临沂市全地下式青龙河污水厂总体设计方案

张 丽

(同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司，上海 200092)

1 项目概况

青龙河全地下污水厂是临沂市中心城区水环境综合整治工程的一个子项，污水厂选址位于临沂中心城区，厂区占地面积为1.437 ha(1 ha=1×104m2)。由于厂区选址周围均为居民小区，所处位置环境敏感度高，决定了污水厂需要做到因地制宜，与环境相互交融，和谐统一。综合国内外污水厂建设的工程案例[1]，采用地埋式全绿化覆盖的建设模式，地上为休闲景观公园。相比地上式污水厂，全地下式污水厂在主体工艺设计、地下构筑物布局、通风除臭设计、地面景观设计等方面提出了更高的要求[2]。

2 主体工艺设计

目前，我国已建成和在建的地下污水处理厂所采用的工艺技术主要有MBR工艺、AAO及其改进工艺两大类，考虑到MBR工艺虽节省用地，但需要增加产水电耗、膜吹扫能耗、定期换膜等方面的成本[2]，本工程设计规模为3×104m3/d，主体工艺采用AAO，污泥处理采用带式脱水机脱水，达到含水率80%以下后，送至临沂市污泥处置中心统一进行处理。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程示意Fig.1 Flow Chart of Wastewater Treatment Process

出水执行一级A标准，出水一部分作为河道景观补水排入青龙河，一部分用于地面景观公园绿化浇洒。本工程进出水水质如表1所示。

表1 设计进、出水水质(单位：mg/L)Tab.1 Design Influent and Effluent Quality(Unit:mg/L)

3 工程设计

3.1 整体布局

地下式污水处理厂需要结合用地条件，综合结构柱网布置与施工、设备吊装、检修等空间需要以及通风、除臭、照明、消防的要求进行全局考虑。青龙河污水厂西临青龙河，其他三面均临近现状建筑物，选址上部有一条规划新兰山路横穿整个厂区，整体布局较为紧凑。本工程含地面及地下层，地面层为综合楼、通风井及逃生楼梯，地下层分为两层。负一层为鼓风机房、加药间、机修间、变配电间等附属生产区及车行通道；负二层为粗格栅、初沉池、生物池等水处理构筑物及管廊。整个地下层尺寸为125 m×68.6 m，内底深16 m，顶部覆土1.5 m，满足地面景观公园乔木种植要求，整体布局详如图2和图3所示。

图2 临沂市青龙河全地下污水厂地下层布局图Fig.2 Layout of the Basement Level

3.2 竖向设计

厂区进水管标高位于地面以下8 m左右，通过全局考虑，进水自流到二沉池后，设置中间提升泵房，整个流程仅有中间提升泵房及深度处理后的出水泵房2次提升。各主要构筑物间采用渠道连接，以增加配水均匀程度，减少水头损失，渠道下方还可作检修廊道及其他管道通道。负一层空间净高为5 m，以便设备吊装及车辆进入。

3.3 工艺设计

3.3.1 预处理单元

进水井、粗格栅、细格栅、曝气沉砂池及厂区排水泵房作为一个结构分区布置在一起。粗格栅井中安装有2台回转式格栅除污机，栅条间隙为20 mm、宽度为0.8 m的格栅。排水泵房内设4台变频调速潜污泵(3用1备)，单泵流量Q=650 m3/h，扬程H=15 m，功率N=55 kW，用于厂区池子放空水及其他厂区排水的提升。细格栅井中设2套转鼓式细格栅除污机，栅条间隙为3.0 mm，宽度为1.0 m，栅前水深为1.0 m。曝气沉砂池高峰设计流量停留时间为5 min，配有2台罗茨鼓风机(1用1备)和1台桥式吸砂机。初沉池共设2座(4格)，表面负荷为1.71 m3/(m2·h)，沉淀时间为1.6 h，设有4套非金属链条刮泥机。

3.3.2 二级处理单元

设2座AAO生化反应池，生化反应池的污泥龄为10 d，污泥负荷为0.09 kg BOD5/(kg MLSS)，厌氧、缺氧和好氧段的停留时间分别为1.48、3.08 h和8.00 h，有效水深为7 m。池内配有970套管式曝气器和15台潜水搅拌器。设计混合液回流比为200%，每座设有3台潜水回流泵；污泥回流比为100%，由污泥泵房提供污泥回流。设计最大曝气量为280 m3/min，由鼓风机房内6 台( 4 用2 备) 带变频装置的鼓风机提供空气，单机供气量为70 m3/min。

