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邱明:地下式污水处理厂工程设计探讨与实例
更新时间:2018-03-06 来源:中国市政工程中南设计研究总院有限公司 作者:邱明 杨书平

  一般来说,城市污水处理厂设施投资与占地大小基本呈反向关系,决策者需要在污水厂设施投资与土地投资之间取得平衡。在土地资源较丰富的地( 意味着土地费用较便宜) ,往往倾向于选择占地较大但设施投资较小的建设方式; 在土地资源较紧的地方( 意味着土地费用较昂贵) ,往往倾向于选择占地较小但设施投资较大的建设方式,以抵消土地成本的上升。在这种背景下,一些城市特别是面临用地资源紧缺的城市,建设占用空间少、节省土地资源、环境影响小,并能与周边环境相协调的地下式污水处理厂将成为城市污水治理工程的发展方向。

  地下式污水处理厂是指污水处理厂各处理构筑物和辅助建筑物紧凑地建设在一个车间内,该车间整体或部分布置于地面以下由天然或掘挖形成的地下空间内。污水处理车间整体布置于地面以下空间内的称为全地下式污水处理厂,其厂房的下部、上部结构位于室外地面以下( 见图 1) 。污水处理车间部分布置于地面以下空间内的称为半地下式污水处理方厂,其厂房的下部结构位于室外地面以下,相应的上部结构为室内式或半敞露式的厂房。配合周边环境张不同的需求,半地下式通常采用图 2 所示的三种形式。

地下式污水处理厂工程设计探讨与实例1.png 

1全地下式污水处理厂形式

1地下式污水处理厂的概念、形式与特点

1.1 概念及形式

  地下式污水处理厂是指污水处理厂各处理构筑物和辅助建筑物紧凑地建设在一 个车间内,该车间整体或部分布置于地面以下由天然或掘挖形成的地下空间内。污水处理车间整体布置于地面以下空间。

 地下式污水处理厂工程设计探讨与实例2.png

2半地下式污水处理厂形式示意

1.2特点

  地下式污水处理厂不同于常规的地上式污水处理厂,通常在对用地、出水水质、环境影响等要求较高的地方采用。地下式污水处理厂还具有良好的密闭性和稳定的温度环境、有较强的防灾减灾优越性;另一方面,地下式污水处理厂对设备性能、质量要求较高,施工难度一般也较大且复杂;对采光、通风、除臭、消防、防洪(涝)、防潮等要求也较高,因此地下式污水处理厂往往一次性投资较高,但其使用寿命较长。

  就具体项目而言,地下式污水处理厂是采用全地下式还是半地下式需要针对不同的要求而定,全地下式与半地下式的不同特点见表1。

  

项目

 

全地下式

半地下式

优势

上部土地再利用用途较广,使用价值高; 景观效果好; 对周边环境影条响小 

土建工程量较小,施工难度小,总投资较小; 运行成本较低; 对周边环境( 噪声、臭气) 影响小

 

劣势

土建工程量较大,施工

难度较大,导致总投资较大; 运行成本高; 维护、检修条件较差; 作、管理人员健康影响较大

上部土地再利用用途较小,使用价值不及全地下式,景观效果不如全地下式

 

 

  1半地下式与全地下式污水厂比较

  值得注意的是,地下式污水处理厂与地埋式污水处理设施不同。两者之间显著的区别在于地下式污水处理厂上面的土地可以得到再利用,如公园、体育场、停车场之类;而地埋式污水处理设施上部需设置一些安装及检修孔洞、人孔或观察孔之类的通道,上面的土地不能作为其他用途,一般只用于小型、简单的污水处理场合。

2、污水处理工艺与池型

2.1 污水处理工艺

  地下式污水处理厂项目往往对出水水质的要求较高,一般需要达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中的一级A标准,需要对污水进行深度处理才能达到要求,通常采用二级处理与三级处理进行组合。二级处理核心工艺中通常会选择如改良A2/O工艺、CAST工艺、曝气生物滤池工艺、MBBR工艺或HYBASTM工艺等一些运行成熟、能耗较低的工艺。三级处理核心工艺中的混凝沉淀单元通常选择高效沉淀池(包括ACTIFLO加砂高速沉淀池)工艺,过滤单元通常选择纤维高效滤池、转盘滤池或超滤膜等工艺。MBR工艺尽管其能耗及成本经常遭受争议,但其占地较小,往往也是地下式污水处理厂工艺选择的一种。

