引言

目前，我國已投運與在建的污水處理項目采用傳統(tǒng)地上形式居多，地上式污水處理項目有前期投資成本較低，運營管理技術(shù)成熟等優(yōu)勢，但隨著我國可利用土地資源逐步緊張，地上式污水處理項目的建造暴露出其導致土地資源浪費、周邊土地資源貶值及景觀破壞等問題。隨著我國城市化水平的快速發(fā)展和居民對生活環(huán)境要求的逐步提高，能與周邊環(huán)境更協(xié)調(diào)、封閉性更好、二次污染更少的全地下式污水處理項目逐漸成為城市污水處理治理工程建設(shè)的發(fā)展趨勢和研究方向，在上海、廈門及廣州等發(fā)達地區(qū)已展開全地下式污水處理項目的嘗試和探索。全地下式污水處理項目具有占地面積少、環(huán)境污染較小、工藝環(huán)境穩(wěn)定、美觀性好等核心競爭優(yōu)勢。隨著污水處理技術(shù)和地下空間開發(fā)技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，為大型地下工程的建設(shè)規(guī)模、建設(shè)速度提供了堅定有力的技術(shù)保障，在土地資源日益緊張的今天，全地下式污水處理工程的發(fā)展是我們環(huán)境工作者重點思考與研究方向之一。

1 項目概況

項目總面積為92.86平方公里，常住人口約為28.3 萬人，屬亞熱地季風氣候，整體呈南北跨度較大，東西跨度較小的狹長式地形。該鎮(zhèn)管網(wǎng)污水總量約為10~12萬m3/d，已建成且投運的兩個污水處理項目每日可接納污水總量為11萬m3，目前部分時間段存在超負荷運行情況，且在管網(wǎng)來水水質(zhì)較差或工藝設(shè)備檢修等需需減產(chǎn)運營的情況下，會導致該鎮(zhèn)部分污水溢流至生態(tài)水域，該情況加大了該鎮(zhèn)生態(tài)水環(huán)境的污染負擔。隨著該鎮(zhèn)污水收納管網(wǎng)系統(tǒng)的不斷完善，和該鎮(zhèn)逐步加大與鄰近城市的全面協(xié)同發(fā)展與合作的大環(huán)境下，可預計該鎮(zhèn)的污水水量會呈逐步增加的趨勢，污水處理能力缺口會顯著加大，需要及時提升該鎮(zhèn)的整體污水處理規(guī)模。該鎮(zhèn)兩個原有污水處理項目集中建在鎮(zhèn)區(qū)北部，為配合管網(wǎng)形成完善的“廠網(wǎng)一體”運營策略，確保新建污水處理項目運營期間管網(wǎng)來水水量充足且穩(wěn)定，降低污水運輸壓力及能耗，新建的污水處理項目擬設(shè)點在鎮(zhèn)區(qū)南部地區(qū)，設(shè)計規(guī)模5萬m3/d，服務面積約16.67 km2，生化處理工藝采用多點進水多段AAO生化池工藝，深度處理工藝采用高效沉淀池+反硝化濾池+精密過濾，消毒工藝采用紫外線消毒，污泥處理采用預處理+板框壓濾機。本項目出水水質(zhì)標準擬執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準中的較嚴值及地方標準的更嚴值。綜合考慮及統(tǒng)籌鎮(zhèn)區(qū)的發(fā)展定位和前景，新建污水處理項目選擇具有節(jié)地、地上空間綜合開發(fā)，生態(tài)污染小，美觀性好等諸多優(yōu)勢的全地下污水處理項目的建造方案，該方案與所在區(qū)域的功能定位更加符合，可以有效的降低環(huán)境設(shè)施的“鄰避效應”，有助于周邊生態(tài)的整體發(fā)展。

2 工藝設(shè)計

2.1 進、出水水質(zhì)設(shè)計本污水處理工程排放尾水最終匯入相鄰市的某河流域。因此，本污水處理工程出水水質(zhì)標準執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準的同時，部分水質(zhì)指標需滿足地方污染物排放標準。

