某城鎮(zhèn)半地下式污水處理廠工程實(shí)例

孔韡， 王亮， 汪炎， 王杰， 梅紅， 李辰

（東華工程科技股份有限公司， 合肥 230024）

隨著我國城鎮(zhèn)用地的日趨緊張及“鄰避效應(yīng)”的不斷增強(qiáng)， 傳統(tǒng)的地上式污水處理廠在占地面積、環(huán)境影響等方面的劣勢日益凸顯。 因此， 為了提高土地資源利用率并滿足生態(tài)環(huán)境效益， 地下式污水處理廠不斷涌現(xiàn)， 浙江等地區(qū)已經(jīng)明確要求， 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、 用地緊張的市縣， 要大力采用地下式的建設(shè)模式。 但是， 地下式污水處理廠建設(shè)投資大， 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高， 需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)條件及環(huán)境影響， 權(quán)衡利弊， 謹(jǐn)慎選擇。 相較于全地下式污水處理廠， 半地下式污水處理廠工程投資小， 施工方便， 更適用于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件受限的情況。 本文以安徽省某城鎮(zhèn)半地下式污水處理廠近期工程為例， 通過對工藝流程、 主要處理構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)、 設(shè)備性能參數(shù)、 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)、 實(shí)際運(yùn)行效果、 投資及運(yùn)行成本等進(jìn)行詳細(xì)闡述， 探討了半地下式污水處理廠在市政污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用， 以期為同類污水處理廠的設(shè)計(jì)提供工程借鑒。

1 工程概況

安徽省某城鎮(zhèn)范圍內(nèi)原先未建有集中式污水處理廠， 且大部分區(qū)域尚未建設(shè)完善的污水排水系統(tǒng)， 造成大量生活污水散排。 該城鎮(zhèn)靠近長江， 區(qū)域內(nèi)水系較多， 污水最終匯入長江， 環(huán)境影響極大。 因此， 急需新建一座污水處理廠。 但是， 一方面， 受到城鎮(zhèn)地形、 地勢條件影響， 污水處理廠選址位于上風(fēng)向， 附近建有旅游街， 若采用傳統(tǒng)地上式污水處理廠會(huì)有臭氣、 灰塵、 噪聲等負(fù)面影響；另一方面， 受到規(guī)劃用地面積限制， 該污水處理廠用地緊張。 因此， 經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)后， 采用半地下式污水處理廠。 分期建設(shè)， 近期處理規(guī)模為1.0萬m3／d， 遠(yuǎn)期處理規(guī)模為2.5 萬m3／d， 配套管網(wǎng)一次性建成。 近期工程已經(jīng)建成投產(chǎn)， 出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級A 標(biāo)準(zhǔn)。

2 設(shè)計(jì)水量、 水質(zhì)

污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)多為居住用地、 公共設(shè)施用地、 一類工業(yè)用地與二類工業(yè)用地， 基本無三類工業(yè)用地。 進(jìn)入污水處理廠的工業(yè)污水基本不含難降解的有機(jī)污染物， 可生化性好， 氨氮含量不高。 工業(yè)廢水排入城市污水管道， 與生活污水合并送往污水處理廠集中處理， 工業(yè)廢水與生活污水比例約為1 ∶4。

污水處理廠近期規(guī)模為1.0 萬m3／d， 遠(yuǎn)期擴(kuò)建1.5 萬m3／d， 總處理規(guī)模為2.5 萬m3／d。 格柵及提升泵站、 辦公樓、 變電所、 污泥脫水間、 鼓風(fēng)機(jī)房、 加藥間等建筑物土建按照遠(yuǎn)期2.5 萬m3／d 考慮， 建設(shè)于地面上， 設(shè)備按照近期1.0 萬m3／d 考慮； 沉砂池、 生化池、 二沉池、 高效沉淀池、 纖維轉(zhuǎn)盤濾池、 消毒池等水處理構(gòu)筑物建設(shè)在地下， 土建及設(shè)備均按照近期1.0 萬m3／d 考慮。

出水水質(zhì)按GB 18918—2002 中的一級A 標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。 具體指標(biāo)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 總體設(shè)計(jì)思路與工藝流程

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

本工程近期建設(shè)規(guī)模為1.0 萬m3／d， 同時(shí)需考慮遠(yuǎn)期處理規(guī)模擴(kuò)建至2.5 萬m3／d。 近、 遠(yuǎn)期總規(guī)劃占地面積為30 294 m2。 由于擬建場地高差較大，且地塊形狀不規(guī)則， 設(shè)計(jì)中采用集約化、 緊湊型布置， 盡量節(jié)約土地資源， 并為污水處理廠遠(yuǎn)期的擴(kuò)建或提標(biāo)留有余地。 同時(shí)， 考慮污水處理廠的建設(shè)對城鎮(zhèn)環(huán)境的不利影響， 因此， 采用半地下式布局。

