厲智成 程樹輝 李張卿 龔遠(yuǎn)君

摘 要：【目的】湛江某污水廠處理能力不能滿足區(qū)域內(nèi)污水量增加，需擴(kuò)建8萬t?！痉椒ā拷Y(jié)合現(xiàn)狀條件，綜合比較MBR和MBBR+雙層沉淀池+磁混凝兩種方案，考慮進(jìn)水總磷達(dá)17.55 mg/L，會(huì)使膜清洗頻率增大，減少膜壽命，增加運(yùn)行成本。因此，采用“MBBR+沉淀池+磁混凝”核心處理工藝。廠區(qū)主要構(gòu)筑物貼建，進(jìn)一步減少用地?！窘Y(jié)果】水廠于2021年投產(chǎn)運(yùn)行，出水可穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?！窘Y(jié)論】泥膜復(fù)合工藝+雙層沉淀池+磁混凝可解決擴(kuò)建用地緊張問題，運(yùn)行成本約0.87 元/m3。

關(guān)鍵詞：MBBR；雙層沉淀池；貼建

中圖分類號(hào)：X703? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1003-5168（2023）08-0092-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.08.019

MBBR+Double Layer Sedimentation Tank Construction

Applied to the Expansion of Intensive Wastewater Treatment Plant

LI Zhicheng CHENG Shuhui LI Zhangqing GONG Yuanjun

（Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 100086， China）

Abstract： [Purposes] The treatment capacity of a sewage plant in Zhanjiang cannot meet the increase in the amount of sewage in the region， and it needs to be expanded by 80000 tons. [Methods] Based on current conditions， a comprehensive comparison was made between MBR and MBBR+double layer sedimentation tank+magnetic coagulation schemes. Considering that the total phosphorus in the influent water reaches 17.55mg/l， it will increase the membrane cleaning frequency， reduce the membrane life， and increase the operating cost. Therefore， the core treatment process of "MBBR+sedimentation tank+magnetic coagulation" is adopted. The main structures in the plant area are built to further reduce land use. [Findings] The water plant was put into operation in 2021， and the effluent can stably reach the standard. [Conclusions] Mud film composite process+double layer sedimentation tank+magnetic coagulation can solve the problem of land shortage for expansion， with an operating cost of about 0.87 yuan/m3.

Keywords： MBBR; double layer sedimentation tank; stick to build

0 引言

隨著大灣區(qū)政策的提出，廣東省各市進(jìn)入新一輪高速發(fā)展和建設(shè)階段。對(duì)于污水處理而言，新增人口帶來污水廠擴(kuò)建的需求和周邊地塊開發(fā)導(dǎo)致污水廠占地盡可能小的矛盾越來越突出。本研究從優(yōu)化工藝和結(jié)構(gòu)調(diào)整兩方面出發(fā)，針對(duì)湛江某污水處理廠提出既滿足污水量增長的需求又滿足占地小的現(xiàn)實(shí)要求的方案。

湛江市某污水處理廠一期建設(shè)規(guī)模4.9萬m3/d，預(yù)處理單元設(shè)計(jì)規(guī)模9.8萬m3/d，采用“AAO+D型濾池”處理工藝，占地面積3.58 hm2；污泥脫水采用離心脫水機(jī)的方式，共2臺(tái)，出廠污泥含水率為80%。根據(jù)2017年水量監(jiān)測(cè)，平均日進(jìn)水量達(dá)7.96萬m3，已經(jīng)遠(yuǎn)超現(xiàn)狀污水廠處理能力，因此擴(kuò)建工程迫在眉睫。經(jīng)過水量預(yù)測(cè)，二期設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d，可用占地面積僅為1.8 hm2，每處理萬立方米水量實(shí)際可用土地面積僅為一期的三分之一，因此在工藝選擇上及結(jié)構(gòu)形式上需要盡可能地減少占地。

1 二期擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

按不同保證率統(tǒng)計(jì)一期工程2017年1月—2018年9月進(jìn)水水質(zhì)。因服務(wù)范圍內(nèi)有多家水產(chǎn)企業(yè)，其水產(chǎn)飼料配方中的磷含量較高，過高的磷會(huì)隨著排泄物被排入污水系統(tǒng)中，導(dǎo)致污水廠進(jìn)水總磷濃度較常規(guī)生活污水高，具體見表1。

