某全地下式污水處理廠工程設計

杜翠紅， 王先鋒， 汪炎

（東華工程科技股份有限公司， 合肥 230024）

1 項目概況

某污水處理廠采用全地下式， 地面以上做為停車場向社會開放。 該工程位于地下， 施工難度大，通過集約化、 模塊化設計， 既節(jié)省了占地， 又降低了工程投資。 該工程設計預處理段采用“調(diào)節(jié)池-內(nèi)徑流膜格柵”工藝， 生化處理段采用“A2O-MBR”組合工藝［1－4］， 尾水處理采用紫外消毒工藝， 保證出水穩(wěn)定達標排放。 本文結(jié)合工程詳細設計， 探討了全地下式污水處理廠在市政污水處理領域的應用，并對設計工藝參數(shù)進行總結(jié)， 以期為今后全地下式污水處理廠的工程應用提供借鑒。

2 設計水量、 水質(zhì)

本工程進水主要是生活污水， 含有少量滲入的地下水， 總設計規(guī)模為9 200 m3／d（其中污水量8 000 m3／d， 初期雨水量1 200 m3／d）。 設計出水水質(zhì)優(yōu)于GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準， 設計進出水水質(zhì)如表1 所示。

表1 設計進出水水質(zhì)Fig. 1 Design influent and effluent water quality

3 總體布置與工藝流程

3.1 總體布置

地下式污水處理廠是一種新的建設形式， 包括全地下式、 半地下式2 種形式， 操作層位于地坪線以上為半地下式， 操作層位于地坪線以下為全地下式［5］。 本工程采用全地下式， 并分2 層布置， 負一層為設備操作層和綜合車間， 負二層為水處理構筑物層。 該全地下式污水處理廠對外設2 個出入口，以滿足設備、 污泥、 藥劑的運輸及消防要求。 此外， 還在綜合車間區(qū)域設2 個人員疏散出口， 通過專用消防樓梯直通頂部地面， 以保證廠內(nèi)工作人員緊急疏散需要。 廠站平面布置見圖1， 水力高程見圖2。 全廠采用集約化、 模塊化設計， 分為預處理區(qū)、 生化處理區(qū)和綜合車間3 個功能區(qū)， 各功能區(qū)均集中布置， 通過管溝連通， 大大節(jié)省了占地面積， 同時工藝設備相對集中， 便于運行管理［6－7］。

3.2 工藝流程

圖1 平面布置Fig. 1 Plan layout

圖2 水力高程Fig. 2 Hydraulic elevation

污水經(jīng)粗格柵和細格柵兩道預處理工藝后進入調(diào)節(jié)池， 而后再泵提進入內(nèi)徑流膜格柵池， 膜格柵出水經(jīng)生化系統(tǒng)處理后進入MBR 膜池， 膜池內(nèi)的水經(jīng)泵抽吸至管式紫外線消毒設備消毒后外排。 生化處理產(chǎn)生的剩余污泥排入貯泥池， 經(jīng)疊螺濃縮脫水一體機脫水后外運處置。 本工程前端的雨水調(diào)蓄池收集暴雨前15 ～30 min 內(nèi)的初期雨水， 旱季時用泵小流量（按正常污水進水量的10%～15%）抽入污水調(diào)節(jié)池， 同污水一并處理。 工藝流程見圖3。

4 A2O-MBR 工藝及設計參數(shù)

A2O 生化池分2 個系列， 單系列尺寸L×B×H=26.2 m×15.7 m×5.8 m， 有效水深5.0 m。 MBR 膜池分8 格， 單格尺寸L×B×H=4.9 m×3.0 m×5.8 m， 有效水深3.5 m。

4.1 A2O 系統(tǒng)設計參數(shù)

（1） 污泥濃度及回流方式。 本工程參考UCT工藝回流形式， 設置三段回流［7］， 第一段膜池回流到好氧池保證了好氧池污泥濃度； 第二段好氧池回流到缺氧池實現(xiàn)了反硝化脫氮； 第三段缺氧池回流到厭氧池進行釋磷。 膜池到好氧池設計回流比為400%， 好氧池到缺氧池設計回流比為300%， 缺氧池到厭氧池設計回流比為100%。

