在廣東省環境保（bǎo）護廳《南粵（yuè）水更清行動計劃(2017-2020年)》的背景下,南方某城鎮汙水處理（lǐ）廠亟需擴建及提標改造。該汙水廠現狀預留用地有限,因此（cǐ）,需考慮節（jiē）省占地的汙水處理工藝,如多（duō）段AO、曝氣生物濾池（chí）、移動床生物膜反（fǎn）應器(MBBR)及膜生物反應器(MBR)工藝。本工程經過技術經濟（jì）比選,采用MBBR及MBR組合工藝,在有限的用（yòng）地中同時實現汙（wū）水處（chù）理廠的擴（kuò）建及提標改造。

       01 汙水（shuǐ）處理廠現（xiàn）狀（zhuàng）及設計難（nán）點

       1.1 汙（wū）水處理廠現狀（zhuàng）

       汙水廠現狀規（guī）模為1.5萬m3/d,二級處理采用AAO生物池+二沉池（chí）,深度處理為砂濾池,消毒采用紫外線,出（chū）水排放（fàng）標準執行廣東省地方標（biāo）準（zhǔn）《水汙染物排放限值》(DB 44/26-2001)第二（èr）時段（duàn）一級標準和*標準《城鎮汙（wū）水處理廠汙染物（wù）排放標準》(GB 18918-2002)一級（jí）B標準中（zhōng）的較嚴值。具體設（shè）計進出水水質如表1所示。
       1.2 設計難點分（fèn）析

       汙水廠（chǎng）總規模為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬（wàn）m3/d,因此,本次工程需擴建3萬m3/d的汙水處理設施（shī）。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)。原規劃中該汙水（shuǐ）廠的總規模為3萬m3/d,廠內預留（liú）用地僅（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點為需在有（yǒu）限的用地中同（tóng）時完成擴（kuò）建以（yǐ）及提標。02汙水處理廠設計（jì）進出水水質（zhì）通過對該廠一期實際（jì）進出水水質進行數理統（tǒng）計分析綜（zōng）合確定本次擴（kuò）建及提標改造設計進水水質。二期設計進水水質與一期相比,降（jiàng）低了（le）BOD5、CODCr,提（tí）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（zhì）目標確定（dìng）,具體如表2所示。
       03 汙水處理廠擴建及提標（biāo）改造設計思路

       本次工程進出水水質較一期工程有較大變化,且需要在有限（xiàn）的用地內同時完成汙（wū）水廠擴建及提（tí）標（biāo）。因此,設計思路為：

       (1)對一期工（gōng）程處理能（néng）力進行校核,推測其在滿負荷且進水（shuǐ）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（lì）並利用現狀（zhuàng）構築物（wù）進（jìn）行改造升級;

       (2)二期新建工程采用占（zhàn）地規模節約的高（gāo）效處理工藝,新增構築物盡可能（néng）采用組合（hé）體的形式布置。

       3.1 一期工程提標改造方案（àn）

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

       汙水處理廠一期工程在滿負（fù）荷及設計進出水水質的條件下,汙泥負荷、供氧（yǎng）量及生物池的厭氧區、缺氧區容積（jī）均滿足（zú）要求（qiú）。生物池的好氧區容積偏小,約（yuē）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（qī）工程（chéng）在改造（zào）上應重點考慮對生（shēng）物池（chí）好氧區的（de）加強（qiáng）,加強（qiáng）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的去除一般采用活性汙泥法或生（shēng）物膜法。活性汙泥法有氧化溝（gōu）、AAO等（děng）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（yòng）於深度處理的主（zhǔ）要是生物膜法。基於充分利用現狀構築物的原則,可對一期砂（shā）濾池或生物池進行改造（zào）。提出如下（xià）兩種方案：

       (1)通過將砂（shā）濾池改造為（wéi）曝氣生物（wù）濾池,進一步降（jiàng）低水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池池體總高度僅為4.40 m(排水槽頂端距離（lí）濾板高度僅1.75 m),不（bú）具備改造的條（tiáo）件,因此,隻能對其拆除重建。

