在廣東省環境保護廳《南粵水更清行動計（jì）劃(2017-2020年)》的背景（jǐng）下,南方某（mǒu）城（chéng）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（xū）考慮節省占地的汙水（shuǐ）處（chù）理工藝,如多段AO、曝氣生物濾池（chí）、移動床生物膜反應器(MBBR)及膜生物反應器(MBR)工藝。本工程經過技（jì）術經濟比選,采用（yòng）MBBR及MBR組合工藝,在有限的（de）用地（dì）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（nán）點

       1.1 汙水處（chù）理廠現狀

       汙水（shuǐ）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（chí）,深度處理為砂濾池,消毒（dú）采（cǎi）用紫（zǐ）外線,出水排放（fàng）標準（zhǔn）執（zhí）行廣東省（shěng）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（wū）水處理廠汙染物排放標準》(GB 18918-2002)一（yī）級B標準中的較嚴值（zhí）。具體設計進出水水質如表1所示。
       1.2 設計難點分析

       汙水（shuǐ）廠總規模為4.5萬m3/d,一期（qī）已建設1.5萬m3/d,因此,本（běn）次（cì）工程需擴（kuò）建3萬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（jìng）質量標準》中V類水標（biāo）準(TN除外)。原規（guī）劃中（zhōng）該汙水廠（chǎng）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）汙水規模（mó）預留。因此,本工（gōng）程的主要設計（jì）難點為需在有限的（de）用地中同（tóng）時完成擴建以及提標。02汙水處理廠設計進（jìn）出（chū）水水質通過對該（gāi）廠一期（qī）實際進出水水質進行數理（lǐ）統計分析綜合確定（dìng）本次擴建及提標改造設計進水水（shuǐ）質（zhì）。二期設計進水水質與一期（qī）相比,降低了BOD5、CODCr,提高了SS、TN、氨氮,TP維持（chí）不變。設（shè）計出水水質則（zé）根據排水水（shuǐ）體水質目標確定,具體如表2所示（shì）。
       03 汙水處理廠（chǎng）擴建（jiàn）及提標改（gǎi）造設計思路

       本次工程進出（chū）水水質較一（yī）期工程有較大變化,且需要在有限的用地內（nèi）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（háng）校核,推測其在滿負荷且進水水質達到設計值時是否能達到設計出（chū）水標準,充分挖潛現狀處理能力並利用現狀構築（zhù）物進行（háng）改造（zào）升級;

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

       3.1 一（yī）期（qī）工（gōng）程提標（biāo）改（gǎi）造方（fāng）案

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

       汙水處理廠一期工程在滿（mǎn）負荷及設計進出水水質的條件下,汙泥負荷、供（gòng）氧量及生物池的厭氧區、缺氧（yǎng）區容積均滿足要求。生物池的（de）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（chū）水水質標準。因此,一期工程在改造上應重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（jìn）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（wù）濾（lǜ）池、接（jiē）觸氧化池、MBR等工藝。其（qí）中（zhōng）應用於深度處理的主要（yào）是生物膜法。基於充分利用（yòng）現狀構築物的原則,可對一期砂濾池或生物池進（jìn）行（háng）改造。提出如下兩種（zhǒng）方案：

       (1)通過將（jiāng）砂（shā）濾池改造為曝氣生物濾（lǜ）池,進一（yī）步降低水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總（zǒng）高（gāo）度僅為（wéi）4.40 m(排水槽頂端距離濾板高度僅1.75 m),不具（jù）備改造的條件,因此（cǐ）,隻能對其拆除（chú）重建。

       (2)將一期（qī）生物池改造為MBBR工藝（yì）,即通過（guò）在一期好氧區內投加生物填料以提高池內生物量,從（cóng）而增強處理效率。該方案*大的優勢是無需新增用地,在（zài）不停產減產的情（qíng）況下實現汙水（shuǐ）廠的提標。對兩種方案進行技術經濟比較,結果如表（biǎo）3所示。