设2组(共6格)平流式沉淀池，高峰流量时表面负荷为1.0 m3/(m2·h)，配有6套链条刮泥机。采用套筒阀排泥。污泥回流通过设在污泥泵房内的污泥泵实现，设有4 台( 3 用1 备) 变频调速的潜水泵，单泵流量为1 100 m3/h，扬程为55 kPa；同时还装设2台(1用1备) 剩余污泥泵，单泵流量为100 m3/h，扬程为55 kPa，剩余污泥量为10 043 kg SS/d。

3.3.3 深度处理单元

高效沉淀池对二级处理出水进行絮凝沉淀，进一步去除污水中溶解的磷和SS。本工程设混合池2座，水力停留时间为3 min，每座设搅拌机1台，功率为4.0 kW。混凝剂PAC投加量为20～30 mg/L；絮凝池2座，水力停留时间为9.08 min，每座设搅拌机1台，功率为10 kW。絮凝剂PAM投加量为1.0 mg/L；沉淀池2座，直径为9 m，总水深为6.0 m，污泥含水率为99%。混凝池与絮凝池高7.00 m，水深6.20 m，斜板长1.0 m，斜角60°。每组配有3台污泥螺杆泵(1台回流、1台排泥、1台备用)，快速搅拌器1台，慢速搅拌器1台和刮泥机1台。

高效沉淀池出水进入转盘滤池，共设2套，滤盘直径为3 m，共12组，配有反冲洗泵2台，反冲洗水量为1%～2%，水泵流量Q=50 m3/h，扬程H=7.0 m，功率N=2.2 kW。本工程采用次氯酸钠消毒，设消毒接触池1座，接触时间为35 min。接触消毒池出水由出水泵房提升排至青龙河。泵房内安装4台(3用1备)潜水排污泵，流量Q=650 m3/h，扬程H=20 m，功率N=132 kW。

3.3.4 污泥处理单元

污泥处理单元由储泥池和污泥脱水机房组成。储泥池1座，池内配有1台潜水搅拌机。污泥脱水机房配备有两套污泥浓缩脱水机，污泥量约1 190 m3/d，含水率为99.3%。经浓缩脱水后，泥饼含水率为80%以下。脱水机房内还设有全自动絮凝剂配置投加系统、空压机、隔膜计量泵、高性能混合器和螺杆输送机等设备。

3.3.5 加药单元

加药间内设全自动絮凝剂制备系统和PAC制备系统。絮凝剂加药泵2台(1用1备)，单泵流量Q=0～200 L/h，H=20 m，N=1.5 kW。PAC加药泵2台(1用1备)，单泵流量Q=0～200 L/h，H=20 m，N=1.5 kW。次氯酸钠加药计量泵3台(2用1备)，单台Q=100 L/h，H=0.3 MPa，N=0.55 kW。

3.3.6 除臭和通风单元

采用生物除臭滤池和离子送风设备二级处理的方式，先将离子新风送入构筑物内，对空间内的废气进行预处理，然后通过排风机将除臭区域内的废气送入生物除臭滤池，处理达标后通过排放口排出地下箱体。共设置3套生物除臭滤池和2套氧离子发生器送风设备，对粗格栅进水泵房、细格栅、曝气沉砂池、生物池、污泥泵房和脱水机房等产生恶臭的建构筑物进行臭气收集和处理，除臭换气次数为6次/h。

地下箱体内的变配电间以及负二层管廊送室外新风设计，变配电间新风量按换气次数12次/h设计；负二层管廊按换气次数4次/h设计。负一层送风机平常时为常开状态；负二层送风机平常时为常闭状态，当人员需下至管廊内检修前开启。负一层排风量按6次/h设计；负二层排风量按5次/h设计。对各工段车间(包括鼓风机房、污泥浓缩脱水机房、加药间、变配电站)的排风设计，排风量按12次/h设计。排风系统与排烟系统共用风道及风口。风机选用双速风机，平时低速运行，满足排风换气要求；火灾时高速运行，满足排烟要求。负责负一层各工段的排风设备为常开状态，每个防火分区内排风设备常开台数不少于2台；负二层排风机平时开2台，当人员下至管廊内检修前需全部开启。

