深圳市某污水處理廠提標擴容工程節(jié)地工藝設計方案

沙 超，張瀚中

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

深圳市某污水處理廠一期、二期工程先后于2004 年和2012 年建成運行。一期建設規(guī)模6 萬m3/d，二期建設規(guī)模20 萬m3/d。近些年，一期、二期工程長期處于滿負荷運行狀態(tài)，且有污水溢流的問題。根據(jù)污水量預測，污水處理廠需擴容至40 萬m3/d。由于廠外預留擴建用地存在征地困難問題，因此考慮廠內實現(xiàn)14 萬m3/d 的擴容改造工程，一期工程拆除現(xiàn)有6 萬m3/d 的污水、污泥處理設施，建設一套16 萬m3/d 的污水處理設施；二期工程由20 萬m3/d擴容改造至24 萬m3/d。項目提標擴容施工期間，污水調配至下游的調蓄池和一級處理設施應急處理，同時加快項目推進速度，盡早投入運行，充分發(fā)揮項目工程效益。提標擴容工程出水主要水質指標達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）中的Ⅳ類水標準（整體為準Ⅳ類標準）。本文重點討論一期提標擴容工程的設計方案。

1 污水廠現(xiàn)狀和提標擴容要求

1.1 現(xiàn)狀概況

如圖1 所示，污水處理廠總占地面積約15.41 hm2，規(guī)劃處理總規(guī)模為40 萬m3/d。已建成一期工程6 萬m3/d 處理規(guī)模，占地面積約5.47 hm2。其中，生產(chǎn)區(qū)面積約4.2 hm2，主要構（建）筑物包括進水泵房、沉砂池、計量槽、CAST 反應池、鼓風機房、接觸池、加氯間、除磷加藥間、貯泥池、脫水機房，出水排放標準按《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級B 標準執(zhí)行。現(xiàn)狀二期工程設計規(guī)模20 萬m3/d，主要構（建）筑物包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、多模式AO 生反池、福流式二沉池、紫外線消毒渠、污泥離心脫水機房等。二期提標擴容工程根據(jù)現(xiàn)狀設施復核，二級處理系統(tǒng)按照24 萬m3/d運行，深度處理新增反硝化生物濾池+ 磁混凝沉淀池組合工藝。此外，現(xiàn)狀廠區(qū)內另單獨建成一套獨立于一期和二期工程的處理規(guī)模500 t/d（含水率80%計）的污泥板框脫水設施，用于廠內及其他污水廠污泥的深度脫水。

圖1 污水處理廠用地情況

1.2 一期提標擴容要求

本次提標擴容需將一期提標擴容建設規(guī)模16 萬m3/d，與二期提標擴容建成后總處理規(guī)模40 萬m3/d。出水指標CODCr、BOD5、NH3-N、TP 執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）中的Ⅳ類水標準，糞大腸菌群數(shù)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 標準，TN按不大于10 mg/L，SS 按不大于8 mg/L 執(zhí)行。一期提標擴容系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥利用廠區(qū)內現(xiàn)狀的二期離心脫水設施和單獨的板框脫水設施，污泥板框脫水后外運處置。根據(jù)對工程規(guī)模、工程目標、污水處理廠用地情況分析、工程方案選擇原則，以及現(xiàn)狀處理工藝的評估，在方案設計中除提標擴容要求，還需特別關注以下幾點[1]：

（1）充分考慮目前用地情況，盡量采用有節(jié)地特點的工藝或建設形式，以滿足擴容需求。

（2）考慮周邊居民區(qū)、綠地、河道等環(huán)境特點，工程建設充分考慮景觀布局，打造優(yōu)美的廠區(qū)環(huán)境。

2 提標擴容重點、難點和應對措施

2.1 重點、難點分析

（1）全廠提標及擴建用地緊張

現(xiàn)狀一期工程生產(chǎn)設施用地約4.2 hm2，本次提標需要建設一套16 萬m3/d 的污水處理設施，用地指標為0.26 hm2/（萬m3/d）。提標擴容完成后，項目總規(guī)模40 萬m3/d，用地指標為0.38 hm2/（萬m3/d）。根據(jù)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB 50318—2017），規(guī)劃用地指標一般為0.92 hm2/（萬m3/d）。因此，本項目用地非常緊張，一期提標擴容必須采用特別節(jié)地的工藝組合。

（2）出水標準高

本次工程出水水質主要水質指標要求達到《地表水環(huán)境質量標準》（GB 3838—2002）中的準Ⅳ類標準，同時要求出水水質長期穩(wěn)定、可靠。因此，選擇合理最佳的、有針對性的生物處理工藝和深度處理工藝是工程設計的關鍵點。

