临平净水厂项目工程属于太湖流域污水治理工作的一部分，包括净水厂工程（20万m³/d）、厂外管网工程（DN1 800，总长11.3km）和排放口工程3部分。工程总投资15.8亿元，其中工程费用9.6亿元，本项目已建成投产运行，效果良好。

临平净水厂位于杭州市东湖路以西，沪杭高速地块，用地面积约4.94hm²，处理规模20万m³/d；服务范围为临平副城，包括6个街道（临平东湖、南苑、星桥、乔司、运河街道）、2个开发区（余杭经济开发区、钱江科技城）的全部污水及塘栖镇和崇贤街道的部分污水。

厂区采用全地埋花园式的建设形式，处理后的尾水经厂区泵站提升后，通过DN1 800的尾水排放管输送，经高位井排入钱塘江；污泥处理工艺：出厂污泥含水率<80%，采用“一体化离心脱水机”。

净水厂出水水质标准近期达到执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准，远期达到地表Ⅴ类水标准。进出水水质如表1所示。

以2012—2014年全年水质数据统计分析，BOD₅/COD及BOD₅/NH₃-N比值统计，如表2所示。

以2013年水质数据为例，2013年全年城区污水水质监测资料显示：BOD₅/COD比值大于0.45的天数计78d，占比21.3%；比值小于0.45，且大于0.3的天数计97d，占比26.5%；比值小于0.3的天数计191d，占比52.2%；全年47.8%时间可生化处理，BOD₅/NH₃-N比值小于3的天数计87d。

由于服务范围内存在印染等工业企业，进厂的城市污水含有一定比例的工业废水，尽管本污水处理厂服务范围内的城市污水B/C较高（约0.38），且本设计中采用的污泥泥龄较长，但由于工业废水占有一定比例，部分时段可生化性较差，处理后COD能否满足未来更严格的出水标准需求，需对其进水有机污染COD可生化性降解程度进一步深入分析。对净水厂而言，COD的组分划分分析在以下5个方面具有重要作用：COD处理的极限能力评估；净水厂脱氮除磷的潜力评估；净水厂的准确模拟和合理设计；辅助净水厂控制策略开发；有机组分在受纳水体中的反应预测。

COD中包含的各种有机物通常会以不同的形态存在于污水中，表现出不同的降解特性和速率，降解产物也会存在诸多差异。因此，对于不同的处理工艺而言，COD各组分的去除效率并不相同，通常会存在常规生化工艺能够去除和无法去除的两部分COD。

从存在形态上讲，污水中的有机污染物实际上是由细小颗粒物、胶体物质以及可溶性的复杂有机大分子组成的，因此COD可以划分为颗粒性组分、胶体性组分和溶解性组分三大类（见图1）。其中，颗粒态组分可以通过沉降去除，而胶体态组分则不受重力沉降的影响悬浮于溶液中，但可以利用混凝加药后沉降去除，而溶解态组分则属于不可沉降也不可絮凝去除的部分。

在活性污泥数学模型（ASM）中，从生物降解特性方面来看，污水中的有机物可以根据其可降解性和降解速率划分为易生物降解组分（S_S）、慢速生物降解组分（X_S）和不可生物降解的惰性组分（溶解性的S_I和颗粒性的X_I），还包括一定量的活性微生物（异养微生物X_H、自养微生物X_AUT和聚磷菌X_PAO）。在活性污泥2号模型（ASM2）中，为了描述聚磷菌厌氧释磷过程中对有机酸的摄取，将易生物降解组分S_S进一步细分为挥发酸S_A和可发酵组分S_F。

从降解途径和降解产物方面来看，慢速生物降解组分通常会通过水解转化为易生物降解组分，进而与污水中原有的易生物降解组分一起被降解转化为CO₂、H₂O等不表现为COD的物质以及微生物产物。对于生物处理工艺而言，由于胶体性组分可被活性污泥絮体快速吸附转化为颗粒性物质，因此该组分通常并入颗粒性组分中，污水中的污染物就只有溶解态和颗粒态两种形态。在生物处理系统中，颗粒态组分可以通过二沉池沉淀或者其它物化分离方法去除，而溶解态的易生物降解组分和慢速降解组分可以通过生物降解作用去除。因此生物处理系统无法去除的部分通常由溶解态惰性组分和溶解性微生物产物（SMP）构成，两者之和就决定了生物处理工艺出水的极限浓度。