       根據上述比較,方案二在占地（dì）、工程投資及運行費用上（shàng）均低於方案一,且方案一在建設期需拆除現狀砂濾（lǜ）池,對汙水廠運行會產生影響。綜上,采用MBBR工藝對現狀生物池進行原位（wèi）升級改造,將生物池改為（wéi）生（shēng）物膜-活性汙泥複合工（gōng）藝。該方案（àn）具有無需新建反應池、節（jiē）約占地、易於實施改造、工期短、活性（xìng）汙泥濃度高、處理效率高、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低運（yùn）行費用（yòng）和基建投資等（děng）優點,目前,已在國內多個汙水廠的改造和新建項目（mù）上采用並取得了較好的（de）效（xiào）果。

       3.2 二期擴建工程方案

       在汙（wū）水廠實際出水水質保證率為（wéi）95%的條件（jiàn）下,CODCr質量濃度為38 mg/L,SS質量濃度為18 mg/L,氨（ān）氮質（zhì）量濃度為2.80 mg/L,TN質量濃度為16.32 mg/L,TP質量濃度（dù）為0.46 mg/L,對比二期設計（jì）出（chū）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TN(質量濃度≤15 mg/L)及TP(質量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通（tōng）常采用生物處理,TP則可通過生物處理（lǐ）輔以化（huà）學處理去除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水規模（mó）預留用地上建設3萬m3/d的（de）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（hán）二沉池)+深度處理工藝占地較大,難以滿足擴建（jiàn）需求,因此,選擇高效澄清池+生物濾池（chí）(前置反硝化（huà）濾池（chí）+硝化濾池+後置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工藝進（jìn）行技術經濟比較（jiào）,結果如表（biǎo）4所示。
       根據（jù）上述比較,方案二雖然直（zhí）接運（yùn）行費（fèi）用略高（gāo）,但占地及（jí）工程（chéng）投（tóu）資均小於方案一,且MBR工藝對出水（shuǐ）SS更有保（bǎo）障。此外,廠內二期預留用地僅為6368 m2,若采用方案一,則無（wú）多餘用地建設預處理、碳源加藥間等（děng）生產構築（zhù）物,因此,采用方案二（èr）(AAO+MBR)作為擴建工程的（de）汙水處理工藝。該工藝流程短,處理（lǐ）效率高,節約（yuē）用（yòng）地的同時出水水質優於傳統深度處理,部分（fèn）指標達到地表水（shuǐ）Ⅳ類,可直接回用。同時,膜池較高的混合（hé）液回流（liú）比可提高生物池汙泥濃度,延長汙泥齡,提高處（chù）理效率的同時（shí）減少剩餘汙泥（ní）排放。

       3.3 工藝流程

       汙（wū）水經粗格柵及提升泵房提升後,通（tōng）過配水井分配至一期（qī）與二期進行處理,工藝流程如圖1所示。
       3.4 平麵布（bù）置（zhì）及豎向設計

       汙水廠平麵布置如圖2所示。二期預處理組合池、AAO+MBR組（zǔ）合池及碳源投加間（jiān）位於廠區（qū）北側預留空地（dì）上,汙泥濃縮池、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（dú）渠位於一期紫外（wài）消毒渠北側預留（liú）用地。
       汙水廠豎向設計如圖3所示。廠坪標高為2.30 m,汙水廠進水通過泵房提（tí）升（shēng）至總配水井,水位標高（gāo）為（wéi）6.90 m,尾水經紫外消毒後水麵標高為2.40 m,在受（shòu）納水體為常水位時自流排放,為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

       采用管道配水的方式難以將進廠（chǎng）汙水按設計（jì）規模均勻分配至一期、二期生產線,因此,新建總（zǒng）配水一座,均勻分配汙水處理廠汙水。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,一期、二期各用一格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池及（jí）膜格柵

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

       (1)細（xì）格柵

       汙水廠現狀一期工程采用回轉（zhuǎn）式細格（gé）柵（shān）,運行效（xiào）果良好（hǎo）,因此,為（wéi）方便運營管理,本期（qī）工程延用同類型細格柵,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（xì）為3 mm。

