引言

目前，我國(guó)已投運(yùn)與在建的污水處理項(xiàng)目采用傳統(tǒng)地上形式居多，地上式污水處理項(xiàng)目有前期投資成本較低，運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，但隨著我國(guó)可利用土地資源逐步緊張，地上式污水處理項(xiàng)目的建造暴露出其導(dǎo)致土地資源浪費(fèi)、周邊土地資源貶值及景觀破壞等問(wèn)題。隨著我國(guó)城市化水平的快速發(fā)展和居民對(duì)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(xiàng)目逐漸成為城市污水處理治理工程建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)和研究方向，在上海、廈門(mén)及廣州等發(fā)達(dá)地區(qū)已展開(kāi)全地下式污水處理項(xiàng)目的嘗試和探索。全地下式污水處理項(xiàng)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。隨著污水處理技術(shù)和地下空間開(kāi)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(jiān)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(diǎn)思考與研究方向之一。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目總面積為92.86平方公里，常住人口約為28.3 萬(wàn)人，屬亞熱地季風(fēng)氣候，整體呈南北跨度較大，東西跨度較小的狹長(zhǎng)式地形。該鎮(zhèn)管網(wǎng)污水總量約為10~12萬(wàn)m3/d，已建成且投運(yùn)的兩個(gè)污水處理項(xiàng)目每日可接納污水總量為11萬(wàn)m3，目前部分時(shí)間段存在超負(fù)荷運(yùn)行情況，且在管網(wǎng)來(lái)水水質(zhì)較差或工藝設(shè)備檢修等需需減產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的情況下，會(huì)導(dǎo)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(fù)擔(dān)。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(yù)計(jì)該鎮(zhèn)的污水水量會(huì)呈逐步增加的趨勢(shì)，污水處理能力缺口會(huì)顯著加大，需要及時(shí)提升該鎮(zhèn)的整體污水處理規(guī)模。該鎮(zhèn)兩個(gè)原有污水處理項(xiàng)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(yùn)營(yíng)策略，確保新建污水處理項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期間管網(wǎng)來(lái)水水量充足且穩(wěn)定，降低污水運(yùn)輸壓力及能耗，新建的污水處理項(xiàng)目擬設(shè)點(diǎn)在鎮(zhèn)區(qū)南部地區(qū)，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)m3/d，服務(wù)面積約16.67 km2，生化處理工藝采用多點(diǎn)進(jìn)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(guò)濾，消毒工藝采用紫外線消毒，污泥處理采用預(yù)處理+板框壓濾機(jī)。本項(xiàng)目出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)擬執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)中的較嚴(yán)值及地方標(biāo)準(zhǔn)的更嚴(yán)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(xiàng)目選擇具有節(jié)地、地上空間綜合開(kāi)發(fā)，生態(tài)污染小，美觀性好等諸多優(yōu)勢(shì)的全地下污水處理項(xiàng)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(yīng)”，有助于周邊生態(tài)的整體發(fā)展。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)、出水水質(zhì)設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，部分水質(zhì)指標(biāo)需滿足地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

