在廣東省環境保護廳《南粵水更清行動計劃(2017-2020年)》的背（bèi）景下,南方某城鎮汙水處（chù）理廠亟需擴建及（jí）提標改造。該汙水廠現狀（zhuàng）預留用（yòng）地有限,因此,需考慮節省占地的汙水處理工（gōng）藝,如多段AO、曝氣生物濾池、移動床生物膜反（fǎn）應器(MBBR)及膜生（shēng）物反應器（qì）(MBR)工藝。本工程經過技術經濟比選,采用MBBR及MBR組合工藝,在有限（xiàn）的用地中同時實現汙水處理廠的（de）擴建及提標改造。

       01 汙水處理廠現（xiàn）狀及（jí）設計難（nán）點

       1.1 汙水處理廠現狀

       汙水廠現狀規模為1.5萬m3/d,二級處理采用AAO生物池+二沉池,深度處理為砂濾池,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（jí）標準和*標準《城鎮汙水處理（lǐ）廠汙染物排放標準》(GB 18918-2002)一級B標（biāo）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（wū）水廠總（zǒng）規模為4.5萬m3/d,一期已建設1.5萬m3/d,因此,本次工程需擴建3萬m3/d的汙水處理設施。同時,設計出水水質需執行《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m3/d,廠內預留用地僅（jǐn）按1.5萬m3/d的（de）汙水（shuǐ）規模預（yù）留。因此,本工（gōng）程的主要設計難點為需在有限的用地中（zhōng）同（tóng）時完成擴建以及提標（biāo）。02汙水（shuǐ）處理廠設計進出水水質通過對該廠一期實際（jì）進出水水質進行數理統計分析（xī）綜合確定本（běn）次擴建及（jí）提標改（gǎi）造設計進水水質。二期設（shè）計進（jìn）水水質與一期相比,降低了BOD5、CODCr,提高了（le）SS、TN、氨氮,TP維（wéi）持不變。設計出水水質則根據排（pái）水水體水質（zhì）目標確定,具體如表2所示。
       03 汙水處（chù）理廠擴建（jiàn）及提標改造設計思路

       本次工程進出水水質較一期工程有較大變化,且需要在有限的用地內同時（shí）完成汙水（shuǐ）廠擴建及提標。因此,設計思路為：

       (1)對（duì）一期工程處（chù）理能力進行校核,推測其在滿負荷且（qiě）進水水質達到設（shè）計值（zhí）時是（shì）否能達到設計出水標準,充分挖潛現狀處理能力並利用現狀構築物進行改造升（shēng）級;

       (2)二期新建工程采用占地規模（mó）節約的高效處理工藝,新增（zēng）構築物盡可能采用組合體（tǐ）的形（xíng）式布置。

       3.1 一期工程提標改造方案

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

       汙水處理廠一期工程在滿負荷（hé）及設計進出水水質的條件（jiàn）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（qiú）。生物池的（de）好氧區容積偏小,約為理論計算值的70%。SS及（jí）TP均能達到設計出水水質標準。因此,一期工（gōng）程在改造上應重點考慮對生物池好氧區的加強（qiáng）,加強對CODCr及BOD5的去除效果。

       在進水（shuǐ）可生化性較好的情（qíng）況下,對CODCr和（hé）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（pù）氣生物濾池、接觸氧化池、MBR等工藝。其（qí）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築物的原則,可對一期（qī）砂濾池或生（shēng）物池（chí）進行改造。提（tí）出如下兩種方案：

       (1)通過將砂濾池改造為曝氣生物濾（lǜ）池,進一步降低水中的BOD5及CODCr。但一期砂濾池（chí）池體總高度僅為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,隻（zhī）能對其拆除重建。

