你的曝氣池填料為什么掛不上膜？
01 工程背景
長沙市湘湖污水處理廠設計流量為14×104 m3/d，占地面積35 000 m2，現狀總設計規模為14×104 m3/d，出水標準滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級B標準。現狀污水經粗、中、細三道格柵后，由提升泵站送至各級處理構筑物。一級處理采用曝氣沉砂池，然后送入預處理兩側氧化溝和二沉池進行二級處理。二級處理后出水未經消毒直接由一根直徑1 m的管道排入廠外工作井，再利用倒虹管穿東西箱涵下部進入其另外一側工作井，流入西箱涵，東西箱涵間的連通孔完全封閉，西箱涵內是湘湖污水處理廠排放水，東箱涵是未經處理的污水。處理后的尾水與未處理的污水混合后排入了三角塘排漬泵站集水池，最終進入了瀏陽河，匯入湘江（圖1）。隨著湘江長沙綜合樞紐建成，湘江長沙段自凈能力隨之下降，其對長株潭庫區式飲用水安全已構成了嚴重威脅。
一方面，湘湖污水處理廠原設計出水標準太低，已不滿足長沙市的污水排放整體需要，急需提標改造；另一方面，湘湖污水處理廠建成時，所在區域屬郊區，周圍均為魚塘、荒地等，隨著城市的發展，廠區周圍已經變成了高樓林立的城市商住區，環境十分敏感，惡臭及噪聲是制約污水處理廠運營的首要因素。盡管運營單位已對水、臭氣、噪聲及固廢的污染相應的治理和控制措施，但運營期生產的惡臭及噪聲對周邊環境仍存在一定程度的影響，必須進一步強化惡臭及噪聲污染控制措施，加以有效治理。
02 提質改造工程設計方案
2.1 工程規模及設計進、出水水質
根據可行性研究論證，為確保出水水質，長沙市湘湖污水處理廠設計流量恒定為14×104 m3/d，多余污水進入三角塘污水提升泵站，提升至開福污水處理廠。
考慮到湘湖污水處理廠尾水除了排放至瀏陽河，還需回用到烈士公園年嘉湖和躍進湖。因此，需同時滿足《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A標準和《城市污水再生利用景觀環境用水水質標準》（GB/T 18921—2002）中的娛樂性景觀環境用水標準。為防止年嘉湖、躍進湖發生富營養化現象，出水水質還應達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）IV類標準。綜合以上標準，同時考慮到國內其他類似項目出水標準，最終確定設計進、出水水質如表1所示。
2.2 設計工藝流程
本工程選擇了“AAO+MBR”工藝作為長沙湘湖污水處理廠提標改造工藝。污泥處理工藝采用離心濃縮脫水一體機，將污泥含水率處理到80%以下，根據環評要求柵渣、污泥等最終送長沙市政污泥處理中心處置。工藝流程如圖2所示。
綜合考慮設計水質和現有的場地條件，設計前期基于活性污泥-厭氧消化（ASDM）動力學模型，采用Biowin軟件對整體工藝進行了全流程的反復模擬，最終得到了既能穩定達標，同時電耗及藥耗均最省的工藝條件和運行參數，并據此完成了優化設計。
2.3 總體設計
長沙市湘湖污水處理廠處理規模為14萬m3/d，占地面積僅為33 000m2左右，場地面積十分緊張。為有效利用場地，在設計過程中首先盡量保留了廠區原有的建構筑物，如傳達室、綜合樓等，減少重復建設；其次針對原有部分不滿足出水和建設標準的生產建構筑物進行了升級改造，包括預處理、氧化溝和污泥脫水間、中控室等，使之發揮最大的效用，滿足提質的要求；最后為保證出水達標，工程以MBR工藝為核心，對現有二沉池進行整體拆除，在用地上新建MBR構筑物，集成了好氧池、膜池、鼓風機房、泵房、設備間、加藥間等功能，同時新建接觸消毒池，滿足尾水回用要求。改造前實景圖和改造后的效果圖分別如圖3和圖4所示。