2.2 工藝流程設(shè)計

2.2.1 整體工藝流程設(shè)計根據(jù)設(shè)計進、出水水質(zhì)標準計算可得，本污水處理工程的進水水質(zhì)BOD5/CODCr=0.56，比值大于0.45，屬于生化性較好的污水，同時BOD5/TN＝4.63及BOD5/TP=37，分析可得所處理污水中氮、磷污染物皆可通過生化降解法去除。整體工藝流程設(shè)計為“粗格柵+細格柵+沉砂池+生化池+二沉池+高沉池+反硝化生物濾池+精密過濾+紫外消毒”，而污泥脫水處理工藝設(shè)計為“預處理+超高壓隔膜壓濾機”。本污水處理工程整體工藝流程設(shè)計如圖1所示。

2.2.2 生化工藝單元設(shè)計根據(jù)進、出水水質(zhì)的設(shè)計及遠期運營考慮，本污水處理工程出水水質(zhì)標準執(zhí)行且部分指標高于一級A標準，需采用高效的脫氮除磷污水處理工藝，同時考慮到本污水處理工程用地較為緊張的緣故，需擬比選出一個盡可能節(jié)約用地、而投資與運行費用較低、技術(shù)成熟可靠、處理效果穩(wěn)定，運行管理方便的污水處理生化工藝方案。目前城鎮(zhèn)生活污水處理較常見且成熟的工藝主要有傳統(tǒng)活性污泥法、生物膜法及膜生物反應器法。從工程投運前期分析，傳統(tǒng)活性污泥法因工藝流程簡單及設(shè)備較少的緣故，工程前期土建及設(shè)備購買的投資成本偏低，又因其構(gòu)筑物布置集約化程度較高，彌補其構(gòu)筑物占地面積同比偏大的劣勢，整體來說傳統(tǒng)活性污泥法的工程投資成本相比較低。從工程運營期間分析，傳統(tǒng)活性污泥法因為運行設(shè)備較少，生產(chǎn)藥劑單一且工藝穩(wěn)定性較高，運營期間的運營成本一般正常較低。生物膜法水頭變化較大，運行設(shè)備較多，工藝中所需內(nèi)回流比偏高，濾料容易因進水懸浮物指標偏高導致堵塞，頻繁的反沖洗不僅加大工程運營成本，還提高該工藝管理難度。生物膜法運營期間，理論上產(chǎn)泥量大于傳統(tǒng)活性污泥法，并且污泥性狀穩(wěn)定性較差，加大了污泥脫水難度和處置成本。從污水處理效果分析，膜生物反應器法由于膜的高效截留作用，能高效地進行固液分離，存在不產(chǎn)生污泥膨脹和耐沖擊負荷水平較高的優(yōu)勢，且由于污泥濃度高和硝化菌生長繁殖程度較好的緣故，氨氮去除與除磷效果較好，但同時存在污泥濃度較高導致的膜污染情況，膜通量容易受限，導致污水處理負荷受較大影響。傳統(tǒng)活性污泥法的類型和實施方式多種多樣，其適用范圍和應用條件也存在一定的差異，在實際運行應用中可因地制宜，根據(jù)實際生產(chǎn)需要設(shè)計。多點進水多段AAO工藝作為傳統(tǒng)活性污泥法的一種技術(shù)延伸，該工藝可以充分利用原水中自帶碳源進行反硝化反應，對低碳氮比發(fā)展趨勢的城鎮(zhèn)生活污水的高效脫氮處理有利，并且因分點進水緣故，生化池的污泥濃度呈梯度分布，在流入二沉池污泥濃度相同的情況下，該方案的生化池能留有更大的污泥總量，且減緩了二沉池固體負荷，同時提高了污水在生化池的脫氮除磷效果，系統(tǒng)的整體耐沖擊負荷得到進一步的提高。多段的缺氧和好氧交替處理可提高脫氮效率，相同的總氮去除率情況下，多段生化交替反應可相應減少內(nèi)回流量，同時因設(shè)有多段缺氧反應區(qū)的緣故，生化工藝段可更有效抑制絲狀菌帶來的污泥膨脹異常。三種污水處置工藝方案相比之下，本污水處理工程生化工藝單元選擇采用投資及運營成本較低、處理效果較佳且穩(wěn)定的“多點進水多段AAO”工藝。

