MBBR+双层沉淀池贴建应用于集约型污水厂的扩建

厉智成 程树辉 李张卿 龚远君

摘 要：【目的】湛江某污水厂处理能力不能满足区域内污水量增加，需扩建8万t。【方法】结合现状条件，综合比较MBR和MBBR+双层沉淀池+磁混凝两种方案，考虑进水总磷达17.55 mg/L，会使膜清洗频率增大，减少膜寿命，增加运行成本。因此，采用“MBBR+沉淀池+磁混凝”核心处理工艺。厂区主要构筑物贴建，进一步减少用地。【结果】水厂于2021年投产运行，出水可稳定达标。【结论】泥膜复合工艺+双层沉淀池+磁混凝可解决扩建用地紧张问题，运行成本约0.87 元/m3。

关键词：MBBR；双层沉淀池；贴建

中图分类号：X703                   文献标志码：A                   文章编号：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

隨着大湾区政策的提出，广东省各市进入新一轮高速发展和建设阶段。对于污水处理而言，新增人口带来污水厂扩建的需求和周边地块开发导致污水厂占地尽可能小的矛盾越来越突出。本研究从优化工艺和结构调整两方面出发，针对湛江某污水处理厂提出既满足污水量增长的需求又满足占地小的现实要求的方案。

湛江市某污水处理厂一期建设规模4.9万m3/d，预处理单元设计规模9.8万m3/d，采用“AAO+D型滤池”处理工艺，占地面积3.58 hm2；污泥脱水采用离心脱水机的方式，共2台，出厂污泥含水率为80%。根据2017年水量监测，平均日进水量达7.96万m3，已经远超现状污水厂处理能力，因此扩建工程迫在眉睫。经过水量预测，二期设计规模为8万m3/d，可用占地面积仅为1.8 hm2，每处理万立方米水量实际可用土地面积仅为一期的三分之一，因此在工艺选择上及结构形式上需要尽可能地减少占地。

1 二期扩建工程设计进出水水质

按不同保证率统计一期工程2017年1月—2018年9月进水水质。因服务范围内有多家水产企业，其水产饲料配方中的磷含量较高，过高的磷会随着排泄物被排入污水系统中，导致污水厂进水总磷浓度较常规生活污水高，具体见表1。

按90%保证率，考虑一定的富余量，综合确定本次方案的设计进水指标。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18978—2002）中的一级A标准和《广东省地方标准 水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）第二时段中一级标准中的严者，确定二期工程进出水水质，具体见表2。

2 工程设计方案

2.1 工艺选择及厂平布置

考虑到用地紧张，二期工程每万吨污水实际用地面积仅为0.225 hm2，宜采用集成高效的处理工艺。鉴于进水TP较高，在强化生物除磷的同时应主要考虑化学除磷工艺，可通过设置化学除磷单元来解决。

由于投资金额的限制，方案选择时首先排除地下式污水厂。扩建工程主要对“MBBR+二沉池+混凝沉淀”的传统工艺和“MBR工艺”进行比选。MBBR又名移动床生物膜反应器，通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量和生物种类，从而提高反应器的处理效率。MBR又名膜生物反应器，是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的处理技术，通过膜组件的截留作用将微生物留在反应器中，以提高反应器中的污泥浓度，从而可以提高反应器的处理效率。

经过比较，传统工艺和MBR工艺均可满足出水标准，但是由于进水TP高，加药除磷可导致膜系统频繁反洗，且MBR工艺一次性投资和运行成本均高于传统工艺。因此，选择传统工艺作为污水厂扩建的方案。为了节省占地和投资，二期预处理优先利用一期粗格栅及进水泵房的富裕能力。出水采用紫外消毒的方式，并预留次氯酸钠储罐投加的条件。污泥脱水充分利用现有设备的处理能力。厂平面布置如图1所示。具体工艺流程如图2所示。

