污水處理廠工程特征及估算模型的研究

莫海籌

（廣州市政府投資項目研究評審中心，廣東省 廣州市 510055）

隨著2017年5月廣州市政府正式印發《廣州市治水三年行動計劃（2017－2019年）》，以雨污分流為技術路線的排水改造工程在全市范圍內迅速推進。不斷完善的公共污水管網系統將曾經直排河涌的污水收集到管網中，為解決現有污水處理廠處理規模不足、適應廣州市日后人口增長及經濟發展需求，治水計劃推進期間在中心城區范圍內共計新建、擴建9座污水處理廠，新增污水處理規模達150萬噸。為落實用地節約、環境友好理念、有機融合城市“三舊”改造、景觀提升與環保設施建設功能，新、擴建污水處理廠普遍采用全地埋式設計。本文從出水標準、處理工藝、建造形式等方面梳理污水處理廠建設特點，并形成一套快速估算指標體系，為項目策劃研究階段提供參考。

1 污水處理排放標準及處理工藝

1.1 污水處理排放標準

隨著近年來國家及地區經濟發展，城鎮化不斷推進，城市居民對于城市水環境安全及舒適度提出更高要求，政府對于水資源安全重視程度越來越高，因此對污水處理廠的出水水質要求也越來越高。

2015年4月國務院印發的《水污染防治行動計劃》，提出敏感區域（重點湖泊、重點水庫、近岸海域匯水區域）城鎮污水處理設施應于2017年底前全面達到一級A排放標準。2015年12月廣東省人民政府印發《廣東省水污染防治行動計劃實施方案》，要求因地制宜推進現有城鎮污水處理設施改造，出水標準應于2017年底前達到一級A標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB44/26－2001）的較嚴值；新建、改建和擴建城鎮污水處理設施出水全面執行一級A標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB44/26－2001）的較嚴值。2017年5月廣州市人民政府印發《廣州市治水三年行動計劃（2017－2019）》，要求采取措施確保29座已建污水處理廠的出水排放標準達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準和省地方標準《水污染排放限值》的較嚴值。2017年11月廣州市水務局進一步明確新建、改建污水處理廠的出水標準原則上執行國家標準《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）Ⅴ類水和《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準的較嚴值[1]。

表1 污水處理出水標準

1.2 污水處理工藝

城鎮污水處理可選擇生物法、化學法及物理化學法等。綜合技術可行、經濟節約等因素，生物法具有污染物處理效率高、運行費用低、處理效果好、運行相對穩定、行業使用經驗豐富的等優點。因此，生物處理法均廣泛應用于工業廢水和生活污水。生物法主要包括活性污泥法和生物膜法。其中，以A2/O法為代表活性污泥法最為廣泛的應用，具有處理有機污水效果好、運行較穩定、運維費用相對較低等優點[2]，經不斷改進后已成為目前污水處理工藝主流。

1.2.1 A2/O工藝

以往的生物處理工藝主要目的是降低污水中以BOD、COD等綜合指標標示的耗氧有機污染物質，隨著水體富營養化問題的日益嚴重，氮、磷等無機污染物質的危害引起了人們的高度重視，使得缺氧、厭氧、好氧工藝應運而生。A2/O工藝根據活性污泥中微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷過程對環境條件要求的不同，在池子不同的區域分別設置厭氧區、缺氧區和好氧區。A2/O工藝應用較為廣泛，歷史較長，已積累有一定的設計和運行經驗，通過精心的控制和調節，一般可以獲得較好的除磷脫氮效果，出水水質較穩定，在國內外大中小型城市污水處理廠常有采用。

具體的工藝流程如下圖：

圖1 A2/O工藝流程圖

1.2.2 MBR工藝

膜生物反應器技術（MBR）是膜分離技術和污水生物處理技術有機結合的產物，被普遍認為是性能穩定、效果良好，極具發展潛力的污水處理技術。該技術的特點是以超、微濾膜分離過程取代傳統活性污泥處理過程中的泥水重力沉降分離過程，由于采用膜分離，因此可以保持很高的生物相濃度和非常優異的出水效果。可有效去除水中的有機物與氨氮等污染物質。MBR工藝在國內外已經成功地應用于城市污水與工業污水的處理。

