由于北方某污水处理厂现状排放标准不能满足受纳水体的排放要求[1]，为改善受纳水体流域的整体水环境质量，需对该厂处理工艺进行升级改造。经过系统方案论证，拟保留现状处理构筑物作为备用生产线，在人工湿地位置新建处理规模为2 万m3/d的生产构（建）筑物，以满足国家及地方环境保护政策的要求。1项目概况北方某污水处理厂现状处理规模为2 万m3/d，主要处理对象为区域内生活污水和污染河水。因土地暂不具备划拨条件，项目须在厂区现有土地范围内进行提标改造。升级后厂区工艺包括一级物理处理、二级生化处理及尾水消毒三个部分，主体构筑物包括粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、初沉池、超细格栅渠、A2O生化池、MBR池、臭氧接触消毒池及巴氏计量槽等。2进出水水质分析根据该污水处理厂提供的近2年全年进水污染物浓度监测数据，经分析厂区进水90%~95%保证率下的水质指标如表1所示，可确定该厂提标改造的进水设计标准。尾水执行北京现行地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11/890—2012）[1]中新（改、扩）建城镇污水厂基本控制项目排放限值B标准，工程设计水温按≥10 ℃控制。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.029.T001表1设计进、出水水质指标CODcrBOD5NH3-NSSTNTP设计进水水质30012030.0140404.0设计出水水质3061.55150.3mg/L3总体方案根据进水水质情况，结合场地用地实际，该厂提标改造提出两个比选方案如表2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.029.T002表2该厂提标改造方案比选项目方案一方案二主体工艺A2O生化池+IFAS生化池+二沉池+高密度沉淀池+连续砂滤池工艺A2O生化池+MBR膜池工艺特点系统耐冲击负荷较强，工艺运行稳定，出水的水质和水量保证率高；生化池运行方式灵活，可根据生化池运行效果调整投加填料体积。工艺技术成熟，MBR膜工艺脱氮除磷效果较好；出水水质保证率高，但出水水量受膜通量影响较大，出水水量不稳定。占地面积处理单元较多，占地面积相对较大。处理单元相对较少，占地面积小。自动化程度运行、维护简单运行、管理复杂模块化设计设备维护量小膜组件使用寿命较短，设备维护费用高、维护量大。投资估算约7 680 万元约7 890 万元吨水处理成本/(元/t)0.9421.385方案一：主体采用“A2O生化池+IFAS生物池+连续流沙滤池”组合工艺。主要构筑物包括曝气沉砂池、A2O生化池、IFAS生物池、二沉池、高密度沉淀池、连续流沙滤池、臭氧接触池等。方案二：主体采用“A2O生化池+MBR膜池”组合工艺。预处理和消毒系统构筑物与方案一相同，主体处理构筑物采用膜池替代IFAS生物池+连续流沙滤池，无须二沉池/高效沉淀池，但前序工艺增加了超细格栅渠[2-4]。由技术经济指标比较可知，方案一、方案二各有优缺点。在工程投资和运行费用方面，方案二较高；在占地面积方面，方案二较小，且流程较短，规划区域内构筑物数量更少。综合考虑处理效果以及厂区用地限制等因素，项目采用A2O生化池+MBR膜池工艺方案[5-7]。4工艺流程厂外污水进水流入新建闸门井后分为两路，一路进入现状调节池和原农大提升泵站，原有系统作为临时措施保留；另一路进入新建提升泵房，而后进入新建细格栅、曝气沉砂池、初沉池和膜格栅，去除污水中的大颗粒、无机砂粒和部分悬浮物；再进入A2O生化池和MBR膜池去除水中污染物，出水至臭氧接触池。污水处理工艺流程如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.029.F001图1污水处理工艺流程5工艺设计5.1一级处理构（建）筑物设计（1）粗格栅及进水泵房。合建1座粗格栅间与进水泵房，土建及设备按设计规模2 万m3/d一次建成及安装，总变化系数取1.49。设置回转式机械格栅2台、皮带输送机1台，潜污泵4台，满足三用一备，变频控制。（2）细格栅及曝气沉砂池。合建1座细格栅间与曝气沉砂池，通过鼓风机推入空气使水产生旋流，这种形式的沉砂池停留时间长，水平流速低，除砂效果好。划分可独立运行的两格，单格处理能力为1 万m3/d。砂水混合物通过砂泵输送至砂水分离器，处理量10 L/s，分离后的干砂外运。（3）初沉池。项目采用膜处理工艺，为避免大量除磷药剂进入膜池，堵塞膜组件，设置初沉池，用于降低污水中悬浮固体浓度，保证膜通量不降低。项目设计中心进水周边出水辐流式沉淀池2座，池内径14 m，采用周边驱动刮泥机，水下部分为不锈钢材料。设计水量（考虑1.49变化系数）下，沉淀时间为0.87 h，表面水力负荷4.03 m3/(m2·h)，污泥含水率97%。（4）膜格栅。为避免污水中纤维类杂物对后续生化处理的膜反应器中微滤膜产生绕丝等不利影响，提高后续膜池的运行可靠性，在生化池前设计超细格栅，栅条间隙b=1 mm，超细格栅渠采用3道过水渠，每道放置1台转鼓式格栅，两用一备；设置中压冲洗系统和高压冲洗系统各1套，中压系统设置冲洗泵2台，流量32 m3/h，一用一备，高压冲洗系统设置冲洗泵1台，流量2 m3/h。5.2二级生物处理构（建）筑物设计（1）A2O生化池。生物处理是污水处理工艺的核心单元，项目设计的A2O生化池设计规模为2 万m3/d，变化系数1.1。