jiàn）工程的汙水處（chù）理工藝。該工藝流（liú）程短,處理效（xiào）率高,節約用地的同（tóng）時出水水質優於傳統深度處理,部分指標達到地表水Ⅳ類,可直接回用。同時,膜池較高的混（hún）合液回流（liú）比可提高生物池（chí）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）藝流程

       汙水經粗格柵（shān）及提升（shēng）泵（bèng）房提升後,通（tōng）過配（pèi）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（xiàng）設計

       汙水廠平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組合池及碳源投加間位於廠區北側預留空地上,汙泥（ní）濃縮池、貯泥池及脫水車（chē）間布置於一（yī）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（cè）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（jìn）水（shuǐ）通（tōng）過泵房提升至總配水（shuǐ）井,水位標高為6.90 m,尾水經紫外消毒後水麵標高為2.40 m,在受納水體為常水位時自流排放,為（wéi）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

       采用管道配水的方（fāng）式難以將進廠汙水按設計規模均勻分（fèn）配至一期、二期生產線,因此,新建（jiàn）總配水一座,均勻分配汙水處（chù）理廠汙水。設計（jì）流量Q=2550 m3/h,總體（tǐ）尺寸L×B=5.50 m×4.00 m,高度H=5.20 m,分兩格,一期（qī）、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂（shā）池及膜格柵

       為（wéi）充分節約用地,將3座構築物（wù）采用組合池的形式布置,各構（gòu）築物具體設計（jì）如下。

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工（gōng）程采用回轉式細格柵,運行效果良好,因此,為方（fāng）便運營管（guǎn）理,本期工程延用同（tóng）類型細（xì）格柵,設計流（liú）量Q=1700 m3/h,設置2道格（gé）柵流槽（cáo）,渠寬為（wéi）1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉（chén）砂池

       常用的沉（chén）砂池形式有曝氣沉砂池和（hé）旋流（liú）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（dù）,因而處理效果更加穩定。但曝氣（qì）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物脫氮除磷工藝時,盡量避免采用曝（pù）氣沉砂池。旋流沉砂池則（zé）具有占地麵積小,處理效率高的優點。考慮到（dào）汙水廠實際進水碳（tàn）氮比較低且用地緊張,二期工程采用旋流沉砂池,設計流（liú）量Q=1700 m3/h,水力停留時（shí）間（jiān）為80.5 s。在水力停（tíng）留時間的選取方麵,規範要求大於30 s即可,而汙（wū）水廠一期現狀沉砂池（chí）在高峰流量時,除砂效果較差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現狀運行人員反饋,當停留時間大（dà）於（yú）1 min時,除砂效果較好（hǎo）。

       (3)膜格柵

       為進一步保護後序膜（mó）處理單元,需在旋流沉砂池後設置一道超細格柵（shān）以進一步降低汙水中SS的含量,降低細（xì）小（xiǎo）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（shè）計流量Q=1700 m3/h,設置3道（dào）格柵流槽,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（zǔ）合池的形式布置,主要設計參數結合規範、設計經驗及廠（chǎng）家設備性能綜合確定,具體如表5所示。
       汙水廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較（jiào）低,為了盡量減少碳源的（de）消耗,保證脫氮效果,設計在滿足規範要求的情況下適當縮短（duǎn）了厭氧（yǎng）區的停留（liú）時間。根據MBR工藝（yì）特點,適度增加（jiā）反應池內汙泥濃度,減少好氧區容積（jī）,以（yǐ）節（jiē）約（yuē）投資和占地（dì）。

       4.4 MBBR生物池(一期生物池改建)

       出水水質標準（zhǔn）提高（gāo）後,一期生（shēng）物池好氧段池容不足,因此,考慮向好（hǎo）氧區投加生（shēng）物填料,將（jiāng）一期生物池改（gǎi）造為MBBR生物池。填料設計投（tóu）加量為2.2097×105 m3,規格（gé）為Φ25 mm×10 mm,比表麵積（jī）≥800 m2/m3,材質為高密度聚乙烯（xī）(HDPE)。為保證填料（liào）在池內正常的流態化,需在好氧區增（zēng）設輔助穿孔曝氣管,輔助（zhù）曝氣量為20 m3/min。同時,為避免（miǎn）填料（liào）隨水流流失需（xū）在（zài）好氧（yǎng）區進出口增（zēng）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)紫外消毒池,本期由於出水（shuǐ）標準提高,需更（gèng）換紫（zǐ）外燈組,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（gòng）的參考值（zhí）,當汙水廠尾水為再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通（tōng）過對一期土建（jiàn）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（zhī）前的8個增加至10個,配置（zhì）紫外線燈管數量由之前的64隻提高到88隻,則（zé）紫（zǐ）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（jiàn）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（kuài）,每個模塊含紫外線殺菌燈數8支,紫外線（xiàn）劑量滿足規範（fàn）要求。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕幹泥量為6.28 t/d,其（qí）中剩餘汙泥為5.93 t/d,化學汙泥為0.35 t/d,設（shè）計萬噸水產泥量為1.39 t。汙泥（ní）處理工藝流（liú）程為（wéi）濃縮池（chí）+貯泥池+板框壓濾機,設（shè）計泥餅（bǐng）含固率為（wéi）40%。

