某半地下式污水處理廠工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

楊巧利，龔本洲

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430010）

1 項(xiàng)目概況

鄂州某污水處理廠分三期建設(shè)，其中一、二期已運(yùn)行多年，設(shè)計(jì)規(guī)模分別為1×104m3/d和2×104m3/d，為地上式污水處理廠。本次建設(shè)項(xiàng)目為該廠三期工程，由于選址距離居民區(qū)較近，環(huán)境敏感度高，且當(dāng)?shù)爻鞘杏玫剌^為緊張，因此采用人造坡地式半地下水廠。三期水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為4×104m3/d，主要處理市政生活污水及少量的工業(yè)污水，占地面積約2.13 hm2。污水處理采用改良型A2/O生物處理+混凝沉淀+過(guò)濾工藝，出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，廠區(qū)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，污泥處理以減量化為主，機(jī)械脫水至含水率≤80%后外運(yùn)。

2 總體方案的選擇

2.1 工程建設(shè)形式的選擇

污水處理廠按照建設(shè)形式可以分為地上式、半地下式和全地下式[1]。與地上式污水處理廠相比，地下式污水處理廠具有對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、協(xié)調(diào)性強(qiáng)、占地面積少、可節(jié)約土地資源的優(yōu)點(diǎn)。地下式污水處理廠的占地面積僅為同等規(guī)模地上式污水處理廠占地面積的1/3～1/2，甚至更低[2]，但其工程造價(jià)比同等規(guī)模地上式污水處理廠的增加了20%～30%，處理成本增加了20%左右[3]。因此，地下式污水處理廠更適合在土地資源高度緊張、對(duì)環(huán)境要求高的地區(qū)建設(shè)[4]。設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程用地情況和工程投資額，對(duì)污水處理廠的建設(shè)形式進(jìn)行了綜合比較，詳見(jiàn)表1。

表1 地上式、人造坡地式、全地下式方案比較

根據(jù)該工程的實(shí)際情況，在綜合考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境要求、場(chǎng)址占地面積、后期運(yùn)維管理及工程投資等因素的前提下，確定采用人造坡半地下式方案。

2.2 進(jìn)出水水質(zhì)的確定

該污水處理廠一、二期已經(jīng)運(yùn)行多年，本次為三期工程，與一、二期共用一套污水管網(wǎng)系統(tǒng)。此次進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)根據(jù)對(duì)實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)的分析，同時(shí)考慮工業(yè)廢水量、水質(zhì)的波動(dòng)情況以及污水廠遠(yuǎn)期發(fā)展需求等綜合因素來(lái)進(jìn)行設(shè)置；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）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì) mg/L

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 總平面布置及工藝流程

該工程設(shè)計(jì)規(guī)模為4×104m3/d，采用改良型A2/O生物處理+混凝沉淀+過(guò)濾工藝，主要處理構(gòu)筑物分兩組并聯(lián)。考慮到有部分工業(yè)污水排入，且水質(zhì)波動(dòng)較大，為避免對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)造成沖擊和破壞，在地上設(shè)置事故池，并在生化池之前設(shè)置水解酸化池，以提高污水的生化性能。

廠區(qū)進(jìn)水主要來(lái)自廠外的污水提升泵站，通過(guò)配水井與一、二期進(jìn)行配水，重力流進(jìn)入箱體預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)生化處理、深度處理和消毒后，排入水體，具體流程見(jiàn)圖1。

圖1 工藝流程

廠區(qū)分為地上和地下箱體兩部分，其中地上構(gòu)筑物包含綜合樓、加氯間和事故池，地下箱體部分主要為污水處理單元，包含預(yù)處理系統(tǒng)（細(xì)格柵、曝氣沉砂池及水解酸化池）、二級(jí)處理系統(tǒng)（改良A2/O生物反應(yīng)池及周進(jìn)周出二沉池）、深度處理系統(tǒng)（高效沉淀池及機(jī)械過(guò)濾間）、消毒系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)、除臭系統(tǒng)、消防系統(tǒng)及配套附屬設(shè)施（鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間、配電間等），具體詳見(jiàn)圖2和圖3。

圖2 平面布置

圖3 廠區(qū)頂部效果

3.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

1）事故池。由于服務(wù)范圍內(nèi)有部分工業(yè)企業(yè)，工業(yè)污水由企業(yè)自行處理達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）后排入市政管網(wǎng)。為了避免工業(yè)污水對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊，污水廠設(shè)有事故池，用于暫時(shí)儲(chǔ)存超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水濃度的污水。事故池水力停留時(shí)間按8 h考慮，池內(nèi)設(shè)有潛水?dāng)嚢杵骷皾撍盼郾谩?/p>

2）細(xì)格柵及曝氣沉砂池。細(xì)格柵設(shè)置2個(gè)渠道，單渠寬度為1.4 m，柵條間隙為3 mm，柵前水深為1.15 m。曝氣沉砂池設(shè)置2組，水力停留時(shí)間為5.76 min，與細(xì)格柵合建。

3）水解酸化池。根據(jù)項(xiàng)目一、二期進(jìn)水水質(zhì)分析可知，BOD/COD基本穩(wěn)定在0.3左右，可生化性偏低，不利于后續(xù)生化系統(tǒng)運(yùn)行，因此在生化池前增設(shè)水解酸化池，對(duì)進(jìn)水中不可生化和難以生化的有機(jī)物進(jìn)行水解，提高污水可生化性。水解酸化池共設(shè)置2座，每座分為4組，有效水深為7 m，停留時(shí)間為8.3 h；設(shè)置8套可調(diào)節(jié)脈沖布水器，減少后期池內(nèi)淤積的可能。