2.2 工艺特色

普通的生物处理由于污泥负荷不高，导致水力停留时间长，占地面积大。二沉池受表面负荷的限制，往往在水处理单元属于占地面积较大的构筑物。因此，方案设计上需要针对这两个占地大的构筑物进行优化。具体如下。

2.2.1 生物处理。生物池采用MBBR［1］的工艺，由厌氧区、缺氧区、好氧区和脱气区组成。在占地面积有限的情况下，首先，通过增加池深至10 m来增加水力停留时间；另外，受投资限制以及对曝气压力的要求，不能无限制地增加池深。因此，方案还利用在好氧区投加悬浮填料来增加污泥浓度的方法来强化有机物氧化和氨氮硝化效果。同时，为解决填料堆积问题，在好氧区设置环形廊道及推流器，通过推流器及底部曝气盘的综合作用，使填料处于流化状态，在出水处设置填料分割网及自清洗系统用于拦截填料。

2.2.2 二沉池。传统的单层沉淀池占地面积大，不能满足本工程的用地现状。运用浅池理论，方案采用双层沉淀池［2］的形式来满足生物池出水后的泥水分离；上下两层同时进水，刮泥设备采用非金属链式双层刮泥机，占地面积缩小为单层沉淀池的一半，大大减少工程占地，为后续处理工艺的增加提供条件。

2.2.3 深度处理。生物池+二沉池的工艺组合并不能使出水达到要求，尤其是SS和TP的去除不能达标，因此需要增加深度处理。本工程选择混凝沉淀集成工艺进行后处理。常规的混凝沉淀工艺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）作为沉淀析出晶核，使水中胶体颗粒与磁粉颗粒容易碰撞脱稳而形成絮体，悬浮物去除效率也大大提高；同时由于磁粉密度大于5.0，使得絮体密度远大于常规混凝絮体，从而大幅提高沉淀速度，用地更节省。因此，选择磁混凝沉淀池作为深度处理工艺［4］。

除此之外，充分利用现有处理单元的剩余處理能力。首先是预处理单元，一期预处理按照9.8万m3/d建设。经过核算，现状粗格栅处理能力和进水泵房容积可以满足本次设计规模（4.9+8=12.9万m3/d）的要求，但现况提升泵流量不能满足处理要求。因此，更换进水泵房内设备，利用现状粗格栅和进水泵房作为二期预处理单元。其次是污泥脱水单元，原污泥脱水工艺采用离心脱水机，由于二期进水TP高导致污泥产量大，需要对产生的污泥进行浓缩，采用占地面积小、可连续进泥的机械离心浓缩的方式，浓缩后的污泥进一步离心脱水。

2.2.4 结构方案。上述工艺方案均从处理效果稳定、高效，占地面积节省方面进行选择和优化。但是，还不能有效解决占地紧张的问题。因此，需要从结构形式上进行突破。方案取消各构筑物之间的通行道路，采用各主体构筑物贴建的方式，将细格栅及曝气沉砂池、生物池、二沉池和磁混凝沉淀池完全贴建，各构筑物之间通过洞口的形式过水。

2.3 主要构筑物设计参数

2.3.1 生物池。设计规模为8万m3/d，生物池采用多段A2O工艺，分为两个系列，每系列分为一组，共两组，每组设计处理水量4万m3/d。好氧区投加悬浮填料，每组设置4台推流器，每台叶轮直径1 800 mm，因水深较深，单侧廊道内推进器分两层安装，同时设置填料分隔网和自清洗系统。为减少内回流带回过高的溶解氧，破坏缺氧环境，在好氧区末端设置消氧区，减少曝气量。经设计，生物池长度70.00 m，宽度54.83 m，设计水深10.0 m。总停留时间为10.29 h，其中缺氧区1.62 h，缺氧区3.0 h，好氧区5.17 h，脱氧区0.5 h。好氧池填料区平面尺寸为37.5 m×16.4 m，单组投加好氧悬浮填料为7.6×105 m2，粒径为Φ25 mm*10 mm，填料比表面积为800 m2/m3，填充率约为16%。曝气设备采用盘式微孔曝气器，单个曝气器工作气量为8.00 Nm3/h。具体设计参数见表3。