       (2)旋流沉（chén）砂池

       常用的沉砂池形式（shì）有曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前（qián）者可通過（guò）調節曝氣量控（kòng）製（zhì）汙水在池內的旋流速度,因而處理效果更加（jiā）穩定。但曝氣會去（qù）除部分有機物減少（shǎo）碳源,因此,當進水碳源缺乏且采用生物脫氮除磷工藝時,盡量避免采用曝氣沉砂池。旋流沉砂池則具有占地麵積小,處理效率高的優點。考慮到汙水廠實際進水碳氮比較低且（qiě）用地緊張（zhāng）,二期（qī）工程采用旋流沉砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水力停（tíng）留時（shí）間為80.5 s。在水力停留時間的選（xuǎn）取方（fāng）麵,規範要求大於30 s即可,而汙水廠一（yī）期現狀沉砂池在高峰流量時,除砂效果較差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現（xiàn）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

       為進一步保護後序膜處理單元,需（xū）在（zài）旋（xuán）流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步降（jiàng）低汙水中SS的含（hán）量,降低細小纖維狀物質對（duì）膜的破壞風險。本工程采用內徑流孔（kǒng）板格柵,設計流量（liàng）Q=1700 m3/h,設置3道格柵流槽,渠寬為（wéi）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（xīn）處理構築物,采用組合（hé）池的形式布置,主要設計參數結合規（guī）範（fàn）、設計經驗及廠家設備性能綜合確定,具體（tǐ）如表（biǎo）5所示（shì）。
       汙水（shuǐ）廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為了盡量減（jiǎn）少碳源的消耗,保證（zhèng）脫氮效果,設計在滿足規（guī）範要求的（de）情況下適當縮短了厭氧區的停留時間。根據（jù）MBR工藝特點,適度增（zēng）加反（fǎn）應池內汙泥濃度,減少好氧區容積,以節約投（tóu）資和占地。

       4.4 MBBR生（shēng）物池(一期生物池（chí）改建)

       出水水質標準提高後,一期生物池好氧段池容不足,因（yīn）此,考慮向好氧區投加生物填料,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）的流態化,需在（zài）好氧區增設輔助穿孔曝氣管（guǎn）,輔助曝氣量為20 m3/min。同時,為避免填料隨水流流失（shī）需在好（hǎo）氧區進出口增設進出水（shuǐ）攔截篩（shāi）網。

       4.5 紫外消（xiāo）毒渠

       一期（qī）已建1座(1.5萬m3/d)紫外消毒池,本期由於出水標準提高（gāo）,需更換紫（zǐ）外燈組,同時新建（jiàn）一座紫（zǐ）外消（xiāo）毒池(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（wài）線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期（qī）土建（jiàn）進（jìn）行複核,可將（jiāng）消毒（dú）渠二（èr）次（cì）澆注部（bù）分由720 mm擴寬（kuān）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（zhī）前的64隻提高到88隻,則紫外（wài）線（xiàn）劑量由（yóu）之前的20.2 mJ/cm2提高到26.4 mJ/cm2,滿足規範要求。二期（qī）新建紫外消毒渠土（tǔ）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數8支,紫外線劑量滿足規（guī）範要求。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕幹泥量為6.28 t/d,其中剩餘汙泥（ní）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。汙泥處理工藝流程為濃縮池+貯泥池+板（bǎn）框壓濾機,設計泥餅含（hán）固率為（wéi）40%。

       設計采用2座池徑為10 m的汙泥濃縮（suō）池,固體負荷為40 kg/(m2·d)。

       本工（gōng）程在汙泥濃縮池及汙泥脫水車間之間設（shè）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（chǐ）寸為4 m×4 m,有效水深為3.5 m,總有效容積為（wéi）112 m3,可存放壓濾機1～2個批次的泥（ní）量。

       脫水機房麵積為282.95 m2,安（ān）裝兩台過濾麵積為250 m2的板框式（shì）壓濾機,總功率N=10.3 kW,單台設備（bèi）處理（lǐ）能力（lì）為每批次0.6～1 t。壓濾（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（tóng）時使用。汙泥調理采用生石（shí）灰+三氯化鐵組合方式進（jìn）行調理。生（shēng）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（měi）噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施（shī）

