青島市泊里鎮(zhèn)全地下污水處理站工程設(shè)計(jì)

摘" 要：青島市泊里鎮(zhèn)全地下污水處理站設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104 m3/d，廠區(qū)占地2.59 ha，工藝采用粗細(xì)格柵+曝氣沉砂池+MBBR工藝+周進(jìn)周出二沉池+高效沉淀池+深床濾池處理工藝。工程總投資為25 978萬(wàn)元。其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可供其他類似工程參考。

關(guān)鍵詞：全地下污水處理站；MBBR；工藝流程；工程設(shè)計(jì)；污水排放

中圖分類號(hào)：TU992" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）14-0119-04

Abstract： The design scale of the whole underground sewage treatment station in Boli Town of Qingdao City is 3.0×104 m3/d， and the plant covers an area of 2.59 ha. The process adopts thick and thin grid + aeration settling tank + MBBR process + weekly secondary sedimentation tank + high efficiency sedimentation tank + deep bed filter treatment process. The total investment of the project is 259.78 million yuan. Its design experience can be used as a reference for other similar projects.

Keywords： underground sewage treatment plant; MBBR; technological process; engineering design; sewage discharge

青島市泊里鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，入選“2022年度全國(guó)綜合實(shí)力千強(qiáng)鎮(zhèn)”榜單，位列全國(guó)第76名，青島市第一名。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市人口不斷增加，人民生活水平迅速提高以及工業(yè)化步伐的加快，城市用水量急劇增加，污水排放也相應(yīng)增加，同時(shí)也加劇了水資源的短缺和水環(huán)境的惡化。目前片區(qū)內(nèi)僅有一座小型污水處理站和一座臨時(shí)污水站，處理規(guī)模遠(yuǎn)不能滿足未來鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展需求。泊里鎮(zhèn)污水站的建設(shè)能有效提高鎮(zhèn)區(qū)的污水處理能力，對(duì)改善水系生態(tài)具有重要意義。

1" 設(shè)計(jì)水質(zhì)及設(shè)計(jì)規(guī)模、工藝流程

1.1" 設(shè)計(jì)水質(zhì)及設(shè)計(jì)規(guī)模

泊里鎮(zhèn)污水處理站近期土建按3×104 m3/d，設(shè)備按1×104 m3/d進(jìn)行設(shè)計(jì)，該水廠進(jìn)水中以生活污水為主，設(shè)計(jì)水質(zhì)結(jié)合指標(biāo)法計(jì)算、片區(qū)內(nèi)其他污水廠進(jìn)水水質(zhì)及實(shí)測(cè)水質(zhì)分析所得，具體數(shù)值見表1。

本工程出水CODcr、BOD5、NH3-N、TP主要指標(biāo)應(yīng)滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 18921—2019《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)》中娛樂性景觀環(huán)境用水（河道類）要求及GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

1.2" 工藝選擇

水廠結(jié)合進(jìn)、出水質(zhì)，工藝不僅需要具有較好的脫氮能力、能有效保證大腸桿菌滿足中水回用的要求，在不同的進(jìn)水條件下均能穩(wěn)定地保證出水水質(zhì)，還應(yīng)有一定提升能力，能較好地進(jìn)行水質(zhì)提升。本工程綜合考慮水廠占地面積及運(yùn)行投資，最終選擇采用移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）處理工藝。

1.3" 工藝流程

污水廠工藝流程如圖1所示。

2" 工程設(shè)計(jì)

2.1" 總圖布局

本污水處理站結(jié)合周邊規(guī)劃，采用地下式布置，地上區(qū)域除設(shè)置除臭高空排放塔以及消防疏散口以外，其余均設(shè)計(jì)為景觀綠化。整個(gè)地下箱體占地面積約10 639 m2，高度14.6 m，局部15.4 m。地下區(qū)域考慮水力流程、交通運(yùn)輸，以及除臭需要合理布置地下平面。地下水廠設(shè)計(jì)為2層，地下一層主要為運(yùn)行操作區(qū)域，地下二層主要為水池以及管廊。

2.2" 豎向設(shè)計(jì)

根據(jù)規(guī)劃水廠區(qū)域道路規(guī)劃標(biāo)高為5.50 m，南側(cè)橫河50年一遇水位4.40 m，百年一遇水位4.60 m，本工程廠區(qū)標(biāo)高按5.8 m設(shè)計(jì)，高于周邊道路規(guī)劃標(biāo)高及橫河百年一遇水位。

