? 占地面积小：反应器内的微生物浓度高，大大提高容积负荷（可达2～5 kg COD/m3.d），
减小了生化池容。采用膜生物反应器一个处理构筑物，替代了传统污水处理工艺的曝气、二沉、混凝、过滤等多个处理构筑物，大大减少了对土地的占用； ? 剩余污泥排放少：有机负荷低、泥龄长，污泥产率低。
? 不受污泥膨胀的影响：因取消了传统二沉池，而以膜过滤实现固液分离，完全避免了传
统工艺污泥膨胀对出水水质的影响。
? 氨氮去除率高：有利于增殖缓慢的硝化菌的截流、生长和繁殖，氨氮去除效果好。 ? 除磷效果好：污泥浓度高，可以直接进行脱水，避免传统工艺沉淀池和污泥浓缩池缺氧
状况下磷的释放。以生化除磷为主，辅助化学除磷确保达标。可以直接将铝盐和铁盐投入生化池中，形成的磷酸盐沉淀几乎被膜全部截留，随剩余污泥排放，而传统的混凝过滤难以避免部分磷酸盐沉淀随SS随水带出。
? 抗水质冲击负荷能力强：由于具有很高的生物相浓度，因此抗冲击负荷的能力很强，这
对于保证水质变化较大的合流制城市污水处理设施的稳定运行，尤显重要。
? 生物相丰富：膜的高效截留作用，使微生物完全截留在反应器内，可以使得世代周期较
长的微生物以及不易形成菌胶团的微生物得以富集和繁殖，可以在整个生物相内形成生物富集和共代谢作用，形成较为完整的微生物链，大大提高处理效率和系统的稳定性，而这在传统生化工艺中较为少见。见下图
? 1+1大于2效应：由于采用超滤膜分离技术进行固液分离，不仅保障出水SS低，而且大
大提高了生物反应器中的生物浓度和种群数量，特别是像硝化菌这类不易形成菌胶团的细菌被截留，使得生物降解效率得到提高。因此膜生物反应器不单纯是生物处理与膜分离技术的简单叠加，而是具有1+1大于2 的效应。
6.3 处理工艺比选
结合XX市第N污水处理厂的具体特点，选择了MBR工艺及A2/O＋滤池工艺进行技术经济比选。
6.3.1 工艺流程
比选方案具体工艺流程如下所示：
? 自动化程度高：运行管理简便。
? 模块化设计：由于膜生物反应器技术的模块化特征，生化池污泥浓度有很宽的可控范围，
因此它可以通过增加必要的膜组建模块，来应对处理水量的增长。
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6.3.2 XX市第N污水处理厂所需考虑的实际问题
XX市第十污水厂厂址已被城市包围，在污水厂的建设实施中，必然将会面临以下实际问题： 污水厂占地：随着城市化进程的加快，目前厂址已被城市包围，土地价值很高，征地拆迁需付出昂贵代价。若投资管网引水至城郊新建污水厂，又会面临河道回补水需耗能提升至河道上游处理的问题，同时也补符合污水就近处理、就近回用的原则。
污泥问题：随着污水处理量的不断上升从而带来污泥产量的增加，以及污泥处置标准的提高、处置费用的上升、人们对污泥二次污染认识的提高，污泥处置已成为环境综合治理工作中的新难点。
高标准排放要求：由于环境治理排放标准日趋严格，污水厂升级运行几年后可能又面临为满足更高排放标准的升级，因此污水厂所采用的工艺和排放指标需要有一定的前瞻性。污水处理厂建成后可直接回补河道，对改善河道水质将起到重要作用。
再生回用：随着水污染严重和水资源短缺与经济可持续性发展的矛盾日益突出，许多国家已把水环境污染治理与水资源开发有机结合,战略目标由传统意义上的“污水处理、达标排放”转变为以“处理再生，资源化利用”,污水处理厂已被“新生水厂”取而代之。推广再生利用既可补充城市水资源不足，又可减少污水排放对环境的继续污染,是促进水资源良性循环一举两得的优良措施。
