01 污水处理厂现状分析及提标改造要求
1.1 污水处理厂现状分析
垡头污水处理厂（一期）建成于2013年，设计规模为2万m3/d，出水水质标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准（GB 18918—2002）》一级B标准，目前实际进水量约为1.8万m3/d。污水处理采用CAST工艺，大部分已建污水处理及污泥处理构筑物运行情况良好。1.2 污水处理厂升级改扩建要求1.2.1 进出水水质要求垡头污水处理厂尾水排入通惠排干渠，规划水体类别为地表Ⅳ类。根据北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB 11890—2012），尾水排入北京市Ⅳ、Ⅴ类水体的新（改、扩）建城镇污水处理厂执行B标准。提标改造项目设计进出水水质如表1所示。
由表1可知，本工程设计进水水质标准中NH3-N已超过下水道水质标准的A等级，CODCr、TN、TP指标已达到或接近A等级上限，且出水水质要求较高，必须选择技术可靠、保证率高的技术路线。1.2.2 用地要求本工程由现状2万m3/d规模扩建至10万m3/d，要求在原厂红线内实现，不能增加额外建设用地。根据《城市污水处理工程项目建设标准》，10万m3/d规模污水处理厂属于Ⅲ类污水处理工程，合理用地指标应为80 000 m2，而本工程建设用地仅为13 000 m2，用地条件极为紧张。必须选择占地面积小的处理工艺，并采取集约化布置形式，充分利用地上地下空间。1.2.3 建设时序要求本工程要求改扩建过程中不停产、且运行期间的出水水质不低于现状标准。需要妥善安排好分步拆建时序，在分步拆建的过程中保证现状处理设施的正常运转。1.2.4 其他要求本工程设计应满足《北京市生态再生水厂评价办法》的相关要求，建设环境和谐、社会友好、功能齐全、绿色高效的生态型污水处理厂。
02 污水处理厂升级改扩建设计方案
2.1 工艺路线及建设形式
预处理阶段采用带有除油功能的曝气沉砂池并设置栅条间隙1 mm的膜格栅，充分避免后续MBR膜堵塞。
常见的二级生物脱氮除磷工艺有AAO、氧化沟、SBR、BAF、HYBAS、MBR等，每种工艺各有特点，但在工程投资、运行成本、占地面积等方面存在一定差异（表2）。
结合本工程进水水质浓度高、出水水质要求高且用地紧张的特点，选择处理效果稳定、占地面积小的AAO+MBR组合工艺。
AAO+MBR工艺采用三级回流，膜池混合液回流至好氧段，好氧段混合液回流至缺氧段，缺氧段混合液回流至厌氧段。回流比分别为400%、300%、200%。这样的回流方式可以避免因回流污泥中的NO3-N回流至厌氧段、干扰磷的厌氧释放、提高生物除磷的效率，从而减少化学除磷PAC投加量至50 mg/L，减小膜堵塞风险。AAO池平均流量下停留时间：T=15.5 h，其中厌氧段：1.5 h，缺氧段：7.7 h，好氧段：6.3 h，通过适当延长缺氧段停留时间确保TN达标。MBR高效的固液分离性能可有效确保SS达标，与传统工艺相比省去了二沉池及后续过滤工艺，进一步减少了占地面积。
同时，MBR工艺能大大减少剩余污泥的产量，从而根本解决了传统生物法存在的剩余污泥产量大、占地面积大、运行效率低等突出问题。同时，为满足河道景观水体水质要求，兼顾色度和粪大肠杆菌数指标要求，拟采用次氯酸钠消毒辅助臭氧脱色工艺作为本工程的深度处理消毒方案。臭氧既是氧化剂又是良好的脱色剂，其脱色原理是臭氧及其产生的活泼自由基〔·OH〕使发色基团中的不饱和键断裂，从而改变了原有分子结构和化学特性，达到了脱色和降解有机物的目的，其脱色效果好于活性炭等工艺。本工程臭氧投加量为5 mg/L，反应时间为25 min。