(1）污水中活性微生物的测定。污水中活性微生物的测定（XAUT、XH）采用初始呼吸计量（OUR）法^[1]，由于加入烯丙基硫脲抑制前后呼吸速率差距不大，由此可认为XAUT在污水中比例很低，活性微生物以异养微生物XH为主。至于XAUT，建议根据ASM推荐的0～1mg/L的范围内选取数值^[2]代入模型。根据测定得到的初始OUR浓度，由式（1)^[2]可计算得到异养微生物浓度。

式中X_H———异养微生物浓度；

Y_H———产率系数；

OUR_i———耗氧速率；

f_P———颗粒性衰减产物的比例；

μ_H———最大比增长速率常数；

b_H———衰减速率常数。

试验测定得到的异养微生物X_H浓度见表3。

(2）挥发酸组分S_A的测定。挥发酸的测定采用滴定法^[3]。取100 mL水样于烧杯中，放在搅拌器上搅拌，用酸度计测定初始pH；然后用HCl标准溶液滴定，至pH=5.1时记录消耗HCl的体积（V₁）；继续滴定至pH=3.5时，记录消耗HCl的体积（V₂）。另取100 mL去离子水，用HCl滴定至pH=3.5，记录消耗的HCl体积（V₀）。取碳酸的解离常数为K₁=4.8×10^-7，挥发酸（VFA）的解离常数K₂=1.5×10^-5，解下列方程可得到VFA的浓度，见式（2）和式（3):

式中V———消耗盐酸体积；

VFA———挥发酸浓度；

[H]———盐酸氢根离子浓度；

[HCO^-₃]———碳酸氢根离子浓度；

K———解离常数。

(3）溶解性COD组分划分。将污水水样采用硫酸锌混凝过滤法进行处理后测定COD^[4]，可得日间和夜间样品的溶解性COD浓度（SCOD）。采用批式呼吸计量法对混凝过滤后污水进行组分测定，可得污水的易生物降解组分S_S浓度。溶解性惰性组分S_I可根据SCOD与S_S之差计算，可生物发酵组分S_F可根据S_S与S_A之差计算。6组水样的SCOD组分测定结果如表5所示。

污泥和蒸馏水加入混凝过滤后的污水后，污泥利用污水中的底物生长快速消耗溶解氧，造成OUR速率迅速上升，表现为高OUR的底物利用阶段。

(4）颗粒性COD组分划分。采用批式呼吸计量法对原污水进行组分测定^[2]，可得可生物降解组分（S_S+X_S）浓度。该浓度中扣除S_S浓度，即为样品的X_S浓度。在总COD中扣除SCOD后，可得到颗粒性COD浓度。颗粒性COD浓度中扣除X_S和X_H后，可得X_I浓度。6组水样的颗粒性COD及其组分测定结果如表6所示。

针对临平净水厂的COD水质组分划分，结论如下：

(1）溶解性惰性组分（S_I）的测定是最重要的目标。本研究采用两种方法对结果进行分析。一为质量平衡法测定原水中的S_I,6组水样的平均值为（38.7±4.6)mg/L；二为延时曝气法测定得到的出水SCOD，即进水中的溶解性惰性组分与溶解性微生物产物之和（S_I+SMP),6组水样的平均值为（47.8±4.2)mg/L。理论上讲，后者与建成后临平污水处理厂出水水质更为接近。但考虑到本试验所用污泥为上海市城镇污水处理厂活性污泥，存在微生物对水质的适应问题。从这层意义上讲，常规的二级生化处理，临平污水处理厂出水COD浓度会低于（S_I+SMP）测定值，预计浓度范围为35～45mg/L。

(2）经测算，6组水样中的可生物降解组分BOD_U（即S_S+X_S）占COD的比例为0.481±0.044。根据文献[3]报道，BOD_U=0.9COD_B,BOD₅=0.7BOD_U，由此可计算BOD₅/COD为0.303，其可生化性较高，但略低于典型生活污水（上海市城镇污水处理厂平均值为0.42）。

(3）从样品间差异来看，1号样品取样时恰逢暴雨天气，水质COD浓度较低，可生化性（BOD_U/COD=0.405）也明显低于其他水样；5号样品则是周末样品，表现为废水中COD浓度和颗粒物含量高，废水中夹带的活性微生物和惰性颗粒性COD组分浓度明显偏高。这给污水处理系统的运行造成比较大的干扰。

采用水解工艺，用水解池取代传统的初沉池。水解能将污水中的非溶解态有机物截流，利于厌氧水解原理将原污水中不易生化的长而大的分子链断链为短而小的分子链，并逐步转变为溶解态有机物，将难生物降解物质转变为易生物降解物质，可供微生物代谢，提高污水的可生化性，以利后续好氧生物处理。其作用使原污水中COD将有效降低，同时污水中SS等将有部分去除。