按90%保證率，考慮一定的富余量，綜合確定本次方案的設(shè)計(jì)進(jìn)水指標(biāo)。出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18978—2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)和《廣東省地方標(biāo)準(zhǔn) 水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二時(shí)段中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的嚴(yán)者，確定二期工程進(jìn)出水水質(zhì)，具體見表2。

2 工程設(shè)計(jì)方案

2.1 工藝選擇及廠平布置

考慮到用地緊張，二期工程每萬噸污水實(shí)際用地面積僅為0.225 hm2，宜采用集成高效的處理工藝。鑒于進(jìn)水TP較高，在強(qiáng)化生物除磷的同時(shí)應(yīng)主要考慮化學(xué)除磷工藝，可通過設(shè)置化學(xué)除磷單元來解決。

由于投資金額的限制，方案選擇時(shí)首先排除地下式污水廠。擴(kuò)建工程主要對(duì)“MBBR+二沉池+混凝沉淀”的傳統(tǒng)工藝和“MBR工藝”進(jìn)行比選。MBBR又名移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器，通過向反應(yīng)器中投加一定數(shù)量的懸浮載體，提高反應(yīng)器中的生物量和生物種類，從而提高反應(yīng)器的處理效率。MBR又名膜生物反應(yīng)器，是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的處理技術(shù)，通過膜組件的截留作用將微生物留在反應(yīng)器中，以提高反應(yīng)器中的污泥濃度，從而可以提高反應(yīng)器的處理效率。

經(jīng)過比較，傳統(tǒng)工藝和MBR工藝均可滿足出水標(biāo)準(zhǔn)，但是由于進(jìn)水TP高，加藥除磷可導(dǎo)致膜系統(tǒng)頻繁反洗，且MBR工藝一次性投資和運(yùn)行成本均高于傳統(tǒng)工藝。因此，選擇傳統(tǒng)工藝作為污水廠擴(kuò)建的方案。為了節(jié)省占地和投資，二期預(yù)處理優(yōu)先利用一期粗格柵及進(jìn)水泵房的富裕能力。出水采用紫外消毒的方式，并預(yù)留次氯酸鈉儲(chǔ)罐投加的條件。污泥脫水充分利用現(xiàn)有設(shè)備的處理能力。廠平面布置如圖1所示。具體工藝流程如圖2所示。

2.2 工藝特色

普通的生物處理由于污泥負(fù)荷不高，導(dǎo)致水力停留時(shí)間長，占地面積大。二沉池受表面負(fù)荷的限制，往往在水處理單元屬于占地面積較大的構(gòu)筑物。因此，方案設(shè)計(jì)上需要針對(duì)這兩個(gè)占地大的構(gòu)筑物進(jìn)行優(yōu)化。具體如下。

2.2.1 生物處理。生物池采用MBBR［1］的工藝，由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和脫氣區(qū)組成。在占地面積有限的情況下，首先，通過增加池深至10 m來增加水力停留時(shí)間；另外，受投資限制以及對(duì)曝氣壓力的要求，不能無限制地增加池深。因此，方案還利用在好氧區(qū)投加懸浮填料來增加污泥濃度的方法來強(qiáng)化有機(jī)物氧化和氨氮硝化效果。同時(shí)，為解決填料堆積問題，在好氧區(qū)設(shè)置環(huán)形廊道及推流器，通過推流器及底部曝氣盤的綜合作用，使填料處于流化狀態(tài)，在出水處設(shè)置填料分割網(wǎng)及自清洗系統(tǒng)用于攔截填料。

2.2.2 二沉池。傳統(tǒng)的單層沉淀池占地面積大，不能滿足本工程的用地現(xiàn)狀。運(yùn)用淺池理論，方案采用雙層沉淀池［2］的形式來滿足生物池出水后的泥水分離；上下兩層同時(shí)進(jìn)水，刮泥設(shè)備采用非金屬鏈?zhǔn)诫p層刮泥機(jī)，占地面積縮小為單層沉淀池的一半，大大減少工程占地，為后續(xù)處理工藝的增加提供條件。