設計好氧池污泥濃度取8 g／L， 根據(jù)回流比計算其余各段污泥濃度分別為： 膜池污泥濃度為10 g／L，缺氧池污泥濃度為6 g／L， 厭氧池污泥濃度為3 g／L。

（2） 水力停留時間（HRT）。 本工程有較高的脫氮要求， 故適當提高了缺氧區(qū)HRT。 設計總HRT為12.5 h， 其中厭氧區(qū)2.0 h、 缺氧區(qū)3.4 h、 好氧區(qū)5.7 h、 MBR 膜池1.4 h。

（3） 污泥齡。 本工程有脫氮除磷的需要， 脫氮過程中發(fā)揮主要作用的硝化細菌生長速率低， 需要較長的污泥齡， 而除磷則需要通過定期排除高磷污泥來實現(xiàn)。 本工程優(yōu)先考慮生物脫氮， 在MBR 膜池投加PAC 藥劑加強除磷。 通過計算污泥齡取19.3 d。

（4） 氣水比。 根據(jù)理論供氣量計算， 確定本工程需氣量為83 660 m3／d， 本工程設曝氣風機3 臺（2 用1 備）， 單臺設計風量為28 m3／min， 好氧區(qū)氣水比為8.8 ∶1。

4.2 MBR 系統(tǒng)設計參數(shù)

本工程選用PVDF 中空纖維膜， 膜孔徑小于0.1 μm。 共設8 格膜池， 每格膜池設置2 套膜組件， 每套膜組件共52 支膜片， 每片膜面積為30 m2， 系統(tǒng)膜面積共24 960 m2。

（1） 膜通量。 膜通量是影響MBR 穩(wěn)定運行的關鍵因素［8－10］。 根據(jù)相關工程運營案例經(jīng)驗， 本工程設計平均膜通量為15.36 L／（m2·h）， 瞬時膜通量為17.55 L／（m2·h）。

（2） 膜擦洗。 采用間歇出水能極大改善膜污染問題。 本工程MBR 膜系統(tǒng)產(chǎn)水9 min、 停歇1 min， 同時對MBR 膜進行曝氣擦洗， 單片膜擦洗風量可達4.9 m3／h， 產(chǎn)水停止時， 曝氣擦洗繼續(xù)，自控系統(tǒng)控制循環(huán)進行。

（3） 膜化學清洗。 本工程維護性清洗每月1 ～5 次， 可保持膜的透水性和延長恢復性清洗周期，每次清洗20 ～30 min， 通過計量泵將200 mg／L 的次氯酸鈉溶液或0.05% 的檸檬酸溶液反向注入膜組件， 按照2 L／m2［膜面積］及加藥管道容積考慮所需藥劑量。

當維護性清洗后抽吸壓力依然無法下降到初始壓差（30 kPa）時， 需對膜組件進行恢復性清洗。 本工程恢復性清洗每年1 ～2 次， 膜組件沖洗后置于1%～2% 的檸檬酸溶液中浸泡2 h 左右， 之后再用500 ～1 000 mg／L 的次氯酸鈉溶液＋0.1% 氫氧化鈉溶液浸洗， 浸泡時間4 ～12 h。 清洗結(jié)束后用清水對膜片進行漂洗， 裝入膜池后對膜單元進行3 ～5 min 的反沖洗， 清洗廢水中和后排入廠站污水管網(wǎng)。