       除臭設施采用離子除臭工藝,共設3套除（chú）臭設（shè）備。其中,1號除臭設備對二期細格柵及（jí）沉砂（shā）池、膜格柵及二期（qī）厭氧進行除臭,除臭風量Q=5000 m3/h,功率N=10.2 kW;2號除臭（chòu）設備對一期細格柵及沉砂池、一期粗格（gé）柵及進水泵房、一期厭氧池及二期總配（pèi）水井進行（háng）除臭,除臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備對二期（qī）汙泥濃縮池、貯泥池、汙泥脫水車間進行除（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（fàng）管排放（fàng）至15 m高空。

       05 效果分析

       5.1 用地指（zhǐ）標分析

       汙水廠噸水（shuǐ）占地麵積為0.66 m2,根（gēn）據*新出版的《城（chéng）市汙水處理工程項目建設（shè）標（biāo）準》(建標 198-2022)中的相關要求,規模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級（jí）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（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（xī）

       (1)水質分析

       汙水（shuǐ）廠（chǎng）自2020年運行以來平均處理（lǐ）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%,實際進出水水質如表6所示。
       汙水廠在水量水質基本達到設（shè）計值的（de）情況下,出水水（shuǐ）質可穩定達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中（zhōng）V類標（biāo）準(TN除外),部分出水（shuǐ）水質指標達《地表水環境質量標準（zhǔn）》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當（dāng）MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時運行較為穩定。

       為了檢驗一期生物池（chí）改造為MBBR工藝後的運行效果,對其改造前（qián）後實（shí）際進出（chū）水中BOD5及TN進行分析,結果（guǒ）如表7所示。
       一期工程改造完成後,在95%保證率（lǜ）的情（qíng）況下,BOD5的去除率由71.02%提升至92.24%,TN的（de）去除率由16.60%提升至57.23%。分析認為通過在好氧區投加生物填料一方麵提高了活性汙泥的濃度,另一方麵填料表（biǎo）麵附著生長的生物膜具有較長的汙泥齡,有利於世代（dài）時間（jiān）較長的硝化（huà）菌生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除（chú）率均有提升。

       (2)電耗、藥耗分析

       汙水廠電（diàn）費為0.275元/m3(噸水電耗為（wéi）0.43 kW·h),藥劑費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合（hé）硫（liú）酸鐵、乙酸鈉、生石灰（huī）、三氯化鐵（tiě）、次氯酸鈉（nà）及檸檬（méng）酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠一期改造後工藝為MBBR生物池+二沉池+砂濾池,萬噸（dūn）水產泥量為1.09 t;二期工程新建工藝為AAO+MBR膜工藝,萬噸水產泥量為0.64 t,約為前者的58.7%。因此,MBR膜工藝較MBBR工藝更（gèng）能有效減少剩餘汙泥排（pái）放量。

       06 結論與建議

       (1)在不改變生物（wù）池土建主體結構的前提下,通過在好（hǎo）氧區（qū）投加（jiā）生物（wù）填料將AAO生物池改造為MBBR生物（wù）池,進一步（bù）提高對BOD5的（de）去（qù）除,出水水質全麵提升至《地表水環境質量（liàng）標準》中V類（lèi）標準(TN除（chú）外（wài）)。目前,工藝運行良好,出水水質穩定達標（biāo）。

       (2)本工（gōng）程（chéng）在（zài）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（lǐ）及生物處（chù）理構築物均采用組合池的形式布置（zhì）,噸水占地麵（miàn）積為0.66 m2,較*新標準要求用地節（jiē）約57.4%,大幅提高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝（yì）較MBBR工藝更能有效減少剩餘汙泥排放量,前者排放的剩餘汙泥量約為後者的58.7%。當MBR工藝（yì）在膜（mó）通量為19.84 L/(m2·h)時,出水水質穩定,可（kě）為同類型汙水處理廠的設計改（gǎi）造提供參（cān）考與借鑒（jiàn）。

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

       (5)目前進水濃度尚未完全達到設計值,尤其是BOD5及SS,因此,產泥量較低。待（dài）後期服務範圍內管網完善,進水濃度（dù）進一步提高後,需重點關注（zhù）沉砂池的運行效果,合理優化深（shēn）度處理的加藥量,降低泥處理費用。