2.2.3 深度處理。生物池+二沉池的工藝組合并不能使出水達(dá)到要求，尤其是SS和TP的去除不能達(dá)標(biāo)，因此需要增加深度處理。本工程選擇混凝沉淀集成工藝進(jìn)行后處理。常規(guī)的混凝沉淀工藝有高效沉淀池和磁混凝沉淀池［3］，磁混凝沉淀池的磁粉（小于100 μm）作為沉淀析出晶核，使水中膠體顆粒與磁粉顆粒容易碰撞脫穩(wěn)而形成絮體，懸浮物去除效率也大大提高；同時(shí)由于磁粉密度大于5.0，使得絮體密度遠(yuǎn)大于常規(guī)混凝絮體，從而大幅提高沉淀速度，用地更節(jié)省。因此，選擇磁混凝沉淀池作為深度處理工藝［4］。

除此之外，充分利用現(xiàn)有處理單元的剩余處理能力。首先是預(yù)處理單元，一期預(yù)處理按照9.8萬m3/d建設(shè)。經(jīng)過核算，現(xiàn)狀粗格柵處理能力和進(jìn)水泵房容積可以滿足本次設(shè)計(jì)規(guī)模（4.9+8=12.9萬m3/d）的要求，但現(xiàn)況提升泵流量不能滿足處理要求。因此，更換進(jìn)水泵房內(nèi)設(shè)備，利用現(xiàn)狀粗格柵和進(jìn)水泵房作為二期預(yù)處理單元。其次是污泥脫水單元，原污泥脫水工藝采用離心脫水機(jī)，由于二期進(jìn)水TP高導(dǎo)致污泥產(chǎn)量大，需要對(duì)產(chǎn)生的污泥進(jìn)行濃縮，采用占地面積小、可連續(xù)進(jìn)泥的機(jī)械離心濃縮的方式，濃縮后的污泥進(jìn)一步離心脫水。

2.2.4 結(jié)構(gòu)方案。上述工藝方案均從處理效果穩(wěn)定、高效，占地面積節(jié)省方面進(jìn)行選擇和優(yōu)化。但是，還不能有效解決占地緊張的問題。因此，需要從結(jié)構(gòu)形式上進(jìn)行突破。方案取消各構(gòu)筑物之間的通行道路，采用各主體構(gòu)筑物貼建的方式，將細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生物池、二沉池和磁混凝沉淀池完全貼建，各構(gòu)筑物之間通過洞口的形式過水。

2.3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3.1 生物池。設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d，生物池采用多段A2O工藝，分為兩個(gè)系列，每系列分為一組，共兩組，每組設(shè)計(jì)處理水量4萬m3/d。好氧區(qū)投加懸浮填料，每組設(shè)置4臺(tái)推流器，每臺(tái)葉輪直徑1 800 mm，因水深較深，單側(cè)廊道內(nèi)推進(jìn)器分兩層安裝，同時(shí)設(shè)置填料分隔網(wǎng)和自清洗系統(tǒng)。為減少內(nèi)回流帶回過高的溶解氧，破壞缺氧環(huán)境，在好氧區(qū)末端設(shè)置消氧區(qū)，減少曝氣量。經(jīng)設(shè)計(jì)，生物池長度70.00 m，寬度54.83 m，設(shè)計(jì)水深10.0 m。總停留時(shí)間為10.29 h，其中缺氧區(qū)1.62 h，缺氧區(qū)3.0 h，好氧區(qū)5.17 h，脫氧區(qū)0.5 h。好氧池填料區(qū)平面尺寸為37.5 m×16.4 m，單組投加好氧懸浮填料為7.6×105 m2，粒徑為Φ25 mm*10 mm，填料比表面積為800 m2/m3，填充率約為16%。曝氣設(shè)備采用盤式微孔曝氣器，單個(gè)曝氣器工作氣量為8.00 Nm3/h。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