3 工程設(shè)計

3.1 工程概況設(shè)計本污水處理工程設(shè)計規(guī)模5萬m3/d，地下主要構(gòu)筑物擬分2組。構(gòu)筑物箱體采用全地下布置，頂部覆土約1.5 m。一體化全地下處理構(gòu)筑物箱體南、北側(cè)各設(shè)一處通道，由地面向下直至箱體操作層標高。綜合辦公樓及生活樓統(tǒng)一布置于廠區(qū)南側(cè)空地，廠區(qū)北側(cè)擬建設(shè)為休閑公園區(qū)，公園區(qū)與生產(chǎn)生活區(qū)設(shè)置綠化隔離圍墻。本公園區(qū)采用綠化放坡與周邊順接，生產(chǎn)生活管理區(qū)因臨近河邊，采用直立擋墻，受周周邊地形及現(xiàn)狀市政道路情況限制，本工程廠區(qū)內(nèi)共設(shè)計出入口1處，位于廠區(qū)西側(cè)。本次設(shè)計的污水處理工程采用全地下式雙層加蓋建設(shè)形式，和地上式常規(guī)污水處理工程相比，全地下污水處理工程在總體布置上有如下特點：

(1)全地下式污水處理工程采用雙層加蓋，大型設(shè)備的吊裝較為困難，在設(shè)計時必須考慮足夠的起吊及檢修空間。

(2)各污水處理構(gòu)筑物采用共壁建設(shè)，結(jié)構(gòu)緊湊，構(gòu)筑物間距小，檢修空間狹小，必須考慮各個構(gòu)筑物之間水、氣、泥、藥劑等各種管渠的合理布置，考慮檢修、巡邏、運輸通道的合理連通和設(shè)置。

(3)工程構(gòu)筑物集中布置在一個地下的大型空間內(nèi)，必須考慮必要且合理的進出通道。

(4)地下空間密閉性較好，有可能會引起H2S等有毒有害氣體或生產(chǎn)產(chǎn)生的臭味氣體的積聚，對各類氣體的檢測及通風要求較高，通風及除臭管道較多。

(5)全地下式污水處理工程采用雙層加蓋，上層蓋板需有較多的梁柱支撐。梁柱的布置會直接影響構(gòu)筑物的設(shè)計。地下空間管線眾多，須統(tǒng)籌考慮，以免發(fā)生干擾。

3.2 節(jié)能減排設(shè)計盡管我國污水處理行業(yè)發(fā)展速度較快，可由于我國該環(huán)境產(chǎn)業(yè)起步較晚，目前污水處理仍處于高能耗階段。同時，近年來用水需求量的不斷增加以及旱澇災害的頻繁發(fā)生使得我國水資源大幅減少，而主要依靠煤炭發(fā)電的供電企業(yè)因生產(chǎn)成本日益增長導致減產(chǎn)。在水、電等基本生產(chǎn)元素供需矛盾進一步加劇的背景下，本工程設(shè)計應貫徹響應國家“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的號召，不僅滿足于污水處理達標排放的基本要求，更需向著污水處理低能耗和高效化的方向進一步探索發(fā)展。污水處理工程本身為環(huán)保工程，本工程建成運行后，將大大地削減各類水質(zhì)污染物的排放量。本工程對污染物減排的貢獻主要體現(xiàn)在兩個方面：

(1)通過對污水的生化處理降解污水中的污染物質(zhì)，減少各類水質(zhì)污染物的排放總量；

(2)本工程中污水經(jīng)處理后部分回用廠區(qū)，減少了尾水的排放總量，相應減少各類水質(zhì)污染物的排放總量。

3.3 經(jīng)濟指標分析

本污水壓濾機處理工程建設(shè)項目總投資47286.45萬元，其中工程費用39987.54萬元。本全地下污水處理工程的單位污水投資成本約為6980元/m3，為國內(nèi)半地下污水處理工程的單位污水投資成本的130 %~140 %，偏高的主要原因為土建成本中的人工及物料成本較高。單從前期的經(jīng)濟成本數(shù)據(jù)分析，全地下污水處理工程的投資成本較高，但是隨著可利用的土地資源日趨減少，土地成本逐漸增高的背景下，全地下污水處理工程的存在優(yōu)勢會逐漸凸顯。同時加上環(huán)境價值考慮，全地下污水處理工程比傳統(tǒng)地上污水處理工程更符合所在城市生態(tài)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

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