对周围环境的影响：XX市第十污水厂四面已被商业和住宅区环绕，在工程上要考虑臭气对环境的影响和外观与周围环境的协调性。
因此，考虑选择占地小、污泥产量小、出水能满足高标准排放或回用要求的污水处理工艺技术，并在工程上考虑封闭除臭和景观建设是很必要的。
2 2 1 全地下式膜生物反应器工艺与传统地上式A2/O+过滤深度处理工艺对比表
序号 对比项目 内容、含义 一、技术可行性 迅猛发展的水处理新技术，国外较为广泛地应用于市政污水，国内已较为广泛地应用于工业污水，北京已应用于城市污水深度处理。 对水质变化适应性强。 MBR工艺 （全地下式） 改良A2/O+沉淀过滤工艺 （传统地面式） 技术适用情况 水量水质的适应程度。 国内外成熟运应用的工艺。 对水质水量变化有较好的适应性。 二、水质目标 1 出水水质 外界条件适应性 满足排放标准 气温、水温、进水水质变化对出水的影响。 出水水质好且稳定，满足排放标准。 出水水质稳定，对外界条件的变化适应性好。 出水水质较好且稳定，可满足排放标准。 出水水质稳定，对外界条件的变化适应性好。 三、工程实施 1 分步施工 施工 分步实施难易程度 施工难易程度 容易 难 容易 一般 四、环境影响 1 2 对周围环境影响 污泥的影响 噪音及臭味 污泥产量大小 无影响 少 较大不利影响 一般 五、占地情况 1 厂区占地 正常布置 约2-3公顷 约6-9公顷 6.3.3 工艺技术经济比较
目前膜工艺在北京、XX市、广州、无锡等地均已成功运用于城市污水处理。地埋式污水处理厂国内也已在广州、深圳成功应用。
在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准的前提下，传统的地上式生化工艺以应用广泛，效果较好的（A2/O+过滤）为例，与地埋式膜生物反应器工艺进行比较如下：
六、运行管理 1 2 运转操作 维护维修管理 操作单元多流程短，操作简单 少和方便性。 维修工作量膜维护维修需要专业技术，和难易程度。 其余设备维护简单 流程稍长，操作一般 对专业技术要求不高，维护量一般 经技术经济比较，在满足同样处理标准的前提下，传统地面式污水厂占地大，占用土地资源昂贵，对周边环境影响不利，也影响周边土地价值；若采用膜生物反应器（MBR）污水处理工艺，则占地面积小，可减少征地拆迁面积，但能耗大、运行费用高。从单个项目而言，地埋式的经济性一般；但若从更宽范围、更高角度的城市经营的角度看，地埋式MBR污水厂具有较好的技术经济性和更好的实际可操作性。
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6.3.4 污水处理推荐工艺方案
污水厂如果采用传统的生化工艺达到一级A标准，需要占地大，基于现有用地情况，必将面临更大的拆迁。
针对XX市第N污水处理厂遇到的占地、污泥和排放要求逐步提高的问题，借鉴国外污水治理技术选择理念（Best available technology，可行的最佳技术），建议考虑选择膜生物反应器（membrane bioreactor，简称MBR）污水处理技术。
XX市第N污水处理厂设计采用膜生物反应器（MBR）污水处理工艺，全部工艺构筑物采用全地埋式布置，以节约用地、最大程度减小对周边环境影响。进厂污水依次经过格栅、沉砂池、精细格栅、生化池、膜池处理，最后由产水泵提升、经消毒后外排。