2.3.2 雙層沉淀池。沉淀池采用矩形平流沉淀池，分兩個(gè)系列，每系列3格渠道，每格上下2層設(shè)置，為滿足上下層沉淀池進(jìn)水，配水渠也上下層設(shè)置。生物池出水進(jìn)入二沉池進(jìn)水總渠后，一部分經(jīng)過配水堰進(jìn)入上層沉淀池，另一部分跌落至下層配水渠，經(jīng)過穿孔花墻后進(jìn)入下層沉淀池。每格沉淀池上下兩側(cè)各安裝一臺(tái)非金屬鏈條式刮泥機(jī)。刮泥板由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在池底時(shí)將沉淀污泥刮至泥斗，運(yùn)動(dòng)到池水面上時(shí)刮浮渣至浮渣收集裝置。每格沉淀池上層設(shè)置一個(gè)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)排渣裝置，收集浮渣，浮渣排至浮渣井中，定期用浮渣泵車抽走。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

沉淀區(qū)尺寸：L×B=54.5 m×48.63 m；單層有效水深：4 m；沉淀時(shí)間：4 h；表面負(fù)荷：平均流量表面負(fù)荷0.77 m3/m2·h，峰值流量表面負(fù)荷1.01 m3/m2·h；刮泥機(jī)行車要求：上層池長43.65 m，單格池寬7.5 m；下層池長48.9 m，單格池寬7.5 m；單臺(tái)功率：N=1.5 kW。

2.3.3 磁混凝澄清池。磁混凝澄清池的設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d，主要用于化學(xué)除磷及進(jìn)一步除去水中的懸浮物。包括進(jìn)水池、快混池、磁混合池、絮凝池、澄清池、放空閥井及污泥泵房等。進(jìn)水池、快混池、磁混合池、絮凝池、澄清池分成兩個(gè)系列。具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下。

①快混池：數(shù)量2座；平面尺寸3.5 m×3.5 m，有效水深6.85 m；混合時(shí)間144 s；速度梯度G 148.44 s-1。

②磁粉混合池：數(shù)量2座；平面尺寸3.5 m×3.5 m，有效水深6.70 m；反應(yīng)時(shí)間144 s；速度梯度G 173.34 s-1。

③絮凝池：數(shù)量2座；平面尺寸5.0 m×5.0 m，有效水深6.65 m；反應(yīng)時(shí)間270 s；速度梯度G 140.11 s-1。

④澄清池：數(shù)量2座；表面負(fù)荷19.30 m3/m2·h；停留時(shí)間20 min。

投加藥劑主要包括聚合硫酸鐵、PAM，聚合硫酸鐵加藥管、PAM加藥管接自加藥間，投加點(diǎn)分別設(shè)置在快混池反應(yīng)池內(nèi)、絮凝池內(nèi)。硫酸鐵加藥量：54.96 mg/L；投加濃度：12%； PAM加藥量：2 mg/L；投加濃度：0.2%。

磁分離系統(tǒng)包括磁分離機(jī)和剪切機(jī)及相應(yīng)管道，設(shè)置在污泥回流泵房頂部，設(shè)計(jì)磁粉投加量為2.8 mg/L。剩余污泥和回流污泥通過管道接入磁分離機(jī)及剪切機(jī)進(jìn)行磁粉分離，使污泥中的磁粉及混凝劑循環(huán)使用。

2.3.4 污泥處理?，F(xiàn)狀一期采用離心脫水機(jī)進(jìn)行污泥脫水。由于進(jìn)水含磷量高，化學(xué)除磷后產(chǎn)泥量大，為了充分利用原有的離心脫水機(jī)，本方案采用機(jī)械離心濃縮+離心脫水的污泥脫水方案［5］。污泥泵房將剩余污泥通過污泥泵提升至污泥處理系統(tǒng)現(xiàn)況儲(chǔ)泥池，然后由新建機(jī)械濃縮間的濃縮機(jī)進(jìn)泥泵輸送至濃縮機(jī)進(jìn)行機(jī)械濃縮，濃縮前污泥含水率為99.2%，濃縮后污泥含水率為97%，濃縮后污泥由重力進(jìn)入不銹鋼緩沖槽，經(jīng)高壓螺桿泵輸送至現(xiàn)況脫水機(jī)房的離心脫水機(jī)內(nèi)，對(duì)污泥進(jìn)行脫水，脫水后含水率降至小于等于80%，脫水后的污泥經(jīng)螺旋輸送機(jī)輸送至現(xiàn)況污泥轉(zhuǎn)運(yùn)間，經(jīng)污泥車運(yùn)出廠外。具體參數(shù)如下。