2.2 池型

  高效的污水处理工艺意味着以较小池型占地或池容来处理更高的污水负荷,而二级处理中若有二沉池,其池型选择也是十分关键的。这时同侧进出水的矩形二沉池或矩形双层沉淀池因其较高的表面负荷往往成为优先的选择。

3、工程实例

3.1 项目概况

  由于濒临巢湖,合肥市滨湖新区要求在规划的北涝圩湿地公园旁建设一座一期规模为6×104m3/d、远期总规模为12×104m3/d的再生水厂以解决区域城市污水问题。 

  滨湖新区要求再生水厂采用半地下式,除综合楼外处理厂四周需覆土植树绿化,成为湿地公园一景。出水水质要求达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)中娱乐性景观用水标准,尾水排入北涝圩调蓄水体。

3.2 处理工艺

根据进、出水水质的要求(见表2),选择了改良A2/O、曝气生物滤池和MBR三种主体工艺进行比选,考虑到合肥市的实际情况,结合滨湖新区对再生水厂运行成本的严格控制,北涝圩再生水厂确定的工艺流程见图3。需要说明的是,中间泵房是为了既满足半地下式的要求,又不因水头损失造成构筑物高差太大增加土建投资,将常规污水处理中进水泵房的一次提升分成两次提升,而总扬程基本不变;同时也考虑了在条件可能的情况下,二级处理后二沉池出水可自流排放。




2

设计进出水水质




Tab 2  Design influent and effluent quality










COD /

BOD5 /

SS /

NH3  N /

TN /

TP /

浊度 /

粪大肠菌

项目( mg·

( mg·( mg·

( mg· ( mg·( mg·

/ ( 个

NTU

L  1 )


L  1 )

L  1 )

L  1 )

L  1 )

L  1 )

·L  1 )

进水 350


150

200

25

40

5

107

出水  50


6

10

5

10

0 4

5

不得检出










 


地下式污水处理厂工程设计探讨与实例3.png 

3工艺流程示意

3.3 处理车间布置

  地下式污水处理厂既要像常规处理厂一样需要考虑至少两条能独立运行的生产处理线,同时还要将几乎所有的处理设施与辅助设施集成在一起。这需要结合用地条件,综合结构布置与施工、安装、巡视、检修等空间需要以及通风、除臭、采光、照明、消防的要求通盘考虑。滨湖新区给定的用地条件是一个长约370m、宽约240m的地块,要求分两期布置两个处理规模为6×104m3/d、总规模为12×104m3/d的半地下式污水处理厂,而且一期处理车间覆土前占地不能超过2hm2(30亩)。综合以上因素,北涝圩再生水厂处理车间横断面采用图2(b)的布置方式,平面布置见图4。

地下式污水处理厂工程设计探讨与实例4.png 

4处理车间平面布置

  整个处理车间长约270.0m,宽为59.8m,车间上部屋面高出设计地面约6.6m,顶部覆土厚为1.5m;车间下部距设计地面以下局部最深处约13.7m(进水泵房底板内底),其他部分约在地下1.5~6.3m之间(底板内底)。北涝圩再生水厂仅有综合楼与污泥料仓布置在处理车间外。处理车间占地仅1.6hm2,不超过滨湖新区要求的占地,不到相同规模常规地面式污水处理厂占地(6.67hm2)的1/3。

3.4 主要设计参数

  3.4.1进水及预处理单元

  进水及预处理单元作为一个结构分区建在一起,其中粗格栅间、进水泵房及细格栅与曝气沉砂池之间由通道(下部管廊)分隔成两面。粗格栅间安装2台间隙为20mm、宽为1.1m的机械格栅;进水泵房安装4台(3用1备)变频调速潜水泵,单泵流量为1100m3/h,扬程为110kPa;细格栅间安装2台间隙为5mm、宽为1.3m的机械细格栅。曝气沉砂池高峰流量设计最小停留时间为6min,分为两格,各自安装1台移动刮砂撇油机,每格各装有4台潜水曝气器和2台吸砂泵。

