特殊狹長(zhǎng)用地情況下地下廠污水處理廠設(shè)計(jì)案例

地下式污水處理廠的建設(shè)有多種應(yīng)用場(chǎng)景，如對(duì)處理后的出水有再生利用需求，需采用地下分散式污水治理思路，避免污水處理廠設(shè)置在下游，增加輸水干管敷設(shè)長(zhǎng)度；對(duì)選址用地有集約節(jié)地的要求，現(xiàn)有用地面積無法滿足常規(guī)布置需求；降低選址對(duì)周邊用地價(jià)值的鄰避效應(yīng)，以減少對(duì)周邊的噪聲污染和環(huán)境影響等。地下式污水處理廠在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展較為迅速，目前集中應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密度高、對(duì)土地資源要求和環(huán)境質(zhì)量要求高的城市及地區(qū)。如采用多級(jí)AO工藝的全地下式北京市碧水再生水廠；采用“預(yù)處理+二級(jí)生物處理+混凝沉淀+反硝化過濾”工藝的全地下式上海市泰和污水處理廠；貴陽(yáng)市南明河流域采用AAO+MBR工藝的貴醫(yī)污水處理廠等。當(dāng)前，在北上廣深等一線城市、昆明市和大理市等環(huán)境敏感區(qū)域以及杭州市、青島市、合肥市等人口密度較高地區(qū)均有運(yùn)行或在建的地下式污水處理廠。

本文總結(jié)了狹長(zhǎng)形用地紅線內(nèi)全地下式污水處理廠同標(biāo)高共底板的設(shè)計(jì)思路，最大程度發(fā)揮豎向空間作用，結(jié)合池體豎向分布特點(diǎn)，利用生物反應(yīng)池臨近空間設(shè)置溢流調(diào)節(jié)泵房，作為同類地下式污水處理廠工藝設(shè)計(jì)及功能布局的參考。

1 項(xiàng)目概況

地下式污水處理廠的建設(shè)多布設(shè)于用地條件受限或出水需就地資源化的場(chǎng)景。由于本案例選址臨近密集的住宅區(qū)和大型商圈，公用設(shè)施建設(shè)用地面積有限且為狹長(zhǎng)條狀，綜合考慮出水水質(zhì)、對(duì)周邊環(huán)境的影響等因素，設(shè)計(jì)確定采用全地下式污水處理廠。出水水質(zhì)按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放要求設(shè)計(jì)，除TN含量按≤15 mg/L、SS含量按≤10 mg/L執(zhí)行外，其他指標(biāo)均執(zhí)行地表IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該污水處理廠處理后尾水排入臨近明渠，作為明渠的生態(tài)補(bǔ)水。

2 處理工藝

目前，地下式污水處理廠二級(jí)處理核心工藝通常選擇改良AAO、深床濾池、MBBR等一些運(yùn)行成熟、能耗低的工藝或其組合。根據(jù)國(guó)內(nèi)地下污水處理廠的調(diào)研，50%以上的地下污水處理廠采用AAO及其改良工藝作為污水處理主工藝，超過25%的地下污水處理廠采用MBR作為主工藝，IFAS、MBBR工藝等高效生物膜工藝在地下式污水處理廠中也有應(yīng)用。

本工程污水處理廠進(jìn)水為暗涵輸送周邊區(qū)域的生活污水，旱季為片區(qū)旱流污水，雨季則為合流污水，參考周邊區(qū)域污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)并調(diào)研晴雨季明渠水質(zhì)后確定進(jìn)水水質(zhì)，結(jié)合修建性規(guī)劃對(duì)該明渠河道的功能定位及尾水的補(bǔ)水用途，出水水質(zhì)需穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)達(dá)到地表IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，最終確定本工程進(jìn)、出水水質(zhì)。

選址現(xiàn)場(chǎng)南北兩端分別為鐵路干線和加氣站，出于安全考慮深基坑南北兩端須退讓50.0 m以上的距離，地下空間可用面積不足2×104m2，因此，嚴(yán)格的用地限制是工藝選擇的主因，而采用常規(guī)二級(jí)處理加深度處理并不具備現(xiàn)實(shí)條件。鑒于嚴(yán)格的用地限制及周邊商住環(huán)境限制，必須選擇占地少、處理效果穩(wěn)定可靠的工藝，同時(shí)能有機(jī)組合減少環(huán)境影響，最終確定該污水處理廠的工藝流程如圖1所示。