       設計采用2座（zuò）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（suō）池及汙泥脫水車間之（zhī）間設置2座貯泥池（chí）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（cún）放壓濾（lǜ）機1～2個批次的泥量。

       脫水機房麵積為282.95 m2,安裝兩台過濾（lǜ）麵積為250 m2的板框式壓濾機,總（zǒng）功（gōng）率N=10.3 kW,單台設備處理能力為每批（pī）次0.6～1 t。壓（yā）濾（lǜ）機1 d運行4個批次,每個批次4 h,單台工作時間為16 h,兩台同時使用（yòng）。汙泥調理采用生石灰+三氯化鐵組合方式進行調理。生石灰投加量按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯化鐵溶液(有效含量為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除（chú）臭設施

       除臭設施（shī）采用離子除臭工（gōng）藝,共設3套除臭設備。其（qí）中,1號除臭設備對（duì）二期細格柵及沉砂池、膜格柵及二期厭氧進行除臭（chòu）,除臭風量Q=5000 m3/h,功率N=10.2 kW;2號（hào）除臭設備對一（yī）期細格柵及沉砂池、一（yī）期粗格柵及進水泵房、一期厭（yàn）氧池及二期總（zǒng）配水（shuǐ）井進行（háng）除臭,除（chú）臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備對二期汙泥濃（nóng）縮池（chí）、貯泥池、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 用地指標分析（xī）

       汙水廠噸水占地麵積為0.66 m2,根據*新（xīn）出版的《城市汙水處理工程項（xiàng）目建設標準》(建（jiàn）標 198-2022)中的相（xiàng）關要求,規模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級（jí）處（chù）理+深（shēn）度處理用地指標不應超過1.55 m2/(m3·d-1),本汙水廠用（yòng）地麵積較（jiào）標（biāo）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（háng）以來平（píng）均處理水量為37221萬（wàn）m3/d,保證率為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（shuǐ）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（shuǐ）水質可穩定達到（dào）《地表水環境質量（liàng）標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部分出水（shuǐ）水質指標達《地表水環（huán）境質量標準》(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（háng）較為穩定。

       為了（le）檢驗一期生物池改造為MBBR工藝後的運（yùn）行效果,對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。
       一期工程改造完成後,在（zài）95%保證率的情況下,BOD5的去（qù）除率由（yóu）71.02%提升至92.24%,TN的（de）去除率由16.60%提升至57.23%。分析認為通（tōng）過在好（hǎo）氧區投加（jiā）生物填料一（yī）方麵提（tí）高了活（huó）性（xìng）汙泥的（de）濃度（dù）,另一方麵填料表麵附（fù）著生長的（de）生（shēng）物膜具有較長的汙泥齡,有利於世代時間較長的硝化菌（jun1）生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升。

       (2)電耗（hào）、藥耗分析

       汙（wū）水廠電費為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（yǐ）酸鈉、生石灰、三氯化鐵、次氯酸鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工藝為MBBR生物池（chí）+二沉池+砂濾池（chí）,萬噸（dūn）水產泥量為1.09 t;二期工（gōng）程新建工藝（yì）為（wéi）AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為（wéi）0.64 t,約為前者的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（liàng）。

       06 結論與建議

       (1)在不改變生物（wù）池土建主體結（jié）構的前提下,通過在好氧區投加生物（wù）填料將AAO生物池（chí）改造為MBBR生物池,進一步提高對BOD5的去除,出水水質（zhì）全麵（miàn）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（chū）水水（shuǐ）質穩定達標。

       (2)本工程在預留用地極其有限（xiàn）的條件下,通過技（jì）術經濟（jì）比選後采用MBBR工藝（yì）以及MBR工藝對汙水處理廠進行提標及（jí）擴建,同時新建預處理及生物處理（lǐ）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（zhǔn）要求用地節約57.4%,大幅提高土地利（lì）用率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效減少剩（shèng）餘汙泥排放量,前者排放的剩餘汙（wū）泥量（liàng）約為後者的58.7%。當MBR工藝在膜通量為（wéi）19.84 L/(m2·h)時（shí）,出水水質穩定,可為同類型汙水處理廠的設（shè）計改造提供參考與借（jiè）鑒。

       (4)二期設計中（zhōng）將旋流沉砂池水力停留時間延長至80.5 s,實際運行（háng）中除砂效果較穩定（dìng）,建議水量波動較大的汙水廠選用該池型時,停留時（shí）間至少大於1 min。

       (5)目前進水濃度尚（shàng）未完全達到（dào）設計值,尤其是（shì）BOD5及SS,因此（cǐ）,產泥量較低。待後期服務範圍內管網完善,進水濃度進一步（bù）提高後,需重點關注沉砂池的（de）運行效果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處（chù）理費用（yòng）。