臨沂市全地下式青龍河污水廠總體設計方案

張 麗

(同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

1 項目概況

青龍河全地下污水廠是臨沂市中心城區水環境綜合整治工程的一個子項，污水廠選址位于臨沂中心城區，廠區占地面積為1.437 ha(1 ha=1×104m2)。由于廠區選址周圍均為居民小區，所處位置環境敏感度高，決定了污水廠需要做到因地制宜，與環境相互交融，和諧統一。綜合國內外污水廠建設的工程案例[1]，采用地埋式全綠化覆蓋的建設模式，地上為休閑景觀公園。相比地上式污水廠，全地下式污水廠在主體工藝設計、地下構筑物布局、通風除臭設計、地面景觀設計等方面提出了更高的要求[2]。

2 主體工藝設計

目前，我國已建成和在建的地下污水處理廠所采用的工藝技術主要有MBR工藝、AAO及其改進工藝兩大類，考慮到MBR工藝雖節省用地，但需要增加產水電耗、膜吹掃能耗、定期換膜等方面的成本[2]，本工程設計規模為3×104m3/d，主體工藝采用AAO，污泥處理采用帶式脫水機脫水，達到含水率80%以下后，送至臨沂市污泥處置中心統一進行處理。工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程示意Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

出水執行一級A標準，出水一部分作為河道景觀補水排入青龍河，一部分用于地面景觀公園綠化澆灑。本工程進出水水質如表1所示。

表1 設計進、出水水質(單位：mg/L)Tab.1 Design Influent and Effluent Quality(Unit:mg/L)

3 工程設計

3.1 整體布局

地下式污水處理廠需要結合用地條件，綜合結構柱網布置與施工、設備吊裝、檢修等空間需要以及通風、除臭、照明、消防的要求進行全局考慮。青龍河污水廠西臨青龍河，其他三面均臨近現狀建筑物，選址上部有一條規劃新蘭山路橫穿整個廠區，整體布局較為緊湊。本工程含地面及地下層，地面層為綜合樓、通風井及逃生樓梯，地下層分為兩層。負一層為鼓風機房、加藥間、機修間、變配電間等附屬生產區及車行通道；負二層為粗格柵、初沉池、生物池等水處理構筑物及管廊。整個地下層尺寸為125 m×68.6 m，內底深16 m，頂部覆土1.5 m，滿足地面景觀公園喬木種植要求，整體布局詳如圖2和圖3所示。

圖2 臨沂市青龍河全地下污水廠地下層布局圖Fig.2 Layout of the Basement Level

3.2 豎向設計

廠區進水管標高位于地面以下8 m左右，通過全局考慮，進水自流到二沉池后，設置中間提升泵房，整個流程僅有中間提升泵房及深度處理后的出水泵房2次提升。各主要構筑物間采用渠道連接，以增加配水均勻程度，減少水頭損失，渠道下方還可作檢修廊道及其他管道通道。負一層空間凈高為5 m，以便設備吊裝及車輛進入。

3.3 工藝設計

3.3.1 預處理單元

進水井、粗格柵、細格柵、曝氣沉砂池及廠區排水泵房作為一個結構分區布置在一起。粗格柵井中安裝有2臺回轉式格柵除污機，柵條間隙為20 mm、寬度為0.8 m的格柵。排水泵房內設4臺變頻調速潛污泵(3用1備)，單泵流量Q=650 m3/h，揚程H=15 m，功率N=55 kW，用于廠區池子放空水及其他廠區排水的提升。細格柵井中設2套轉鼓式細格柵除污機，柵條間隙為3.0 mm，寬度為1.0 m，柵前水深為1.0 m。曝氣沉砂池高峰設計流量停留時間為5 min，配有2臺羅茨鼓風機(1用1備)和1臺橋式吸砂機。初沉池共設2座(4格)，表面負荷為1.71 m3/(m2·h)，沉淀時間為1.6 h，設有4套非金屬鏈條刮泥機。

3.3.2 二級處理單元

設2座AAO生化反應池，生化反應池的污泥齡為10 d，污泥負荷為0.09 kg BOD5/(kg MLSS)，厭氧、缺氧和好氧段的停留時間分別為1.48、3.08 h和8.00 h，有效水深為7 m。池內配有970套管式曝氣器和15臺潛水攪拌器。設計混合液回流比為200%，每座設有3臺潛水回流泵；污泥回流比為100%，由污泥泵房提供污泥回流。設計最大曝氣量為280 m3/min，由鼓風機房內6 臺( 4 用2 備) 帶變頻裝置的鼓風機提供空氣，單機供氣量為70 m3/min。