地下箱體大部分覆土厚度為1.5 m，頂板標(biāo)高4.3 m，底板頂標(biāo)高-9.2 m、-10.0 m。該工程的尾水排入河道。泊里鎮(zhèn)污水處理站建設(shè)工程主要處理單元為地下式，進(jìn)水高程根據(jù)橫河北路污水主管道標(biāo)高確定，污水重力進(jìn)入污水廠后依次通過進(jìn)水井、粗格柵渠、細(xì)格柵渠、曝氣沉砂池、初沉池、生物池、二沉池，后經(jīng)提升泵提升依次通過高效沉淀池、深床濾池、紫外消毒渠，最終經(jīng)尾水泵排入河道或回用。

2.3" 工藝設(shè)計(jì)

2.3.1" "粗細(xì)格柵及曝氣沉砂池

自動(dòng)回轉(zhuǎn)式粗格柵2臺(tái)，B（渠道寬度）=1 000 mm，b（柵條間隙）=15 mm。自動(dòng)回轉(zhuǎn)式細(xì)格柵2臺(tái)，B=1 100 mm，b=5 mm。鏈板式刮砂機(jī)1臺(tái)，B=1 000 mm。

2.3.2" 初沉池

初沉池采用平流式沉淀池，分2組，單組尺寸為33 m×7.4 m，有效水深4.0 m，峰值表面負(fù)荷3.8 m3/m2·h，池內(nèi)采用非金屬鏈條刮泥機(jī)，長(zhǎng)×寬=33 m×7.4 m，水深4.0 m。

2.3.3" AAOAO-MBBR生物池

生物池根據(jù)生物處理的工藝要求，建有5個(gè)生物反應(yīng)區(qū)，分為厭氧區(qū)（除磷）、前缺氧區(qū)（反硝化池）、前好氧區(qū)（硝化池）、后缺氧區(qū)（反硝化池）、后好氧區(qū)（除碳池），分3組，單組尺寸為58.8 m×22.2 m，有效水深為6.5 m。總停留時(shí)間為19.4 h，其中厭氧區(qū)1.9 h，前缺氧區(qū)5.4 h，前好氧區(qū)7.7 h，脫氣區(qū)0.8 h，后缺氧區(qū)3.0 h，后好氧區(qū)0.6 h。生物池溶解氧濃度為2～3 mg/L。混合液回流二沉池-好氧區(qū)為100%，好氧區(qū)-缺氧區(qū)300%。生物池設(shè)計(jì)總泥齡為16.5 d，總污泥負(fù)荷：0.08 kgBOD5/kgSS·d。單組池內(nèi)配置立式渦輪攪拌器7臺(tái)，內(nèi)回流泵（前缺氧區(qū)至厭氧區(qū)）3臺(tái)，Q（流量）=625 m3/h，H（揚(yáng)程）=1 m，N（功率）=4.0 kW；MBBR填料511 730 m3，規(guī)格1 200 m2/m3，填充率13.3%；板式曝氣器608套，單個(gè)氣量（10±4） m3/h。

2.3.4" 二沉池

本次設(shè)計(jì)采用周進(jìn)周出的沉淀池。設(shè)計(jì)分成3格，進(jìn)水端設(shè)置3個(gè)獨(dú)立渠道閘門。沉淀池總尺寸為54.9 m×30.4 m，有效水深為4.5 m，峰值表面負(fù)荷1.25 m3/（m2·h），高峰水量時(shí)沉淀時(shí)間為4 h。單組沉淀池設(shè)置回流污泥泵2臺(tái)，Q=420 m3/h，H=4 m，剩余污泥泵2臺(tái)，Q=60 m3/h，H=20 m。

2.3.5" 高效沉淀池

高效沉淀池是集混凝、絮凝、斜管沉淀和污泥濃縮于一體的集成化高效分離設(shè)施，相比傳統(tǒng)的單一沉淀工藝，其在占地面積、去除效率等方面均具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本工程設(shè)計(jì)分成2格，單格尺寸19.8 m×9.4 m，混合池尺寸3.8 m×1.8 m，混合池有效水深6 m，混合池平均停留時(shí)間2.7 min。絮凝反應(yīng)池尺寸6 m×5 m，有效水深6 m，平均停留時(shí)間12 min。沉淀池尺寸9.4 m×9.4 m，有效水深6 m，峰值表面負(fù)荷14.6 m3/（m2·h）。單組池內(nèi)設(shè)置混凝攪拌器1套，N=7.5 kW，絮凝攪拌器1套，N=5.5 kW，剩余污泥泵2臺(tái)（一用一備），Q=30 m3/h，P（壓力）=0.6 MPa，回流污泥泵2臺(tái)（一用一備），Q=50 m3/h，P=0.6 MPa。

