竹篙鎮位于四川省金堂縣境內東南部，屬于沱江流域重點控制區域。近年來，竹篙鎮始終把推動創業就業作為惠民生的重要舉措，充分發展食用菌種植業，并已建成金堂縣食用菌產業園區。園區內各企業污水經管網收集后進入園區污水處理廠，該污水處理廠目前已處于滿負荷運行狀態。為滿足園區內企業發展需求，并符合更加嚴格的尾水排放標準，該污水廠亟需進行改擴建。
1、污水處理廠現狀及問題分析
①污水處理廠原建設規模偏小，已不能滿足園區發展需求。該污水處理廠于2014年4月建成，設計規模為280m3/d，后期又增加了300m3/d的一體化處理設備，總處理規模達到580m3/d。園區一期企業完全投產后污水產量約為680m3/d；根據園區管委會提供的污水排放需求情況，園區二期已引進企業9家，預測園區污水排放總量可以達到1600m3/d。因此，在園區二期企業投產后，污水廠現有處理能力已不能滿足園區企業發展需求，亟需擴大處理規模。
②污水處理廠現執行標準更加嚴格，原處理工藝已不能滿足要求。在改擴建之前，污水處理廠出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準。自2017年1月1日起，四川省地方標準《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311—2016）開始施行，金堂縣食用菌產業園區污水處理廠屬于該標準中規定的工業園區集中式污水處理廠（岷沱流域重點控制區域），其主要水污染物排放濃度限值按新的地方標準執行。該改擴建項目環評批復中出水污染物執行的排放標準如下：COD、BOD5、TP、NH3-N執行《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）的Ⅳ類標準，TN執行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標準》（DB51/2311—2016）中的工業園區集中式污水處理廠標準，SS執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002）的一級A標準，具體如表1所示。
該污水處理廠原工藝流程為：機械細格柵→調節池→一體化生物反應池→消毒池。實際運行結果表明，調節池的調節能力偏小，一體化生物反應池的有機物降解能力及脫氮除磷能力不足，出水水質不能穩定達到設計排放標準，TN、TP、COD超標頻率較高，最高值分別為32、3.7和82mg/L。由于原處理工藝的固液分離效果較差，且污水中含有難降解有機物，SS及色度時常超標。
③污水處理廠原來的運行管理存在一定問題。一是園區部分企業間歇生產，其產生的廢水集中排放，使得污水廠進水水量和水質波動較大，導致出水水質不穩定；二是工藝運行不穩定，出水TP頻繁超標，除磷藥劑投加量大，且難以及時根據進水水質的變化進行調整，增加了運行成本；三是園區總排水口缺少在線水質監測設備，使得污水廠水質調節滯后，增加了運行管理難度；四是污水處理廠原工藝中未設計除臭裝置，臭氣的無組織排放對廠區管理人員身體健康及周邊環境影響較大，亟需改善。
2、改擴建工程
2.1 改擴建思路及工藝流程
根據污水處理廠存在的問題，結合實際情況，確定以下改擴建思路：
①充分考慮金堂縣食用菌產業園區的發展前景，根據前述的預測數據并留有一定余量，確定該產業園區污水處理廠改擴建的近期設計規模為2000m3/d，尾水經資水河最終排入沱江。
②園區內部分企業間歇生產，生產廢水集中排放，使得污水廠進水水量和水質質和水量的調節設施。
③污水中含有部分長鏈有機物，改擴建之前出水色度超標，故在主體處理工藝之前，宜設置水解酸化等工藝，將長鏈有機物斷鏈，降低后續工藝的處理難度，同時去除部分色度。