4）改良A2/O生物反應(yīng)池。在傳統(tǒng)A2/O生物反應(yīng)池的基礎(chǔ)上，增加了多點(diǎn)進(jìn)水，并設(shè)置了前置反硝化區(qū)，以提高原水碳源利用率，同時(shí)減少回流污泥中攜帶的硝態(tài)氮對(duì)厭氧區(qū)的影響，強(qiáng)化脫氮除磷的效率。設(shè)計(jì)進(jìn)水ρ（BOD5）≤130 mg/L，ρ（TN）≤45 mg/L，ρ（BOD5）/ρ（TN）=2.89，小 于GB 50014—2021的 要求，說(shuō)明碳源很難滿(mǎn)足脫氮要求。因此，在系統(tǒng)中設(shè)置了碳源投加裝置，投加點(diǎn)分別設(shè)置在缺氧區(qū)的前部和中部，并可根據(jù)設(shè)置在缺氧區(qū)的ORP在線檢測(cè)儀表實(shí)時(shí)反饋反硝化效果，實(shí)現(xiàn)碳源的定量投加，達(dá)到精準(zhǔn)脫氮的目的。改良A2/O生物反應(yīng)池設(shè)置為2組，設(shè)計(jì)水溫為12℃，水力總停留時(shí)間為16.2 h，其中在前置反硝化區(qū)停留0.5 h，在厭氧區(qū)停留1.5 h，在缺氧區(qū)停留4.6 h，在好氧區(qū)停留9.6 h。污泥回流比為100%，混合液回流比為200%~300%，污泥齡為18 d。池頂按照全密封設(shè)置，局部預(yù)留設(shè)備檢修孔，并設(shè)置除臭收集管道，頂部適當(dāng)位置放置生物除臭裝置，提高空間利用率。

5）二沉池及中間提升泵房。二沉池采用周進(jìn)周出矩形二沉池，共設(shè)置4組。沉池水力表面負(fù)荷為1.2 m3/（m2·h）。出水進(jìn)入中間提升泵房，內(nèi)設(shè)3臺(tái)潛水排污泵，2用1備，單臺(tái)水泵流量為1 175 m3/h，揚(yáng)程為10 m。

6）高效沉淀池。高效沉淀池共設(shè)置2組，混合時(shí)間為1.75 min，絮凝區(qū)停留時(shí)間為9.02 min，斜管區(qū)上升流速為10 m3/(m2·h)，污泥回流比率達(dá)2%~5%。

7）機(jī)械過(guò)濾間及紫外線消毒渠。機(jī)械過(guò)濾間共設(shè)置2組，每組設(shè)置1套回轉(zhuǎn)式精密過(guò)濾設(shè)備，并考慮超越渠道。紫外線消毒渠設(shè)有2個(gè)渠道，紫外線劑量≥25 mJ/cm2，透光率≥65%，同時(shí)設(shè)有次氯酸鈉輔助消毒，加氯間設(shè)置在箱體外。

除上述單體設(shè)備外，還設(shè)有污泥脫水間、加藥間、鼓風(fēng)機(jī)房、消防水池、配電間等附屬建構(gòu)筑物。

3.3 BIM設(shè)計(jì)的應(yīng)用

本項(xiàng)目采用BIM可視化平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以revit設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)Civil3D、NavisWorks等多種軟件綜合運(yùn)用，植入人工AI的BIM動(dòng)態(tài)景觀設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)出了建設(shè)完成后的場(chǎng)景。該模型可實(shí)現(xiàn)多專(zhuān)業(yè)間在線互動(dòng)溝通，為優(yōu)化設(shè)計(jì)方案提供便利。通過(guò)人工漫游，可直觀復(fù)核安全疏散要求，提升地下污水廠的整體生產(chǎn)安全性。BIM設(shè)計(jì)示例見(jiàn)圖4。

4 工藝設(shè)計(jì)總結(jié)

1）與全地下式污水處理廠相比，人造坡地式半地下污水處理廠不僅能夠節(jié)約土地資源、促進(jìn)廠區(qū)環(huán)境與周?chē)鄥f(xié)調(diào)，同時(shí)還具有投資省、施工難度小、管理運(yùn)維方便等優(yōu)勢(shì)，因此在我國(guó)污水處理應(yīng)用中逐漸得到了推廣。

2）污水廠的進(jìn)水水質(zhì)直接關(guān)系到污水處理工藝的選擇和處理構(gòu)筑物尺寸的確定，進(jìn)而也決定著工程投資及后期運(yùn)維管理的方法。本工程根據(jù)該廠一、二期近幾年的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)，按照85%~90%的保證率來(lái)確定設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。同時(shí)，考慮到有工業(yè)污水進(jìn)入的可能，專(zhuān)門(mén)設(shè)有事故池，以減輕超標(biāo)的工業(yè)污水對(duì)后續(xù)生化系統(tǒng)的沖擊。

3）地下式污水處理廠對(duì)進(jìn)水的安全性要求比較高，對(duì)于預(yù)處理設(shè)置在箱體內(nèi)的水廠，污水自污水管網(wǎng)進(jìn)入預(yù)處理前端，必須設(shè)置兩道閘門(mén)，其中一道應(yīng)設(shè)置在箱體外，且為速閉閘，提供單獨(dú)的電源供給保障。

4）半地下式污水處理廠應(yīng)盡量減少占地，廠區(qū)構(gòu)筑物布置應(yīng)順暢、緊湊，二沉池建議采用周進(jìn)周出矩形二沉池，最大時(shí)水力表面負(fù)荷不應(yīng)超過(guò)1.3 m3/（m2·h）。

5）充分利用BIM技術(shù)，在協(xié)同各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，還能直觀地展現(xiàn)項(xiàng)目建成效果，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。