       (2)將（jiāng）一期生物池改造（zào）為MBBR工藝,即通過（guò）在（zài）一期好氧區內投加生（shēng）物填（tián）料以提（tí）高池內生物量,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（kuàng）下實現汙（wū）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（jù）上述比較,方案二在占地、工程（chéng）投資及運行費用上均低於方案一,且方案一在建設期（qī）需拆除現狀砂濾池,對汙水廠運行會產生影響。綜上,采用（yòng）MBBR工藝對現狀生物池進行原位升級改造（zào）,將生物池改為生物膜（mó）-活性汙泥複合工藝（yì）。該方案具有無需新建反應池（chí）、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（gāo）、節省曝氣量、增強汙泥穩定性、降低運行費用和基建投資等優點（diǎn）,目前,已在國內多個汙水廠的改造和（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（qī）設計出水水質及現狀實際出水（shuǐ）水質,CODCr、SS、氨氮較易（yì）達到出水標準,因此,確定二（èr）期提標改造工程的主要目標汙染（rǎn）物為TN(質（zhì）量濃度≤15 mg/L)及TP(質（zhì）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以化學處理去除。擴建工程需在1.5萬m3/d的汙（wū）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（xū）達到《地表水環境質量標準》中V類（lèi）標準（zhǔn）(TN除外),傳統生物處理(含二沉池)+深度處理工藝占地（dì）較大,難以滿足擴建需求,因此,選擇高（gāo）效澄清池+生物濾池(前置反硝化濾池+硝化濾池+後（hòu）置反硝化濾池)工藝及AAO+MBR工（gōng）藝進行技（jì）術經濟比較,結果如表4所示。
       根據（jù）上述比較,方案二雖然直接運行（háng）費用略高,但占地及工程投資（zī）均小於方（fāng）案一,且MBR工藝對出水SS更有保障。此外,廠內二期預留用（yòng）地僅為6368 m2,若采用方案一,則無多餘用地建（jiàn）設預處理（lǐ）、碳源加藥間等生產構築物,因此,采用方案二（èr）(AAO+MBR)作為（wéi）擴建工程的（de）汙（wū）水處理工藝。該工藝流程短,處理效率高,節約用地的（de）同時出水水質（zhì）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,膜池較高的混合液回流比可提高生物池汙泥（ní）濃度,延長汙泥齡,提高處理（lǐ）效率的同時減少剩餘汙泥排放。

       3.3 工藝流（liú）程

       汙水經（jīng）粗格柵及提升（shēng）泵房提升後,通過配水井分配至一期與二期進行處（chù）理,工藝流程如圖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（chù）理組合池、AAO+MBR組合池及碳源投加間位於廠（chǎng）區北側預留空地上,汙泥濃縮池、貯泥池及脫水車間布（bù）置於一期砂濾池及機修間（jiān）北側,二（èr）期（qī）紫外消毒渠位於一期紫外消毒渠北側預留用地。
       汙水廠（chǎng）豎向設計如圖3所示。廠坪標高為（wéi）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,尾水經紫外消毒後（hòu）水麵標高為2.40 m,在受納水體為常水位時自流排放,為洪水位（wèi）的時（shí）候通過泵提升排放。

       04 主要（yào）構築（zhù）物設計參數

       4.1 總配水井

       采用管道配（pèi）水的方式難以（yǐ）將進廠汙水按設計規模均勻分配至一期、二期生產線,因此（cǐ）,新建（jiàn）總配水一座,均勻分配汙水處理廠汙水。設計流量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、二期（qī）各（gè）用一格。

       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（hé）池的形（xíng）式布置,各構築物具體設計如下。

       (1)細（xì）格柵

       汙水廠現狀一期（qī）工程（chéng）采用回轉式細格柵（shān）,運行效果良好,因此,為（wéi）方便（biàn）運營管理,本期工程延用同類型細格柵,設計流量（liàng）Q=1700 m3/h,設置2道格柵流槽,渠寬（kuān）為1.50 m,柵條間隙為3 mm。

       (2)旋流沉砂池

       常用（yòng）的沉砂池（chí）形式有曝氣沉砂池和旋流沉砂池,前者可（kě）通過調節曝氣（qì）量控製汙水在池內（nèi）的旋流速度,因而處理效果更加穩定。但曝（pù）氣會去除部分有機（jī）物減（jiǎn）少碳源,因此,當進水碳源缺乏且采用（yòng）生物脫氮（dàn）除磷工藝（yì）時,盡（jìn）量（liàng）避免采用曝氣沉砂池（chí）。旋流（liú）沉（chén）砂池（chí）則具有（yǒu）占地麵積（jī）小,處理（lǐ）效率高的優點。考慮到汙水廠實際進水碳氮比較低且用地緊張（zhāng）,二期工程采用（yòng）旋流沉砂池,設計（jì）流量Q=1700 m3/h,水力停留時間為80.5 s。在水力停留時間的選取方麵,規範（fàn）要求大於30 s即可,而汙水廠一期現（xiàn）狀沉（chén）砂池在高峰流量（liàng）時,除砂效果較差,反（fǎn）算此時的停留時間為30.3 s。根據現狀運行人員反饋,當停留時間大於1 min時,除砂（shā）效果較好。