划分为可独立运行的2组，每组分别包括厌氧池、缺氧池、好氧池，停留时间分别为1.46、4.20、6.25 h，气水比5∶1。为保证出水水质TN、NH3-N指标合格，解决硝化碳源不足问题，项目在缺氧区前端以及中间位置设置乙酸钠投加接口。（2）MBR膜池及膜设备间、鼓风机房。为保证出水达到设计标准，项目设置MBR膜池及设备间1座，平面尺寸32.05 m×24.00 m，膜池采用中空纤维带衬膜、浸没式安装方式，设计平均膜通量为12.1 L/(m2·h)，过滤精度达到0.3 μm，主要设备包括低扬程潜水内回流泵、膜组器、调节堰门、产水泵、液环真空泵、汽水分离罐、剩余污泥泵等。膜池的混合液回流至A2O生化池中，回流比为500%。为尽可能利用有限用地，鼓风机房与MBR膜池合建，内设置生物池曝气风机3台，两用一备，供气量91.7 m3/min；膜池鼓风机3台，两用一备，供气量172.8 m3/min。5.3消毒及加药构（建）筑物设计（1）臭氧接触池及制备间。经多种消毒工艺、消毒性能、运行成本等技术经济比较，结合出水水质要求，尾水采用臭氧与次氯酸钠相结合的消毒工艺。以臭氧消毒为主，以次氯酸钠消毒为辅。臭氧投加量为8.0 mg/L，采用液氧制备，次氯酸钠投加量为5.0 mg/L，由管路输送至消毒接触池，接触池停留时间为35 min。臭氧发生间平面尺寸设计为15.4 m×10.4 m，容积30 m3液氧罐一个，配套蒸发器及调压装置，与其他建构筑物保持12 m以上防爆距离。还包括臭氧制备器冷却水系统、压缩空气系统，设置于臭氧发生间西侧的设备间内，制备的臭氧采用DN40脱脂不锈钢管输送至臭氧消毒接触池。（2）加药间。设置加药间1座，内设PAC、PAM（阴性）和乙酸钠投加设施，PAC和PAM（阴性）用于化学除磷，乙酸钠用于补充碳源。PAC平均投加量30 mg/L，投加点位于膜池进水渠道，PAM（阴性）投加量为0.5 mg/L。乙酸钠采用固体溶解后投加，投加点为生物池缺氧段，最高投加量为50 mg/L，固体成分57%~60%。通过起吊装置投加到溶液罐中，进行溶解调配，采用溶液泵输送。5.4污泥浓缩脱水系统设计污泥浓缩脱水系统包括储泥池、脱水车间及污泥料仓各1座，污泥处理采用离心浓缩脱水一体机。剩余污泥通过剩余污专用泵提升，进入污泥浓缩脱水机房，将污泥含水率降至80%以下，再外运进行处置。经计算，湿污泥量约400 m3/d（以污泥含水率99.2%计），储泥池有效容积92.4 m3，停留时间5.54 h，设液下搅拌器混合均匀。脱水车间平面尺寸34.3 m×12.5 m，内置螺杆进料泵、污泥切割机、离心浓缩脱水一体机、干泥泵、污泥料仓及PAM制备系统等设施，处理干泥量约4 t/d。5.5除臭系统设计厂区现状无除臭设施，提标改造拟设计一套除臭系统，对厂区粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、膜格栅间、初沉池、生物池的厌氧段及缺氧段、储泥池及浓缩脱水机房、污泥料仓、改建区域等构筑物，加盖低罩式高强度玻璃钢密封、负压抽吸、集中除臭，处理后达到厂界二级标准后15 m高空排放。项目采用生物滤池工艺进行除臭，臭气风量为20 000 m3/h，包括离心风机、循环水泵及喷淋水泵等设备。6运行情况及经济分析该厂自投产以来，出水指标均优于现行北京行业标准DB 11/890 B标。出水水质检测数据如表3所示，“A2O生化池+MBR工艺”对氨氮及总氮的去除效果较好，氨氮月均进水浓度约27.03 mg/L，出水平均浓度约0.14 mg/L，平均去除率99.5%。COD、BOD5、总氮、总磷、SS等污染物的去除率较好，分别达到了96.3%、94.5%、83.3%、95.5%、98.8%。10.19301/j.cnki.zncs.2023.04.029.T003表3出水水质检测数据（2022年）检测项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月COD7.009.0011.009.008.006.005.005.007.006.008.508.40BOD54.404.164.264.073.942.752.732.332.262.353.954.00氨氮0.140.140.180.150.130.180.120.110.120.110.120.13总氮6.416.818.897.647.635.555.277.649.637.696.956.82总磷0.120.140.140.170.170.140.080.160.180.120.120.13SS1.001.001.001.101.001.000.920.950.900.971.011.00pH值7.707.607.307.307.307.407.507.507.407.307.507.60mg/L据统计，项目提标改造后新生产线处理污水量约1.5 万t/d，月均耗电量20 万kWh，PAC月均耗量20 t，碳源乙酸钠月均耗量20.9 t，消毒剂次氯酸钠月均耗量0.3 t。7结语（1）利用现状人工湿地建设新生产线，保留现状处理构（建）筑物为备用生产线，无须再征地。（2）新建生产线以“A2O生化池+MBR膜池”为主体生物处理工艺，去除污染物效果较好，出水可以达到北京地方标准（DB 11/890—2012）中的B标。（3）工程建设后可实现COD减排2 336 t/a，BOD5减排1 124.2 t/a，SS减排1 416.2 t/a，TN减排182.5 t/a，TP减排34.31 t/a，有效改善了收纳水体的水环境质量。