在工艺设计中，本治污项目必须考虑尽量减少滇池富营养化程度的需求，即对氮磷的去除要求很高，尤其是对脱氮的考虑是重点和难点。为此，对MBR工艺中的生化处理工段设计进行优化。主要考虑以下几个方面：
1. 增加后缺氧段的设置。强化后缺氧段生物脱氮考虑。 2. 多点进水、多点回流。优化进水碳源的分配。
3. 对厌氧、缺氧、好氧区段停留时间的组合优化。在设计水质下寻求工艺分段搭配的最佳路线。
4. 对多点进水、多点回流的配比优化；对溶解氧分段控制的优化。适应实际进水水质、环境（水温等）变化状况，优化运行工况（I1、I2、I3、R1、R2、R3、分段DO等），在满足出水达标的前提下，尽量节省运行费用。
6.4 消毒处理工艺方案
为了有效地保护水域，防止传染性病原菌对人们的危害，降低水源的总大肠菌群数，一般来说，对污水处理厂出水进行消毒是十分必要的。
6.4.1 常用消毒工艺
常用的消毒方法有氯消毒、ClO2、紫外线、臭氧、热处理、膜过滤等。 a、加氯法
加氯法主要是投加液氯或氯化合物。液氯是迄今为止最常用的方法，其特点是液氯成本低、
工艺成熟、效果稳定可靠。由于加氯法一般要求不少于30 min的接触时间，接触池容积较大；氯气是剧毒危险品，存储氯气的钢瓶属高压容器，有潜在威胁，需要按安全规定兴建氯库和加氯间。
b、氧化法
氧化剂可以作为二级处理出水的消毒剂，最常用的是臭氧。臭氧消毒是杀菌彻底可靠，危险性较小，对环境基本上无副作用，接触时间比加氯法小。缺点是基建投资大，运行成本高。目前，一般只用于游泳池水和饮用水的消毒。北美个别污水处理厂采用O3消毒污水，德国有几个污水厂在结合紫外线照射法做试验。
c、紫外线消毒法
MBR污水处理主体工艺流程框图
紫外线是近十多年来发展得最快的一种方法。在一些国家，紫外线有逐步取代氯消毒、成为污水处理厂主要消毒方式的趋势。
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紫外线消毒的基本原理为：紫外线对微生物的遗传物质（即DNA）有畸变作用，在吸收了一定剂量的紫外线后，DNA的结合键断裂，细胞失去活力，无法进行繁殖，细菌数量大幅度减少，达到灭菌的目的。因为当紫外线的波长为254 nm时，DNA对紫外线的吸收达到最大，在这一波长具有最大能量输出的低压水银弧灯被广泛使用，在水量较大时，也使用中压或高压水银弧灯。
紫外线消毒的主要优点是灭菌效率高，作用时间短，危险性小，无二次污染等。并且消毒时间短，不需建造较大的接触池，只建消毒渠即可，占地面积和土建费用大大减少。缺点是设备投资高，灯管寿命短，运行费用高，管理维修麻烦，抗悬浮固体干扰的能力差，对水中SS浓度有严格要求。目前在北美，已有1000多套紫外线消毒装置在运行；在欧洲，有一些紫外线装置正在试运行中。
d、热处理法
热处理法是最彻底的消毒方法，也是最昂贵的方法。为保证可靠的灭菌效果，废水要在高压、100℃以上的条件下加热一定时间，排放前又要降低到排放要求的温度，能耗很高。运行方式常为间歇运行方式，水量较大时也采用连续运行方式。一般都安装了热交换器，回收余热。目前，该法只用于一些要求高、危险性大的废水。在德国，热处理法用于医院、基因工程工厂、动物尸体销毁站的废水消毒。
e、膜过滤法
膜过滤法一般以孔径小于0.1微米的超滤膜，将细菌截留，达到消毒的目的。该法的特点是除消毒外，还可去除其它杂质，无副作用，但专门为污水设计一套膜过滤装置，能耗和折旧成本就比其他方法高很多，还没有大量推广。主要用于饮用水和特种工业用水的消毒处理，用于废水消毒的只有英国和澳大利亚。