3.4 结构设计

整个地下箱体由底板、外墙、隔墙、立柱、中板、顶板及梁组成。箱体底板为落于中风化石灰岩层基础上的片筏基础，为保证抗浮需要，底板下设置全长黏结的岩石锚杆辅助抗浮，底板中间厚1.0 m，底板四周局部加厚至1.2 m。箱体外墙为由下至上逐渐变薄的变厚度板，箱体底板面墙厚1.2 m，顶板顶面墙厚0.6 m。地下二层为框架剪力墙结构，剪力墙为水处理构筑物外墙及隔墙，地下二层局部无水池墙体时采用框架立柱承受竖向荷载，立柱、剪力墙上部为中板结构，中板采用梁板结构，中板厚0.2 m。地下一层为框架结构，由立柱及顶板梁板结构组成，顶板厚0.25 m。地下箱体被纵向一条变形缝及横向三条引发缝分割成8个单元。底板、外墙、及顶板防水均采用2.0 mm厚非固化橡胶沥青防水涂料+3.0～4.0 mm厚自黏聚合物改性沥青防水卷材。

3.5 基坑设计

因本工程基坑周边环境较复杂，保护要求较高，本工程基坑主要采用土质边坡+复合土钉墙结合岩质边坡+锚索的支护形式，局部采用灌注桩+锚索+止水帷幕的支护形式。采用Ф1000@1 500灌注桩作为挡土结构，土钉墙采用成孔注浆型钢筋土钉，水平间距为1.0 m；采用Ф150预应力锚索，其中岩石锚索采用全黏结型锚索；放坡坡面设置100 mm厚喷射混凝土护坡面层，内配Ф8@250双向钢筋。岩质边坡+锚索处设置格构式纵横肋梁，截面尺寸为300 mm×500 mm。

3.6 消防设计

目前，对于全地下式污水处理厂尚无针对性的防火规范依据，本设计主要参考《建筑设计防火规范》( GB 50014—2014) 中关于厂房的防火要求。本工程中地下箱体内厂区属于戊类地下厂房，耐火等级一级，防火分区面积不超过1 000 m2，每个防火分区设置自动喷淋系统、火灾报警系统、紧急广播系统，故防火分区面积增加1倍，面积不超过1 000 m2。平面防火分区之间用3 h防火墙或甲级防火卷帘门分隔。每个防烟分区保证不跨越防火分区，每个防烟分区面积不超过1 000 m2，长边不大于60 m，采用挡烟垂壁、隔墙或从顶棚上凸出不小于0.50 m的梁划分防烟分区。本工程共设置5个防火分区，且每个防火分区在地上部分设置疏散口。

3.7 地面景观设计

厂区西临青龙河，统筹考虑地面建筑与景观的关系，出水设置跌水瀑布，并结合地下箱体的承重能力合理配置树种、造景，整个厂区鸟瞰图如图4所示。

图4 临沂市青龙河全地下污水厂鸟瞰图Fig.4 Airscape of the Plant

3.8 防汛安全设计

在进地下箱体前的闸门井设置一道带UPS电源的闸门，意外停电时能利用蓄电池供电将闸门关闭，另外在进水井前也设置了1个电动闸阀及1个手电两用闸门保护，避免污水淹没污水处理厂。另外，考虑到池体意外漏水及水汽影响，在地下箱体最低点处的排水泵房设置排空泵，将突发浸水强排至地面；布置于箱体负二层的排水管道采用耐腐蚀的球墨铸铁管，风管采用不锈钢材料，钢构件表面均涂刷多功能环氧涂料。

4 工程经济指标及运行效果

本工程总投资2.1亿元(含征地拆迁费1 000万元)[3]，建安费1.8亿元。单位处理成本1.86元/m3，可变成本0.59元/m3。国内地上式污水厂吨水投资一般在3 000元左右，本工程总投资约为地上式污水厂的2倍。

本工程于2017年4月通水，目前已稳定运行，实际水量为(2.5～2.8)×104m3/d ，已达设计水量的93%，出水水质达到一级A标准，具体进、出水指标平均值如表2所示。

表2 实际运行进、出水水质 (单位：mg/L)Tab.2 Actual Influent and Effluent Quality (Unit：mg/L)

5 结论

面对选址困难，临沂市青龙河全地下污水厂在良好解决了中心城区污水问题的同时，改善了河道水质，地面景观设计与周围环境和谐统一，最大限度地利用了土地资源，具有良好的经济、社会和环境效益。

[1]王燕,孙世昌.地下式污水处理厂工程设计内容探讨[J].环境科学导刊,2017,36(5):55-57.

[2]贾海涛,周厚方,贺佳杰,等.地下式MBR污水处理厂运行效果及能耗分析[J].给水排水,2016,42(8):40-43.

[3]周益洪,张丽.黄天地.传统A2/O工艺在临沂市青龙河全地下污水处理厂中的应用[J].给水排水,2018(2):27-29.