設2組(共6格)平流式沉淀池，高峰流量時表面負荷為1.0 m3/(m2·h)，配有6套鏈條刮泥機。采用套筒閥排泥。污泥回流通過設在污泥泵房內的污泥泵實現，設有4 臺( 3 用1 備) 變頻調速的潛水泵，單泵流量為1 100 m3/h，揚程為55 kPa；同時還裝設2臺(1用1備) 剩余污泥泵，單泵流量為100 m3/h，揚程為55 kPa，剩余污泥量為10 043 kg SS/d。

3.3.3 深度處理單元

高效沉淀池對二級處理出水進行絮凝沉淀，進一步去除污水中溶解的磷和SS。本工程設混合池2座，水力停留時間為3 min，每座設攪拌機1臺，功率為4.0 kW。混凝劑PAC投加量為20～30 mg/L；絮凝池2座，水力停留時間為9.08 min，每座設攪拌機1臺，功率為10 kW。絮凝劑PAM投加量為1.0 mg/L；沉淀池2座，直徑為9 m，總水深為6.0 m，污泥含水率為99%。混凝池與絮凝池高7.00 m，水深6.20 m，斜板長1.0 m，斜角60°。每組配有3臺污泥螺桿泵(1臺回流、1臺排泥、1臺備用)，快速攪拌器1臺，慢速攪拌器1臺和刮泥機1臺。

高效沉淀池出水進入轉盤濾池，共設2套，濾盤直徑為3 m，共12組，配有反沖洗泵2臺，反沖洗水量為1%～2%，水泵流量Q=50 m3/h，揚程H=7.0 m，功率N=2.2 kW。本工程采用次氯酸鈉消毒，設消毒接觸池1座，接觸時間為35 min。接觸消毒池出水由出水泵房提升排至青龍河。泵房內安裝4臺(3用1備)潛水排污泵，流量Q=650 m3/h，揚程H=20 m，功率N=132 kW。

3.3.4 污泥處理單元

污泥處理單元由儲泥池和污泥脫水機房組成。儲泥池1座，池內配有1臺潛水攪拌機。污泥脫水機房配備有兩套污泥濃縮脫水機，污泥量約1 190 m3/d，含水率為99.3%。經濃縮脫水后，泥餅含水率為80%以下。脫水機房內還設有全自動絮凝劑配置投加系統、空壓機、隔膜計量泵、高性能混合器和螺桿輸送機等設備。

3.3.5 加藥單元

加藥間內設全自動絮凝劑制備系統和PAC制備系統。絮凝劑加藥泵2臺(1用1備)，單泵流量Q=0～200 L/h，H=20 m，N=1.5 kW。PAC加藥泵2臺(1用1備)，單泵流量Q=0～200 L/h，H=20 m，N=1.5 kW。次氯酸鈉加藥計量泵3臺(2用1備)，單臺Q=100 L/h，H=0.3 MPa，N=0.55 kW。

3.3.6 除臭和通風單元

采用生物除臭濾池和離子送風設備二級處理的方式，先將離子新風送入構筑物內，對空間內的廢氣進行預處理，然后通過排風機將除臭區域內的廢氣送入生物除臭濾池，處理達標后通過排放口排出地下箱體。共設置3套生物除臭濾池和2套氧離子發生器送風設備，對粗格柵進水泵房、細格柵、曝氣沉砂池、生物池、污泥泵房和脫水機房等產生惡臭的建構筑物進行臭氣收集和處理，除臭換氣次數為6次/h。

地下箱體內的變配電間以及負二層管廊送室外新風設計，變配電間新風量按換氣次數12次/h設計；負二層管廊按換氣次數4次/h設計。負一層送風機平常時為常開狀態；負二層送風機平常時為常閉狀態，當人員需下至管廊內檢修前開啟。負一層排風量按6次/h設計；負二層排風量按5次/h設計。對各工段車間(包括鼓風機房、污泥濃縮脫水機房、加藥間、變配電站)的排風設計，排風量按12次/h設計。排風系統與排煙系統共用風道及風口。風機選用雙速風機，平時低速運行，滿足排風換氣要求；火災時高速運行，滿足排煙要求。負責負一層各工段的排風設備為常開狀態，每個防火分區內排風設備常開臺數不少于2臺；負二層排風機平時開2臺，當人員下至管廊內檢修前需全部開啟。