类 型 液 氯 占地面积大，有潜在危险性和二次污染 中 低 含氯化合物 占地面积大，运行费用比液氯高，有二次污染 低 中 臭 氧 设备投资大，运行费用高 高 高 过醋酸 效果 运行费用高 低 高 紫外线照射 设备费用高，运行费高，灯管寿命短，受水质影响大 高 较高 热处理 膜过滤 缺 点 基建 投资 运行费 效果不稳能耗大，定，操作复操作复杂，运行费杂 用高 高 高 高 高 6.4.3 推荐的消毒方案
膜过滤本身就是一种消毒方法，超滤膜过滤可去除细菌高达99.99—99.9999%。本方案MBR0.05μm超滤膜能有效截留绝大部分细菌（一般0.2--50μm），部分病毒，出水可直接达到了粪大肠菌≤1000个/L的排放标准。
紫外线消毒，可以彻底杀灭引起疾病的细菌及病毒，不会在水中加入或残留任何有伤害性的化学物质，安全性也较好。MBR出水SS接近于零，浊度很小，一般低于1NTU，透光性好，紫外线容易穿透，适合用紫外消毒方法。
因此，为了安全起见，本方案仍考虑紫外线消毒设备把关。
考虑到本工程有中水回用要求，根据城市杂用水水质标准规定中水余氯的要求，本工程回用水部分只能采用氯消毒工艺。结合MBR工艺膜清洗氧化药剂使用次氯酸钠的情况，同时考虑本工程的特点，XX市第十污水厂回用水部分考虑采用含氯化合物次氯酸钠消毒。
6.5 污泥处理及处置工艺方案
污水处理过程中大部分污染物质转化成污泥。生污泥含水率高、有机物含量较高，不稳定，还含有致病菌和寄生虫卵，若不妥善处理和处置，将造成二次污染。因此，必须对污泥进行处理和处置。
6.4.2 消毒工艺比选
各种消毒技术的比较
类 型 液 氯 自来水和各种废水 含氯化合物 自来水和各种废水 臭 氧 饮用水和游泳池水 过醋酸 紫外线照射 自来水和经二级或三级处理的废水 北美和欧洲 占地面积小，杀菌效率高，危险性小，无二次污染 热处理 医院、屠宰场等含病原菌的污水 德国 膜过滤 饮用水和特种工业用水 英国、澳大利亚、德国 可过滤其他杂质，无危险性，无副作用 污泥处理及处置的目的是：分解有机物，使污泥稳定化；杀灭致病菌和寄生虫卵，达到无害化；降低水分，减少污泥体积，便于运输和处置；尽量避免磷的释放，以免增加污水处理工艺的负担；利用污泥中的资源，避免造成二次污染。
6.5.1 污泥稳定处理
（1）污泥稳定处理的目的 污泥稳定处理的目的是：
◆ 进一步消解污泥中的有机成分，避免在最终处置过程中造成二次污染。 ◆ 杀灭污泥中的病菌及虫卵，使之达到无害化。 ◆ 减少污泥量，降低后续处理和处置中的费用。
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应用范围 各种废水 应用国家 各界各国 工艺成熟、处理效果稳定，设备投资和运行费用低 法国 处理效果稳定，设备投资少，对环境影响较液氯小 北美 占地，杀菌效率高，有脱色和除臭效果，环境影响小 英国 占地小，杀菌效率高，并有除臭和控制污泥膨胀的优 点 杀菌彻底
◆ 利于后续脱水处理。 （2）污泥稳定处理工艺综述
目前污泥稳定的常用工艺是：厌氧消化、好氧消化、热处理、加热干化和加碱稳定。 1）厌氧消化
厌氧消化是最为普遍的污泥稳定处理工艺，一般分为常温消化（不加热）、中温消化（消化温度约35?C）和高温消化（消化温度约55?C）。