       (2)將一（yī）期生物池改造為MBBR工藝,即通過在一期好氧區內投加生物填料（liào）以提高池內生物量,從而增強處理（lǐ）效率。該方案*大的優勢（shì）是無需新增用（yòng）地（dì）,在不停產減產的情況下實現汙水廠的提標。對兩種方案（àn）進行技術經濟比較,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（xiàn）狀砂濾池,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（yuán）位（wèi）升級改造,將生物池改為生物膜-活性汙泥複合工藝。該方案具有無（wú）需新建反應池、節約占地（dì）、易於實施改造、工期短（duǎn）、活性汙（wū）泥濃（nóng）度高、處理效率高、節省（shěng）曝氣量、增強汙泥穩定性、降低運行費用和基建投（tóu）資等優點,目前,已在國內多個汙水廠的改（gǎi）造和新建項目上（shàng）采用並取得（dé）了較好的（de）效果。

       3.2 二期擴建工程方案

       在汙水廠實際出水水質保（bǎo）證率為95%的條件下,CODCr質量濃度為38 mg/L,SS質量濃度為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（zhì）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,CODCr、SS、氨氮較易達到（dào）出水標準,因此,確定二期提標改造工（gōng）程的主要目標（biāo）汙（wū）染物為TN(質量濃度≤15 mg/L)及TP(質量濃度≤0.4 mg/L)。

       TN的去除通常采用生物（wù）處理,TP則可（kě）通過生物處理輔以化（huà）學處理（lǐ）去（qù）除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙水規模預留用地上建（jiàn）設3萬m3/d的汙水處理設（shè）施,且出水水質需達到（dào）《地表水環境質量標準》中V類標（biāo）準(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深度處理工藝占（zhàn）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（lǜ）池+硝化（huà）濾（lǜ）池+後置反硝化濾（lǜ）池)工藝（yì）及AAO+MBR工藝（yì）進（jìn）行技術經濟比較,結果如表4所示。
       根據上（shàng）述比較,方案二雖然直接運行（háng）費用略高,但占地（dì）及工（gōng）程（chéng）投資均（jun1）小於方案一,且MBR工藝對出水SS更有保障。此外,廠內二期（qī）預留（liú）用地僅為（wéi）6368 m2,若采（cǎi）用方案一,則（zé）無多餘用（yòng）地建設預處理、碳源加藥間等（děng）生產構築（zhù）物,因此（cǐ）,采用方案二(AAO+MBR)作為擴（kuò）建工（gōng）程的汙水處理工藝（yì）。該（gāi）工藝流程短,處理效率高,節約用地的同時出水水質優（yōu）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,膜池較高的混合液回流比可提（tí）高生物池汙泥濃度（dù）,延長汙泥（ní）齡,提高處理效率的同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝流（liú）程（chéng）

       汙水經粗格柵及提（tí）升泵房提升後,通過配水井分配（pèi）至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（jí）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組合池及（jí）碳源投加間位於廠（chǎng）區北側預留（liú）空地（dì）上,汙泥濃縮池（chí）、貯泥池及脫（tuō）水（shuǐ）車間布置於（yú）一期砂濾池及機修（xiū）間北（běi）側,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（chǎng）豎向（xiàng）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升至總配水井,水位標高為6.90 m,尾（wěi）水經紫外（wài）消毒後（hòu）水麵（miàn）標高（gāo）為2.40 m,在受納（nà）水（shuǐ）體（tǐ）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（gòu）築物設計參（cān）數

       4.1 總配水井

       采用管道配水的方式（shì）難以將進廠汙水按設計規模均勻分配至一期、二期生（shēng）產線,因此,新建總配水一座,均勻分配（pèi）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（gāo）度H=5.20 m,分兩（liǎng）格,一（yī）期、二期各用一（yī）格。

       4.2 細格柵、旋流沉砂池及膜格柵

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

       (1)細格柵

       汙水廠現狀一期工程采用回轉式（shì）細格柵,運行效果良好,因此,為方便運營（yíng）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道格柵流槽,渠寬為1.50 m,柵（shān）條間隙（xì）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,前者可通（tōng）過調節曝氣量控製汙水在池內的（de）旋流速度,因而處理效果更加穩定。但曝氣（qì）會去除部分有機物減少碳（tàn）源,因此,當進水碳源缺乏且采用（yòng）生（shēng）物脫氮除（chú）磷（lín）工藝時,盡量避（bì）免采用曝氣（qì）沉砂池。旋流沉砂池則具有占地麵（miàn）積小,處理效率高的優點。考慮到汙水廠實際進水碳氮比較低且用（yòng）地緊張,二期工程采用旋流沉砂池,設計流量Q=1700 m3/h,水力停留時間為80.5 s。在水力停留時（shí）間的選取方麵,規（guī）範要求大於30 s即（jí）可,而汙水廠一期現狀沉砂池（chí）在高峰流量時,除砂效果較（jiào）差,反算此時的停留時間為30.3 s。根據現狀運（yùn）行人員反饋,當停留時間大於1 min時,除砂效果較（jiào）好。