       (3)膜格柵

       為進（jìn）一步保護後（hòu）序膜處理單元,需在旋流沉砂池後設置一道超細格柵以進一步降（jiàng）低汙水中（zhōng）SS的含量,降低（dī）細（xì）小纖維狀（zhuàng）物質對膜的破（pò）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（zhì）3道格（gé）柵（shān）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（lǐ）廠的核心處理構築物,采用組合池的（de）形式布置,主要設計（jì）參數結合規範、設計經驗（yàn）及廠家設備性能綜合確定,具體（tǐ）如表5所示。
       汙水廠進水碳氮比(2.38∶1.00)較低,為了盡量（liàng）減少碳源的消耗,保證脫氮效果,設（shè）計在滿足規範要求的情況下（xià）適當（dāng）縮短了厭氧（yǎng）區（qū）的停留時間。根據MBR工藝特點,適度（dù）增加反應池內汙泥濃度,減（jiǎn）少好氧區容積,以節約投資和占地。

       4.4 MBBR生物池(一期（qī）生物池改建)

       出水水質標準提高後（hòu）,一期生（shēng）物池好氧段池容不足,因此,考慮向好氧區投（tóu）加生物填料,將一期生物池（chí）改造為MBBR生物（wù）池。填料設計投（tóu）加量為2.2097×105 m3,規格為Φ25 mm×10 mm,比表麵（miàn）積≥800 m2/m3,材質為高密（mì）度聚（jù）乙（yǐ）烯(HDPE)。為保證填料在（zài）池內正常的（de）流態化,需在好氧區（qū）增設輔（fǔ）助穿孔曝氣（qì）管,輔助曝氣量為20 m3/min。同時（shí）,為避免填料隨水流流失需在（zài）好氧區（qū）進出口增設進出水攔截篩網（wǎng）。

       4.5 紫外消毒渠

       一期已建1座(1.5萬m3/d)紫外（wài）消毒池,本期由於出水標準提高,需更換紫外燈組,同時新建一座紫外消毒池(規模為3.0萬m3/d)。根據規（guī）範提供的（de）參（cān）考值（zhí）,當汙水廠尾水為再生水（shuǐ）時,紫外線劑量應為24～30 mJ/cm2。通過對一期土建進行複核,可將消毒（dú）渠二次澆注部分由（yóu）720 mm擴寬至1000 mm,消毒模架由之前的8個增（zēng）加至10個,配置紫外線燈管數量（liàng）由之（zhī）前的64隻提高到88隻,則紫外線劑量由之前的（de）20.2 mJ/cm2提高到26.4 mJ/cm2,滿足規（guī）範要（yào）求。二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（hán）紫外線殺菌燈數8支,紫外線劑量滿足規範要（yào）求。

       4.6 泥處理設施

       本工程設計絕（jué）幹泥（ní）量為6.28 t/d,其中剩餘汙泥為5.93 t/d,化（huà）學汙泥為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（liú）程為濃縮池（chí）+貯泥池+板框壓濾機,設計泥餅含固率為40%。

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

       本工程在汙（wū）泥（ní）濃縮池及汙泥（ní）脫水車間之間設置2座貯（zhù）泥池（chí）以平衡（héng）汙水（shuǐ）廠排泥的不均勻性,單座平麵尺寸為4 m×4 m,有效水（shuǐ）深為3.5 m,總有效容積為112 m3,可（kě）存（cún）放壓濾機1～2個批次的泥量。

       脫水機（jī）房麵積為（wéi）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,兩台同時使用。汙泥調理采用生石灰（huī）+三氯化（huà）鐵組合方式進行調理。生石（shí）灰投加量按每噸幹汙泥100 kg考慮,三氯化（huà）鐵溶液(有效含量為10%)投加量按每噸幹汙泥50 kg考慮。

