振动式MBR案例：太仓城东半地下水质净化厂

太仓城东水质净化厂规划规模为15万m3/d，采用半地下式的建设形式，是国内规模领先的振动MBR应用案例。该厂位于太仓市娄江新城，服务范围约136 km2，涉及主城（主要为高新技术开发区）、港城和沙溪镇三个区域，服务人口约45万人。主要工程建设内容包括：半地下综合处理设施、深度处理设施用房、综合办公楼、检验检测楼、仓库及室外附属场地、配套进厂管、尾水排放管及尾水湿地等。

2.1 污水处理水质要求

本工程设计出水水质主要执行《苏州特别排放限值标准》，对于该标准未要求的BOD5和SS两项指标，按《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准执行,见表1。

表1 设计进出水水质

  注： *括号内数值为水温≤12 ℃时的控制指标。

2.2 污泥处理要求

本工程污泥处理须达到GB 18918-2002要求，以减量化为主，污泥经浓缩脱水处理后（含水率＜80%），外运处置。

2.3 其他处理要求

本工程臭气经处理后排放浓度厂界执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级厂界标准。厂界噪声应达到《工业企业厂界环境噪音排放标准》（GB 12348-2008）中2类区标准。

3.1 建设形式

国内传统的污水处理厂多采用地上分散式的建设形式。近年来，随着经济的发展、土地价值的提升、公众对环境影响及土地综合开发利用关注度的提高等，越来越多的污水处理厂开始采用相对更为节地的地下式或半地下式集约布置形式。娄江新城是太仓市近年来高起点规划、高质量建设的新城，因此对本工程的建设用地面积、建设投资控制、运维管理便利程度、以及与周边环境的融合等提出了更高的要求。为此，本工程在设计过程中进行了半地下式和全地下式建设方案的比选，如表2所示。

表2 半地下式和全地下式建设方案比较

根据上述比较，半地下式布局在设备吊装、人员操作环境、排涝安全、事故工况抢险及逃生、建设投资、运行成本等方面有较明显的优势，总体更为低碳节能，在对周边环境影响和整体景观效果上相比全地下式有一定劣势，但仍可结合建设景观绿化、运动健身等公用设施。结合工程投资控制、城市界面及周边环境要求等综合考虑，本工程主体构筑物选择采用半地下式的建设形式。

3.2 总平面布置

本工程总用地面积约10.70 hm2。总平面布置如图1所示，偏东侧设置综合处理设施1座，平面尺寸约149.3 m×238.8 m，采用半地下式布置；南侧建设1座深度处理设施用房，主要为远期提标预留空间；西侧布置综合办公楼、检验检测楼，并将用地内部分现状小型河道改造为水景；地块北侧设置仓库1座，并配套建设室外附属场地。

图1 污水处理厂总平面布置

厂区设置1个出入口，位于厂区东南角、苏州路北侧，主要用于厂区人员和车辆进出。厂区新建主要道路宽7.0 m，路面采用混凝土结构，转弯半径满足消防及运输的相关需求。综合处理设施中间设一条通道与厂区道路接通，以便于设备运输和安装。

根据功能需求，综合处理设施内部设预处理、二级处理、深度处理、出水、污泥处理、辅助处理等设施。其中预处理和污泥处理设施在半地下箱体北侧布置，集中进行高浓度臭气的收集和处理。二级处理构筑物总体布置为4条线，每条线处理能力为3.75万m3/d，可分别独立运行。综合处理设施内部包括以下单体：粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、初沉池及膜格栅、综合池、AAO生反池、MBR膜池、消毒池、出水泵房、储泥池、污泥浓缩脱水机房、鼓风机房、加氯加药间、碳源投加间、除臭装置、变配电间、控制间等。其地下部分平面布置见图2。

图2 综合处理设施地下部分总体布局

3.3 竖向布置

3.3.1 设计地面标高

厂区设计地面标高根据厂区周边道路标高并结合土方平衡和排水防涝需求确定。南侧苏州路现状地面标高为3.2~3.8 m，西侧岳鹿路地面标高为2.1~3.3 m，本工程设计地面标高取4.5 m。