03 主要建、構筑物設計參數
3.1 預處理改造
1）粗格柵改造
粗格柵平面尺寸為5.6 m×8.1 m，高度為4.9 m。粗格柵共分3渠道，改造工程將現狀3臺三索式50 mm格柵除污機改為20 mm回轉式格柵除污機，每格渠寬B=1.9 m，柵前水深為0.95 m，安裝角度a=70°，格柵間隙b=20 mm，柵條寬s=10 mm。
2）中格柵改造
中格柵平面尺寸為5.8 m×10.1 m，高度為4.9 m。中格柵共分4渠道，將現狀4臺15 mm循環式齒耙除污機改為6 mm回轉式格柵除污機，每格渠寬B=1.9 m，柵前水深為0.70 m，安裝角度a=70°，格柵間隙b=5 mm。
3）細格柵改造
細格柵平面尺寸為7.1 m×11.15 m，高度為1.5m。將現狀6 mm回轉式格柵改為3 mm孔板格柵，細格柵原有渠道維持不變，渠頂板設備安裝處開孔增大。每格渠寬B=2.1m，柵前水深1.5m，格柵間隙b=3mm。共配置4臺孔板格柵除污機，單臺功率1.5 kW，并配備2臺反沖洗水泵，單泵流量為36 m3/h，H=94 m，N=15 kW。工作時間按照1∶2~1∶4的開停比設置開、停時間。
4）膜格柵改造
將原有污泥回流泵房改造為膜格柵，細格柵平面尺寸為6.1 m×8.8 m，高度為2.2 m。共設4臺膜格柵，3用1備，單臺功率1.5 kW。每格渠寬B=1.4 m，柵前水深1.1 m，格柵間隙b=1 mm。并配備2臺反沖洗水泵，單泵流量36 m3/h，H=94 m，N=15 kW。工作時間按照1∶2~1∶4的開停比設置開、停時間。
3.2 氧化溝改造
將原有2座氧化溝均改造為厭氧-缺氧池，單座氧-缺氧池設計流量7萬m3/d，其中厭氧段停留時間為1.0 h，缺氧段停留時間為2.7 h，有效水深均為3.9 m。單座厭氧池共配備6臺高速潛水攪拌器，功率3.7 kW，單座缺氧池共配備12臺低速潛水攪拌器，功率2.3 kW，缺氧池到厭氧池污泥回流比為100%~200%。
3.3 MBR綜合構筑物
將原有4座二沉池拆除，新建MBR綜合構筑物兩座，MBR構筑物設計如圖5所示。單座設計規模為7萬 m3/d，平面尺寸為82.34 m×38.18 m。包括好氧池、膜池、污泥回流泵房、綜合設備間、鼓風機房及配電間。
1）好氧池
好氧池單座平面尺寸為37.70 m×36.25 m，有效水深為6.0 m，有效停留時間為2.4 h。好氧池采用管式曝氣器。每座好氧池設管式曝氣器1 216根，兩個系列共2 432根。單根曝氣量為7.2 m3/h。好氧池至缺氧池污泥回流量為300%。
2）MBR膜池
MBR膜池共2座，單座總尺寸為45.46 m×31.85 m，包括了配水渠、膜池、回流渠和清洗池。池深為5 m，有效水深為3.7 m。其中配水渠為39.6 m×2.1 m，回流渠尺寸為39.6 m×1.5 m，膜池共分為8格，單格尺寸為26.65 m×4.6 m，清洗池共分為3格，包括水洗，酸洗和堿洗。
單座膜池共8個系列，其中6列安裝10個膜組件，2列安裝9個膜組件，膜組件采用PVDF中空纖維膜，單臺膜組件設計處理量為897.5 m3/d，膜設計通量為17.81 L/（m3·h）。膜池膜吹掃風量為849.6 Nm3/min，氣水比為8.7∶1，BOD5污泥負荷為0.098 kg BOD5/(kg MLSS?d)。膜池至好氧池污泥回流量為400%。
3）污泥回流泵房
污泥回流泵房共兩座，單座總尺寸為10.9 m×8.51 m，共設有8臺回流泵，包括膜池至好氧池回流泵4臺，單泵設計參數為：Q=2 910 m3/h，H=0.5 m，N=18.5 kW；好氧池至缺氧池回流泵4臺，單泵設計參數為：Q=2 190 m3/h，H=3.0 m，N=37 kW。