3.2 工藝流程

污水處理廠采用格柵及提升泵站－沉砂池－A2O生化池－二沉池－高效沉淀池－纖維轉(zhuǎn)盤濾池－次氯酸鈉消毒的組合工藝， 污水處理工藝流程如圖1 所示。

圖1 污水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of sewage treatment

由廠外污水管網(wǎng)送來的污水首先進(jìn)入污水處理廠格柵井內(nèi)， 經(jīng)粗、 細(xì)格柵先后去除較大的漂浮物后， 進(jìn)入提升泵站的吸水井。 經(jīng)提升泵提升至沉砂池， 分離并去除污水中砂粒。 經(jīng)以上預(yù)處理后的污水和回流污泥一起進(jìn)入A2O 生化池的預(yù)缺氧池，去除回流污泥中的硝酸鹽， 保證后續(xù)厭氧池的釋磷效率， 同時(shí)強(qiáng)化系統(tǒng)的脫氮能力。 預(yù)缺氧池出水進(jìn)入?yún)捬醭兀?聚磷菌在厭氧條件下充分釋磷。 厭氧池出水進(jìn)入缺氧池， 好氧池回流的混合液在此進(jìn)行反硝化脫氮。 缺氧池出水進(jìn)入好氧池， 好氧池內(nèi)設(shè)微孔曝氣器， 充分供氧， 降解去除大部分有機(jī)污染物， 并將大部分有機(jī)氮、 氨氮轉(zhuǎn)化成硝酸鹽氮； 同時(shí)， 聚磷菌在好氧條件下充分吸收磷， 再通過剩余污泥的排放實(shí)現(xiàn)同步除磷。

生化處理后的污水重力流入二沉池， 進(jìn)行固液分離。 二沉池出水至高效沉淀池， 在高效沉淀池中投加鋁鹽進(jìn)行化學(xué)除磷和去除SS。 沉淀池出水重力流進(jìn)入纖維轉(zhuǎn)盤濾池， 通過濾布進(jìn)一步去除SS。濾池出水進(jìn)入消毒池， 采用安全性較高的次氯酸鈉進(jìn)行消毒， 消毒后部分污水外排， 部分污水通過回用水泵房提升后送至廠外回用。

生化處理過程中產(chǎn)生的污泥大部分回流至A2O預(yù)缺氧池， 少部分剩余污泥和高效沉淀池排泥由污泥泵提升送至污泥貯池， 再輸送至帶式濃縮脫水機(jī)進(jìn)行濃縮脫水， 形成含水率80% 的泥餅， 外運(yùn)處置。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 格柵及提升泵站。 設(shè)計(jì)流量為1 531.2 m3／h， 1 座， 地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 地上單層框架結(jié)構(gòu)， 格柵渠寬1.0 m， 渠道總長10.6 m， 泵站平面尺寸為15.6 m×13.0 m。 設(shè)機(jī)械粗格柵2 臺(tái)， 柵條間隙為20 mm， 格柵有效寬度為1.0 m， 柵前水深為1.0 m， 安裝角度α ＝75°； 細(xì)格柵2 臺(tái)， 柵條間隙為5 mm， 柵前水深為0.8 m， 安裝角度α ＝75°；提升泵3 臺(tái)， 流量為510 m3／h， 揚(yáng)程為9.0 m， 電機(jī)功率為22 kW。

（2） 沉砂池。 設(shè)計(jì)流量為658.3 m3／h， 1 座，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 沉砂池尺寸為15.35 m×1.70 m×3.70 m， 有效水深為0.65 m， 沉砂池與A2O 生化池合建。 設(shè)砂水分離器2 臺(tái)， 單臺(tái)處理量為12 ～20 L／s， 電機(jī)功率為0.37 kW， 置于提升泵站內(nèi)； 排砂泵2 臺(tái)， 單臺(tái)流量為25 m3／h， 揚(yáng)程為15 m， 電機(jī)功率為3 kW。

（3） A2O 生化池。 設(shè)計(jì)流量為416.7 m3／h， 1座， 分2 系列， 單系列尺寸為48.8 m×13.5 m×6.8 m， 有效水深為6.0 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 總水力停留時(shí)間為18.7 h， 其中， 預(yù)缺氧池1.1 h， 厭氧池1.5 h， 缺氧池4.1 h， 好氧池12.0 h； 混合液回流比為100%～200%， 污泥回流比為50%～100%， 混合液懸浮固體質(zhì)量濃度為3 000 mg／L， 污泥負(fù)荷為0.1 kg［BOD5］／（kg［MLSS］·d）。 設(shè)預(yù)缺氧池?cái)嚢杵? 臺(tái)， 功率為2.2 kW； 厭氧池?cái)嚢杵? 臺(tái)， 功率為2.2 kW， 缺氧池?cái)嚢杵? 臺(tái)， 功率為4.0 kW； 管式微孔曝氣器528 根， 直徑為60 mm， 長度為1 000 mm， 單根曝氣量為5.0 ～7.0 m3／h； 混合液回流泵6 臺(tái)， 流量為420 m3／h， 揚(yáng)程為1.0 m， 電機(jī)功率為11 kW。

