地埋式污水處理廠技術(shù)及應(yīng)用前景研究

廖之堅(jiān)

（福州恒友水務(wù)有限公司，福建 長樂 350200）

0 引言

地埋式污水處理廠與地面式污水處理廠最為顯著的差異在于將污水處理的大部分、甚至全部構(gòu)筑物集中在構(gòu)筑物箱體，并將箱體埋設(shè)在地下，不僅大幅減少了占地面積，還降低了對附近環(huán)境的影響[1]。不僅如此，由于地下處于恒溫狀態(tài)，所以污水處理不會受到外界環(huán)境的干擾。因?yàn)樯鲜鰞?yōu)勢，地埋式污水處理廠如今發(fā)展為生態(tài)文明建設(shè)的可持續(xù)綠色污染處理方案。但是地埋式污水處理廠在建設(shè)與運(yùn)行的過程中也有許多問題尚未解決，如建設(shè)成本較高以及運(yùn)營管理難度大等[2]。因此，地埋式污水處理廠積極進(jìn)行技術(shù)升級，才能獲得良好的發(fā)展前景。目前，地埋式污水處理廠技術(shù)及其應(yīng)用前景是許多學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)。

1 地埋式污水處理廠的主要優(yōu)勢

1.1 減少對附近環(huán)境的危害

地埋式污水處理廠（圖1）的所有污水處理設(shè)施均埋設(shè)在地下，所以設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行期間產(chǎn)生的噪聲、振動對人們不會產(chǎn)生明顯的干擾，對減少城市噪聲污染具有積極的作用[3]。另外，由于地埋式污水處理廠處于地下，具有較強(qiáng)的空間密閉性，可以減小臭氣對正常污水處理工作的影響，減少污水處理期間形成的臭氣對附近環(huán)境的污染。特別是從城市附近區(qū)域的發(fā)展角度來說，傳統(tǒng)的地面式污水處理廠需要設(shè)立一些隔離帶，導(dǎo)致附近城市配套硬件設(shè)施受到影響。而地埋式污水處理廠頂部全部覆蓋泥土，附近的公園、停車場以及商業(yè)設(shè)備自然不會受到地埋式污水處理廠的影響。

圖1 地埋式污水處理廠的基本設(shè)計(jì)

1.2 節(jié)省占地面積

地埋式污水處理廠相較于傳統(tǒng)的地面式污水處理廠而言，最為顯著的優(yōu)勢便是節(jié)省占地面積。如今，城市用地十分緊張，所以科學(xué)地應(yīng)用地下空間開展污水處理廠的建設(shè)、經(jīng)營以及管理是城市用地規(guī)劃十分關(guān)注的內(nèi)容。相較于地面式污水處理廠，地埋式污水處理廠可以減小占地面積以及必要的衛(wèi)生防護(hù)距離，有助于提高附近土地的利用效率。調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，我國當(dāng)前的地面污水處理廠占地指標(biāo)通常在8000～10 000 m2/（104m3·d），而地埋式污水處理廠的占地指標(biāo)則僅在3000～5000 m3/（104m3·d），用地面積節(jié)省率達(dá)到37%～60%。

1.3 運(yùn)行穩(wěn)定

地埋式污水處理廠的大部分構(gòu)筑物處于地下，不會遭受外界環(huán)境的干擾，水溫基本處于恒定的狀態(tài)，為污水生物處理工作提供了良好的環(huán)境與條件，使污水處理工作的運(yùn)行更為穩(wěn)定。

2 地埋式污水處理廠技術(shù)的應(yīng)用情況

2.1 多級多段AAO的脫氮除磷處理方法

我國在20世紀(jì)就已經(jīng)開展了分段進(jìn)水厭氧-缺氧-好氧法（anaerobic-anoxic-oxic,AAO）技術(shù)的研究、開發(fā)以及應(yīng)用。我國學(xué)者提出了許多有效的工藝技術(shù)，得到了十分廣泛的應(yīng)用[4]。例如，我國學(xué)者積極研發(fā)了多級多段AAO技術(shù)，該技術(shù)具有處理效率高、可以高效應(yīng)用碳源完成脫氮操作、抗沖擊負(fù)荷能力優(yōu)秀以及可以節(jié)省碳源投入等優(yōu)勢，通過應(yīng)用該技術(shù)，不僅可以顯著提高污水處理工作的效率，同時能夠有效節(jié)省企業(yè)投入的成本。