污泥处理采用离心浓缩脱水一体机将污泥含水率降至80%外运处置。提标改造的工艺流程如图1所示。
为充分集约用地，厂区地下几乎全部被水池覆盖，只留2条实土空间用于布置管线。建筑物全部布置于构筑物之上，其中1#变配电间、1#鼓风机房、1#加药间布置于1#综合反应池上方；2#变配电间、2#鼓风机房、2#加药间、臭氧发生器间及污水源热泵间、3#变配电间布置于2#综合反应池上方；污泥浓缩脱水机房布置于臭氧接触池间上方；门卫及进出水仪表间布置于加氯接触池上方。建成后全厂效果图如图2所示。
此外，主要构筑物采用一体化形式布置，将细格栅及曝气沉砂池、膜格栅、MBR膜池分别采用嵌套结构布置于综合反应池内部，进一步节约占地、减小构筑物埋深。如图3、图4所示。
生反池有效水深8.5 m，采用磁悬浮鼓风机进行曝气，可充分实现节能降耗。巧妙利用膜池组间间隙设置生反池好氧区透气孔及检修孔，方便嵌套结构的检修维护。
2.2 分步拆建方案
垡头污水厂现状2万m3/d处理设施布局如图5所示，厂区基本形状为矩形，东西方向长135.8 m，南北方向长92.2~99.2 m，总面积13 000 m2。预处理区（包括粗格栅及进水泵房、细格栅及旋流沉砂池）位于厂区东南角，污泥处理区及中水回用区位于厂区南侧，主反应池（CAST池+加氯消毒渠）位于厂区西侧，综合楼位于厂区东北角，变配电间位于厂区东侧。
为实现不断水改造，拟采用先南后北，“2+8”二阶段分步拆建的方式。一阶段于厂区东南角借地实施临时处理工程（待全厂建成后拆除），包括一体化污水提升泵站（替代拆除的进水泵房）、临时污泥脱水机房（设备利旧）等。保留现状生反池，将临时设施与现状生反池组成2万m3/d规模的临时处理系统，并稳定运行，出水水质标准不低于现状一级B标准。拆除厂区南侧道路以南的所有设施，包括脱水机房、储泥池、除臭系统、预处理设施等，在原位新建20万m3/d规模的粗格栅及进水泵房（为远期预留），10万m3/d规模的细格栅及曝气沉砂池、膜格栅+2万m3/d规模的AAO+MBR处理设施，集成为1#综合车间。建成后将污水进水总管接入新建系统，实现2万m3/d系列提标改造，如图6所示。
二阶段拆除厂区外2万m3/d临时进水泵房，拆除厂内现状生反池及综合楼、变配电间等。原位新建8万m3/d规模的AAO+MBR处理设施及10万m3/d规模的厂区深度处理设施及污泥处理设施，实现10万m3/d规模提标扩建。最终拆除厂区外2万m3/d规模的临时污泥处理设施，完成全厂升级改扩建，如图7所示。
2.3 生态再生水厂设计方案
为将垡头污水处理厂打造成“环境和谐、社会友好、功能齐全、绿色低耗”生态再生水厂，在有限的空间内，打造“枯山水”风格的厂前区景观，三季有花、四季常绿，与周边湿地公园环境协调；再生水可满足厂区设备冲洗，道路、绿化浇洒等自用，余水可供厂外回用；产生臭气的设备及池体全密闭，臭气收集后集中通过生物滤池除臭工艺，确保稳定达标；采用低噪音的鼓风机并加罩，建筑内墙采用吸音材料，确保厂界噪声稳定达标；采用污水源热泵及光伏技术实现厂区能源自给率超过10%；设置完善的厂区雨水收集系统，实现厂区5年一遇降雨标准内，雨水100%收集利用；通过厂区LED大屏幕可将水质、泥质数据对外展示，提高公众参与度。
03 结论
为实现垡头污水处理厂升级改扩建要求，不新增建设用地、不断水改造，采用以MBR工艺为主的集约化工艺路线，采用二阶段分步拆建方案，通过合理解决构（建）筑物立体空间布局，最大限度地节约用地。本工程建安费用约5.11亿元，单位处理水量用地指标仅为0.13 m2/(m3·d)，为用地紧张地区的污水处理厂改扩建设计提供一定的借鉴意义。
原标题：设计案例 | 北京市垡头污水处理厂提标改造集约化设计方案