該工藝采用多點(diǎn)進(jìn)水，厭、缺氧區(qū)均設(shè)進(jìn)水口，以解決缺氧區(qū)碳源不足的問題。AAO生物池混合液采用分段回流，缺氧池混合液回流至厭氧池補(bǔ)充污泥量，降低厭氧池DO確保聚磷菌有效釋磷，好氧池混合液回流至缺氧池實(shí)現(xiàn)硝化液回流，膜池內(nèi)高濃度污泥外回流至好氧池。生物池的內(nèi)、外回流比例據(jù)進(jìn)水水質(zhì)靈活控制，可最大限度利用碳源，提高脫氮率和抗晴雨季水質(zhì)波動(dòng)的能力。

地上式污水處理廠泥水分離多采用圓形幅流式二沉池，地下式污水處理廠受限于空間及對(duì)集約用地的需求，多采用單層或雙層矩形沉淀池。此外，MBR膜也是一種常見的泥水分離方式。為減少占地和提高出水水質(zhì)，該工藝泥水分離通過MBR完成，污水處理車間采用全地埋設(shè)置，結(jié)構(gòu)形式采用箱體，構(gòu)筑物均加蓋以便臭氣收集和處理。

3 處理車間布置

地下式污水處理廠需考慮污水處理及輔助設(shè)施的布置，按常規(guī)分設(shè)兩組獨(dú)立處理線，這既要結(jié)合用地條件，又要結(jié)合區(qū)間功能與施工、巡檢等所需空間以及采光通風(fēng)、除臭消防等要求統(tǒng)籌考慮。

建設(shè)方給定的用地范圍是長(zhǎng)約500.0 m、寬約80.0 m的條狀地塊，南面為鐵路，西面為大型商圈，東面為高架路，綜合上述邊界條件，優(yōu)化設(shè)計(jì)后確定該地下污水處理廠處理車間平面布置如圖2所示。

總平面打破常規(guī)的中間道路、兩邊對(duì)稱的布置方式，結(jié)合用地紅線的特點(diǎn)，將地下道路布置在紅線的弧形一側(cè)，兩條水處理生產(chǎn)線并列緊湊地布置在另一側(cè)，盡可能減少對(duì)用地的分割。根據(jù)池體深度在豎向上的分布特點(diǎn)，利用生物池對(duì)應(yīng)路段下方的空間安排應(yīng)急溢流調(diào)節(jié)泵房和排水泵房，最大程度發(fā)揮豎向空間的作用。

整個(gè)污水處理車間長(zhǎng)約282.0 m，寬約64.0 m，采用雙層加蓋形式，主要分兩層：上層層高約6.6 m，為設(shè)備操作層和車道，下層層高約7.0 m，為構(gòu)筑物層及管廊。車間頂部覆土1.6 m以上，車間下部距設(shè)計(jì)地面最深處約15.4 m（生物池和應(yīng)急溢流泵房底板內(nèi)底），其他部分在地下9.4~13.4 m。箱體頂板向長(zhǎng)邊方向放坡，以排放景觀土壤層的積水。車道入口附近設(shè)雨篷，采用反坡設(shè)計(jì)并設(shè)置橫向截水溝。

預(yù)處理區(qū)主要為兩道格柵及沉砂區(qū)，如圖3所示，包括柵渣區(qū)，豎向上將細(xì)格柵池的下部空間作為空壓機(jī)設(shè)備間。預(yù)處理區(qū)內(nèi)充分利用高凈空部分作為格柵沖洗水箱及水泵放置區(qū)域。

生化處理區(qū)則為AAO主工藝段，如圖4~圖7所示，在結(jié)構(gòu)的豎向設(shè)計(jì)上作為最大埋深處，整體為鍋底狀，設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵是AAO生物池及MBR反洗水池溢流排水的去處。為減少占地，結(jié)合管廊首層設(shè)置，將MBR反洗水池及AAO生物池溢流排水全部納入管廊最底層的排水泵房和溢流泵房?jī)?nèi)，與生物池共底板。除臭設(shè)施置于生物池頂板上，能充分利用生物池頂板上方空間。

設(shè)備及加藥間包括MBR產(chǎn)水泵、鼓風(fēng)機(jī)房、配電間等，構(gòu)成附屬綜合車間，污泥處理區(qū)則包括脫水間、泥庫(kù)、消毒間等。加藥間藥劑采用液體藥劑地面卸料方式，通過卸料泵將藥劑接入加藥間。離心濃縮脫水后的污泥通過管廊地下一層車行通道收集外運(yùn)處置。

該污水處理車間占地約1.8×104m2，考慮地上景觀及配套驛站總用地紅線的面積約2.91×104m2，根據(jù)《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》中污水處理廠對(duì)用地指標(biāo)的要求，二級(jí)處理加深度處理占地指標(biāo)為0.8m2/t，該地下式污水處理廠占地僅為同規(guī)模常規(guī)地面污水處理廠占地（8×104m2）的36.4%。