圖2 MBR工藝流程圖

A2/O工藝與MBR工藝各有優劣，在出水水質執行國家標準《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）Ⅴ類水和《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準的較嚴值的前提下，需結合前期工程投資、后期運營費用、用地面積、運營管理難度、維護技術要求等多方面開展技術經濟方案比選，擇優選用合適的污水處理工作。目前，廣州市內污水處理廠均有采用A2/O工藝、MBR工藝的案例。

2 污水處理廠建造形式

隨著城市發展，土地資源越發稀缺，污水處理廠因自身運行特點，具有占地面積相對較大、通風除臭要求高的特點。并且，傳統地上式污水處理廠對周邊環境影響較大，影響周邊土地利用開發，形成較大鄰避效應，容易引起輿情事件。為節約土地、優化鄰避項目的環境影響，廣州市水務局于2017年提出：中心城區新建市政污水處理廠原則上按地埋式污水處理廠的建造形式。

相對于地上式污水處理，地埋式污水處理廠由于全部污水處理構筑物建于地下[3]，需要開挖埋設達到15～20米的深基坑，基坑開挖需布置地下連續墻等支護措施，這也是地埋式污水處理廠造價較高的主要原因之一[4]。地埋式污水處理廠需要充分考慮地下空間的通風換氣以及除臭、消防等問題，這部分設備的投資及運營費用大幅度高于地上式污水處理廠。但由于采用地下布置，各構筑物布置緊湊，總體占地面積較小，并且地上空間可布置生態綠植及便民設施，有助于提高廠區總體環境舒適性，有效降低鄰避效應。目前，如廣州市瀝滘污水處理廠三期工程、西朗污水處理廠二期工程等已均采用地埋生態式布置，地上已打造成為環境優美的科普教育基地。

3 污水處理廠典型工程特征

圖3 瀝滘凈水廠三期工程地上景觀

根據廣州市治水三年行動計劃期間新建污水處理廠工程方案，結合廣州市主要采用污水處理工藝、廠區建造形式等具體條件，設計出水常規指標執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918－2002）一級A標準及《地表水環境質量標準》（GB3838－2002）地表V類水標準的較嚴值，總結污水處理廠的四種典型工程特征。

3.1 典型地埋式污水處理廠（MBR工藝）

污水廠采用全地埋式，工藝單體為粗格柵及提升泵房、細格柵、沉砂池及精細格柵、MBR生化池、MBR膜池、消毒池、污泥濃縮池、貯泥池、鼓風機房、加藥間、污泥干化間、出水計量槽，附屬配套建筑物（生產調度中心、綜合樓、機修間及倉庫、變配電間等）。地面綠化園建按照普通標準考慮。其建設內容主要包括：主體基坑及地下主體工程、各類地下主體內生產構筑物土建及安裝工程（工藝池體、設備車間、變配電間、儀表間等）、各類配套構筑物土建及安裝工程（綜合樓、辦公樓、機修車間等）、工藝設備材料購置及安裝、電氣自控通風除臭設備材料購置及安裝、配套設備（機修、運輸、化驗、通訊、工器具及生產工具等）購置、廠區綜合布置類土建及安裝工程（綜合管線、道路、園建綠化、圍墻、門衛室等），綜合考慮外水外電，不含進出水管、中水回用系統、外送補水泵房及管道、大規模廠區土石方、護坡等。

地質狀況按一般地質考慮，基坑形狀方正，周長系數按0.025考慮（即基坑周長與底面積的比為0.025），基坑深18 m，基坑支護按φ1 000@1 200灌注樁支護，樁長30 m，地基處理φ1 200灌注樁，橫豎各間隔5 m，樁長15 m。基坑支護和地基處理因基坑形狀、地質條件差異較大，應結合項目實際情況相應增加或減少。