2.3.2 双层沉淀池。沉淀池采用矩形平流沉淀池，分两个系列，每系列3格渠道，每格上下2层设置，为满足上下层沉淀池进水，配水渠也上下层设置。生物池出水进入二沉池进水总渠后，一部分经过配水堰进入上层沉淀池，另一部分跌落至下层配水渠，经过穿孔花墙后进入下层沉淀池。每格沉淀池上下两侧各安装一台非金属链条式刮泥机。刮泥板由电机驱动，在池底时将沉淀污泥刮至泥斗，运动到池水面上时刮浮渣至浮渣收集装置。每格沉淀池上层设置一个电动旋转排渣装置，收集浮渣，浮渣排至浮渣井中，定期用浮渣泵车抽走。具体设计参数如下。

沉淀区尺寸：L×B=54.5 m×48.63 m；单层有效水深：4 m；沉淀时间：4 h；表面负荷：平均流量表面负荷0.77 m3/m2·h，峰值流量表面负荷1.01 m3/m2·h；刮泥机行车要求：上层池长43.65 m，单格池宽7.5 m；下层池长48.9 m，单格池宽7.5 m；单台功率：N=1.5 kW。

2.3.3 磁混凝澄清池。磁混凝澄清池的设计规模为8万m³/d，主要用于化学除磷及进一步除去水中的悬浮物。包括进水池、快混池、磁混合池、絮凝池、澄清池、放空阀井及污泥泵房等。进水池、快混池、磁混合池、絮凝池、澄清池分成两个系列。具体设计参数如下。

①快混池：数量2座；平面尺寸3.5 m×3.5 m，有效水深6.85 m；混合时间144 s；速度梯度G 148.44 s-1。

②磁粉混合池：数量2座；平面尺寸3.5 m×3.5 m，有效水深6.70 m；反应时间144 s；速度梯度G 173.34 s-1。

③絮凝池：数量2座；平面尺寸5.0 m×5.0 m，有效水深6.65 m；反应时间270 s；速度梯度G 140.11 s-1。

④澄清池：数量2座；表面负荷19.30 m3/m2·h；停留时间20 min。

投加藥剂主要包括聚合硫酸铁、PAM，聚合硫酸铁加药管、PAM加药管接自加药间，投加点分别设置在快混池反应池内、絮凝池内。硫酸铁加药量：54.96 mg/L；投加浓度：12%； PAM加药量：2 mg/L；投加浓度：0.2%。

磁分离系统包括磁分离机和剪切机及相应管道，设置在污泥回流泵房顶部，设计磁粉投加量为2.8 mg/L。剩余污泥和回流污泥通过管道接入磁分离机及剪切机进行磁粉分离，使污泥中的磁粉及混凝剂循环使用。

2.3.4 污泥处理。现状一期采用离心脱水机进行污泥脱水。由于进水含磷量高，化学除磷后产泥量大，为了充分利用原有的离心脱水机，本方案采用机械离心浓缩+离心脱水的污泥脱水方案［5］。污泥泵房将剩余污泥通过污泥泵提升至污泥处理系统现况储泥池，然后由新建机械浓缩间的浓缩机进泥泵输送至浓缩机进行机械浓缩，浓缩前污泥含水率为99.2%，浓缩后污泥含水率为97%，浓缩后污泥由重力进入不锈钢缓冲槽，经高压螺杆泵输送至现况脱水机房的离心脱水机内，对污泥进行脱水，脱水后含水率降至小于等于80%，脱水后的污泥经螺旋输送机输送至现况污泥转运间，经污泥车运出厂外。具体参数如下。

