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設計案例 | 污水廠“突圍”——地下式集約化污水廠關鍵問題設計

時間:2020-10-09 09:20

來源:凈水技術

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  隨著我國城市化水平和居民環境要求的提高,已建污水廠周邊被居住區逐漸“包圍”,廠群矛盾日益擴大。能夠與周邊環境協調、封閉程度高、二次污染少的地下式污水處理廠正在逐漸成為城市污水治理工程建設的新思路,近年來逐漸在各地興起。

  地下式污水廠的優勢

  與傳統地上式污水廠相比,地下式污水廠優勢明顯。

 ?。?)環境、噪音污染幾乎消除:廠區生產構筑物全封閉管理,可以對產生的臭氣進行全面的收集處理,主要產噪設備均處于地下封閉箱體,可有效避免臭氣及噪聲對地面建筑和居民生活和工作的影響。

 ?。?)結構緊湊、土地利用率高:在構筑物形式選取及結構設計上采用布局緊湊的“模塊化”設計,相比于地面式污水廠,可大大降低占地面積及所需的衛生防護距離,提升周邊土地利用率。通過調研,地上污水廠占地指標一般為8 000~10 000 m2/(104m3?d),而地下式污水廠占地指標為3 000~5 000 m2/(104m3?d),用地可節省37%~60%。

 ?。?)水溫穩定、出水保證率高:箱體下沉并封閉,水溫比較恒定,有利于生物處理工藝的穩定運行;同時,主要處理構筑物及設備可有效避免惡劣天氣的不利影響,水廠整體運行穩定。

 ?。?)景觀效果好,環境融入度高:箱體頂部進行覆土綠化,可以將污水廠打造成一個親民的、受大眾歡迎的科教宣傳基地或生態公園,充分融入周邊環境,實現環境和諧統一。

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泰和地下式污水處理廠鳥瞰圖(來源:網絡)

  地下式污水廠設計的關鍵技術問題

  相比傳統地面式污水廠,地下式污水廠不僅需要各專業采用針對性的設計,還需要各專業之間緊密配合,實現系統性融合。

 ?。?)箱體下沉并高度集約化,建設費用高,在選擇穩定可靠工藝的前提下,應合理選擇構筑物形式,并選擇低能耗、低聲噪、高效率、便檢修、故障率低的設備;合理選擇配電、照明、通風方式,實現節能低耗,運行穩定的目標。

 ?。?)為便于結構專業開挖支護、地基處理及抗浮的設計,箱體總體布置上,盡量將埋設深度相近的構筑物集中設置,實現“共底板”,避免高程錯落。

 ?。?)應充分利用下沉箱體的平面、豎向空間。箱體平面布置緊湊集約;通過合理布排電纜橋架、工藝管道、消防通風、電子巡檢設備等實現操作層凈空的最大化,以降低箱體結構尺寸和埋深。

 ?。?)箱體消防設計是地下式污水廠的重點內容,防火分區的布置直接影響了箱體操作層的劃分以及地面逃生口及景觀的布置,但國內尚無專門的規范作為設計依據,《建筑設計防火規范》對地下廠房防火分區的規定并不完全適用于地下式污水處理廠消防設計,應根據操作層及水池功能分區,對其消防設計予以適當簡化。如昆明第十一污水處理廠、南三環污水處理廠、昆明十四廠最大防火分區面積為3 900~4 000 m2。

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某地下式污水處理廠鳥瞰圖(來源:網絡)

  錢江地下式污水處理廠設計案例

  項目概況

  錢江污水處理廠位于蕭山科技城,始建于1997年,經提標改造后,目前已實現全廠總規模34×104 m3/d。然而,隨著蕭山城市規模的不斷擴大及經濟的快速發展,片區內的污水量增長較快,已滿負荷運行。為緩解污水處理廠的運行壓力,滿足區域經濟發展的需要,2020年啟動四期擴建工程,設計規模為40×104m3/d,出執行一級A標準。

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蕭山科技城概念圖(來源:網絡)

  廠區周邊環境敏感度較高,可用地面積僅為98 700 m2,本著提倡“節約用地,減小污水處理廠對周邊建設用地的環境影響,還周邊市民一個優美的休閑環境”的設計理念,并考慮投資成本控制,污水廠建設形式采用地下式雙層加蓋形式,上方覆土綠化,打造成景觀公園及生態停車場。

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建成后廠區景觀效果圖

  處理工藝

  主體工藝采用以五段Bardenpho為主體的生物脫氮除磷工藝。五段Bardenpho工藝是基于AAO工藝衍化而來的工藝,具有成熟可靠、操作管理簡單、運營成本較低等多項優點,是目前國內工程實例最多的工藝。