污水處理廠主要的關鍵設備按采用進口或合資品牌考慮，包括主泵、攪拌器、風機、MBR膜組器、監控儀表等。

3.2 典型地埋式污水處理廠（A2O工藝）

污水廠采用全地埋式，工藝單體為粗格柵及提升泵房、細格柵、沉砂池、A2O生化池、二沉池、中間提升泵房、V型濾池、消毒池、污泥濃縮池、貯泥池、鼓風機房、加藥間、污泥干化間、出水計量槽，附屬配套建筑物（生產調度中心、綜合樓、機修間及倉庫、變配電間等）。地質狀況及處理方案等與3.1典型地埋式污水處理廠（MBR工藝）相同。

3.3 典型地上式污水處理廠（MBR工藝）

污水廠采用地上式，工藝單體為粗格柵及提升泵房、細格柵、沉砂池及精細格柵、MBR生化池、MBR膜池、消毒池、污泥濃縮池、貯泥池、鼓風機房、加藥間、污泥干化間、出水計量槽，附屬配套建筑物（生產調度中心、綜合樓、機修間及倉庫、變配電間等）。其建設內容主要包括：紅線范圍內的各類生產構筑物土建及安裝工程（工藝池體、設備車間、變配電間、儀表間等）、各類配套構筑物土建及安裝工程（綜合樓、辦公樓、機修車間等）、工藝設備材料購置及安裝、電氣及自控設備材料購置及安裝、配套設備（機修、運輸、化驗、通訊、工器具及生產工具等）購置、廠區綜合布置類土建及安裝工程（綜合管線、道路、園建綠化、圍墻、門衛室等），綜合考慮外水外電，不含進出水管、中水回用系統、外送補水泵房及管道、大規模廠區土石方、護坡等。

地質狀況按一般地質考慮，采用φ400@2500x2500預制管樁進行地基處理，管樁長度15 m。地基處理因地質條件差異較大，應結合項目實際情況相應增加或減少。

污水處理廠主要關鍵設備按采用進口或合資品牌考慮，包括主泵、攪拌器、風機、MBR膜組器、監控儀表等。

3.4 典型地上式污水處理廠（A2O工藝）

污水廠采用地上式，工藝單體為粗格柵及提升泵房、細格柵、沉砂池、A2O生化池、二沉池、中間提升泵房、V型濾池、消毒池、污泥濃縮池、貯泥池、鼓風機房、加藥間、污泥干化間、出水計量槽，附屬配套建筑物（生產調度中心、綜合樓、機修間及倉庫、變配電間等）。地質狀況及處理方案、主要建設內容類別及關鍵設備選擇等方面與“3.3 典型地上式污水處理廠（MBR工藝）”相同。

4 污水處理廠工程費用費用快速估算模型

污水處理廠工程在出水標準、工藝路線、建造形式方面的工程特征[5]，結合廣州市內已建、擬建污水處理廠工程案例，研究工程特征與造價指標的變化規模，通過建立工程造價模型，形成污水處理廠工程費用費用快速估算模型。該快速估算指標主要用于項目前期決策時匡算投資，也可用于投資估算編制和審核時總體指標的參考對照。通過識別典型項目工程特征，選用匹配的快速估算指標，對工程費用造價水平進行總體判斷，初步判斷設計方案經濟合理性。

實際應用中需根據具體情況并考慮編制時間因素，對擬建項目布置形式（地埋或地上）、處理工藝（MBR工藝或A2O工藝）進行簡單分解，分別對照指標，組合后形成擬建項目工程費用總體指標。

表2 污水處理廠典型工程造價指標分析

5 結語

隨著廣州市污水處理廠建設資金來源由財政支持調整為企業自負盈虧，政府部門對污水處理廠在工藝路線、建設形式、投資估算等方面的把控力度相對減弱，轉而以污水處理成本核算的手段，對污水處理設施建設進行宏觀把控。在具體工程方案尚未成熟、需制定水務行業發展規劃的情形下，本文所述污水處理廠快速估算模型可為政府決策提供參考。