一、二期总设计污泥量为31 t DS/d，含水率为99.2%。浓缩系统设机械离心浓缩机3台，2用1备，工作时间12 h。离心脱水机（Q=45 m3/h）新增1台，共3台。

2.4 连接洞口处理

各构筑物之间贴建，设置30 mm伸缩缝，伸缩缝采用厚30 mm闭孔型聚乙烯泡沫塑料板填充，并设置CB350X8-30氯丁橡胶止水带。过水洞口内设置穿墙套管，采用刚性防水套管（A型）。洞口连接方案如图3所示。

3 建成效果及运行分析

在用地紧张的情况下，通过工艺的优化及结构形式的突破完成污水厂扩建的任务。同时，为满足厂区绿化、美观的需求，在生物池和二沉池池顶进行绿化。相比于一期，二期工程通过工艺和结构的同步优化，实现污水高效、稳定处理。在气味和噪声控制方面，通过对预处理、生物处理及污泥系统进行封闭生物除臭和对鼓风机房设置吸音内墙、吸音顶棚及双层门窗，选用低噪声的设备等方式，最大程度降低污水厂运行过程中对周边环境的影响。同时，二期工程的贴建形式在运维中可减少巡视的工作量。具体效果如图4所示。

项目于2020年12月建设完成，于2021年1月投产运行，经过运行调试，目前水厂运行状况较好。统计2021年6月至2022年6月月均水质数据，实际进水水质与设计进水水质较为一致，出水水质可以稳定达标，见表4。具体如图5所示。

对2021年6月至2022年6月的运行数据进行成本分析，日平均进水量为73 321 m3，实际运行负荷为91.6%。经计算，该项目运行成本为0.87元/m3。主要费用包括药剂费、污泥处置费、电费、人工费、设备维修费等。

其中，使用的药剂主要包括聚合硫酸铁、PAM和磁粉，聚合硫酸铁投加量为28 300 t/d，PAM投加量为91.4 kg/d，磁粉投加量为201 kg/d。每天污泥产量约为14.7 t（含水率80%）。

4 结语

随着各地社会经济的不断发展，污水量超过规划预期的增长，市政设施用地的面积却不断被压缩，导致污水厂的建设要更加集约化。随之而来的不同节地方案如地埋式污水厂也越来越受到重视。但是考虑到投资成本和运维便利性，地埋式污水厂并不能被一些建设单位所接受。因此，传统形式的污水厂如何进行改进和优化，是许多地区面临的一项新的挑战。

本研究以湛江某污水厂为例，通过对主体构筑物的工艺改造及结构形式的调整，解决污水厂占地紧张的问题，实现出水稳定达标的目的。并且通过池顶的绿化，解决厂区因占地面积过小而绿化率不足的问题，也可为类似的相关工程提供借鉴。

参考文献：

［1］董蕾茜，史孟彬，齐超，等.MBBR在高标准污水处理厂提标改造中的应用：以缙云县某污水处理厂为例［J］.净水技术，2021，40（7）：141-146，170.

［2］康赛，李清雪，吴振军，等.磁混凝去除黑臭水体的污染物特征与机理研究［J］.水处理技术，2021，47（10）：24-28，32.

［3］张燕剑，马小杰，侯亚红.磁混凝工艺在城镇污水厂提标改造中的应用［J］.净水技术，2019，38（8）：21-25.

［4］熊超，胡练伟.装配式“A/O+磁混凝沉淀”工艺在城市溢流污水处理工程中的应用：以成都市某应急污水处理工程为例［J］.四川环境，2022，41（4）：252-259.

［5］李晓，厉智成，程树辉，等.湛江某再生水厂低影响污泥系统扩容改造分析［J］.净水技术，2021，40（6）：120-125.

收稿日期：2023-02-08

作者简介：厉智成（1989—），男，硕士，工程师，研究方向：污水处理提质增效及水环境治理等。