       4.7 除臭設施（shī）

       除臭設施采用離子除臭工（gōng）藝,共設3套除臭設備。其中,1號（hào）除臭設備對二期細格柵及沉砂池、膜（mó）格柵及二期厭氧進（jìn）行（háng）除臭,除（chú）臭風（fēng）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池、一期粗格柵及進水泵房、一期厭氧池及二期總配水井（jǐng）進行除臭,除臭風量Q=8000 m3/h,功率N=14.55 kW;3號除臭設備對二（èr）期汙泥濃（nóng）縮池、貯泥池、汙泥脫水車間進行除臭（chòu）,除臭（chòu）風量Q=12000 m3/h,功率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

       汙水廠（chǎng）噸水占地（dì）麵積為0.66 m2,根據*新出版的《城市汙（wū）水處理工程項目建設標準》(建標 198-2022)中的（de）相關要（yào）求（qiú）,規模在（zài）5萬m3/d以下（xià）的汙水處理廠,二級處理+深度處理（lǐ）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（zhǔn）要求節約57.4%,實現了土（tǔ）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年運行以來平均處理水量為37221萬m3/d,保證率為95%時處理水量為（wéi）40411萬m3/d,水量負荷率為（wéi）89.8%,實（shí）際進出水水質如表6所示。
       汙水廠在（zài）水量水質基本達到設計值的情況下,出水水質可穩定達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)中（zhōng）V類標準(TN除外),部分出水水質指標達《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)時運行較為穩定。

       為了檢（jiǎn）驗一期生（shēng）物池改造為（wéi）MBBR工藝後的運行效果,對其改造（zào）前後實際進出（chū）水中BOD5及TN進行分（fèn）析,結果如表7所示。
       一期工程改造完成（chéng）後,在95%保證率的情況下,BOD5的去除率由71.02%提（tí）升至92.24%,TN的去除率由16.60%提（tí）升至57.23%。分析認為通過在好氧區投（tóu）加生物填料一方麵提高了活（huó）性汙泥（ní）的濃度,另一方麵填料（liào）表麵（miàn）附著生長的生物膜具有較長（zhǎng）的汙泥齡,有利於世代時間較長（zhǎng）的硝化菌生長繁殖,因此,BOD5和TN的去除率均有提升。

       (2)電耗、藥耗分析（xī）

       汙水廠（chǎng）電費（fèi）為0.275元/m3(噸水電耗為0.43 kW·h),藥劑（jì）費為0.0885元/m3(主要使用藥劑聚合硫酸鐵、乙酸鈉、生石（shí）灰、三氯化鐵、次氯酸鈉及檸（níng）檬酸)。

       (3)產泥量分析

       汙水（shuǐ）廠一期改造後工（gōng）藝為MBBR生物池（chí）+二沉（chén）池（chí）+砂濾池（chí）,萬（wàn）噸水產泥量為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工藝更能（néng）有效減（jiǎn）少剩餘汙泥排放量。

       06 結論與建議

       (1)在（zài）不改變生物池（chí）土建主體結構的前提下,通過在好氧區投加生物填料將AAO生物池改造為MBBR生（shēng）物池,進一步提高（gāo）對BOD5的去除,出水水質全（quán）麵提升至《地表水環（huán）境（jìng）質量標準》中V類標準(TN除外)。目前,工藝運行（háng）良好,出水水質穩（wěn）定達（dá）標。

       (2)本工（gōng）程在預留（liú）用地極其有限的條件下,通過技術經濟比選後采用MBBR工（gōng）藝以及MBR工藝對汙水處理廠進行提（tí）標及擴建,同時新（xīn）建預處理及生物處（chù）理構築物均采用組合池（chí）的形式布（bù）置,噸水占地（dì）麵積為0.66 m2,較*新標準要求用地節約57.4%,大（dà）幅提高土地利用率。

       (3)MBR膜工藝較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（zhě）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（wéi）同類（lèi）型汙水處理廠的設計改（gǎi）造提供參考與借鑒。

       (4)二期設計中將旋流沉（chén）砂池水力停留時（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（dòng）較（jiào）大的汙水廠（chǎng）選用（yòng）該池型時,停留（liú）時間至少大（dà）於1 min。

       (5)目前進水濃度尚（shàng）未完全達到設計值,尤其是BOD5及SS,因此,產泥量較（jiào）低。待後期服務範圍內管網完善,進水（shuǐ）濃度進一步提高後（hòu）,需重點（diǎn）關注沉砂池的運行效（xiào）果,合理優化深度處理的加藥量,降低泥處理費（fèi）用。