4）綜合設備間
MBR膜設備間為兩層鋼砼+框架結構，平面尺寸為44.5 m×6.61 m。上層設置MBR系統中控室及清洗加藥裝置，包括次氯酸鈉、檸檬酸貯存裝置及投加裝置。
下層設置產水泵、剩余污泥泵及其他輔助設備，產水泵共設9臺，8用1冷備，均設變頻，單臺泵Q=493 m3/h，H=11~13 m，N=22 kW；剩余污泥泵共設4臺，3用1備，單臺泵Q=80m3/h，H=20 m，N=11 kW。
5）鼓風機房
鼓風機房及配電間合建，置于好氧池上方，平面尺寸為38.46 m×7.8 m，共設2座。每座均設置曝氣風機和膜吹掃風機。單座設置曝氣風機3臺，1大2小，互為備用，其中大鼓風機Q=146 m3/m，H=7.5 m，N=223 kW，小鼓風機Q=73 m3/m，H=7.5 m，N=112 kW；膜吹掃風機共設置4臺，2大2小，其中1臺大鼓風機與2臺小鼓風機互為備用，大鼓風機Q=213 m3/min，H=4.5 m，N=223 kW，小鼓風機Q=106.5 m3/min，H=4.5 m，N=112 kW。
3.4 接觸消毒池/加藥間/出水提升泵房
本工程接觸消毒池、加藥間與出水提升泵房合建，共設1座，設計規模為14萬m3/d。接觸消毒池設計與出水提升泵站合建，總平面尺寸為25.05 m×23.35 m，池高4.9 m，有效水深4.0 m，有效容積為2 300 m3，池內接觸時間為23.66 min，考慮尾水排放管內接觸時間7.12min，總接觸時間為30.78 min。出水提升泵站共設4臺潛水泵，3用1備，單臺水泵設計參數為Q=2 000 m3/h，H=16 m，N=132 kw。
加藥間位于接觸消毒池上部，消毒劑采用了二氧化氯，投加量為8 mg/L；化學除磷采用固體堿式氯化鋁（PAC）投加藥劑，設計最大投加量為30.0 mg/L；外加碳源采用乙酸鈉，考慮到本項目對TN的去除要求較高，設計乙酸鈉最大投加量為30.0 mg/L。
3.5 貯泥池
新建的貯泥池為地下式鋼筋砼池，平面尺寸9.0 m×9.0 m，有效水深為5 m，有效容積為405 m3，池內安裝有潛水攪拌機，污泥脫水時實施攪拌，使脫水效果穩定。池內還安裝有超聲波泥位計，在中控室及脫水間顯示貯泥量，并可在泥位最高時間停開進泥泵，在低水位時停開攪拌機。
3.6 污泥脫水間改造
污泥處理先前采用帶式干化機，提表改造后，原有帶機能夠滿足污泥脫水量的要求，但污泥產生的臭氣問題沒有辦法得到妥善的解決，為此采用離心脫水機代替現有的帶機。共設計4臺臥式螺旋沉降脫水機，3用1備，工作時間按12 h設計，單臺脫水機Q=60 m3/h，N=66 kW。
3.7 除臭系統
鑒于湘湖污水處理廠用地緊張，本工程將臭氣分散就地處理，共設置6處。
1#除臭系統：主要針對預處理間產生的臭氣，設置一套植物液除臭設備，處理風量為6 200 m3/h。
2#除臭系統：主要針對污泥脫水間內脫水機和貯泥池產生的臭氣，設計一套植物液除臭系統，處理風量為4 500 m3/h。
3#除臭系統：分別針對厭氧/缺氧池產生的臭氣，單座厭氧/缺氧池總處理風量為13 000 m3/h。設備放置在厭氧池體的房間內，由于房間尺寸有限，故設計兩套生物過濾除臭設備，分別放置在池體上的兩個房間，單套處理風量為6 500 m3/h，可獨立運行。兩套設備共用一個排氣筒。
4#生物除臭設備：主要針對兩座MBR綜合構筑物產生的臭氣，共設計兩套生物除臭設備，處理風量為43 000 m3/h。為節省用地，設備放置在好氧池體上面。
04 綠色設計理念在污水廠設計中的討論