2.3.6" 反硝化深床濾池

反硝化深床濾池的功能包括：①去除進(jìn)水中懸浮物SS；②反硝化脫氮，即去除TN，本工程出水總氮要求高，運(yùn)行過程中根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況啟用深床濾池的脫氮功能。本工程設(shè)計(jì)分成4格（近期用2格），單格面積53 m2，濾速5.8 m3/（m2·h），水洗強(qiáng)度4 L/（m2·s），氣洗強(qiáng)度35 L/（m2·s）。池內(nèi)設(shè)置反沖洗水泵2臺(tái)，Q=763 m3/h，H=10 m；反沖洗廢水提升泵2臺(tái)Q=126 m3/h，H=9.0 m；反沖洗羅茨風(fēng)機(jī)2臺(tái)，Q=108 m/min，P=68.6 kPa；空壓機(jī)2臺(tái)，Q=25.5 m3/h，P=0.7 MPa。

2.3.7" 紫外消毒區(qū)域

紫外消毒設(shè)備1套，紫外穿透率大于等于70%，紫外劑量25 mJ/cm2。

2.3.8" 鼓風(fēng)機(jī)房

鼓風(fēng)機(jī)房平面尺寸22.6 m×10.5 m，曝氣單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)（一用一備），Q=68 m3/min，H=7.5 m，N=90 kW。

2.3.9" 脫水機(jī)房

脫水機(jī)房平面尺寸為40 m×8 m，污泥離心脫水機(jī)2臺(tái)，Q=25～30 m3/h，N=40 kW；污泥切割機(jī)2臺(tái)，Q=35 m3/h，N=3.0 kW；進(jìn)泥泵2臺(tái)，Q=35 m3/h，H=20 m，N=7.5 kW。

2.4" 污泥處置

該水廠設(shè)置污泥均質(zhì)池1座，內(nèi)設(shè)攪拌器，可對(duì)污泥進(jìn)行簡(jiǎn)易的重力濃縮，池體上部設(shè)置溢流上清液，有利于減少污泥含水率和污泥體積，降低脫水處置負(fù)荷。

2.5" 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

污水廠地下箱體為平面矩形，長(zhǎng)度123 m，寬度87 m，高度15.3 m，局部12.6 m，頂板覆土1.5 m。外池壁為變截面（頂部0.6 m，底部1.2 m）；底板厚度為1.4 m，頂板厚度0.30 m，中間板厚度0.25 m，均為梁板體系。框架柱柱距6.5～9.0 m，框架柱截面尺寸0.7 m×0.7 m。箱體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)持力層為第7層強(qiáng)風(fēng)化巖或第8層中風(fēng)化巖。

主體結(jié)構(gòu)采用C35防水混凝土，抗?jié)B等級(jí)P8，混凝土用普通硅酸鹽水泥，澆注耐久性高的防水混凝土。嚴(yán)格把控混凝土的入模塌落度和入模溫度，減少溫差收縮和干縮帶來的不良影響。

2.6" 通風(fēng)及除臭設(shè)計(jì)

該廠臭氣主要來源于預(yù)處理區(qū)域、生物池及脫水機(jī)房，經(jīng)收集后的臭氣利用生物濾池和離子發(fā)生器進(jìn)行除臭。

設(shè)生物除臭系統(tǒng)一套裝置1套，尺寸為40 m×8 m，處理風(fēng)量18 000 m3/h。

為保證通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠，本工程為保持工人作業(yè)區(qū)（地下一層）及巡檢管溝（地下二層管溝）有個(gè)較好的空氣條件，對(duì)地下空間作全面通風(fēng)換氣考慮。

工人作業(yè)區(qū)（地下一層）采用局部排風(fēng)和全面通風(fēng)相結(jié)合的送排風(fēng)方式。局部排風(fēng)次數(shù)以除臭風(fēng)量為準(zhǔn)。全面通風(fēng)次數(shù)：當(dāng)車間高度小于或等于6 m時(shí)，其排風(fēng)量按1次/h換氣計(jì)算；當(dāng)車間高度大于6 m時(shí)，排風(fēng)量按6 m3/（h·m2）計(jì)算。

地下二層管溝為保證正常巡檢及維修人員的生命安全，采用機(jī)械通風(fēng)方式。換氣次數(shù)為2～3次/h。

各電氣設(shè)備機(jī)房設(shè)獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，采用送風(fēng)設(shè)備送至房間，然后將余熱排至地下一層工人作業(yè)區(qū)或室外。換氣次數(shù)為6～8次/h。

2.7" 消防設(shè)計(jì)