④污水處理廠改擴建之前出水TN和TP很難達到排放標準，SS亦時常超標。在改擴建工程排放標準要求更加嚴格的背景下，重點需強化對氮、磷及SS的去除，可采用投加聚合氯化鋁（PAC）的AAO/A/MBR生化工藝作為主體工藝，嚴格控制出水中的氮、磷及SS濃度。
⑤采用高級氧化工藝作為出水水質的保障措施，在前段工藝不能達標時進一步去除難降解有機物和色度，確保出水達標排放。根據上述改擴建思路，同時借鑒相關工程經驗，確定該改擴建工程的工藝流程為：粗格柵及污水提升泵房→細格柵及隔油曝氣沉砂池→事故調節池→水解酸化池→膜格柵→AAO/A/MBR生化池→臭氧高級氧化池→接觸消毒池，具體見圖1。
2.2 主要構筑物設計
因原污水處理系統的構筑物無法滿足改擴建后的水質和水量要求，故該改擴建工程中的主要構筑物均為新建。
2.2.1 預處理單元
①粗格柵及污水提升泵房
粗格柵與污水提升泵站合建。粗格柵土建尺寸L×B×H=6.3m×2.3m×5.65m，污水提升泵房土建尺寸L×B×H=3.0m×2.8m×7.15m。
②細格柵及隔油曝氣沉砂池
細格柵與隔油曝氣沉砂池合建，鋼筋混凝土結構，土建總尺寸L×B=16.0m×3.0m、H=5.25~5.75m，其中，細格柵平面尺寸L×B=5.8m×3.0m、H=5.25~5.45m，隔油曝氣沉砂池平面尺寸L×B=10.2m×3.0m、H=5.45~5.75m。隔油曝氣沉砂池中設置橋式除砂除油機及螺旋砂水分離器各1套，主要去除污水中的無機砂粒與油脂，降低對后續生物處理的影響。
③事故調節池
因污水廠進水水量和水質波動大，在隔油曝氣沉砂池后增設事故調節池，用于調節水量和水質，也可作為事故池貯存污水。夜間水量小時污水由曝氣沉砂池流至事故調節池再進入生化池；當進水水量及水質正常時，可超越事故調節池，污水從曝氣沉砂池直接進入生化池進行處理。事故調節池土建尺寸L×B×H=17.0m×6.0m×7.25m，HRT=7.5h。設潛水泵3臺，2用1備，Q=40.0m3/h、H=90kPa、N=5.0kW。設潛水攪拌器5臺，4用1備，推力F=920N，N=3kW。
④水解酸化池
由于污水中存在一定量難降解的大分子有機污染物，設置1座水解酸化池，通過水解酸化作用將大分子有機物轉化為小分子有機物，提高B/C值，改善污水的可生化性。水解酸化池土建尺寸L×B×H=14.5m×5.6m×7.0m，HRT=6.0h。設置2臺流量為35~45m3/h的多點布水器，提高布水的均勻性。為了強化水解酸化效果，增加污水和微生物的接觸時間，設置生物填料122m3，懸掛間距為300mm。同時設置排泥泵1臺，Q=10m3/h、N=0.75kW、H=100kPa。
2.2.2 二級處理及其他單元
①AAO/A生化池
AAO/A生化池共1座，分為2格，土建尺寸L×B×H=16.0m×17.4m×8.0m，平均有效水深為7.0m，構造如圖2所示。
AAO/A生化池設計規模為2000m3/d。厭氧區、第一缺氧區、好氧區、第二缺氧區的HRT分別為1.73、8.09、9.0、3.0h，共計21.82h；上述四區的污泥濃度分別為4.8、6.4、8.0、8.0g/L；第一和第二缺氧區的DO濃度分別控制在0.5、0.7mg/L以下，好氧區DO濃度為2.0~3.0mg/L。好氧區污泥負荷為0.14kgBOD5（/kgMLSS·d），采用42套板條式微孔曝氣器供氧。若將好氧區混合液直接回流至厭氧區，一方面較高濃度水平的DO會對厭氧區釋磷產生影響，另一方面，好氧區混合液中較高濃度的硝酸鹽氮亦會在厭氧區發生反硝化，消耗厭氧區中的碳源，與厭氧釋磷（此過程亦需碳源）競爭碳源，導致系統的生物除磷效果降低。因此，為消除上述不良影響，在AAO/A生化池內設置兩條混合液回流線路，即好氧區回流至第一缺氧區（內回流比為400%）、第一缺氧區回流至厭氧區（內回流比為300%）。為了保障脫氮除磷效果，設計向第一缺氧區投加乙酸鈉碳源，向好氧區投加PAC溶液，PAC投加量為15mg/L。