3.3.2 总体高程布置

污水厂处理构筑物的高程布置受进出水端标高及综合处理设施操作层高度的约束。本工程综合处理设施内共设置2处水力提升，分别为进水泵房处和膜处理出水处。进水经粗格栅拦截大颗粒污染物后，通过水泵提升，水位由-6.40 m提升至7.20 m，进入细格栅等后续处理构筑物。膜处理出水为产水泵增压形式，利用该泵将加氯接触池水位提升至4.50 m自流排放，同时预留水泵提升排放。

3.3.3 设计水位控制

按照生反池顶板标高和设计水位进行控制。其中生反池顶板标高取5.50 m，设计水位标高取4.50 m。

3.3.4 综合处理设施顶板标高及净空控制

进水预处理区顶板标高按照细格栅超高0.5 m控制，操作层净空按不小于4.0 m控制；生反池顶板标高5.50 m，操作层净空按不小于5.0 m控制；膜池顶板标高5.50 m，操作层净空按不小于6.0 m控制；出水区总体顶板标高5.50 m，操作层净空按不小于5.0 m控制；污泥处理区顶板标高4.80 m，操作层净空按不小于5.0 m控制。

3.3.5 综合处理设施顶盖覆土及标高控制

综合处理设施顶部覆土约1.0 m，局部膜池部分受净空要求，覆土为0.5 m，覆土完成面标高约13.00 m（相对地面标高8.50 m），顶部建设体育运动及绿化景观等设施。

3.4 污水处理工艺设计

城东水质净化厂污水污泥处理工艺流程见图3。预处理设施方面：粗格栅及进水泵房1座，分为2组。细格栅及曝气沉砂池1座，分为2组，其中曝气沉砂池高峰停留时间7.7min。初沉池2座，单座规模7.5万m3/d，每座分为2组，设计高峰负荷5.02m3/（m2·h）。初沉池尾部设置膜格栅渠，采用网板式细格栅除污机。为均衡水量，实现进水量削峰填谷，并应对突发事故工况等，在初沉池下方设置综合池，共2座，单座有效容积约2万m3，采用门式水力冲洗方式。

图3 污水污泥处理工艺流程

二级及深度处理设施方面：二级及深度处理采用AAO生物反应池+MBR工艺。设2座AAO生物反应池，每座2组，每组可独立运行，单组规模3.75万m3/d。生反池总水力停留时间15.18h，好氧区末端设置兼性区，可按需将生物反应池运行模式调整为AAOA模式。此外，生物反应池内配套精确曝气系统，与空气曝气系统联合使用。MBR膜系统分2座：其中一座7.5万m3/d采用常规曝气MBR布置，峰值膜通量19.93 L/（m2·h）；另外一座7.5万m3/d采用振动MBR布置，峰值膜通量20.15 L/（m2·h）。为避免厌氧池及缺氧池的溶解氧浓度过高，影响脱氮除磷效果，曝气MBR池采用逐级回流的方式，膜池至好氧池混合液回流比500%，好氧池至缺氧池混合液回流比300%，缺氧池至厌氧池混合液回流比200%。振动MBR膜池由于不采用曝气膜吹扫方式，混合液溶解氧浓度相对较低。根据工艺要求，膜池至厌氧池混合液回流比200%，好氧池至缺氧池混合液回流比400%。

出水设施方面：设置消毒池1座，采用次氯酸钠消毒，设计水力停留时间不小于0.5h。设置出水泵房1座，出水排放有重力自排和水泵提升两种方式。

辅助处理设施方面：鼓风机房2座，其中1座为生反池曝气鼓风机房，另外一座为膜池吹扫风机房。加氯加药间合建为1座，配置PAC投加系统（投加至生反池，用于辅助化学除磷）和次氯酸钠投加系统，同时为满足MBR清洗要求，加氯加药间按需设置柠檬酸、NaOH和NaClO投加系统。碳源投加间1座，配置乙酸钠投加设备及储罐，为进一步去除总氮补充碳源。

3.5 污泥处理工艺设计

本工程设计污泥量为32 tDS/d。设储泥池1座，平面分4格，用于储存初沉污泥、剩余污泥和化学污泥，污泥平均停留时间约7.1h，经储存后进入污泥浓缩脱水机房。污泥浓缩脱水机房1座，污泥经浓缩脱水处理后含水率＜80%。配套污泥料仓3座，单座料仓有效容积84 m3。