  考慮地下廠整體布局,二沉池設計一般以矩形沉淀池為主,且通常選用周進周出和雙層平流沉淀池等水力負荷和固體負荷較高池型。本工程可用地較小,雙層沉淀池具有結構緊湊、占地面積小且能夠實現與前端生反池“共底板”的特點,因此,本工程采用雙層二沉池。雙層沉淀池在蘇州新區地下廠,深圳布吉污水廠均有較好的應用效果。

  為實現出水TP≤0.5 mg/L,采用化學除磷深度處理。高效沉淀池表面負荷及污染物去除率較高,池體集約緊湊;轉盤濾池具有出水水質穩定、占地省、水頭損失小、運行管理簡單、投資適中等優點。高效沉淀池和轉盤濾池更適合本工程的應用。污泥處理采用占地面積小、密閉性較強的污泥濃縮脫水一體機,將污泥含水率將至≤80%后外運處置

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污水處理廠工藝流程圖

  箱體平面及豎向布置

  地下式污水廠總平面圖布置受風向影響較小,因此,平面布置時主要考慮進出水方向和用地等情況。本工程進水管道自南側進入,北側出水。平面布置時采用“順流程”布置,沉砂池和初沉池等預處理設施集中置于箱體西南角,便于臭氣的收集處理,沿箱體南北向布置中央巡視通道,并在通道東西兩側對稱布置2座生物反應池,每組處理規模為20萬m3/d,在箱體西北側布置二沉池,處理規模為40萬m3/d,在箱體東北側布置高效沉淀池、濾布濾池、加氯接觸池及出水泵房及加藥間等設施。各構筑物之間通過渠道連接,箱體布置緊湊,土地利用率較高。

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地下箱體平面布置圖

  水廠采用地下二層建設形式,為滿足頂部綠化及景觀需求,上方覆土控制在0.5~1.5 m;地下一層為操作層及設備層,結構凈空需滿足設備起吊以及風管、電纜、除臭管道等敷設要求,本工程取4.0~4.5 m;地下二層為盛水層,構筑物之間通過渠道緊湊布置,能夠有效減低水頭損失。同時輔助用房置于盛水層上方,大大提高了箱體的平面及豎向空間利用率。

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地下箱體豎向布置圖

  景觀及海綿城市設計

  結合地下箱體,打造集休閑公園與生態停車場于一體的“生態低碳綠頂、錯層退臺花園”式地面景觀,三季有花、四季常綠。充分融入周邊環境,總體綠化面積為60 200 m2,廠區綠化率達60%,通過植草溝、雨水花園、透水鋪裝等措施,實現年徑流總量控制率達到75%。

  主要單體設計

  (1)生物反應池

  新建五段Bardenpho生物反應池2座4池,單座平面尺寸為124.6 m×168.8 m,有效水深為8.8 m,總停留時間為20.1 h,其中厭氧段為1.0 h;第一缺氧段為6.5 h;第一好氧段為8.6 h;第二缺氧段為3 h;第二好氧段為1.0 h。污泥濃度為3.5 g/L,總泥齡為30.6 d,硝化段泥齡為13.1 d,污泥負荷為0.055 kg BOD/(kg MLSS),設計氣水比為5∶1。內回流比為300%,外回流比為100%。

  (2)二沉池

  新建16格二沉池,采用雙層二沉池,高峰流量時設計表面負荷為1.15 m3/(m2·h),單格尺寸79.0 m×9.7 m,單層有效水深為4.0 m,沉淀時間為3.48 h。

  (3)高效沉淀池

  新建高效沉淀池8座,每座處理流量為5萬m3/d,座沉淀池尺寸為:16.0m ×16.0m ,有效水深為6.5 m,混凝時間為3 min,混合池G值取500~1 000s-1,絮凝時間為25 min, 絮凝區G值為100~500s-1,沉淀區表面負荷10.58 m3/(m2·h),回流污泥比取10%。除磷藥劑選用市售10%聚合氯化鋁溶液,投加過量系數1.5。助凝劑采用PAM,投加量為1 mg/L。

  (4)濾布濾池

  新建濾布濾池共2座,共分8格,單格濾池尺寸為13.4 m×4.0 m。平均濾速為5.51 m/h,最大濾速為7.16 m/h。

  錢江地下式污水處理廠通過構筑物地下式集約化布置形式,合理解決平面及立體空間布局,極大的節約占地面積,實現用地指標為2 500 m2/(104 m3?d),本工程為廠區周邊景觀要求高且用地緊張地區的污水處理廠設計提供了相當的參考和借鑒價值。

編輯:王媛媛

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