污泥厌氧消化的处理费用相对适中，可以产生沼气。在大型污水处理厂中产生的沼气可以用于加热消化池、驱动鼓风机和发电。
a、厌氧消化的主要优点
◆ 可以产生甲烷（超过消化加热所需数量），即可以回收能源。 ◆ 可以使污泥中有机物浓度降低40~60%，减少污泥体积30~50%。 ◆ 有利于污泥的脱水处理，进一步减少脱水污泥的体积。 ◆ 消化稳定后使污泥臭味减少。 ◆ 采用加热高温消化的病原体去除率高。 b、厌氧消化的主要缺点
◆ 基建费用高，机械设备多（部分是沼气利用设备）。
◆ 需要再次处理的量大（例如对消化液需要进行除磷处理），需要加热维持消化所需要的温度等。
◆ 从火灾安全角度考虑，需要设置禁火区域，使用地范围进一步加大。 ◆ 管理比较麻烦，运行费用高。
从国内污水处理厂实际运行情况来看，由于消化产生沼气的甲烷含量不稳定，发的电亦不稳定，给并网和利用造成了困难，因此，大多数污水处理厂都不能很好地利用厌氧消化所产生的沼气。
c、厌氧消化的投资和成本
对本工程产生的的污泥而言，按Q=10万m3/d污水产生的干污泥（10.0 t/d）进行消化来测算。消化池系统及沼气罐等的基建投资约2000万元。以此为基础，投资年利率按10％，再加上正常的人工费、电费，不算折旧，沼气的成本价约为1元/ m3左右，价格偏高。由于污水处理厂消化池沼气产量不稳定，作为商品出售，目前有一定困难，常常自用和放空（或燃烧）。
研究和实测证明，中温消化对不稳定的污泥，有稳定和减量作用，但其无害化效果不明显。污泥在消化过程中产生的热量少，不能靠此来杀菌，要从外部加热消化池才能达到中温。当污泥
温度大于53oC，密闭30 min以上时，才能使蛔虫卵100%死亡。当保持120 min左右时，大肠菌群才为阴性。我国南方城市（如深圳）多采用常温消化，常温消化无法使污泥达到无害化，也难以达到完全稳定和取得较好的减量效果。
广州大坦沙污水处理厂、深圳罗芳污水处理厂、天津石化公司污水厂等污水处理厂，污泥未经消化直接脱水，效果亦好，这样就省去消化池等的基建投资和占地，使污泥处理系统简化，并且没有沼气产生，也使运行安全度增加。
2）好氧消化
好氧消化主要用于小型污水处理厂（规模小于2?104 m3/d）中，与厌氧消化相比，该工艺的特点是初期投资较低，动力消耗较大，因为好氧消化需要靠充氧来维持。
在污水处理厂中，好氧消化不一定是一种单独的污泥处理工艺，例如采用了泥龄很长的延时曝气法（如传统氧化沟）时，微生物利用内源呼吸进行好氧消化，此时污泥已经部分达到了稳定的程度。
堆肥亦属于好氧消化。 3）污泥热处理
污泥热处理是在2.76 MPa的压力下，将污泥加热至150~160?C的温度进行处理（或叫“蒸煮”）的工艺。
污泥在反应器内的停留时间为15~30 min，处理后的污泥由反应器排至排泥罐进行重力浓缩，同时被冷却至45~55?C，然后进行后续处理。在排泥罐内将蒸汽与污泥分离，并进行除臭处理。
a、污泥热处理的优点 ◆ 改善污泥的脱水性能。 ◆ 杀死病原体。 ◆ 分解有机物。 b、污泥热处理的缺点 ◆ 工艺过程较为复杂。
◆ 设备需要量较大，初期投资较大。 4）热干化
热干化是利用热能将污泥烘干，目前所用的污泥干化器有直接干化器、间接干化器和多效蒸发干化器。干化器可以使用电力、沼气、燃油或红外装置作为热源。
a、热干化可达到污泥稳定的目的
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