以我國某地埋式污水處理廠為例，該工程1期規(guī)?？傆?jì)80 000 m3/d，是所在城市的首個地埋式污水處理廠，出水水質(zhì)滿足本地《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 11/890—2012）內(nèi)的B標(biāo)準(zhǔn)，且核心指標(biāo)均符合IV類水水質(zhì)的需要。生化池引入了3段AAO脫氮除磷技術(shù)，污水總停留時長為19.154 h，有效容積總計(jì)64 149 m3，污泥平均濃度可達(dá)到4500 mg/L，好氧泥齡為9 d，產(chǎn)泥系數(shù)定為0.85，氣水之間的比值為6.5:1。生物池中各個分段好氧區(qū)的消化液可直接流進(jìn)之后分段的缺氧區(qū)?？梢?，這種技術(shù)可以精簡傳統(tǒng)AAO技術(shù)的內(nèi)回流設(shè)備，最大限度減少運(yùn)行投入的成本。該地埋式污水處理廠建成之后每日的污水處理量較為穩(wěn)定，經(jīng)過脫氮除磷后的污水滿足相關(guān)文件規(guī)范的要求。

2.2 生物除臭方法

結(jié)合實(shí)際調(diào)查情況可知，污水處理設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的臭氣主要源自如下位置和工序：①進(jìn)水區(qū)域，該區(qū)域的臭氣氣味值為45，浮動范圍為25～80。②格柵井以及泵站集水池，該區(qū)域的臭氣氣味值為85，浮動范圍為32～136。③沉砂池，該區(qū)域的臭氣氣味值為60，浮動范圍為30～90。④生化池，該區(qū)域的臭氣氣味值為50，浮動范圍為21～101。⑤二沉池，該區(qū)域的臭氣氣味值為30，浮動范圍為12～50。⑥二襯污泥提升工序，該工序形成的臭氣氣味值為45，浮動范圍為26～82。⑦生污泥堆放區(qū)域，該區(qū)域的臭氣氣味值為200，浮動范圍為30～800。⑧機(jī)械污泥脫水室，該區(qū)域的臭氣氣味值為400，浮動范圍為50～770。通過分析上述數(shù)據(jù)可知，臭氣值較高的區(qū)域主要集中在污水初期處理環(huán)節(jié)，包括沉砂池、提升泵房集水池等區(qū)域，同時包括污泥處理部分，包含脫水間以及儲泥池，這些都是除臭的核心區(qū)域[5]。

地埋式污水處理廠的核心處理設(shè)施均處于地下較為密閉的空間中，因此施工人員必須第一時間處理污水加工期間產(chǎn)生的臭氣，以實(shí)現(xiàn)地下空間日常生產(chǎn)以及養(yǎng)護(hù)，所以除臭系統(tǒng)是地埋式污水處理廠最為核心的構(gòu)成部分[6]。如今，地埋式污水處理廠普遍采用生物除臭技術(shù)，即運(yùn)用硫磺氧化細(xì)菌和硝化細(xì)菌等好氧性微生物分解污水中的硫化物以及氨等臭氣物質(zhì)，達(dá)到除臭的效果。臭氣中留存的惡臭物質(zhì)因填料表層的水分而溶解、吸收以及附著，繼而被填料表層存在的微生物、氧化，形成不含臭味的氧化物。該技術(shù)具有抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)度高、適用范圍廣泛以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低等優(yōu)勢，如今，大部分地埋式污水處理廠均開始嘗試應(yīng)用生物除臭技術(shù)，獲得了十分理想的應(yīng)用效果。

2.3 雙層沉淀池技術(shù)及其運(yùn)用

雙層沉淀池技術(shù)是通過添加一層沉淀池底板，將原本的平流沉淀池隔斷為兩座并不深的平流沉淀池的技術(shù)。該技術(shù)在提高沉淀池處理效率的同時，能進(jìn)一步加強(qiáng)祛濁的效果，同時可以有效縮短沉淀池中廢水的停留時長[7]。因?yàn)檫m當(dāng)加深了沉淀池的水深，雙層沉淀池的池長得到縮減，占地面積也隨之減少，滿足地埋式污水處理廠的建設(shè)需求。

以地埋式污水處理廠為例，該污水處理廠最初的設(shè)計(jì)規(guī)?？傆?jì)為200 000 m3/d，出水水質(zhì)符合我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求，該廠沉淀池選用雙層沉淀池技術(shù)。地埋式污水處理廠將二沉池分為16個格，將表面負(fù)荷設(shè)定為0.9 m3/（m2·d），污水在該池子內(nèi)停留時長平均為2.57 h，雙層沉淀池容積總量為27 660 m3，上層沉淀區(qū)總長度為60 m，下層沉淀區(qū)總長度達(dá)到55 m，有效水深可達(dá)到3 m?，F(xiàn)場設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前二沉池固體懸浮物濃度去除率基本處于85%～99.2%，去污效果理想，運(yùn)行十分穩(wěn)定。由此可見，該技術(shù)顯著提高了地埋式污水處理廠的工作效率及質(zhì)量。

2.4 其他綠色技術(shù)