（4） 二沉池。 設(shè)計(jì)流量為658.3 m3／h， 2 座，單座尺寸為41.0 m×9.6 m×5.3 m， 有效水深為4.5 m， 表面負(fù)荷為0.85 m3／（m2·h）， 沉淀時(shí)間為3.5 h。 設(shè)鏈板式刮泥機(jī)2 套， 電機(jī)功率為1.1 kW。

（5） 污泥及污水中間提升泵站。 1 座， 尺寸為11.0 m×5.0 m×6.0 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 設(shè)回流污泥泵3 臺(tái)， 流量為210 m3／h， 揚(yáng)程為6 m， 電機(jī)功率為5.5 kW； 剩余污泥泵2 臺(tái)， 流量為40 m3／h，揚(yáng)程為10 m， 電機(jī)功率為2.2 kW； 提升泵2 臺(tái)， 流量為660 m3／h， 揚(yáng)程為8.6 m， 電機(jī)功率為22 kW。

（6） 高效沉淀池。 設(shè)計(jì)流量為658.3 m3／h， 1座， 分2 系列， 單系列總占地面積約為95 m2， 有效水深為5.75 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 混合時(shí)間為3 min， 絮凝時(shí)間為15 min， 沉淀區(qū)上升流速為8 m／h。 設(shè)高效沉淀池成套設(shè)備1 套， 包括管道混合器2 臺(tái)， DN 300 mm × 1 650 mm； 絮凝攪拌器2 臺(tái)，配套導(dǎo)流筒； 濃縮刮泥機(jī)2 臺(tái)， 直徑為7 m， 功率為0.37 kW； 剩余污泥泵2 臺(tái)， 流量為20 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 功率為1.5 kW； 回流污泥泵2 臺(tái)， 流量為20 m3／h， 揚(yáng)程為10 m， 功率為1.5 kW； 斜管投影面積為80 m2， 斜長1.0 m， 斜管直徑為50 mm。

（7） 纖維轉(zhuǎn)盤濾池。 設(shè)計(jì)流量為658.3 m3／h，1 座， 分2 格， 總尺寸為12.0 m×10.0 m×4.5 m，有效水深為3.7 m。 峰值濾速為6.5 m3／（m2·h）， 轉(zhuǎn)盤直徑為2 m， 濾布過濾精度為10 μm， 濾盤數(shù)量為16 個(gè)， 反洗周期為1 h。 纖維轉(zhuǎn)盤過濾器2 套，采用成套設(shè)備， 成套供應(yīng)現(xiàn)場儀表及控制系統(tǒng)。

（8） 消毒池及回用泵站。 設(shè)計(jì)流量為658.3 m3／h， 1 座， 尺寸為15.00 m×6.35 m×4.50 m， 有效水深為3.7 m， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 消毒池水力停留時(shí)間為46 min； 設(shè)回用水泵3 臺(tái)， 變頻， 流量為400 m3／h， 揚(yáng)程為34 m， 功率為55 kW。

（9） 鼓風(fēng)機(jī)房。 1 座， 平面尺寸為16.0 m×15.0 m， 框架結(jié)構(gòu)。 設(shè)多級離心鼓風(fēng)機(jī)2 臺(tái)， 單臺(tái)供氣量為60 m3／min， 風(fēng)壓為68.6 kPa， 功率為132 kW。

（10） 加藥間。 1 座， 平面尺寸為33.0 m×12.0 m， 框架結(jié)構(gòu)。 設(shè)1 套PAM 制備投加成套裝置， 1套PAC 制備投加成套裝置， 1 套碳酸鈉成套加藥裝置， 1 套次氯酸鈉成套加藥裝置， 1 套乙酸鈉成套加藥裝置。

（11） 污泥濃縮脫水間。 1 座， 平面尺寸為35.1 m×12.0 m， 框架結(jié)構(gòu)。 設(shè)帶式濃縮脫水機(jī)成套設(shè)備1 套， 處理量為20 m3／h， 濾帶有效寬度為1 000 mm， 濾餅含水率不超過80%， 配套污泥泵、 沖洗水泵、 加藥裝置、 螺旋輸送機(jī)、 空壓機(jī)、 控制系統(tǒng)等。

