臨沂市全地下式青龍河污水廠總體設(shè)計(jì)方案

張 麗

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

1 項(xiàng)目概況

青龍河全地下污水廠是臨沂市中心城區(qū)水環(huán)境綜合整治工程的一個(gè)子項(xiàng)，污水廠選址位于臨沂中心城區(qū)，廠區(qū)占地面積為1.437 ha(1 ha=1×104m2)。由于廠區(qū)選址周圍均為居民小區(qū)，所處位置環(huán)境敏感度高，決定了污水廠需要做到因地制宜，與環(huán)境相互交融，和諧統(tǒng)一。綜合國內(nèi)外污水廠建設(shè)的工程案例[1]，采用地埋式全綠化覆蓋的建設(shè)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(shè)計(jì)、地下構(gòu)筑物布局、通風(fēng)除臭設(shè)計(jì)、地面景觀設(shè)計(jì)等方面提出了更高的要求[2]。

2 主體工藝設(shè)計(jì)

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(shù)主要有MBR工藝、AAO及其改進(jìn)工藝兩大類，考慮到MBR工藝雖節(jié)省用地，但需要增加產(chǎn)水電耗、膜吹掃能耗、定期換膜等方面的成本[2]，本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為3×104m3/d，主體工藝采用AAO，污泥處理采用帶式脫水機(jī)脫水，達(dá)到含水率80%以下后，送至臨沂市污泥處置中心統(tǒng)一進(jìn)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(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，出水一部分作為河道景觀補(bǔ)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(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)(單位：mg/L)Tab.1 Design Influent and Effluent Quality(Unit:mg/L)

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 整體布局

地下式污水處理廠需要結(jié)合用地條件，綜合結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)布置與施工、設(shè)備吊裝、檢修等空間需要以及通風(fēng)、除臭、照明、消防的要求進(jìn)行全局考慮。青龍河污水廠西臨青龍河，其他三面均臨近現(xiàn)狀建筑物，選址上部有一條規(guī)劃新蘭山路橫穿整個(gè)廠區(qū)，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(fēng)井及逃生樓梯，地下層分為兩層。負(fù)一層為鼓風(fēng)機(jī)房、加藥間、機(jī)修間、變配電間等附屬生產(chǎn)區(qū)及車行通道；負(fù)二層為粗格柵、初沉池、生物池等水處理構(gòu)筑物及管廊。整個(gè)地下層尺寸為125 m×68.6 m，內(nèi)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(shè)計(jì)

廠區(qū)進(jìn)水管標(biāo)高位于地面以下8 m左右，通過全局考慮，進(jìn)水自流到二沉池后，設(shè)置中間提升泵房，整個(gè)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(gòu)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(fù)一層空間凈高為5 m，以便設(shè)備吊裝及車輛進(jìn)入。

3.3 工藝設(shè)計(jì)

3.3.1 預(yù)處理單元

進(jìn)水井、粗格柵、細(xì)格柵、曝氣沉砂池及廠區(qū)排水泵房作為一個(gè)結(jié)構(gòu)分區(qū)布置在一起。粗格柵井中安裝有2臺(tái)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，柵條間隙為20 mm、寬度為0.8 m的格柵。排水泵房內(nèi)設(shè)4臺(tái)變頻調(diào)速潛污泵(3用1備)，單泵流量Q=650 m3/h，揚(yáng)程H=15 m，功率N=55 kW，用于廠區(qū)池子放空水及其他廠區(qū)排水的提升。細(xì)格柵井中設(shè)2套轉(zhuǎn)鼓式細(xì)格柵除污機(jī)，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(shè)計(jì)流量停留時(shí)間為5 min，配有2臺(tái)羅茨鼓風(fēng)機(jī)(1用1備)和1臺(tái)橋式吸砂機(jī)。初沉池共設(shè)2座(4格)，表面負(fù)荷為1.71 m3/(m2·h)，沉淀時(shí)間為1.6 h，設(shè)有4套非金屬鏈條刮泥機(jī)。

3.3.2 二級處理單元

設(shè)2座AAO生化反應(yīng)池，生化反應(yīng)池的污泥齡為10 d，污泥負(fù)荷為0.09 kg BOD5/(kg MLSS)，厭氧、缺氧和好氧段的停留時(shí)間分別為1.48、3.08 h和8.00 h，有效水深為7 m。池內(nèi)配有970套管式曝氣器和15臺(tái)潛水?dāng)嚢杵鳌ＴO(shè)計(jì)混合液回流比為200%，每座設(shè)有3臺(tái)潛水回流泵；污泥回流比為100%，由污泥泵房提供污泥回流。設(shè)計(jì)最大曝氣量為280 m3/min，由鼓風(fēng)機(jī)房內(nèi)6 臺(tái)( 4 用2 備) 帶變頻裝置的鼓風(fēng)機(jī)提供空氣，單機(jī)供氣量為70 m3/min。