地埋式污水處理廠把污水處理的構(gòu)筑物集中埋設(shè)在地下，所以地面空間與利用空間增加，大量的地面空間可以用于修建休閑生態(tài)公園，為城市居民提供更多的休息與服務(wù)空間。這些區(qū)域可以引入綠色技術(shù)，例如光伏發(fā)電及自然采光等技術(shù)，如此不僅能使得場地得到充分運(yùn)用，同時能提高能源的運(yùn)用效率，減少污水處理廠的能源損耗，節(jié)約投入成本。

3 地埋式污水處理廠的發(fā)展前景

我國曾將大型化、集中化視為污水處理廠建設(shè)的主要導(dǎo)向。從經(jīng)濟(jì)角度而言，大規(guī)模污水處理廠有一定的優(yōu)勢，例如，單位投入成本以及管理費(fèi)用相較于小規(guī)模污水處理廠更低。但是大規(guī)模污水處理廠使用的排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模需要擴(kuò)大，埋深需要開挖更深的土層，且泵站提升費(fèi)用增加，所以通常需要投入更高的成本，成本甚至超出污水處理廠的建造費(fèi)用，這對于部分政府資金不足的區(qū)域而言，實(shí)施難度較高。我國大規(guī)模城市污水處理廠的建設(shè)同時容易受到城市規(guī)劃的干擾，一方面，部分地區(qū)的城市整體規(guī)劃設(shè)計(jì)不科學(xué)，城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)沒有依照預(yù)期規(guī)劃的方向發(fā)展，所以在設(shè)計(jì)與修建污水處理廠的過程中，由于處理水量比預(yù)測水量高，水廠設(shè)計(jì)的整體規(guī)模增加，需要更多的資金。另一方面，部分城市政府部門僅著眼短期規(guī)劃，在挑選污水處理廠建造位置時，傾向于選擇城鄉(xiāng)接合部或居民數(shù)量較少的區(qū)域，或是挑選一些尚未被納入發(fā)展規(guī)劃的區(qū)域，希望節(jié)約大規(guī)模污水處理廠的構(gòu)建成本。由于對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的預(yù)估出現(xiàn)問題，污水處理廠附近區(qū)域的發(fā)展速度加快，而污水處理廠的存在反而限制了當(dāng)?shù)氐倪M(jìn)一步發(fā)展。

因此，污水處理廠的建設(shè)應(yīng)遵守因地制宜、從點(diǎn)至面的基本原則，即可以在源頭或小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)治理的污水，不建議擴(kuò)大治理范圍，尤其是含有重金屬或是存在毒害污染物的工業(yè)廢水，若不在“點(diǎn)”上治理，將嚴(yán)重影響大規(guī)模城市污水處理系統(tǒng)的正常應(yīng)用。城市污水處理廠的建造必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，如果地方政府沒有足夠的資金支持當(dāng)?shù)亟⒋笠?guī)模的排水管網(wǎng)，可以修建小規(guī)模的地埋式污水處理廠。在建設(shè)小規(guī)模地埋式污水處理廠的過程中，要遵守就近處理、就近回收利用的原則。小規(guī)模地埋式污水處理廠的污水收集以及中水回用管網(wǎng)規(guī)模小，可節(jié)省資金，同時可以結(jié)合不同區(qū)域污水的質(zhì)量，設(shè)計(jì)具有針對性的技術(shù)方案，加強(qiáng)處理效果。我國地埋式污水處理廠從集中向分散發(fā)展是必然趨勢，許多發(fā)達(dá)國家的污水處理廠基本呈小規(guī)?；l(fā)展，如日本很多大城市中建設(shè)了20 000 t或30 000 t的處理廠。目前我國開始加快小城市的發(fā)展速度，而小城市適合建設(shè)小規(guī)模的污水處理廠。因?yàn)槭艿降匦魏铜h(huán)境的約束，部分小規(guī)模污水處理廠必須建于居民區(qū)或是商業(yè)中心鄰近區(qū)域，如果希望避免或是減少污水處理廠對附近區(qū)域的影響，節(jié)省城市用地，則地埋式污水處理廠是最佳的選擇。

另外，城市建設(shè)地埋式污水處理廠還可實(shí)現(xiàn)冬季保溫，這對于我國北方相對寒冷的區(qū)域具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價值。我國北方地區(qū)進(jìn)入冬季之后，氣溫驟降，而地埋式污水處理廠在生化處理過程中會產(chǎn)生一定的熱量，在保證處理效果的情況下，還能夠節(jié)省由于保溫而損耗的大規(guī)模能源。

4 結(jié)語

如今，地埋式污水處理技術(shù)較為完善，在國外得到廣泛的應(yīng)用。我國應(yīng)意識到地埋式污水處理廠節(jié)省用地以及對附近環(huán)境影響小等優(yōu)勢，積極應(yīng)用生物除臭方法以及雙層沉淀池技術(shù)等污水處理技術(shù)，并明確我國城市污水處理廠的發(fā)展前景，結(jié)合本地環(huán)境修建高質(zhì)量的地埋式污水處理廠，保證我國污水處理工作的質(zhì)量。