（12） 除臭裝置。 1 套， 成套設(shè)備， 占地尺寸為18.6 m×10.0 m， 處理能力為25 000 m3／h， 成套含生物除臭器、 廢氣輸送系統(tǒng)、 廢氣收集系統(tǒng)、 廢氣排放筒、 就地電控柜等。

5 工程設(shè)計(jì)亮點(diǎn)分析

（1） 半地下式布局形式， 經(jīng)濟(jì)合理

本工程采用半地下式布局， 即污水處理廠內(nèi)除輔助及管理用房外， 主要工藝構(gòu)筑物采用全地下式設(shè)計(jì)［1］。 地上式、 全地下式［2-3］和半地下式［4-5］布局對比詳見表2。

表2 地上式、 全地下式和半地下式布局對比Tab. 2 Comparative analysis of above ground, fully underground and semi-underground overall arrangement

可見， 相對于地上式布局， 半地下式布局占地面積小； 運(yùn)行效果穩(wěn)定， 不受惡劣天氣干擾； 臭氣的密閉性好， 環(huán)境影響小。

相對于全地下式布局， 半地下式布局工程投資小； 基坑深度較小， 施工相對方便； 輔助生產(chǎn)廠房設(shè)計(jì)于地上， 設(shè)備安裝、 維護(hù)、 操作方便［4］。

（2） 統(tǒng)籌考慮工藝選型與全廠布局

工藝選型優(yōu)化， 兼顧全廠布局： 生化池采用鼓風(fēng)曝氣A2O 工藝［6］， 深度適中， 池型方正， 同時(shí)操作靈活， 可控性強(qiáng)； 二沉池采用矩形沉淀池［7］， 占地面積小， 形狀規(guī)整， 便于與其他構(gòu)筑物緊湊布置； 深度處理采用高效沉淀池［8］＋纖維轉(zhuǎn)盤濾池［9］組合工藝， 效率高， 占地小， 同時(shí)操作管理簡單，抗沖擊能力強(qiáng)。

總圖布置緊湊， 構(gòu)筑物集成度高： 將粗、 細(xì)格柵渠與提升泵房合建， A2O 生化池與沉砂池合建， 纖維轉(zhuǎn)盤濾池、 消毒池與回用水泵房合建，既優(yōu)化了水力條件， 減少了水頭損失， 又節(jié)約了用地與投資。

（3） 建筑、 景觀設(shè)計(jì)與城鎮(zhèn)總體風(fēng)格相協(xié)調(diào)

考慮到當(dāng)?shù)氐穆糜挝幕?本工程將構(gòu)筑物隱藏于草坪之下， 地面上是模仿自然界起伏的草坡。 利用污水處理廠自身優(yōu)勢， 引用大量尾水形成池塘，再結(jié)合休閑廣場、 景觀亭和景觀橋及親水平臺(tái)， 形成不同的休閑空間。

建筑設(shè)計(jì)中將徽派風(fēng)格融入現(xiàn)代化工業(yè)廠區(qū)之中， 白墻黛瓦、 馬頭墻高聳， 充滿安徽地域特色及人文氣息。

6 工程運(yùn)行效果

該城鎮(zhèn)污水處理廠于2021 年3 月進(jìn)入聯(lián)動(dòng)調(diào)試， 每天實(shí)際進(jìn)水量為6 000 ～8 000 m3／d， 進(jìn)出水水質(zhì)如表3 所示。 由表3 可知， 該污水處理廠各項(xiàng)出水指標(biāo)均穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002 一級A 標(biāo)準(zhǔn)。 運(yùn)行過程中未對周邊環(huán)境造成不良影響。

表3 污水處理廠實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 3 Actual influent and effluent water quality of sewage treatment plant

7 投資及運(yùn)行成本

本工程總投資約為8 000 萬元， 包含污水處理廠內(nèi)涉及的所有工藝及公用工程。 污水處理廠噸水處理成本低于1.0 元。

8 結(jié)語

本文以某城鎮(zhèn)半地下式污水處理廠為例， 探討了半地下式污水處理廠在市政污水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。 工程采用格柵及提升泵站－沉砂池－A2O 生化池－矩形二沉池－高效沉淀池－纖維轉(zhuǎn)盤濾池－次氯酸鈉消毒的組合工藝。 出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002 一級A 排放標(biāo)準(zhǔn)。

本工程構(gòu)筑物占地面積小， 形狀規(guī)整， 總圖布置緊湊， 集成度高， 建筑設(shè)計(jì)與城鎮(zhèn)總體風(fēng)格相協(xié)調(diào)， 景觀效果好， 投資較低。 實(shí)際運(yùn)行效果表明，該工藝技術(shù)可靠合理， 操作方便， 運(yùn)行成本較低，環(huán)境影響小， 可為類似污水處理廠設(shè)計(jì)提供借鑒。