設(shè)2組(共6格)平流式沉淀池，高峰流量時(shí)表面負(fù)荷為1.0 m3/(m2·h)，配有6套鏈條刮泥機(jī)。采用套筒閥排泥。污泥回流通過設(shè)在污泥泵房內(nèi)的污泥泵實(shí)現(xiàn)，設(shè)有4 臺(tái)( 3 用1 備) 變頻調(diào)速的潛水泵，單泵流量為1 100 m3/h，揚(yáng)程為55 kPa；同時(shí)還裝設(shè)2臺(tái)(1用1備) 剩余污泥泵，單泵流量為100 m3/h，揚(yáng)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(jìn)行絮凝沉淀，進(jìn)一步去除污水中溶解的磷和SS。本工程設(shè)混合池2座，水力停留時(shí)間為3 min，每座設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，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(shí)間為9.08 min，每座設(shè)攪拌機(jī)1臺(tái)，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(tái)污泥螺桿泵(1臺(tái)回流、1臺(tái)排泥、1臺(tái)備用)，快速攪拌器1臺(tái)，慢速攪拌器1臺(tái)和刮泥機(jī)1臺(tái)。

高效沉淀池出水進(jìn)入轉(zhuǎn)盤濾池，共設(shè)2套，濾盤直徑為3 m，共12組，配有反沖洗泵2臺(tái)，反沖洗水量為1%～2%，水泵流量Q=50 m3/h，揚(yáng)程H=7.0 m，功率N=2.2 kW。本工程采用次氯酸鈉消毒，設(shè)消毒接觸池1座，接觸時(shí)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(nèi)安裝4臺(tái)(3用1備)潛水排污泵，流量Q=650 m3/h，揚(yáng)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(chǔ)泥池和污泥脫水機(jī)房組成。儲(chǔ)泥池1座，池內(nèi)配有1臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)。污泥脫水機(jī)房配備有兩套污泥濃縮脫水機(jī)，污泥量約1 190 m3/d，含水率為99.3%。經(jīng)濃縮脫水后，泥餅含水率為80%以下。脫水機(jī)房內(nèi)還設(shè)有全自動(dòng)絮凝劑配置投加系統(tǒng)、空壓機(jī)、隔膜計(jì)量泵、高性能混合器和螺桿輸送機(jī)等設(shè)備。

3.3.5 加藥單元

加藥間內(nèi)設(shè)全自動(dòng)絮凝劑制備系統(tǒng)和PAC制備系統(tǒng)。絮凝劑加藥泵2臺(tái)(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(tái)(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(jì)量泵3臺(tái)(2用1備)，單臺(tái)Q=100 L/h，H=0.3 MPa，N=0.55 kW。

3.3.6 除臭和通風(fēng)單元

采用生物除臭濾池和離子送風(fēng)設(shè)備二級處理的方式，先將離子新風(fēng)送入構(gòu)筑物內(nèi)，對空間內(nèi)的廢氣進(jìn)行預(yù)處理，然后通過排風(fēng)機(jī)將除臭區(qū)域內(nèi)的廢氣送入生物除臭濾池，處理達(dá)標(biāo)后通過排放口排出地下箱體。共設(shè)置3套生物除臭濾池和2套氧離子發(fā)生器送風(fēng)設(shè)備，對粗格柵進(jìn)水泵房、細(xì)格柵、曝氣沉砂池、生物池、污泥泵房和脫水機(jī)房等產(chǎn)生惡臭的建構(gòu)筑物進(jìn)行臭氣收集和處理，除臭換氣次數(shù)為6次/h。

地下箱體內(nèi)的變配電間以及負(fù)二層管廊送室外新風(fēng)設(shè)計(jì)，變配電間新風(fēng)量按換氣次數(shù)12次/h設(shè)計(jì)；負(fù)二層管廊按換氣次數(shù)4次/h設(shè)計(jì)。負(fù)一層送風(fēng)機(jī)平常時(shí)為常開狀態(tài)；負(fù)二層送風(fēng)機(jī)平常時(shí)為常閉狀態(tài)，當(dāng)人員需下至管廊內(nèi)檢修前開啟。負(fù)一層排風(fēng)量按6次/h設(shè)計(jì)；負(fù)二層排風(fēng)量按5次/h設(shè)計(jì)。對各工段車間(包括鼓風(fēng)機(jī)房、污泥濃縮脫水機(jī)房、加藥間、變配電站)的排風(fēng)設(shè)計(jì)，排風(fēng)量按12次/h設(shè)計(jì)。排風(fēng)系統(tǒng)與排煙系統(tǒng)共用風(fēng)道及風(fēng)口。風(fēng)機(jī)選用雙速風(fēng)機(jī)，平時(shí)低速運(yùn)行，滿足排風(fēng)換氣要求；火災(zāi)時(shí)高速運(yùn)行，滿足排煙要求。負(fù)責(zé)負(fù)一層各工段的排風(fēng)設(shè)備為常開狀態(tài)，每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)排風(fēng)設(shè)備常開臺(tái)數(shù)不少于2臺(tái)；負(fù)二層排風(fēng)機(jī)平時(shí)開2臺(tái)，當(dāng)人員下至管廊內(nèi)檢修前需全部開啟。