一、二期總設(shè)計(jì)污泥量為31 t DS/d，含水率為99.2%。濃縮系統(tǒng)設(shè)機(jī)械離心濃縮機(jī)3臺(tái)，2用1備，工作時(shí)間12 h。離心脫水機(jī)（Q=45 m3/h）新增1臺(tái)，共3臺(tái)。

2.4 連接洞口處理

各構(gòu)筑物之間貼建，設(shè)置30 mm伸縮縫，伸縮縫采用厚30 mm閉孔型聚乙烯泡沫塑料板填充，并設(shè)置CB350X8-30氯丁橡膠止水帶。過水洞口內(nèi)設(shè)置穿墻套管，采用剛性防水套管（A型）。洞口連接方案如圖3所示。

3 建成效果及運(yùn)行分析

在用地緊張的情況下，通過工藝的優(yōu)化及結(jié)構(gòu)形式的突破完成污水廠擴(kuò)建的任務(wù)。同時(shí)，為滿足廠區(qū)綠化、美觀的需求，在生物池和二沉池池頂進(jìn)行綠化。相比于一期，二期工程通過工藝和結(jié)構(gòu)的同步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)污水高效、穩(wěn)定處理。在氣味和噪聲控制方面，通過對(duì)預(yù)處理、生物處理及污泥系統(tǒng)進(jìn)行封閉生物除臭和對(duì)鼓風(fēng)機(jī)房設(shè)置吸音內(nèi)墻、吸音頂棚及雙層門窗，選用低噪聲的設(shè)備等方式，最大程度降低污水廠運(yùn)行過程中對(duì)周邊環(huán)境的影響。同時(shí)，二期工程的貼建形式在運(yùn)維中可減少巡視的工作量。具體效果如圖4所示。

項(xiàng)目于2020年12月建設(shè)完成，于2021年1月投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)過運(yùn)行調(diào)試，目前水廠運(yùn)行狀況較好。統(tǒng)計(jì)2021年6月至2022年6月月均水質(zhì)數(shù)據(jù)，實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)與設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)較為一致，出水水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，見表4。具體如圖5所示。

對(duì)2021年6月至2022年6月的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行成本分析，日平均進(jìn)水量為73 321 m3，實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為91.6%。經(jīng)計(jì)算，該項(xiàng)目運(yùn)行成本為0.87元/m3。主要費(fèi)用包括藥劑費(fèi)、污泥處置費(fèi)、電費(fèi)、人工費(fèi)、設(shè)備維修費(fèi)等。

其中，使用的藥劑主要包括聚合硫酸鐵、PAM和磁粉，聚合硫酸鐵投加量為28 300 t/d，PAM投加量為91.4 kg/d，磁粉投加量為201 kg/d。每天污泥產(chǎn)量約為14.7 t（含水率80%）。

4 結(jié)語

隨著各地社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，污水量超過規(guī)劃預(yù)期的增長，市政設(shè)施用地的面積卻不斷被壓縮，導(dǎo)致污水廠的建設(shè)要更加集約化。隨之而來的不同節(jié)地方案如地埋式污水廠也越來越受到重視。但是考慮到投資成本和運(yùn)維便利性，地埋式污水廠并不能被一些建設(shè)單位所接受。因此，傳統(tǒng)形式的污水廠如何進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，是許多地區(qū)面臨的一項(xiàng)新的挑戰(zhàn)。

本研究以湛江某污水廠為例，通過對(duì)主體構(gòu)筑物的工藝改造及結(jié)構(gòu)形式的調(diào)整，解決污水廠占地緊張的問題，實(shí)現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的目的。并且通過池頂?shù)木G化，解決廠區(qū)因占地面積過小而綠化率不足的問題，也可為類似的相關(guān)工程提供借鑒。

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收稿日期：2023-02-08

作者簡介：厲智成（1989—），男，碩士，工程師，研究方向：污水處理提質(zhì)增效及水環(huán)境治理等。