某城市污水處理廠擴(kuò)建工程集約化設(shè)計(jì)案例分析

胡蘭芳

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院<集團(tuán)>有限公司，上海 200092)

隨著截污納管工作的推進(jìn)、污水管網(wǎng)普及率和納管率的提高，以及城市發(fā)展帶來的居民和工業(yè)企業(yè)用水量的增加，浙江某城市污水處理廠一期工程的規(guī)模(5萬t/d)已不能滿足持續(xù)增長的污水處理需求。因此擬對污水廠進(jìn)行擴(kuò)建，同時保留和改造一期工程，作為處理石油化工等特種工業(yè)廢水的工業(yè)污水處理廠。

1 設(shè)計(jì)規(guī)模及水質(zhì)

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模

基于區(qū)域的排水規(guī)劃，根據(jù)污水廠服務(wù)區(qū)域內(nèi)水量預(yù)測的結(jié)果，同時結(jié)合近幾年區(qū)域污水量逐年增加的情況分析，在設(shè)計(jì)中考慮一定的余量，確定二期污水廠的擴(kuò)建規(guī)模為4.5萬t/d，遠(yuǎn)期污水廠的擴(kuò)建規(guī)模為13.5萬t/d。二期、遠(yuǎn)期規(guī)劃總用地不超過8.9×104m2。

1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)

根據(jù)污水處理廠一期城市污水管網(wǎng)的90%頻度進(jìn)水水質(zhì)、附近污水處理廠的現(xiàn)狀進(jìn)水水質(zhì)，同時參考國家相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范及類似區(qū)域的水質(zhì)情況等資料，確定本次二期城鎮(zhèn)污水廠的設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。

表1 二期城鎮(zhèn)污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

1.3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)

出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

2 工藝流程

工業(yè)廢水占現(xiàn)狀污水處理廠進(jìn)水一定的比重，水質(zhì)水量變化較大(現(xiàn)狀市政進(jìn)水B/C在0.2～0.4波動)，為了適應(yīng)水質(zhì)和水量的波動，進(jìn)一步提高廢水的可生化性及后續(xù)生化處理設(shè)施的處理效率，同時取代功能單一的初沉池，二期擴(kuò)建工程的一級處理工藝在一期的基礎(chǔ)上增設(shè)水解酸化池，即二期采用“粗格柵+細(xì)格柵+沉沙池+水解酸化池”的一級處理工藝方案。

污水處理廠二期工程的城鎮(zhèn)污水處理采用“AAO二級處理工藝+高效沉淀+轉(zhuǎn)盤濾池”的深度處理工藝，最終出水經(jīng)次氯酸鈉消毒后排放。

工藝流程如圖1所示。

圖1 二期擴(kuò)建工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of the Second Phase Extension Project

3 污水廠布置型式方案

目前，污水廠常見的構(gòu)筑物布置方式主要有半地下和全地下布置，半地下式有分散布置和一體化布置兩種方式。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，對污水廠的布置型式進(jìn)行比選[1]。

3.1 半地下式一體化布置

將水解酸化池、AAO池、二沉池、高效沉淀池、轉(zhuǎn)盤濾池、接觸消毒池、加氯加藥間及除臭設(shè)備等污水處理的主體設(shè)施一體化布置，池體按工藝流程呈流線布置，加藥、除臭等輔助設(shè)施就近布置在池體上方。平面方案如圖2所示。

3.2 半地下分散布置

傳統(tǒng)污水處理廠的布置方式，按照不同功能、夏季主導(dǎo)風(fēng)向和全年風(fēng)頻，合理分區(qū)布置，并用綠化帶隔離；考慮人流、物流運(yùn)輸方便，布置主次道路，滿足消防安全要求；在滿足工藝流程順暢、簡潔、合理的前提下，力求布局緊湊、管線短捷，并充分注意節(jié)省占地。

半地下式分散布置污水廠平面方案如圖3所示。

圖2 半地下式一體化布置平面圖Fig.2 Layout Plan of Integrated Semi-Underground

圖3 半地下式分散布置平面圖Fig.3 Layout Plan of Scattered Semi-Underground

3.3 全地下布置

污水廠所有的處理建(構(gòu))筑物采用一體化組合設(shè)計(jì)，污水處理構(gòu)筑物埋設(shè)于地下，其上為生產(chǎn)性管理用房，四周及頂部再以綠化覆蓋，形成綠意盎然的花園式廠區(qū)。

按照待處理污水的進(jìn)水方向，位于地下二層的各污水處理建(構(gòu))筑物按照生產(chǎn)流程依次布置；地下一層作為附屬生產(chǎn)區(qū)、工藝設(shè)備操作及檢修的平臺。