       (3)膜格柵

       為進一步（bù）保護後（hòu）序膜處理單元（yuán）,需在旋流沉砂池後設置一道超（chāo）細格柵以進一步降低（dī）汙水中SS的含量（liàng）,降低細小纖維狀（zhuàng）物質對膜的破壞風險。本工程（chéng）采用內徑流孔（kǒng）板格柵（shān）,設計流量（liàng）Q=1700 m3/h,設置3道格柵流槽,渠寬為1.60 m,柵條間（jiān）隙為1 mm。

       4.3 AAO+MBR生物池（chí）

       該構築物是汙水處理廠的核心處理構（gòu）築物,采用組合池的形式布（bù）置,主要設計參數（shù）結（jié）合規範、設計經驗及（jí）廠家（jiā）設備性能綜合確定（dìng）,具體如表5所示。
       汙水廠（chǎng）進水（shuǐ）碳氮比(2.38∶1.00)較（jiào）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（qiú）的（de）情況下適當縮（suō）短了厭（yàn）氧區的停留時間。根（gēn）據MBR工藝特點,適度增加反應池內汙泥濃度,減少好氧區容（róng）積,以節約投資（zī）和（hé）占地。

       4.4 MBBR生物池(一期生物池改建)

       出水水（shuǐ）質標準提高後,一期生物池好氧段池（chí）容不足,因（yīn）此,考慮向好氧（yǎng）區投加生物填料（liào）,將一期生物池改造為MBBR生物池。填料設計投加（jiā）量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵積≥800 m2/m3,材（cái）質為高密度（dù）聚乙烯(HDPE)。為保證填料在池內正常的流態化,需在好氧（yǎng）區（qū）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（zài）好氧區進出口增設進出水攔截篩網。

       4.5 紫外消毒渠（qú）

       一期已建（jiàn）1座(1.5萬m3/d)紫（zǐ）外消毒池,本期由於（yú）出水標準提高,需更（gèng）換紫外燈組,同時新建（jiàn）一座紫外消毒池(規模為3.0萬m3/d)。根據規範提供的參考值,當（dāng）汙水廠尾水（shuǐ）為再生水時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過（guò）對一期土建進行（háng）複（fù）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（qián）的8個增加至10個,配置（zhì）紫外線燈管（guǎn）數量由（yóu）之前的64隻提高到88隻,則紫外線劑量（liàng）由之前的20.2 mJ/cm2提（tí）高到26.4 mJ/cm2,滿足規範要求。二期新建（jiàn）紫外消毒渠（qú）土建尺寸與一期一（yī）致,共設21個紫外消（xiāo）毒模塊,每個模塊含紫外線（xiàn）殺菌燈數（shù）8支,紫外線（xiàn）劑量滿足規範要求。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕幹泥量為6.28 t/d,其（qí）中剩餘汙泥為（wéi）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。汙泥處理工（gōng）藝流程為濃縮池+貯泥池+板框壓（yā）濾機,設計泥（ní）餅含固（gù）率為40%。

       設計采用2座池（chí）徑為10 m的汙泥（ní）濃縮（suō）池,固（gù）體負荷為（wéi）40 kg/(m2·d)。

       本工程在汙泥濃縮池及汙泥脫水車間之間設（shè）置2座貯泥池以平衡汙（wū）水廠排泥的不（bú）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（yā）濾機1～2個批次（cì）的泥量。

       脫水機房麵積為（wéi）282.95 m2,安裝兩台過（guò）濾麵積為250 m2的板框式壓濾機,總功率N=10.3 kW,單（dān）台設備處（chù）理能力為每批次0.6～1 t。壓濾機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。汙泥調理采用生石灰+三氯化鐵組（zǔ）合方式進行調理（lǐ）。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（měi）噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施