（3）建設型式要求高

項目周邊有居民區(qū)、市政道路、河道和高爾夫球場，周邊環(huán)境敏感。按照市政府提出的“去工業(yè)化”“花園型”廠站的理念，要求建設滿足“公眾休閑”“科普教育”“工業(yè)旅游”等要素的現(xiàn)代化污水處理廠，水廠定位較高，難度較大。

2.2 設計方案的應對策略

（1）工藝選擇

針對本工程工程用地特別緊張、出水水質要求高、環(huán)境要求高等特點，此次設計方案優(yōu)選出“預處理+ 多段AO 生物反應池+ 雙層二沉池+ 深度處理工藝”和“預處理+A2/O+MBR 膜處理工藝”兩組工藝路線進行綜合比較。考慮到多段AO 管理、運行成本等均優(yōu)于MBR 工藝，確定采用多段AO 工藝作為本次的主體工藝。

一期提標擴容工程各處理環(huán)節(jié)采用的主要工藝方案如下：

a.預處理：粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池。

b.二級處理：多段AO 生物反應池＋雙層二沉池工藝。

c.深度處理及消毒工藝：磁混凝沉淀池+ 紫外線消毒+輔助加氯消毒工藝技術。

d.為了節(jié)省用地，方案將生物反應池和二沉池合建為一體化構筑物。工藝流程如圖2 所示。

圖2 一期提標擴容工藝流程圖

（2）建設型式

為契合當前深圳市建設現(xiàn)代化花園型廠站的需求，考慮深圳市城市用地緊張的現(xiàn)狀，本次提標擴容工程考慮在合建的生物反應池和二沉池構筑物頂部增加上蓋屋面，屋面覆土作為屋頂公園，架設天橋與廠外連接。項目建成后，屋頂花園對公眾開放，打造市政設施用地縱向綜合利用的典范。廠區(qū)總平面圖布置中考慮完善的參觀通道，景觀設計中對“科普教育”“工業(yè)旅游”等內容精心設計，體現(xiàn)污水廠的特色。

3 工程方案設計

3.1 設計規(guī)模和水質

本設計規(guī)模為16 萬m3/d，總變化系數(shù)KZ=1.3，設計進出水水質見表1。

表1 設計進出水水質 單位：mg/L

3.2 主要單體工藝設計

（1）預處理

新建粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池各1 座，設計規(guī)模16 萬m3/d。其中，細格柵采用3 mm 孔徑的網(wǎng)板細格柵，曝氣沉砂池高峰停留時間8.4 min。

（2）多段AO 生物反應池

本工程采用無內回流多段AO 工藝，確保CODCr、BOD5、NH3-N、TN 等指標達到本次出水的要求。本工程新建多段AO 生物反應池1 座，設計規(guī)模為16 萬m3/d，分2 池，每池可單獨運行。本項目多段AO 本身對總氮處理效果較好，根據(jù)計算結果，本次生物反應池不設置內回流設施，主要設計參數(shù)見表2。

表2 多段AO 生物反應池設計參數(shù)

（3）雙層二沉池

本工程用地特別緊張，常規(guī)的福流式二沉池、平流沉淀池、周進周出矩形二沉池均無法滿足本項目表面水力負荷的要求。因此，本項目考慮采用雙層矩形二沉池沉淀工藝。本次新建雙層二沉池共10 格，按照有效面積折算，高峰表面負荷為1.4 m3/（m2·h），在規(guī)范允許的負荷范圍內。

（4）磁混凝沉淀池

為進一步去除SS 和TP，本項目深度處理采用節(jié)地的磁混凝沉淀工藝。磁混凝澄清池集合多種沉淀技術特點，沉淀效率高，出水水質穩(wěn)定、優(yōu)異，占地面積小，抗沖擊能力強。磁混凝沉淀池1 座4 組，集合混凝池、磁粉投加池、絮凝池和沉淀池，沉淀區(qū)域峰值表面負荷為19.1 m3/（m2·h），平均表面負荷為14.7 m3/（m2·h）。

3.3 豎向綜合開發(fā)和景觀設計

本項目對生物反應池和二沉池一體化構筑物1.68 萬m2的操作層實施加蓋，操作層四周敞開，廠區(qū)場坪設計標高35.50 m，頂蓋公園覆土后標高46.50 m，廠外現(xiàn)狀人行天橋處對應地坪標高37.20 m。本次方案考慮直接由廠外架設約40 m 長人行天橋經(jīng)廠內通至頂蓋公園，廠外天橋與現(xiàn)狀跨路人行天橋順接，頂蓋公園建設市民水處理文化宣傳區(qū)，將本項目打造成定點水文化教育展示基地，向市民展示污水處理過程，提升節(jié)約用水、愛護生態(tài)環(huán)境的資源保護意識，使其成為宣傳城市水文化知識的重要載體和窗口。