3.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)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(fēng)化石灰?guī)r層基礎(chǔ)上的片筏基礎(chǔ)，為保證抗浮需要，底板下設(shè)置全長黏結(jié)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(jié)構(gòu)，剪力墻為水處理構(gòu)筑物外墻及隔墻，地下二層局部無水池墻體時(shí)采用框架立柱承受豎向荷載，立柱、剪力墻上部為中板結(jié)構(gòu)，中板采用梁板結(jié)構(gòu)，中板厚0.2 m。地下一層為框架結(jié)構(gòu)，由立柱及頂板梁板結(jié)構(gòu)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(fā)縫分割成8個(gè)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(shè)計(jì)

因本工程基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜，保護(hù)要求較高，本工程基坑主要采用土質(zhì)邊坡+復(fù)合土釘墻結(jié)合巖質(zhì)邊坡+錨索的支護(hù)形式，局部采用灌注樁+錨索+止水帷幕的支護(hù)形式。采用Ф1000@1 500灌注樁作為擋土結(jié)構(gòu)，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(yù)應(yīng)力錨索，其中巖石錨索采用全黏結(jié)型錨索；放坡坡面設(shè)置100 mm厚噴射混凝土護(hù)坡面層，內(nèi)配Ф8@250雙向鋼筋。巖質(zhì)邊坡+錨索處設(shè)置格構(gòu)式縱橫肋梁，截面尺寸為300 mm×500 mm。

3.6 消防設(shè)計(jì)

目前，對于全地下式污水處理廠尚無針對性的防火規(guī)范依據(jù)，本設(shè)計(jì)主要參考《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》( GB 50014—2014) 中關(guān)于廠房的防火要求。本工程中地下箱體內(nèi)廠區(qū)屬于戊類地下廠房，耐火等級一級，防火分區(qū)面積不超過1 000 m2，每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、緊急廣播系統(tǒng)，故防火分區(qū)面積增加1倍，面積不超過1 000 m2。平面防火分區(qū)之間用3 h防火墻或甲級防火卷簾門分隔。每個(gè)防煙分區(qū)保證不跨越防火分區(qū)，每個(gè)防煙分區(qū)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(qū)。本工程共設(shè)置5個(gè)防火分區(qū)，且每個(gè)防火分區(qū)在地上部分設(shè)置疏散口。

3.7 地面景觀設(shè)計(jì)

廠區(qū)西臨青龍河，統(tǒng)籌考慮地面建筑與景觀的關(guān)系，出水設(shè)置跌水瀑布，并結(jié)合地下箱體的承重能力合理配置樹種、造景，整個(gè)廠區(qū)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(shè)計(jì)

在進(jìn)地下箱體前的閘門井設(shè)置一道帶UPS電源的閘門，意外停電時(shí)能利用蓄電池供電將閘門關(guān)閉，另外在進(jìn)水井前也設(shè)置了1個(gè)電動(dòng)閘閥及1個(gè)手電兩用閘門保護(hù)，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(diǎn)處的排水泵房設(shè)置排空泵，將突發(fā)浸水強(qiáng)排至地面；布置于箱體負(fù)二層的排水管道采用耐腐蝕的球墨鑄鐵管，風(fēng)管采用不銹鋼材料，鋼構(gòu)件表面均涂刷多功能環(huán)氧涂料。

4 工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及運(yùn)行效果

本工程總投資2.1億元(含征地拆遷費(fèi)1 000萬元)[3]，建安費(fèi)1.8億元。單位處理成本1.86元/m3，可變成本0.59元/m3。國內(nèi)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(wěn)定運(yùn)行，實(shí)際水量為(2.5～2.8)×104m3/d ，已達(dá)設(shè)計(jì)水量的93%，出水水質(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，具體進(jìn)、出水指標(biāo)平均值如表2所示。

表2 實(shí)際運(yùn)行進(jìn)、出水水質(zhì) (單位：mg/L)Tab.2 Actual Influent and Effluent Quality (Unit：mg/L)

5 結(jié)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(qū)污水問題的同時(shí)，改善了河道水質(zhì)，地面景觀設(shè)計(jì)與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一，最大限度地利用了土地資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

[1]王燕,孫世昌.地下式污水處理廠工程設(shè)計(jì)內(nèi)容探討[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)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(yùn)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(tǒng)A2/O工藝在臨沂市青龍河全地下污水處理廠中的應(yīng)用[J].給水排水,2018(2):27-29.