全地埋式污水處理廠設計

衛世全 馬 剛 宣守華 張 靖 彭換寶

（1.中安華力建設集團有限公司，安徽合肥 230000；2.中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川成都 610000）

1 工程概況

合肥市胡大郢污水處理廠PPP工程是一座全地埋式污水處理廠[1]，如圖1所示。

圖1 合肥市胡大郢污水處理廠PPP工程建成圖

位于合肥市包河區高鐵路與龍川路南側，是合肥市重要民生工程，主要解決十五里河水質長期劣Ⅴ類、污染物入巢湖量巨大的問題。

項目集污水處理、休閑體育公園于一體，現場無臭無味，視覺效果好、環境友好，體現“以人為本、綠色共享”的發展理念，如圖2所示。

圖2 合肥市胡大郢污水處理廠屋頂體育公園圖

1.1 規模及用地

合肥市胡大郢污水處理廠設計處理規模為10 萬m3/d，總變化系數Kz=1.3，一次建成。再生水回用規模為3 萬m3/d（不含廠內自用水量）。處理廠采用全地埋式設計，項目污水廠占地面積39 069.31 m2，其中地下箱體19 525.05 m2，單方污水占地面積0.195 m2，上部公園面積約3.5 萬m2。

1.2 工程設計目標

（1）為保護巢湖水環境，本工程要求出水水質在穩定達到安徽省《巢湖流域城鎮污水處理廠和工業行業主要水污染物排放限值》（DB 34/2710—2016）基礎上，COD、BOD、總磷、氨氮的含量達到地表水Ⅳ類標準，其中總氮≤5 mg/L。

（2）經過機械處理濃縮脫水，污泥含水率≤80%，處理后的泥餅會運送至污泥處理廠進行集中處理。

（3）臭氣處理排放標準應執行《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）中的二級標準。

（4）廠內有毒、有害氣體及粉塵等衛生條件執行《工業企業設計衛生標準》（GBZ 1—2010）、《工作場所有害因素職業接觸限值第2部分：物理因素》（GBZ 2.2—2007）。

（5）廠界噪聲控制標準按照《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB 12348—2008）的第2類標準執行。

地下空間內噪聲控制按照《工業企業噪聲控制設計規范》（GB/T 50087—2013）的要求執行。

1.3 處理工藝

（1）污水處理工藝。

污水處理采用以速沉池+改良A2/O+深床濾池為主體的工藝，排入十五里河的尾水消毒采用紫外線消毒工藝，再生水回用部分采用次氯酸鈉消毒工藝。

（2）污泥處理工藝。

采用一體式離心濃縮脫水工藝，脫水泥餅經污泥料倉周轉外運。

（3）臭氣處理工藝。

采用穩定可靠的生物除臭工藝。

1.4 主要設計內容

合肥胡大郢污水處理廠采用全地埋式設計，設有地下箱體1座，通過組合、疊建，在箱體內布置粗格柵及進水泵房、細格柵、速沉池、改良A2/O生化池[2]、矩形周進周出二沉池、反硝化深床濾池、紫外線消毒渠、消毒接觸池、尾水提升泵房、脫水機房、鼓風機房、加藥間、變配電間、消防控制中心、箱體外道路連接坡道、臭氣收集處理系統以及廠內通道、疏散樓梯等。箱體西側建設有綜合設備用房，內設污水廠管理辦公用房、中控室、化驗室、倉庫等，綜合設備用房與箱體合建。

此外，還建有污水進水管道和尾水排放管。

2 設計難點及主要思路

2.1 本工程為全地埋式設計

與常規的地面式污水廠不同，全地埋式污水處理廠的污水、污泥處理設施全部位于地下，布置高度集約化。在滿足工藝要求的前提下，需要考慮建筑、結構、通風、消防、除臭、安全疏散、施工及運維管理等方面的經濟性和合理性，設計難度遠高于傳統的地面式污水處理廠。

多專業之間的協調、配合好壞是設計成敗的關鍵。在項目設計中，統籌各專業設計資源，建立高效的溝通機制。通過多專業配合，對工藝構筑物選型、構（建）筑物組合疊放、柱網布置、交通組織、安全疏散及防火分區布置、各種管線平面及豎向空間利用等工序進行多方案技術經濟比較，取得良好的設計效果。