4 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 進(jìn)水及預(yù)處理單元

進(jìn)水由明渠自流進(jìn)入結(jié)合井，經(jīng)井內(nèi)粉碎性格柵機(jī)處理后通過下開式堰門自流進(jìn)入地下式污水處理廠細(xì)格柵池，細(xì)格柵、曝氣沉砂池及膜格柵作為預(yù)處理單元組合在一起，在預(yù)處理終端形成兩組配水井。細(xì)格柵間安裝3臺(tái)柵隙為5 mm的內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式細(xì)格柵，膜格柵間安裝4臺(tái)柵隙為1 mm的內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式精細(xì)膜格柵。

曝氣沉砂池分兩格，每格裝有10處T型鋼制穿孔管，供氣由兩套磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)提供，單臺(tái)流量為18m3/min，風(fēng)壓為39.2 kPa。每格安裝1臺(tái)漂浮螺桿，通過管道輸送至浮渣分離一體機(jī)。另設(shè)兩套氣提吸砂泵和一套砂水分離器Q=60 m3/h。曝氣沉砂池水力停留時(shí)間為6.5 min，曝氣量為0.2 Nm3/m3污水。

4.2 二級(jí)處理及消毒出水

生化單元為AAO生物池，設(shè)兩組，對(duì)稱布置形成整體，隔墻分隔，每座由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)及好氧區(qū)組成，厭、缺氧區(qū)分段進(jìn)水，既補(bǔ)充了反硝化碳源以提高脫氮效率，又降低了回流硝化液攜帶的溶解氧。

厭、缺氧區(qū)及好氧區(qū)均以導(dǎo)流墻形成推流式的矩形水池，厭、缺氧區(qū)內(nèi)均設(shè)潛水推進(jìn)器，各分區(qū)均設(shè)3臺(tái)穿墻潛水泵。MBR膜池內(nèi)污泥回流到好氧區(qū)的回流比為300%~400%，回流渠道內(nèi)設(shè)8臺(tái)（6用2備）污泥回流泵，將膜池污泥回流至好氧區(qū)起端，兩臺(tái)剩余污泥泵的單泵流量為130 m3/h，揚(yáng)程為16 m。AAO生物池設(shè)計(jì)泥齡為12 d，污泥負(fù)荷為0.055 kgBOD5/(kg MLSS·d)，總停留時(shí)間為10.35 h。

生物池好氧區(qū)采用板條式曝氣器，設(shè)計(jì)氣水比為5.2：1.0，由鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)3臺(tái)帶變頻裝置的空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)提供曝氣，單機(jī)供氣量為181 m3/min。

AAO生物池后接MBR池及紫外線消毒間，MBR膜池分2組，承擔(dān)泥水分離功能，另外可強(qiáng)化有機(jī)物和氮的去除效果。該工藝將MBR膜池與AAO好氧池合建，通過渠道調(diào)整MBR進(jìn)、出水方向，將膜池的進(jìn)水引入后端，而回流液在膜池前端，采用穿墻泵和回流渠完成污泥回流。每組膜池共分為7列，每列有膜組件19個(gè)，每列預(yù)留膜組件安裝空位1個(gè)，該單元共安裝膜組件數(shù)量為133個(gè)。選用聚偏氟乙烯（PVDF）浸沒式中空纖維膜，孔徑為0.04 μm，膜面積共237 910.4 m2，平均膜通量為17.5 L/(m2·h)，最大跨膜壓差為0.05 MPa，膜組件產(chǎn)水10~12 min，反吹掃1 min。MBR膜池一側(cè)設(shè)置酸洗池、堿洗池、沖洗水池及反沖洗水池。膜池吹掃由鼓風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)3臺(tái)帶變頻空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)提供，氣水比為9.0:1.0。

采用3套管式紫外線消毒裝置，每套平均處理流量為1 389 m3/h，紫外消毒設(shè)備紫外線劑量在15~22 mJ/cm2。此外，預(yù)留應(yīng)急時(shí)NaClO的投加及相應(yīng)管路系統(tǒng)，出水經(jīng)巴氏計(jì)量槽計(jì)量后排入臨近明渠作為生態(tài)補(bǔ)水。

4.3 污泥處理單元

污泥處理單元由污泥緩沖池、離心式濃縮脫水一體機(jī)及污泥料倉(cāng)組成，設(shè)5套離心濃縮脫水一體設(shè)備（4用1備），每套處理量為50 m3/h，剩余污泥含水率由99.4%降至80.0%以下，每日運(yùn)行16 h。輔助設(shè)施包括污泥切割機(jī)、污泥進(jìn)料泵、加藥泵、沖洗裝置及制藥設(shè)備。每臺(tái)脫水機(jī)配套脫水后干污泥輸送泵，脫水污泥被送至料倉(cāng)，兩套污泥料倉(cāng)總?cè)莘e為100 m3，卸料能力為30 m3/h。脫水機(jī)設(shè)兩套PAM制配系統(tǒng)，1用1備，配置能力為5 kg/h，配備5臺(tái)PAM投藥泵，單泵流量為1 500 L/h，投加點(diǎn)位包括污泥脫水前和污泥緩沖池。