5 運行成本

本工程總投資約為8 000 萬元， 污水處理運行成本為1.2 元／m3。

6 設計要點分析

（1） 前端預處理。 進入MBR 膜處理系統(tǒng)前，要求去除污水中的細小物質(zhì)（如頭發(fā)和細小纖維狀物質(zhì)）， 細小物質(zhì)易纏繞在膜絲上堵塞膜孔， 造成膜污染， 降低膜通量。 因此MBR 的預處理一般推薦用0.5 ～2.0 mm 的轉(zhuǎn)鼓細格柵或內(nèi)徑流膜格柵來去除毛發(fā)和纖維狀物質(zhì)， 這是確保MBR 正常運轉(zhuǎn)的基本條件。

（2） 進水安全保障。 全地下式污水處理廠地勢較低， 多數(shù)情況下廠內(nèi)污水無法溢流， 需重點考慮污水處理廠被淹的問題。 全地下式污水處理廠的重力流進水端應考慮設置速閉閘門和電動閘門雙重安全保障措施， 一旦事故停電， 速閉閘將依靠自身重力立即關閉， 迅速切斷進水。

（3） 除臭與通風。 除臭與通風宜整體統(tǒng)籌、 系統(tǒng)設計。 對調(diào)節(jié)池、 格柵、 生物反應池、 脫水機房區(qū)域的臭氣進行有效收集后送至全地下式污水處理廠頂部進行土壤除臭。 調(diào)節(jié)池、 格柵、 生物反應池、 脫水機房等區(qū)域封閉并保持微負壓狀態(tài)， 控制室、 配電室、 化驗室、 加藥間、 鼓風機房等區(qū)域設置為微正壓， 可提高臭氣收集率。 為避免污水處理廠內(nèi)臭氣外泄， 在廠站進、 出口位置設置風幕。

通風應設置機械送、 排風， 滿足自然進風條件的局部區(qū)域可采用自然進風。 本工程機械通風量按6 次／h 設計， 此外， 控制室、 配電室和化驗室設置機械排煙系統(tǒng)， 每個防煙分區(qū)的排煙量按60 m3／（m2·h）計算， 系統(tǒng)排煙量按最大防煙分區(qū)面積120 m3／（m2·h）計算。

（4） 消防。 全地下式污水處理廠應設置集中式火災自動報警系統(tǒng)。 本工程設置一套總線型火災報警控制器以管理所管轄區(qū)域的火災監(jiān)視及報警工作。 該火災報警控制器與當?shù)貐^(qū)域消防控制中心的火災報警控制器聯(lián)網(wǎng)。

本工程建筑物區(qū)域劃為2 個防火分區(qū)： 鼓風機房、 污泥脫水間及加藥間總面積為366 m2（不大于500 m2）， 控制室、 化驗室及配電室總面積為275 m2（不大于500 m2）， 兩區(qū)以防火卷簾分隔。

廠站內(nèi)設有消火栓系統(tǒng)和與室外相通的消防車道。 此外， 污泥脫水間、 加藥間、 控制室、 配電室、 鼓風機房、 化驗室設置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器， 其中配電室及化驗室增加手提式CO2滅火器。

（5） 集約化、 模塊化設計。 本工程預處理構筑物與生化處理構筑物模塊組團， 通過優(yōu)化構筑物形狀和平面尺寸， 避免構筑物之間留下不必要的空地。同時， 在滿足消防要求的前提下， 將污泥脫水間、鼓風機房、 加藥間、 控制室、 化驗室等合并布置。

7 結(jié)語

全地下式污水處理廠具有占地面積小、 征地要求低、 地上環(huán)境好的優(yōu)點， 克服了傳統(tǒng)地上式污水處理廠的一些局限， 在我國有很大的發(fā)展空間。 同時， 因其自身的特殊性， 如施工難度大、 地下空間受限等問題， 也限制了很多常見污水處理工藝在地下式污水處理廠的應用， 本文結(jié)合A2O-MBR 工藝探討了全地下式污水處理廠在市政污水處理領域的應用， 希望為類似工程提供參考。

MBR 可與很多工藝組合使用， 在污水處理領域有很大的應用前景， 然而其膜污染問題在一定程度上限制了它的進一步推廣， 因此， 亟待開發(fā)更先進、 更耐污的膜材料以投入工程應用。