3.4 結構設計

整個地下箱體由底板、外墻、隔墻、立柱、中板、頂板及梁組成。箱體底板為落于中風化石灰巖層基礎上的片筏基礎，為保證抗浮需要，底板下設置全長黏結的巖石錨桿輔助抗浮，底板中間厚1.0 m，底板四周局部加厚至1.2 m。箱體外墻為由下至上逐漸變薄的變厚度板，箱體底板面墻厚1.2 m，頂板頂面墻厚0.6 m。地下二層為框架剪力墻結構，剪力墻為水處理構筑物外墻及隔墻，地下二層局部無水池墻體時采用框架立柱承受豎向荷載，立柱、剪力墻上部為中板結構，中板采用梁板結構，中板厚0.2 m。地下一層為框架結構，由立柱及頂板梁板結構組成，頂板厚0.25 m。地下箱體被縱向一條變形縫及橫向三條引發縫分割成8個單元。底板、外墻、及頂板防水均采用2.0 mm厚非固化橡膠瀝青防水涂料+3.0～4.0 mm厚自黏聚合物改性瀝青防水卷材。

3.5 基坑設計

因本工程基坑周邊環境較復雜，保護要求較高，本工程基坑主要采用土質邊坡+復合土釘墻結合巖質邊坡+錨索的支護形式，局部采用灌注樁+錨索+止水帷幕的支護形式。采用Ф1000@1 500灌注樁作為擋土結構，土釘墻采用成孔注漿型鋼筋土釘，水平間距為1.0 m；采用Ф150預應力錨索，其中巖石錨索采用全黏結型錨索；放坡坡面設置100 mm厚噴射混凝土護坡面層，內配Ф8@250雙向鋼筋。巖質邊坡+錨索處設置格構式縱橫肋梁，截面尺寸為300 mm×500 mm。

3.6 消防設計

目前，對于全地下式污水處理廠尚無針對性的防火規范依據，本設計主要參考《建筑設計防火規范》( GB 50014—2014) 中關于廠房的防火要求。本工程中地下箱體內廠區屬于戊類地下廠房，耐火等級一級，防火分區面積不超過1 000 m2，每個防火分區設置自動噴淋系統、火災報警系統、緊急廣播系統，故防火分區面積增加1倍，面積不超過1 000 m2。平面防火分區之間用3 h防火墻或甲級防火卷簾門分隔。每個防煙分區保證不跨越防火分區，每個防煙分區面積不超過1 000 m2，長邊不大于60 m，采用擋煙垂壁、隔墻或從頂棚上凸出不小于0.50 m的梁劃分防煙分區。本工程共設置5個防火分區，且每個防火分區在地上部分設置疏散口。

3.7 地面景觀設計

廠區西臨青龍河，統籌考慮地面建筑與景觀的關系，出水設置跌水瀑布，并結合地下箱體的承重能力合理配置樹種、造景，整個廠區鳥瞰圖如圖4所示。

圖4 臨沂市青龍河全地下污水廠鳥瞰圖Fig.4 Airscape of the Plant

3.8 防汛安全設計

在進地下箱體前的閘門井設置一道帶UPS電源的閘門，意外停電時能利用蓄電池供電將閘門關閉，另外在進水井前也設置了1個電動閘閥及1個手電兩用閘門保護，避免污水淹沒污水處理廠。另外，考慮到池體意外漏水及水汽影響，在地下箱體最低點處的排水泵房設置排空泵，將突發浸水強排至地面；布置于箱體負二層的排水管道采用耐腐蝕的球墨鑄鐵管，風管采用不銹鋼材料，鋼構件表面均涂刷多功能環氧涂料。

4 工程經濟指標及運行效果

本工程總投資2.1億元(含征地拆遷費1 000萬元)[3]，建安費1.8億元。單位處理成本1.86元/m3，可變成本0.59元/m3。國內地上式污水廠噸水投資一般在3 000元左右，本工程總投資約為地上式污水廠的2倍。

本工程于2017年4月通水，目前已穩定運行，實際水量為(2.5～2.8)×104m3/d ，已達設計水量的93%，出水水質達到一級A標準，具體進、出水指標平均值如表2所示。

表2 實際運行進、出水水質 (單位：mg/L)Tab.2 Actual Influent and Effluent Quality (Unit：mg/L)

5 結論

面對選址困難，臨沂市青龍河全地下污水廠在良好解決了中心城區污水問題的同時，改善了河道水質，地面景觀設計與周圍環境和諧統一，最大限度地利用了土地資源，具有良好的經濟、社會和環境效益。

[1]王燕,孫世昌.地下式污水處理廠工程設計內容探討[J].環境科學導刊,2017,36(5):55-57.

[2]賈海濤,周厚方,賀佳杰,等.地下式MBR污水處理廠運行效果及能耗分析[J].給水排水,2016,42(8):40-43.

[3]周益洪,張麗.黃天地.傳統A2/O工藝在臨沂市青龍河全地下污水處理廠中的應用[J].給水排水,2018(2):27-29.