某城市污水處理廠擴建工程集約化設計案例分析

胡蘭芳

(同濟大學建筑設計研究院<集團>有限公司，上海 200092)

隨著截污納管工作的推進、污水管網普及率和納管率的提高，以及城市發展帶來的居民和工業企業用水量的增加，浙江某城市污水處理廠一期工程的規模(5萬t/d)已不能滿足持續增長的污水處理需求。因此擬對污水廠進行擴建，同時保留和改造一期工程，作為處理石油化工等特種工業廢水的工業污水處理廠。

1 設計規模及水質

1.1 設計規模

基于區域的排水規劃，根據污水廠服務區域內水量預測的結果，同時結合近幾年區域污水量逐年增加的情況分析，在設計中考慮一定的余量，確定二期污水廠的擴建規模為4.5萬t/d，遠期污水廠的擴建規模為13.5萬t/d。二期、遠期規劃總用地不超過8.9×104m2。

1.2 設計水質

根據污水處理廠一期城市污水管網的90%頻度進水水質、附近污水處理廠的現狀進水水質，同時參考國家相關的設計規范及類似區域的水質情況等資料，確定本次二期城鎮污水廠的設計進水水質如表1所示。

表1 二期城鎮污水廠設計進水水質

1.3 設計出水水質

出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級A標準。

2 工藝流程

工業廢水占現狀污水處理廠進水一定的比重，水質水量變化較大(現狀市政進水B/C在0.2～0.4波動)，為了適應水質和水量的波動，進一步提高廢水的可生化性及后續生化處理設施的處理效率，同時取代功能單一的初沉池，二期擴建工程的一級處理工藝在一期的基礎上增設水解酸化池，即二期采用“粗格柵+細格柵+沉沙池+水解酸化池”的一級處理工藝方案。

污水處理廠二期工程的城鎮污水處理采用“AAO二級處理工藝+高效沉淀+轉盤濾池”的深度處理工藝，最終出水經次氯酸鈉消毒后排放。

工藝流程如圖1所示。

圖1 二期擴建工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of the Second Phase Extension Project

3 污水廠布置型式方案

目前，污水廠常見的構筑物布置方式主要有半地下和全地下布置，半地下式有分散布置和一體化布置兩種方式。結合本工程的實際情況，對污水廠的布置型式進行比選[1]。

3.1 半地下式一體化布置

將水解酸化池、AAO池、二沉池、高效沉淀池、轉盤濾池、接觸消毒池、加氯加藥間及除臭設備等污水處理的主體設施一體化布置，池體按工藝流程呈流線布置，加藥、除臭等輔助設施就近布置在池體上方。平面方案如圖2所示。

3.2 半地下分散布置

傳統污水處理廠的布置方式，按照不同功能、夏季主導風向和全年風頻，合理分區布置，并用綠化帶隔離；考慮人流、物流運輸方便，布置主次道路，滿足消防安全要求；在滿足工藝流程順暢、簡潔、合理的前提下，力求布局緊湊、管線短捷，并充分注意節省占地。

半地下式分散布置污水廠平面方案如圖3所示。

圖2 半地下式一體化布置平面圖Fig.2 Layout Plan of Integrated Semi-Underground

圖3 半地下式分散布置平面圖Fig.3 Layout Plan of Scattered Semi-Underground

3.3 全地下布置

污水廠所有的處理建(構)筑物采用一體化組合設計，污水處理構筑物埋設于地下，其上為生產性管理用房，四周及頂部再以綠化覆蓋，形成綠意盎然的花園式廠區。

按照待處理污水的進水方向，位于地下二層的各污水處理建(構)筑物按照生產流程依次布置；地下一層作為附屬生產區、工藝設備操作及檢修的平臺。

其平面方案如圖4所示。

圖4 全地下式布置平面圖Fig.4 Layout Plan of Full-Underground

三種構筑物布置方式的對比情況如表2所示。

表2 構筑物布置型式比選

如表2所示，方案一占地面積小，構筑物相對簡單，實施難度較方案三小，運行維護較簡單，工程造價較低，有利于協調近遠期規模且對操作人員健康影響小，因此結合本工程的實際情況，本項目推薦采用方案一。

4 主要構筑物設計

4.1 粗格珊及進水泵房

粗格柵井及進水泵房合建，按18萬t/d設計，設備按4.5萬t/d安裝。

構筑物尺寸：L×B=6.0 m×9.9 m+17.2 m×18.2 m。

主要設備：①回轉式格柵除污機2臺，單臺過柵流量Qmax=2.71 m3/s，柵條間隙b=20 mm，過柵流速為0.9 m/s，柵前水深為1.2 m，柵寬為1.85 m，安裝角度α=75°，配用功率N=2.2 kW；②二期潛水排污泵選用3臺小泵(兩用一備)，Q=1 313 m3/h，H=15 m，N=75 kW，變頻控制，遠期增加4臺大泵。

4.2 細格柵及曝氣沉沙池

按4.5萬m3/d規模設計，1座(2池)。

構筑物尺寸：L×B=28.9 m×10.5 m。

主要設備：①回轉式細格柵除污機2臺，單臺過柵流量Qmax=0.36 m3/s，柵條間隙b=3.0 mm，柵寬為1.1 m，安裝角度α=75°，配用功率N=1.1 kW；②橋式吸砂機1套，L=7.5 m，N=2×0.37 kW +2×1.4 kW；③砂水分離器1套，N=0.37 kW；④羅茨鼓風機2套(一用一備)，Qs=10 m3/min，H=29.4 kPa，N=7.5 kW。