廠內(nèi)地上及地下道路連接環(huán)形布置，保證消防通道暢通，廠內(nèi)主干道寬不小于6 m，道路凈空高度不小于4.0 m，滿足消防車對(duì)道路的要求。

地下箱體按照功能設(shè)置防火分區(qū)，各類通風(fēng)及配電機(jī)房單獨(dú)設(shè)置防火分區(qū)，防火分區(qū)面積均小于2 000 m2，水處理設(shè)備房及各類濾池及巡檢區(qū)域本身不具有火災(zāi)危險(xiǎn)性，設(shè)計(jì)按照功能化分防火分區(qū)，地下廠區(qū)每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置不少于2個(gè)安全出口，其中可利用防火墻上通向相鄰防火分區(qū)的甲級(jí)防火門作為第二安全出口，但每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置1個(gè)直通室外的安全出口。各防火分區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)到最近安全出口的距離不超過60 m。

2.8" 電氣設(shè)計(jì)

本工程近期土建按3×104 t/d，設(shè)備按1×104 t/d實(shí)施，遠(yuǎn)期設(shè)備增加至3×104 t/d。本工程主要用電負(fù)荷為生產(chǎn)工藝設(shè)備用電，總裝機(jī)容量1 585.17 kW，工作設(shè)備容量1 156.18 kW，計(jì)算功率833.40 kW，其中二級(jí)負(fù)荷計(jì)算功率為780.1 kW，三級(jí)負(fù)荷計(jì)算功率為53.3 kW，消防負(fù)荷計(jì)算功率為19.6 kW。

2.9" 綠化及海綿工程設(shè)計(jì)

景觀綠化設(shè)計(jì)在地下箱體建筑覆土后進(jìn)行，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)要求，箱體建筑可滿足覆土深度1.5 m的承重。因此，方案結(jié)合廠區(qū)性質(zhì)與場(chǎng)地現(xiàn)狀，以簡(jiǎn)易綠化為主，加入一部分康體健身設(shè)施，旨在打造以綠色生態(tài)為基本目標(biāo)，綠意盎然、舒朗大氣、休閑康體的景觀空間。

景觀綠化以草坪地被為主，如紅葉石楠、大葉黃楊、瓜子黃楊等，與日本晚櫻、元寶楓、大葉女貞、金枝槐、櫸樹、連翹和紫荊等搭配種植，喬灌草占比約為1∶2∶7，共同營(yíng)造開朗大氣的景觀空間。

結(jié)合規(guī)劃指標(biāo)以及景觀方案，本著“滿足規(guī)劃，簡(jiǎn)單統(tǒng)一”原則，本項(xiàng)目主要采用下沉式綠地海綿設(shè)施。下沉式綠地指低于周邊鋪砌地面或道路在200 mm以內(nèi)的綠地，綠地土壤采用自然原狀土或類原狀土。下沉式綠地中設(shè)置溢流井、溢流管，就近排入廠區(qū)雨水管網(wǎng)。

根據(jù)計(jì)算沉式綠地面積為1 820 m2，下沉深度為0.2 m，平均蓄水深度為0.15 m。則該匯水分區(qū)具備的蓄水能力為240.03 m3。

2.10" BIM工程設(shè)計(jì)

全地下污水廠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，專業(yè)銜接要求高，設(shè)計(jì)難度大。通過創(chuàng)建污水廠BIM模型（圖2），可以直觀發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，減少工程中出現(xiàn)錯(cuò)漏碰缺的情況，本工程利用BIM模型發(fā)現(xiàn)管線碰撞51處，洞口遺漏24處，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免施工時(shí)出現(xiàn)返工的情況。

3" 工程投資及運(yùn)行成本

該工程總投資25 978萬(wàn)元，經(jīng)營(yíng)成本2.36元/m3，總成本6.25元/m3。

4" 結(jié)束語(yǔ)

泊里鎮(zhèn)污水處理站工程是滿足泊里鎮(zhèn)污水量逐漸增加的必要工程；通過全地下式建設(shè)可以節(jié)約有限的土地資源、合理利用城市空間；同時(shí)，全地下式建設(shè)可以更好地解決臭氣、噪聲等帶來的二次污染；在技術(shù)上，隨著地下空間技術(shù)、地下施工技術(shù)的快速發(fā)展，使得地下構(gòu)筑物的建造質(zhì)量、規(guī)模以及施工速度不斷提高，技術(shù)上也是安全可行的；泊里水質(zhì)凈化廠工程采用MBBR工藝在水處理上是完全可行的，可以有效地控制各項(xiàng)出水指標(biāo)，達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)要求。

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