2.2 項目出水水質要求嚴苛

合肥胡大郢污水處理廠出水水質指標達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中Ⅳ類標準，TN≤5 mg/L，在國內領先，處理工藝、設計參數的選擇難度極大。項目設計中，對本工程的預處理和二級處理進行優化，使工藝流程滿足進出水水質要求。實際運行中處理效果良好，起到極強的示范作用。

2.3 工程緊鄰已建高鐵路

合肥胡大郢污水處理廠工程南側緊鄰高速鐵路，50 m防護帶必須保持原狀。本工程基坑開挖深度達15.30～28.90 m，南北兩側距離用地紅線較近，基坑支護難度極大。

經過多方案比較，結合相關通知、南側高鐵填土保護區限制以及施工便利性和經濟性，采用基坑開挖支護采用放坡+（沖）鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水帷幕+內支撐支護方案，如圖3所示。

圖3 合肥市胡大郢污水處理廠PPP工程深基坑支護施工

2.4 消防國內無明確規定

合肥胡大郢污水處理廠PPP工程為全埋地下式污水處理廠，消防國內無明確規定。

項目設計中，設計院人員積極配合業主與消防部門進行溝通，組織專家論證會進行消防論證，通過消防方案設計。

3 項目設計特色

（1）采用全地埋式設計，布置緊湊，單方污水占地面積為0.195 m2，節地效果明顯。箱體頂部為開放式的市政公園，建有供市民休閑娛樂的市政公園，可以提升周邊環境和土地價值，在一定程度上帶動周邊經濟發展。

（2）此項目對出水的水質要求嚴苛，執行《巢湖流域城鎮污水處理廠和工業行業主要水污染物排放限值》（DB 34/2710—2016）標準（類Ⅳ類），TN≤5 mg/L的指標屬國內領先，具有較好的示范作用。

（3）一級處理采用獨創的速沉池工藝，已獲得國家知識產權局專利授權。結合沉砂池與初沉池的特點，在預處理及一級處理中，采用能夠縮短停留時間的沉淀池（速沉池）取代沉砂池和嚴格意義的初沉池。速沉池采用平流沉淀池形式，水力停留時間控制為15～20 min。改進后可以縮短水力停留時間，減少污水碳源的損失，降低運行成本，去除污水中的無機固體（沉砂池功能）和顆粒性COD，削減進入生物處理系統COD負荷，降低生物的處理能耗。通過速沉池可以去除污水中的無機SS，提高生物池內MLVSS與MLSS的比值，增大生物系統內活性污泥量，降低污泥負荷。

（4）工程工藝設計充分考慮進水的波動性及出水標準嚴苛性，一級處理采用獨創的“速沉池”工藝，生物處理通過采用具有針對性的“經優化的改良A2/O”工藝，深度處理采用“后置反硝化深床濾池”工藝，消毒采用“紫外消毒”工藝。該工藝組合各段功能明確、運行調試容易、處理效果可控，出水水質穩定達標。

（5）地下箱體總平面布置中，將電負荷大的進水泵房、鼓風機房、臭氣處理系統等集中布置在主變配電間附近，有效減少供電半徑；將產生惡臭氣體的預處理系統、污泥處理系統集中布置在生化池前端，防止惡臭氣體在箱體蔓延[3]。完善的臭氣收集、處理系統，能夠有效去除惡臭的影響，廠內環境良好。

（6）二沉池采用矩形周進周出二沉池，具有運行水力負荷和固體負荷較高、占地面積小、沉淀效率高、出水水質穩定可靠、池子構造簡單、池深淺、施工較容易、污泥滯留時間短、有效避免污泥的反硝化和厭氧上浮等特點[4]。二沉池為矩形構筑物，便于和生化池及后續構筑物銜接。

（7）廠區南側距高鐵線路僅50 m，基坑開挖采用三道環形內支撐形式，有效避免對高鐵運行的影響。

（8）設計具有完善的安全措施，包括防淹沒、噪聲、消防、有毒有害氣體、非法入侵等。

（9）目前，廠區運行效果良好，出水水質、環境質量均高于設計標準。

4 結語

全地埋式污水處理廠的設計貫徹“以人為本、環境友好”環保理念，可以節約土地，和諧自然，但是需要面對很多設計難題，需要創新思路去解決。