4.3 一體化處理構筑物

將水解酸化池、AAO池、二沉池、高效沉淀池、轉盤濾池、接觸消毒池、污泥泵房、儲泥池及加氯加藥間集約化布置于一座構筑物中，構筑物設計規模為4.5萬t/d。

其上下層的平面布置圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 半地下一體化構筑物上層平面圖Fig.5 Plan of Upper Floor of Integrated Semi-Underground Structure

圖6 半地下一體化構筑物下層平面圖Fig.6 Plan of Lower Floor of Integrated Semi-Underground Structure

(1)水解酸化池

共2池，停留時間為8.2 h。

構筑物尺寸：L×B=86.8 m×43.1 m(內凈)。

主要設備：①羅茨鼓風機一臺，Q=7 m3/min，H=0.08 MPa，N=22 kW；②高效彈性填料及支架，Φ150 mm，數量為8 056 m3。

(2)AAO反應池

本文水、氣體滲透實驗的理論依據為Darcy定律。采用圖4所示水(氣體)滲透試驗裝置，利用穩定滲流法測定混凝土試件的水(氣體)滲透系數[17-18]。

構筑物尺寸：2×53.4 m×43.1 m(內凈)，有效水深為6 m，共2池。

厭氧區體積為2 800 m3，停留時間為1.5 h；缺氧區體積為7 500 m3，停留時間為4.0 h；好氧區體積為17 000 m3，停留時間為9.1 h。

設計水溫為12 ℃，污泥濃度為3.5 g/L，污泥總負荷為0.08 kg BOD5/(kg MLSS)。

硝化段泥齡為10 d，總泥齡為16 d，污泥產率為0.8 kg MLSS/(kg BOD5)。

主要設備：①管式曝氣器，Φ91 mm×1 000 mm，充氣量為8～12 m3/h，1 440套；②潛水攪拌器(厭氧池)4臺，單臺N=4.8 kW；③潛水攪拌器(缺氧池)10臺，單臺N=7.0 kW；④內回流污泥泵6臺，4用2備，單泵參數Q=938 m3/h，H=4.3 m，N=15 kW。

(3)二沉池

二沉池采用平流式沉淀池，6格，停留時間為3 h，高峰流量表面負荷為1.2 m3/(m2·h)。

單格尺寸：45.2 m×9 m。

(4)高效沉淀池

混凝池與絮凝池高為7.00 m，水深為6.20 m。斜管L=1.0 m，斜角為60°。

平面尺寸：25.2 m×19.45 m。

主要參數：①混合池2座，單池尺寸3.8 m×3.6 m×3.0 m(有效水深)，水力停留時間為3 min，每座設攪拌機1臺，功率為5.0 kW；②絮凝池4座，單池尺寸為3.6 m×3.6 m×5.7 m(有效水深)，混凝區有效總容積為295.5 m3，水力停留時間為9.5 min，每座設攪拌機1臺，功率為11.0 kW；③沉淀池2座，直徑為12 m，總水深為6.0 m，總有效斜管面積為200 m2，徑向流速為13.57 m/h，污泥含水率為99%。

主要設備：①污泥螺桿泵3臺，Q=22 m3/h，H=0.6 MPa，P=11 kW；②污泥回流、排放備用泵1臺，Q=22 m3/h，H=0.6 MPa，P=11 kW；③快速攪拌器，直徑為700 mm，功率為5.5 kW，數量2臺；④慢速攪拌器，直徑為1 300 mm，提升水量為1.655 m/s，提升揚程為0.15 m，功率為3.5 kW，數量2臺；⑤刮泥機，直徑為12 000 mm，功率為0.55 kW，數量2臺。

(5)轉盤濾池

主要工程內容：轉盤濾池尺寸為12 m×9.1 m×4.0 m。內設轉盤及中心管，濾盤直徑為3 m，共16組，反沖洗泵4臺，Q=50 m3/h，H=7.0 m，N=2.2 kW。

(6)消毒池

停留時間為35 min。

構筑物尺寸：L×B=12.0 m×24.4 m。

4.4 出水泵房

提升泵房按18.0萬m3/d規模建成，設備按4.5萬t/d配備。

構筑物尺寸：L×B=2.5 m×6.0 m+17.2 m×12.7 m。

主要設備：近期3臺，兩用一備；單泵參數近期Q=1 313 m3/h，H=24 m，N=110 kW；遠期增加4臺大泵。

4.5 鼓風機房

鼓風機房按9.0萬m3/d規模建成，設備按4.5萬t/d配備，共1座，遠期增加一座。

構筑物尺寸:L×B=36.5 m×12.4 m。

主要設備：離心鼓風機(帶變頻)3臺(2用1備)，遠期增加7臺，Q=125 m3/min，風壓H=7.0 m H2O，單臺N=160 kW。

5 設計特點

污水處理廠采用半地下一體化布置，具有以下特點。

(1)與傳統的分散布置相比，半地下一體化布置由于構筑物布置緊湊，能夠很大程度地節約占地，同時還能大大縮短管道長度。此外，設計將除臭加藥間等附屬設施設置于一體化構筑物上部，進一步實現場地的集約化利用，并有效縮短加藥及除臭管路。

(2)與地下污水處理廠相比，采用半地下一體化布置構筑物簡單，施工難度小，項目管理及運行維護較簡單，近遠期規模的協調性強，且工程造價較低。

因此，采用半地下一體化布置型式在技術、經濟上具有一定優勢。

6 結語

浙江某城市污水處理廠構筑物采用一體化的半地下構筑物布置型式，占地面積小，構筑物較簡單，實施難度較小，運行維護較簡單，工程造價較低，有利于協調近遠期規模且對操作人員健康影響小，對用地和資金緊張的同類型污水廠的設計具有一定的借鑒意義。

[1] 邱維.地下污水處理廠的適應性探討[J].中國給水排水,2017,33(8):26-31.