4.1 低碳设计

在本工程设计中，为充分贯彻落实低碳节能设计理念，采用了振动MBR、精确曝气、精准加药、中水回用、尾水湿地等系列低碳技术，使本工程成为一个低碳节能设计的示范性工程。

以振动MBR技术为例，该创新技术于2006年被首次提出，通过对膜组件进行一定频率的振动，有效减缓膜通量下降和膜污染发生，与曝气MBR相比最高可节能70%以上。该技术在国内外逐步推广应用，而本工程是国内规模领先的振动MBR应用案例（7.5万m3/d），对于该项节能技术的推广应用具有一定示范意义。

振动MBR的主要特点在于：①采用往复振动的方式实现膜的清洁和抗污染，相比常规MBR采用曝气的方式进行膜的擦洗更为节能；②采用两级回流方式，相比常规曝气MBR减少一级回流，总回流比减少40%~50%，设备投资及运行能耗相应降低；③振动MBR膜池无需曝气，溶解氧浓度较低，可进一步强化脱氮效果。

根据《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》对本厂的运行维护阶段进行碳核算，采用7.5万m3/d振动MBR，相比常规曝气MBR，污泥混合液总回流比可由1000%降低至600%，同时还节省了膜吹扫风机运行所需的大量能耗，这两部分每年即可节省用电约516.84万kW·h，折合碳减排量约4 093.89 tCO2-eq/a，节能减排效果较为显著。

对比试运行期间常规MBR与振动MBR工艺的处理效果，两种工艺均能达到设计出水标准，出水主要水质指标的去除率如表3所示。可以发现振动MBR在COD、NH3-N、TP等指标上的去除效果与曝气MBR基本相当，而TN的去除效果有明显提高，表现出一定的应用潜力。

表3 振动MBR工艺和常规MBR工艺处理效果比较

4.2 韧性设计

为全面提升污水处理厂的安全韧性，本工程充分考虑了远期提标的可能性，进行了空间及处理工艺的预留。包括在消毒池里预留了臭氧高级氧化设施的安装空间，并在深度处理设施用房中预留了未来增设超滤膜设施的空间和工艺接口。此外，AAO生物反应池好氧段后面还设置了兼性区，该段可依据水质按照缺氧/好氧方式运行，以保证TN去除效果。

考虑到AAO-MBR工艺的抗水量冲击能力稍弱，本工程设置了综合池，实现进水水量的削峰填谷、应急缓冲。2座综合池共可调蓄6.4 h的全厂平均进水量，还可应急存储事故工况下相应单体的临时排水，有利于提升污水厂安全韧性。

4.3 多功能融合设计

本工程加强与周边环境的融合设计，通过立体开发模式，在半地下箱体上盖建设体育及休闲娱乐设施，打造绿色生态的滨水活动空间。同时，为着力消除污水处理设施的邻避效应，本工程加强臭气管控，综合采用了源头减量-多重封闭-负压收集-组合处理系统技术。此外，依托合理的工艺流线及参观流线设计，将公众水环境科普教育内容巧妙融合进厂区总体设计中，打造娄江新城水环境科普教育的示范样板。

4.4 生态绿色设计

为进一步提升本厂的环境友好特征，还配套建设了尾水湿地，采用湿地型河道形式，主要发挥净化型生态缓冲带功能，近期处理规模5万m3/d，远期尾水考虑全部纳入湿地型河道净化处理。同时，本工程充分考虑了再生水回用，设置1套气压变频给水系统，设计最高回用水量可达2.88万 m3/d，可为厂区绿化及道路浇洒、车辆冲洗、以及厂区北侧规划垃圾转运站等提供用水。

太仓城东水质净化厂建设规模为15万m3/d，采用半地下式的建设形式，是国内规模领先的振动MBR应用案例。污水处理采用AAO+MBR工艺，综合考虑了低碳、韧性、多功能融合和生态绿色设计理念及措施，保证全厂安全稳定运行，消除邻避效应，并为未来进一步提标、节能减排等创造条件。该厂的设计方案可为其他大型污水处理厂的建设提供参考借鉴。