       除（chú）臭設施采（cǎi）用離子除臭工藝（yì）,共設3套除臭設備。其中,1號除臭設備對二期細格柵及（jí）沉砂池、膜格柵及二期厭氧（yǎng）進行除（chú）臭,除臭風量Q=5000 m3/h,功率N=10.2 kW;2號除臭（chòu）設（shè）備對一（yī）期細格柵及（jí）沉（chén）砂池、一期粗格柵及進水泵（bèng）房、一期厭氧池及二期總配水井進行除臭,除（chú）臭風量（liàng）Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備對二期汙泥濃縮池、貯泥（ní）池、汙泥脫水車間進行除臭,除臭風量（liàng）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（xī）

       5.1 用地指標分（fèn）析

       汙水廠噸水占地麵（miàn）積為0.66 m2,根據*新出版的《城市汙水處理工程項目建設標準》(建（jiàn）標 198-2022)中的相關要求,規模在5萬m3/d以下的汙水處理廠,二級處理+深度（dù）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（qiú）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（zì）2020年運行（háng）以來（lái）平均（jun1）處理水量為37221萬m3/d,保證率為（wéi）95%時處理（lǐ）水量為（wéi）40411萬m3/d,水量負荷率為89.8%,實際進出水（shuǐ）水質如表6所（suǒ）示。
       汙水廠在水量（liàng）水質基本達到設計（jì）值的（de）情況下,出水水質可穩定達到《地表水環境質（zhì）量標準》(GB 3838-2002)中V類標準(TN除外),部分出水水質指（zhǐ）標達《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中Ⅳ類標準,當MBR工藝在膜通量為19.84 L/(m2·h)時（shí）運行較（jiào）為穩定。

       為了檢驗一期生物池改造為MBBR工藝（yì）後的運行效果,對其（qí）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95%保證率的情況下,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（yǎng）區投加生物填料一方麵提高（gāo）了活性汙泥的濃度,另一方麵填料表麵附著生長的生物膜具有較長的汙泥齡,有利於世代時間較長（zhǎng）的硝（xiāo）化菌生長繁（fán）殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升。

       (2)電（diàn）耗、藥耗（hào）分析

       汙水廠電費為（wéi）0.275元/m3(噸水（shuǐ）電（diàn）耗為0.43 kW·h),藥劑費為（wéi）0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合（hé）硫酸鐵、乙酸（suān）鈉、生石灰、三氯化鐵、次氯酸（suān）鈉及檸檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水廠（chǎng）一期改造後工藝為MBBR生物池+二沉池+砂濾（lǜ）池,萬噸水產泥量為1.09 t;二期工程新建工藝（yì）為AAO+MBR膜工藝（yì）,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（yì）更能有（yǒu）效減（jiǎn）少（shǎo）剩餘汙泥排放量。

       06 結論與建議

       (1)在不改變生物池土建主體結構的前提下,通過在好氧區投加生物填料（liào）將AAO生物池（chí）改造為MBBR生物池,進（jìn）一（yī）步提高對BOD5的去除,出水水質全麵提升至《地表水環境（jìng）質量標準》中（zhōng）V類標準(TN除外)。目前,工藝運（yùn）行（háng）良（liáng）好,出水水質穩定（dìng）達標。

       (2)本工程在預留用地極其有（yǒu）限的（de）條件下,通過技術經濟比選（xuǎn）後采用MBBR工藝以及MBR工（gōng）藝對汙水（shuǐ）處理廠進行提標及擴（kuò）建,同時新建預處理及生（shēng）物處理構築物均采用組合池的形式布置,噸水占（zhàn）地麵積為0.66 m2,較*新標準要（yào）求用地節約57.4%,大幅提高土地利用（yòng）率。

       (3)MBR膜工藝較MBBR工藝更能有效減少剩餘（yú）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（chù）理廠的設計（jì）改造（zào）提供參考與借鑒。

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

       (5)目前進水（shuǐ）濃度尚未完全達到設（shè）計值（zhí）,尤其是BOD5及SS,因此,產泥量較低。待後期（qī）服務範（fàn）圍內（nèi）管網完善（shàn）,進（jìn）水濃（nóng）度進（jìn）一步提高後,需重點關注沉砂池的運行效果,合（hé）理（lǐ）優化深度處理的加藥量,降低泥處理費用。