缺氧區設置3臺內回流泵，2用1備，單臺參數Q=125m3/h、H=70kPa、N=5.5kW。好氧區亦設置3臺內回流泵，2用1備，單臺參數Q=170m3/h、H=70kPa、N=5.5kW。
②MBR膜池
設置MBR膜池1座，土建尺寸L×B×H=5.9m×14.75m×8.0m，平均有效水深為6.3m。設置膜組件12套，設計膜通量為16~21.5L/（m2·h），單套膜組件有效過濾面積≥580m2，氣水比為25∶1。膜池的主要功能是利用超濾膜對生化處理后的污水進行泥水分離，去除各類污染物。剩余污泥一部分排至貯泥池，一部分回流至水解酸化池，以保證水解酸化池中的污泥濃度。膜池的污泥濃度為10g/L，DO濃度為5.0mg/L。整個生化系統的污泥齡為20d。
③膜設備間
膜設備間土建尺寸L×B×H=3.7m×17.4m×15m。膜設備間配置MBR工藝所需設備，包括產水泵4臺（3用1備，Q=40m3/h，N=2.2kW）、空壓機2臺（1用1備，Q=1m3/min，N=5.5kW）、混合液回流泵3臺（2用1備，Q=170m3/h，N=12.5kW）、膜清洗加藥系統1套。
④臭氧高級氧化池
污水中含有部分顯色的難降解有機物，為了進一步降低污水中的有機物濃度，并使色度得到有效去除，設置臭氧高級氧化池1座，采用罐體設計，直徑為3.5m、高為7.3m。臭氧投加量為2kg/h，設計接觸時間為40min。
⑤消毒及出水計量
設置接觸消毒池1座，與巴氏計量槽合建，鋼筋混凝土結構，尺寸L×B×H=10.7m×3.3m×3.8m。消毒劑采用次氯酸鈉，有效氯投加量為10mg/L，設計接觸時間≥30min。
⑥污泥脫水間
設置污泥脫水間1座，設疊螺濃縮脫水機1臺，處理能力為90~150kg/h（以干污泥計），進泥含水率為99.4%，Q=15~25m3/h，N=3kW，配置一體化溶藥系統1套、在線稀釋裝置2套。
⑦除臭設計
設置生物除臭裝置1套，處理來自粗格柵及污水提升泵房、細格柵及曝氣沉砂池、事故調節池、水解酸化池、生化池、污泥脫水間及貯泥池等建（構）筑物內產生的臭氣。設計風量為10000m3/h，臭氣經生物填料的濾速11.5s，惡臭排放標準按照GB18918—2002相關規定執行。
3、處理效果及經濟分析
污水處理廠改擴建工程完成調試后，于2022年6月—12月對出水水質進行了跟蹤監測，具體運行效果如表2所示。跟蹤監測期間進水水量為1480~1730m3/d。
由表2可知，金堂縣食用菌產業園區污水處理廠改擴建工程實施后，出水各項關鍵指標均滿足環評批復文件中的污染物排放要求，TN、SS、TP、COD、NH3-N、BOD5的去除率分別達到80.3%、96.8%、93.7%、94.3%、97.5%、96.5%。TN去除率略微偏低，可能與進水中氮的存在形式有關。
改擴建工程總投資約4658.43萬元。經營成本共5.46元/m3，其中電費為2.11元/m3、藥劑費為0.72元/m3、污泥處置費為0.16元/m3、工資及福利費為0.35元/m3、大修及檢修維護費為1.33元/m3、管理及其他費用為0.79元/m3。
4、結論
①金堂縣食用菌產業園區污水處理廠改擴建工程采用“粗格柵及污水提升泵房→細格柵及隔油曝氣沉砂池→事故調節池→水解酸化池→膜格柵→AAO/A/MBR生化池→臭氧高級氧化池→接觸消毒池”組合工藝，對SS、TP、COD、NH3-N、BOD5的去除率均超過93%，能夠穩定達到環評批復規定的排放要求。該工程總投資約4658.43萬元，經營成本為5.46元/m3。
②該改擴建工程有效解決了原有處理工藝存在的問題，提升了出水水質，可使COD、TN、TP排放量分別減少343.1、40.2、5.6t/a，有效削減了受納水體資水河的污染負荷，對類似工業園區污水處理廠建設和運行具有一定的借鑒意義。（來源：中國市政工程西南設計研究總院有限公司，重慶交通大學水利水運工程教育部重點實驗室）