4.4 加藥單元

加藥間藥劑配置采用液態(tài)藥劑，包括混凝劑PAC、碳源NaAc、檸檬酸和NaClO，設(shè)卸藥泵，流量為20 m3/h，并配置藥劑儲(chǔ)罐及投配系統(tǒng)。PAC藥劑投加點(diǎn)為好氧池出水端，單泵流量為350 L/h；NaAc投加至生物池缺氧區(qū)補(bǔ)充碳源，單泵流量為500 L/h；檸檬酸原位清洗投加至產(chǎn)水泵吸水管、酸洗池和水洗池；NaClO原位清洗投加至產(chǎn)水泵吸水管、堿洗池、水洗池和反沖洗池。

4.5 除臭及通風(fēng)單元

除臭采用生物除臭，所需密閉、收集及除臭的構(gòu)筑物及設(shè)施主要為進(jìn)水及預(yù)處理單元、二級(jí)生化單元和污泥脫水機(jī)房等，除臭為兩套系統(tǒng)，總風(fēng)量為100 000 m3/h。

車間內(nèi)地下一層過道、二層管廊、鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間、膜設(shè)備間、細(xì)格柵、膜格柵、曝氣沉砂池等設(shè)備集中區(qū)域采用機(jī)械排煙、自然補(bǔ)風(fēng)的方式；脫水車間、儲(chǔ)泥池、變配電間、生物池上部及地下一層走道和二層管廊采用加壓送風(fēng)。設(shè)計(jì)選用單速導(dǎo)翼型風(fēng)機(jī)和高溫雙速消防風(fēng)機(jī)，雙速消防風(fēng)機(jī)平時(shí)低速排風(fēng)，火災(zāi)時(shí)高速排煙。脫水機(jī)、變配電間、MBR膜池及生物池上部、地下一層走道采用單速導(dǎo)翼型；泥庫(kù)、鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間、膜設(shè)備間、預(yù)處理區(qū)、儀表間及地下一層走道及地下二層管廊采用高溫消防風(fēng)機(jī)；脫水間、變配電間及地下一層走道采用單速消防加壓送風(fēng)機(jī)。共設(shè)置9套排風(fēng)（煙）系統(tǒng)，換風(fēng)次數(shù)根據(jù)區(qū)域性質(zhì)按3~8次/h設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

（1）該地下式污水處理廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10×104 m3/d，采用AAO+MBR作為核心生物處理組合工藝，設(shè)計(jì)出水除TN和SS的限值分別為15 mg/L和10 mg/L，其他出水水質(zhì)均滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中地表水IV類水標(biāo)準(zhǔn)，處理后尾水排入臨近明渠作為其生態(tài)補(bǔ)水，目前該污水處理廠正處于建設(shè)中。

（2）全地下式污水處理廠工藝設(shè)計(jì)需充分結(jié)合下沉箱體的各平面功能和豎向結(jié)構(gòu)，為便于開挖支護(hù)、地基處理及抗浮設(shè)計(jì)，箱體總體布置應(yīng)將埋深相近的構(gòu)筑物集中布設(shè)，達(dá)到同標(biāo)高共底板。此外，從運(yùn)維角度需重點(diǎn)統(tǒng)籌采光通風(fēng)和消防的設(shè)計(jì)，方可在保障污水處理廠安全運(yùn)行的前提下節(jié)省運(yùn)維成本。

（3）地下箱體平面布置應(yīng)因地制宜，豎向上綜合利用。該工程結(jié)合帶狀地形將地下車行道布設(shè)在紅線的弧形一側(cè)單向通行，兩條水處理生產(chǎn)線并列緊湊的布置在另一側(cè)，以減少對(duì)用地的分割。并結(jié)合池體深度在豎向上的分布特點(diǎn)，利用生物池對(duì)應(yīng)路段下方的空間設(shè)置應(yīng)急溢流調(diào)節(jié)泵房和排水泵房，最大程度發(fā)揮豎向空間的作用。

（4）本項(xiàng)目總投資約6億元，單方投資約6 000元/m3污水，較常規(guī)地上式污水處理廠建造成本3 000元/m3污水增加約一倍，因此，當(dāng)采用全地下式污水處理廠必須權(quán)衡周邊影響和投資成本兩者的關(guān)系。