本工程采用上流式耦合水解反应器，构造至上而下依次分为出水收集区、配水区、沉淀耦合反应区、污泥反应区、布水区。上部配水区通过配水软管与底部布水区相连；沉淀耦合反应区以倾斜平板填料促进泥水分离，同时作为微生物载体为世代周期长的微生物创造条件，丰富微生物相；沉淀区与污泥反应区无物理隔离。最大流量时水力停留时间：6.0h;COD容积负荷：1.29kgCOD/（m³/d）；初沉污泥量：8.1t.DS（干污泥量）/d；去除率：COD去除率30%,SS去除率30%。

由于环境治理排放标准日趋严格，净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，因此净水厂所采用的工艺和排放指标需要有一定的前瞻性，远期满足出水达到地表水Ⅴ类，SS≤10mg/L,COD≤40mg/L,TN<10mg/L,TP<0.3mg/L。

净水厂范围用地4.94hm²，如果采用传统的生化工艺达到一级A标准，需要增加2～3hm²，基于现有用地情况，必将面临更大面积的征拆。

针对本项目遇到的占地、污水排放和周边环境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），选择膜生物反应器（Membrane bioreactor,MBR），本污水处理厂工艺处理流程见图2。

同时为了远期控制TN<10 mg/L,TP<0.3mg/L,MBR生化池设置前后缺氧区，利用后续的膜区作为富氧区，形成进水→厌氧→缺氧1→好氧1→缺氧→好氧2→出水的处理工序。在进厂污水碳源不足时直接投加入生化池，同时考虑可以根据情况，将部分剩余污泥回流至水解池，通过水解污泥，来补充碳源，以减少外碳源的投量，增加操作的灵活性，选择性。为确保除磷效果，可以考虑在好氧区投加化学药剂，采取化学辅助除磷的措施，以保证磷的达标排放。设计技术参数如下：

(1）设计水温：最低T=12℃，最高T=28℃。

(2）污泥浓度：X=5～7g/L。

(3）污泥负荷：生化区0.07～0.1 kgBOD₅/（kgMLSS·d）。

(4）污泥龄：17.5～25d。

(5）生化阶段总有效停留时间为12.0h，其中厌氧区1.3h，缺氧区Ⅰ区2.7h，好氧区4h，缺氧Ⅱ区4h，膜区1.5h。

(6）生化池设微孔曝气充氧，生化池平均供气量920m³/min，最大气水比6.6∶1。

(7）膜区至好氧区回流比R=400%～500%，好氧区至缺氧区混合液回流比R=300%，缺氧至厌氧回流200%。

膜分离区污泥浓度MLSS=6.0～8.0g/L。膜池：有效水深3.6 m，共20个廊道，每廊道9个膜位，安装8组膜，预留1个空位；膜组器：PVDF材质，平均通量为15L/（m²·h）。吹扫风量：膜区设穿孔管曝气吹扫，吹扫风量为842 m³/min，风压为0.045 MPa。膜区气水比6.1∶1。

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%～99.999 9%。本方案MBR0.05μm超滤膜能有效截留绝大部分细菌（一般0.2～50μm）和部分病毒，出水可直接达到了粪大肠菌≤1 000个/L的排放标准。本工程仍考虑紫外线消毒设备把关。拟设管式紫外线水消毒器，消毒设备安装于MBR设备间。

(1）高标准的环境要求。同时随着城市化进程的加快，污水处理厂选址被城市居民区包围，土地价值很高，周边规划居住区对环境要求较高，征地拆迁或投资管网引水至城郊新建都要付出昂贵代价。因此，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。

(2）工艺对策。从保护环境方面出发，将主体构筑物置于地下，组团布置，以控制污水处理厂建设成本及运行过程中臭气污染等，而从节约投资和运行安全的方面考虑，将部分不构成污染的构（建）筑物置于地面，从而达到既保护环境又减小基坑大小，解决用地的双重功效。整个厂区地埋覆土厚度越深，工程造价越高。本工程地面覆土控制在1.5 m，既满足所有植株的种植土深需要，又可以满足建造人工湖、运动场所等。

本项目现已建成投产运行，各项运行数据和出水水质完全达到最初的设想要求。具体运行数据如表7所示。

考虑到工业废水对临平净水厂进厂污水有机污染组分的影响较大，通过对其溶解性惰性组分的水质深入分析，为后续采用水解+MBR的处理工艺达到出水标准，远期进一步提高出水水质提供了坚实的数据支持和理论依据。本项目已建成投产运行，各项出水水质各项指标优良，完全满足项目前期提出的各项要求。