同時，本工程綠化設計以改善凈水廠生態(tài)環(huán)境與提高凈水廠對外形象為出發(fā)點，以美化環(huán)境為主要手段，將凈水廠設計成一個集文化、生態(tài)、景觀、休閑為一體的綠化空間，打造綠樹成陰、鳥語花香、環(huán)境優(yōu)美的園林式廠區(qū)環(huán)境。針對場地狹小、布置緊湊的特點，本項目沿建（構）筑物四周狹長空地設置綠帶，沿主要的參觀通道設置長條形宣傳柵欄，宣傳污水收集、處理過程，本工程工藝特色等；在建筑的立面和裸露管道設主題涂鴉，起到協(xié)調遮擋作用；在粗格柵及進水泵房相對面積較大的綠地設置雨水花園和生態(tài)步道，打造特色海綿科普空間。

3.4 投資和成本

工程投資概算為52 165 萬元。其中，工程費用45 358 萬元，單位處理成本1.49 元/m3，單位經(jīng)營成本1.03 元/m3。

3.5 實際運行效果

本次提標擴容改造工程于2019 年主體通水達標運行以來，各項出水指標均能穩(wěn)定達到準Ⅳ類水標準要求。2019 年11 月至2020 年7 月，污水處理廠實際進出水水質和污染物去除率見表3。

表3 提標擴容后進出水水質及平均污染物去除率 單位：mg/L

4 設計探討

本項目在4.2 hm2用地條件下，采用節(jié)地工藝實現(xiàn)16 萬m3/d 規(guī)模的污水處理設施的設計和建設任務，出水水質標準執(zhí)行準Ⅳ類標準，并在污水廠的豎向綜合開發(fā)方面也有所探索。本項目的建設案例為類似情況污水廠提標擴容工程提供了工程借鑒，設計和運維中的一些心得體會供同類項目討論。

4.1 工藝選取方面

多段AO 生物反應池作為強化脫氮的相對新型工藝，近年來用于大型污水廠的案例越來越多，其處理效果得到充分的驗證，總氮的去除通過二級處理實現(xiàn)是相對經(jīng)濟合理的方案[2]。本項目根據(jù)計算，多段AO 未設置內回流設施，節(jié)省了一定的土建和設備投資。同時，外回流采用多點回流，可根據(jù)實際運行需要靈活調節(jié)每一段的污泥濃度，目前項目整體運行良好，出水總氮達標可靠。二沉池受用地限制，采用了雙層二沉池工藝。該工藝目前在國內大型污水廠的應用案例不多，實際運行效果尚可，但是耐水力和固體沖擊能力相對一般，下層刮泥設備的檢修維護等方面較麻煩。此外，矩形二沉池多格水池配水均勻方面需妥善考慮。如果設置進水自由堰，則增大系統(tǒng)的水頭損失，并引起跌水曝氣，建議設置進水可調節(jié)淹沒堰，根據(jù)實際情況靈活調控。

4.2 污水廠土地縱向綜合利用方面

深圳市作為“大灣區(qū)”中心城市、改革開放先行示范區(qū)，建設用地不足是其面臨的較大挑戰(zhàn)。因此，深圳市市政設施特別強調節(jié)地和土地的綜合開發(fā)。本項目在6 萬m3/d 污水廠用地上實現(xiàn)提標擴容，已經(jīng)充分地節(jié)省了用地。同時，充分響應政府的號召，探索了土地縱向利用的可行性。本方案將生物反應池和二沉池的上部空間開發(fā)為屋頂公園綠化，與相關部門配合，打造公共開放的休閑娛樂空間，可供部分項目參照。此外，目前的豎向綜合開發(fā)形式尚較為單一，基本是考慮作為市政公園等進行利用。隨著半地下或全地下污水廠的建設案例逐漸增多，亟須各地政府整合資源，制定政策、規(guī)劃和標準等，實現(xiàn)用地的最大化綜合利用，為城市發(fā)展貢獻寶貴的土地資源。

5 結語

（1）本工程采用多段AO 工藝、雙層二沉池、磁混凝沉淀池等較先進的節(jié)地工藝對污水廠進行提標擴容，可以保持出水有效且穩(wěn)定達標。

（2）本工程在用地緊張的情況下，結合節(jié)地工藝和部分一體化建設形式，在有限的空間內實現(xiàn)了16 萬m3/d 污水處理設施的建設內容，工程占地僅4.2 hm2，充分發(fā)揮了土地價值。

（3）本工程通過土地縱向綜合利用和景觀設計優(yōu)化，一改污水廠在城市環(huán)境中孤立存在的特點，將寶貴的土地資源綜合利用、污水廠的環(huán)境品質提升與周邊的居住環(huán)境進行有效互補。