2.2.1 整體工藝流程設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算可得，本污水處理工程的進(jìn)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(shí)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(guò)生化降解法去除。整體工藝流程設(shè)計(jì)為“粗格柵+細(xì)格柵+沉砂池+生化池+二沉池+高沉池+反硝化生物濾池+精密過(guò)濾+紫外消毒”，而污泥脫水處理工藝設(shè)計(jì)為“預(yù)處理+超高壓隔膜壓濾機(jī)”。本污水處理工程整體工藝流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2.2 生化工藝單元設(shè)計(jì)根據(jù)進(jìn)、出水水質(zhì)的設(shè)計(jì)及遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)考慮，本污水處理工程出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行且部分指標(biāo)高于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，需采用高效的脫氮除磷污水處理工藝，同時(shí)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(gè)盡可能節(jié)約用地、而投資與運(yùn)行費(fèi)用較低、技術(shù)成熟可靠、處理效果穩(wěn)定，運(yùn)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(jiàn)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(yīng)器法。從工程投運(yùn)前期分析，傳統(tǒng)活性污泥法因工藝流程簡(jiǎn)單及設(shè)備較少的緣故，工程前期土建及設(shè)備購(gòu)買(mǎi)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(bǔ)其構(gòu)筑物占地面積同比偏大的劣勢(shì)，整體來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)活性污泥法的工程投資成本相比較低。從工程運(yùn)營(yíng)期間分析，傳統(tǒng)活性污泥法因?yàn)檫\(yùn)行設(shè)備較少，生產(chǎn)藥劑單一且工藝穩(wěn)定性較高，運(yùn)營(yíng)期間的運(yùn)營(yíng)成本一般正常較低。生物膜法水頭變化較大，運(yùn)行設(shè)備較多，工藝中所需內(nèi)回流比偏高，濾料容易因進(jìn)水懸浮物指標(biāo)偏高導(dǎo)致堵塞，頻繁的反沖洗不僅加大工程運(yùn)營(yíng)成本，還提高該工藝管理難度。生物膜法運(yùn)營(yíng)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(yīng)器法由于膜的高效截留作用，能高效地進(jìn)行固液分離，存在不產(chǎn)生污泥膨脹和耐沖擊負(fù)荷水平較高的優(yōu)勢(shì)，且由于污泥濃度高和硝化菌生長(zhǎng)繁殖程度較好的緣故，氨氮去除與除磷效果較好，但同時(shí)存在污泥濃度較高導(dǎo)致的膜污染情況，膜通量容易受限，導(dǎo)致污水處理負(fù)荷受較大影響。傳統(tǒng)活性污泥法的類(lèi)型和實(shí)施方式多種多樣，其適用范圍和應(yīng)用條件也存在一定的差異，在實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用中可因地制宜，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要設(shè)計(jì)。多點(diǎn)進(jìn)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(jìn)行反硝化反應(yīng)，對(duì)低碳氮比發(fā)展趨勢(shì)的城鎮(zhèn)生活污水的高效脫氮處理有利，并且因分點(diǎn)進(jìn)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(fù)荷，同時(shí)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(fù)荷得到進(jìn)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(yīng)可相應(yīng)減少內(nèi)回流量，同時(shí)因設(shè)有多段缺氧反應(yīng)區(qū)的緣故，生化工藝段可更有效抑制絲狀菌帶來(lái)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(yùn)營(yíng)成本較低、處理效果較佳且穩(wěn)定的“多點(diǎn)進(jìn)水多段AAO”工藝。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 工程概況設(shè)計(jì)本污水處理工程設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)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(biāo)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(jì)出入口1處，位于廠區(qū)西側(cè)。本次設(shè)計(jì)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(diǎn)：

(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(jì)時(shí)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(gè)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(yùn)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(gè)地下的大型空間內(nèi)，必須考慮必要且合理的進(jìn)出通道。

(4)地下空間密閉性較好，有可能會(huì)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(duì)各類(lèi)氣體的檢測(cè)及通風(fēng)要求較高，通風(fēng)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(huì)直接影響構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)。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(jì)盡管我國(guó)污水處理行業(yè)發(fā)展速度較快，可由于我國(guó)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(shí)，近年來(lái)用水需求量的不斷增加以及旱澇災(zāi)害的頻繁發(fā)生使得我國(guó)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(zhǎng)導(dǎo)致減產(chǎn)。在水、電等基本生產(chǎn)元素供需矛盾進(jìn)一步加劇的背景下，本工程設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹響應(yīng)國(guó)家“低碳環(huán)保、節(jié)能減排”的號(hào)召，不僅滿足于污水處理達(dá)標(biāo)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(jìn)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(yùn)行后，將大大地削減各類(lèi)水質(zhì)污染物的排放量。本工程對(duì)污染物減排的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1)通過(guò)對(duì)污水的生化處理降解污水中的污染物質(zhì)，減少各類(lèi)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(yīng)減少各類(lèi)水質(zhì)污染物的排放總量。

3.3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

本污水壓濾機(jī)處理工程建設(shè)項(xiàng)目總投資47286.45萬(wàn)元，其中工程費(fèi)用39987.54萬(wàn)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(guó)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?yàn)橥两ǔ杀局械娜斯ぜ拔锪铣杀据^高。單從前期的經(jīng)濟(jì)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(shì)會(huì)逐漸凸顯。同時(shí)加上環(huán)境價(jià)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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