其平面方案如圖4所示。

圖4 全地下式布置平面圖Fig.4 Layout Plan of Full-Underground

三種構(gòu)筑物布置方式的對比情況如表2所示。

表2 構(gòu)筑物布置型式比選

如表2所示，方案一占地面積小，構(gòu)筑物相對簡單，實(shí)施難度較方案三小，運(yùn)行維護(hù)較簡單，工程造價(jià)較低，有利于協(xié)調(diào)近遠(yuǎn)期規(guī)模且對操作人員健康影響小，因此結(jié)合本工程的實(shí)際情況，本項(xiàng)目推薦采用方案一。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

4.1 粗格珊及進(jìn)水泵房

粗格柵井及進(jìn)水泵房合建，按18萬t/d設(shè)計(jì)，設(shè)備按4.5萬t/d安裝。

構(gòu)筑物尺寸：L×B=6.0 m×9.9 m+17.2 m×18.2 m。

主要設(shè)備：①回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)2臺，單臺過柵流量Qmax=2.71 m3/s，柵條間隙b=20 mm，過柵流速為0.9 m/s，柵前水深為1.2 m，柵寬為1.85 m，安裝角度α=75°，配用功率N=2.2 kW；②二期潛水排污泵選用3臺小泵(兩用一備)，Q=1 313 m3/h，H=15 m，N=75 kW，變頻控制，遠(yuǎn)期增加4臺大泵。

4.2 細(xì)格柵及曝氣沉沙池

按4.5萬m3/d規(guī)模設(shè)計(jì)，1座(2池)。

構(gòu)筑物尺寸：L×B=28.9 m×10.5 m。

主要設(shè)備：①回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵除污機(jī)2臺，單臺過柵流量Qmax=0.36 m3/s，柵條間隙b=3.0 mm，柵寬為1.1 m，安裝角度α=75°，配用功率N=1.1 kW；②橋式吸砂機(jī)1套，L=7.5 m，N=2×0.37 kW +2×1.4 kW；③砂水分離器1套，N=0.37 kW；④羅茨鼓風(fēng)機(jī)2套(一用一備)，Qs=10 m3/min，H=29.4 kPa，N=7.5 kW。

4.3 一體化處理構(gòu)筑物

將水解酸化池、AAO池、二沉池、高效沉淀池、轉(zhuǎn)盤濾池、接觸消毒池、污泥泵房、儲泥池及加氯加藥間集約化布置于一座構(gòu)筑物中，構(gòu)筑物設(shè)計(jì)規(guī)模為4.5萬t/d。

其上下層的平面布置圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 半地下一體化構(gòu)筑物上層平面圖Fig.5 Plan of Upper Floor of Integrated Semi-Underground Structure

圖6 半地下一體化構(gòu)筑物下層平面圖Fig.6 Plan of Lower Floor of Integrated Semi-Underground Structure

(1)水解酸化池

共2池，停留時間為8.2 h。

構(gòu)筑物尺寸：L×B=86.8 m×43.1 m(內(nèi)凈)。

主要設(shè)備：①羅茨鼓風(fēng)機(jī)一臺，Q=7 m3/min，H=0.08 MPa，N=22 kW；②高效彈性填料及支架，Φ150 mm，數(shù)量為8 056 m3。

(2)AAO反應(yīng)池

本文水、氣體滲透實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)為Darcy定律。采用圖4所示水(氣體)滲透試驗(yàn)裝置，利用穩(wěn)定滲流法測定混凝土試件的水(氣體)滲透系數(shù)[17-18]。

構(gòu)筑物尺寸：2×53.4 m×43.1 m(內(nèi)凈)，有效水深為6 m，共2池。

厭氧區(qū)體積為2 800 m3，停留時間為1.5 h；缺氧區(qū)體積為7 500 m3，停留時間為4.0 h；好氧區(qū)體積為17 000 m3，停留時間為9.1 h。

設(shè)計(jì)水溫為12 ℃，污泥濃度為3.5 g/L，污泥總負(fù)荷為0.08 kg BOD5/(kg MLSS)。

硝化段泥齡為10 d，總泥齡為16 d，污泥產(chǎn)率為0.8 kg MLSS/(kg BOD5)。

主要設(shè)備：①管式曝氣器，Φ91 mm×1 000 mm，充氣量為8～12 m3/h，1 440套；②潛水?dāng)嚢杵?厭氧池)4臺，單臺N=4.8 kW；③潛水?dāng)嚢杵?缺氧池)10臺，單臺N=7.0 kW；④內(nèi)回流污泥泵6臺，4用2備，單泵參數(shù)Q=938 m3/h，H=4.3 m，N=15 kW。