  3.4.2二级处理单元

  设有改良A2/O生化池2座,共为一个结构区,中间由通道分隔,每座由选择区、厌氧区、缺氧区及好氧区组成,采用多点进水方式,以提高运行的灵活性。选择区、厌氧区、缺氧区及好氧区均设计成若干完全混合的矩形水池串联而成,前三者池内均设有立式搅拌器,好氧区设有微孔曝气器及混合液回流泵。改良A2/O生化池设计泥龄为10d,污泥负荷为0.079kgBOD5/(kgMLSS·d),总停留时间为17.30h。设计混合液回流比为200%,每座设有3台潜水回流泵;污泥回流比为100%,由污泥泵房提供污泥回流。设计最大曝气量为280m3/min,由鼓风机房内6台(4用2备)带变频装置的鼓风机提供空气,单机供气量为70m3/min。二沉池为一个结构区,由通道分成两组,每组分为3格。采用同侧进出水的矩形二沉池,高峰流量表面负荷为1.48m3/(m2·h),有效水深为4.5m。每格沉淀池装设有1套链条式刮泥机,底部设有排泥槽,采用套筒阀排泥。污泥回流通过设在污泥泵房内的污泥泵来实现,设有4台(3用1备)变频调速的潜水泵,单泵流量为1100m3/h,扬程为55kPa;同时还装设2台(1用1备)剩余污泥泵,单泵流量为100m3/h,扬程为55kPa,剩余污泥量为10043kgSS/d。

  3.4.3深度处理单元

  深度处理单元由ACTIFLO 加砂高速沉淀池、DISCFILTERTM转盘滤池及紫外线消毒渠组成,均分为2条生产线。ACTIFLO加砂高速沉淀池由于添加了微砂作为絮体核心和压载物,并采用了斜板沉淀,提高了沉淀效率,设计负荷为35m3/(m2·h)。

  ACTIFLO加砂高速沉淀池对排泥微砂进行了分离及回收,只需定时补充少量的损耗。DISCFILTERTM转盘滤池为整机设备,采用可更换的直径为2.6m的扇形盘片,盘片装有PE聚酯材质滤布,滤布网孔直径为10μm,过滤水头损失仅为3kPa。采用紫外线消毒,设计紫外透光率@253.7nm时不小于65%。

  3.4.4污泥处理单元

  污泥处理单元由储泥池、浓缩脱水一体机及污泥料仓组成,设有三套离心浓缩脱水一体设备,每套处理能力为45m3/h,剩余污泥含水率由99.2%降至80%。辅助设施包括污泥切割机、污泥进料泵、加药泵、冲洗装置及制药设备。每台脱水机还配有脱水污泥输送泵,脱水污泥被送至车间外的污泥料仓,污泥料仓容积为100m3,可存储2天的脱水污泥。

  3.4.5加药单元

  加药间设有液体PAC投加设备、PAM干粉制备装置及液体PAM投加装置。PAC投加有两处,前加药PAC投加到ACTIFLO加砂高速沉淀池的混合池内,配有3台(2用1备)加药泵,单泵能力为200L/h;后加药投加到DISCFILTERTM转盘滤池前的混合池,配有3台(2用1备)加药泵,单泵能力为25L/h。PAM干粉制备装置能力为7.5kg/h,配备3台(2用1备)PAM加药泵,单泵能力为1800L/h,加药间旁还设有PAC储罐。为了在必要时补充碳源,加药间还设有乙酸钠储罐、制备罐及投加装置,配有3台(2用1备)加药泵,单泵能力为830L/h。

  3.4.6除臭及通风单元

  采用生物除臭,需要密闭、收集及除臭的构筑物及设施主要为进水及预处理单元、二级处理单元和污泥泵房等,设计除臭风量为50000m3/h。车间内高压配电间、低压配电间、控制室采用机械排烟(风)、自然进风的方式,排烟风量约为通风量的2倍。选用双速风机,平时低速排风,火灾时高速排烟;车间上部其他部位采用机械排风,天窗及走廊自然通风竖井自然进风的方式,共设置6套通风系统,换风次数根据区域性质按1.5~3.0次/h设计;车间下部管廊采用机械送风、楼梯间自然排风的方式,共设置3套通风系统,换风次数为1.5次/h。

4、结论

  随着城市化的发展,地下空间的利用越来越得到重视,在一些城市建设占用空间少、节省土地、环境影响小,并能与周边环境相协调的地下式污水处理厂已经成为一种趋势。在外部环境条件许可下,宜优先考虑半地下式结构,相对于全地下式污水处理厂,半地下式污水处理厂通风采光条件较好,节省了能耗且有利于污水处理厂运行的安全性,同时也大幅降低了土建投资。

  地下式污水处理厂处理工艺的选择宜在占地及运行能耗、成本之间平衡考虑,不可一味追求占地小而建成一座高能耗污水处理厂,这反而会与节能减排的宗旨相违。

  在常规地上式污水处理厂设计中次要的因素往往成为地下式污水处理厂设计中要考虑的重要因素,如施工、安装及检修的空间及密闭空间的采光与通风等。此外,地下式污水处理厂的除臭很重要,除臭装置宜考虑设置在除臭风量最大的单元附近,可减少风管投资及运行费用。

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