（1）考慮污水廠的性質和周邊的環境，以環境保護和體現植物群落生態效應為主，以水文化教育展示基地為輔，在廠區的主入口處特意設計一處長沙窯陶罐水景，突出長沙窯陶罐和污水回用相結合的文化；將經過處理后的水重復利用到景觀設計中，直接對外展示水處理的成果，設計參觀路線，讓大眾了解整個污水處理的工藝，提倡節約用水和保護環境；植物主要以本土植物為主，同時注重多樣性的配合，營造出多形式，多層次，多組合的植物配置，促進生態環境的平衡。
（2）景觀綠化設計中，以“資源節約，環境友好”為主題，貫徹低影響開發的“海綿城市”理念，采用了綠化屋面、垂直綠化、生態停車場等一系列設計，特別是對氧化溝進行加蓋覆土。在氧化溝上形成了城市的“小游園”，體現生態、美觀、人與自然充分融合的理念。通過低影響開發“海綿城市”設計理念的應用，一方面對建筑物起保溫、隔熱作用，另一方面可有效減少屋面徑流總量和徑流污染負荷。整個廠區建成之后與周邊環境融為一體，將污水處理廠設施對周邊環境的影響降至最低。提標改造后的實景如圖6所示。
05 水質處理效果
長沙市湘湖污水處理廠提質改造后，于2016年12月正式投入運行，2017年1月~12月的平均進出水水質如表2所示。
06 綜合效益分析總結
（1）項目節地
本工程總用地面積為34 991.54 m2，用地指標為0.25 m2/（m3?d），僅為《城市污水處理工程項目建設標準》[2001]中采用二級生化+深度處理工藝的污水廠建設用地指標0.80~0.95 m2/（m3·d）的25~30%，節約用地超77 000 m2，節省土地費用超1.7億元。
（2）項目節能
本項目提質改造后，處理污水的電耗為0.46 kW?h/m3，而目前國內現有的污水處理廠采用膜處理工藝的，處理污水的電耗均為0.50~0.60 kW?h/m3，本項目能耗屬于合理偏低范疇。項目年最少節能200萬kW?h/a，年節約電費160萬元。
（3）項目節水
本工程出水經深度處理后可選擇性回用作為長沙市烈士公園年嘉湖和躍進湖秋冬枯水季節補給用水，大大減少秋冬季兩湖對自來水補給的依賴，年均節水量保守估計約為400萬m3左右。
（4）項目節材
本工程設計方案中，充分利用了原有設施，如：傳達室、綜合樓、預處理、氧化溝和污泥脫水間、中控室等，節約投資約8 000萬元。同時，整個項目中PAC及碳源投加量均控制在30 mg/L以下，相對于同類出水水質的其他項目（PAC及碳源投加量均為50 mg/L左右），此兩種藥劑均節約了20 mg/L左右。PAC及碳源年均節約用量1 000 t左右，合計約為250萬元左右。
（5）環境效益
長沙市湘湖污水處理廠提質改造將使排入瀏陽河的污染物大大降低，14萬m3/d規模建成投運后預計污染物質每年的削減量為：化學需氧量CODCr減少：13 100 t/a；生化需氧量BOD5減少：4 740 t/a；總懸浮物SS減少：8 320 t/a；TN減少：960噸/年；TP減少：140 t/a 。
（6）生態景觀效益
本工程不僅對湘湖污水處理廠進行了全廠全范圍的除臭降噪，同時還從整體上提升了廠區景觀環境，使污水處理廠變為了城中花園，大大提升了周圍群眾的生活質量。
07 結論
長沙市湘湖污水處理廠提標改造工程采用“AAO+MBR”工藝，探索了污水處理廠的新的設計方法，充分體現了“綠色、循環、低碳”的綠色市政設計理念。在項目用地極為有限、周邊環境敏感、出水要求嚴格的條件下，實現了提標改造、尾水再生回用、全廠除臭降噪，整體景觀優化的目標。實測運行數據表明設施運行穩定，處理效果和出水水質優于設計標準。本工程不僅提供了一座環境友好和生態美觀的新型“綠色”現代化污水處理廠的典型案例，同時可為類似的改造項目提供重要的借鑒方法和經驗。
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