(3)二沉池

二沉池采用平流式沉淀池，6格，停留時間為3 h，高峰流量表面負(fù)荷為1.2 m3/(m2·h)。

單格尺寸：45.2 m×9 m。

(4)高效沉淀池

混凝池與絮凝池高為7.00 m，水深為6.20 m。斜管L=1.0 m，斜角為60°。

平面尺寸：25.2 m×19.45 m。

主要參數(shù)：①混合池2座，單池尺寸3.8 m×3.6 m×3.0 m(有效水深)，水力停留時間為3 min，每座設(shè)攪拌機(jī)1臺，功率為5.0 kW；②絮凝池4座，單池尺寸為3.6 m×3.6 m×5.7 m(有效水深)，混凝區(qū)有效總?cè)莘e為295.5 m3，水力停留時間為9.5 min，每座設(shè)攪拌機(jī)1臺，功率為11.0 kW；③沉淀池2座，直徑為12 m，總水深為6.0 m，總有效斜管面積為200 m2，徑向流速為13.57 m/h，污泥含水率為99%。

主要設(shè)備：①污泥螺桿泵3臺，Q=22 m3/h，H=0.6 MPa，P=11 kW；②污泥回流、排放備用泵1臺，Q=22 m3/h，H=0.6 MPa，P=11 kW；③快速攪拌器，直徑為700 mm，功率為5.5 kW，數(shù)量2臺；④慢速攪拌器，直徑為1 300 mm，提升水量為1.655 m/s，提升揚(yáng)程為0.15 m，功率為3.5 kW，數(shù)量2臺；⑤刮泥機(jī)，直徑為12 000 mm，功率為0.55 kW，數(shù)量2臺。

(5)轉(zhuǎn)盤濾池

主要工程內(nèi)容：轉(zhuǎn)盤濾池尺寸為12 m×9.1 m×4.0 m。內(nèi)設(shè)轉(zhuǎn)盤及中心管，濾盤直徑為3 m，共16組，反沖洗泵4臺，Q=50 m3/h，H=7.0 m，N=2.2 kW。

(6)消毒池

停留時間為35 min。

構(gòu)筑物尺寸：L×B=12.0 m×24.4 m。

4.4 出水泵房

提升泵房按18.0萬m3/d規(guī)模建成，設(shè)備按4.5萬t/d配備。

構(gòu)筑物尺寸：L×B=2.5 m×6.0 m+17.2 m×12.7 m。

主要設(shè)備：近期3臺，兩用一備；單泵參數(shù)近期Q=1 313 m3/h，H=24 m，N=110 kW；遠(yuǎn)期增加4臺大泵。

4.5 鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房按9.0萬m3/d規(guī)模建成，設(shè)備按4.5萬t/d配備，共1座，遠(yuǎn)期增加一座。

構(gòu)筑物尺寸:L×B=36.5 m×12.4 m。

主要設(shè)備：離心鼓風(fēng)機(jī)(帶變頻)3臺(2用1備)，遠(yuǎn)期增加7臺，Q=125 m3/min，風(fēng)壓H=7.0 m H2O，單臺N=160 kW。

5 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

污水處理廠采用半地下一體化布置，具有以下特點(diǎn)。

(1)與傳統(tǒng)的分散布置相比，半地下一體化布置由于構(gòu)筑物布置緊湊，能夠很大程度地節(jié)約占地，同時還能大大縮短管道長度。此外，設(shè)計(jì)將除臭加藥間等附屬設(shè)施設(shè)置于一體化構(gòu)筑物上部，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)場地的集約化利用，并有效縮短加藥及除臭管路。

(2)與地下污水處理廠相比，采用半地下一體化布置構(gòu)筑物簡單，施工難度小，項(xiàng)目管理及運(yùn)行維護(hù)較簡單，近遠(yuǎn)期規(guī)模的協(xié)調(diào)性強(qiáng)，且工程造價(jià)較低。

因此，采用半地下一體化布置型式在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上具有一定優(yōu)勢。

6 結(jié)語

浙江某城市污水處理廠構(gòu)筑物采用一體化的半地下構(gòu)筑物布置型式，占地面積小，構(gòu)筑物較簡單，實(shí)施難度較小，運(yùn)行維護(hù)較簡單，工程造價(jià)較低，有利于協(xié)調(diào)近遠(yuǎn)期規(guī)模且對操作人員健康影響小，對用地和資金緊張的同類型污水廠的設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

[1] 邱維.地下污水處理廠的適應(yīng)性探討[J].中國給水排水,2017,33(8):26-31.