某全地下式污水处理厂工程设计

杜翠红， 王先锋， 汪炎

（东华工程科技股份有限公司， 合肥 230024）

1 项目概况

某污水处理厂采用全地下式， 地面以上做为停车场向社会开放。 该工程位于地下， 施工难度大，通过集约化、 模块化设计， 既节省了占地， 又降低了工程投资。 该工程设计预处理段采用“调节池-内径流膜格栅”工艺， 生化处理段采用“A2O-MBR”组合工艺［1－4］， 尾水处理采用紫外消毒工艺， 保证出水稳定达标排放。 本文结合工程详细设计， 探讨了全地下式污水处理厂在市政污水处理领域的应用，并对设计工艺参数进行总结， 以期为今后全地下式污水处理厂的工程应用提供借鉴。

2 设计水量、 水质

本工程进水主要是生活污水， 含有少量渗入的地下水， 总设计规模为9 200 m3／d（其中污水量8 000 m3／d， 初期雨水量1 200 m3／d）。 设计出水水质优于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准， 设计进出水水质如表1 所示。

表1 设计进出水水质Fig. 1 Design influent and effluent water quality

3 总体布置与工艺流程

3.1 总体布置

地下式污水处理厂是一种新的建设形式， 包括全地下式、 半地下式2 种形式， 操作层位于地坪线以上为半地下式， 操作层位于地坪线以下为全地下式［5］。 本工程采用全地下式， 并分2 层布置， 负一层为设备操作层和综合车间， 负二层为水处理构筑物层。 该全地下式污水处理厂对外设2 个出入口，以满足设备、 污泥、 药剂的运输及消防要求。 此外， 还在综合车间区域设2 个人员疏散出口， 通过专用消防楼梯直通顶部地面， 以保证厂内工作人员紧急疏散需要。 厂站平面布置见图1， 水力高程见图2。 全厂采用集约化、 模块化设计， 分为预处理区、 生化处理区和综合车间3 个功能区， 各功能区均集中布置， 通过管沟连通， 大大节省了占地面积， 同时工艺设备相对集中， 便于运行管理［6－7］。

3.2 工艺流程

图1 平面布置Fig. 1 Plan layout

图2 水力高程Fig. 2 Hydraulic elevation

污水经粗格栅和细格栅两道预处理工艺后进入调节池， 而后再泵提进入内径流膜格栅池， 膜格栅出水经生化系统处理后进入MBR 膜池， 膜池内的水经泵抽吸至管式紫外线消毒设备消毒后外排。 生化处理产生的剩余污泥排入贮泥池， 经叠螺浓缩脱水一体机脱水后外运处置。 本工程前端的雨水调蓄池收集暴雨前15 ～30 min 内的初期雨水， 旱季时用泵小流量（按正常污水进水量的10%～15%）抽入污水调节池， 同污水一并处理。 工艺流程见图3。

4 A2O-MBR 工艺及设计参数

A2O 生化池分2 个系列， 单系列尺寸L×B×H=26.2 m×15.7 m×5.8 m， 有效水深5.0 m。 MBR 膜池分8 格， 单格尺寸L×B×H=4.9 m×3.0 m×5.8 m， 有效水深3.5 m。

4.1 A2O 系统设计参数

（1） 污泥浓度及回流方式。 本工程参考UCT工艺回流形式， 设置三段回流［7］， 第一段膜池回流到好氧池保证了好氧池污泥浓度； 第二段好氧池回流到缺氧池实现了反硝化脱氮； 第三段缺氧池回流到厌氧池进行释磷。 膜池到好氧池设计回流比为400%， 好氧池到缺氧池设计回流比为300%， 缺氧池到厌氧池设计回流比为100%。

设计好氧池污泥浓度取8 g／L， 根据回流比计算其余各段污泥浓度分别为： 膜池污泥浓度为10 g／L，缺氧池污泥浓度为6 g／L， 厌氧池污泥浓度为3 g／L。

（2） 水力停留时间（HRT）。 本工程有较高的脱氮要求， 故适当提高了缺氧区HRT。 设计总HRT为12.5 h， 其中厌氧区2.0 h、 缺氧区3.4 h、 好氧区5.7 h、 MBR 膜池1.4 h。

（3） 污泥龄。 本工程有脱氮除磷的需要， 脱氮过程中发挥主要作用的硝化细菌生长速率低， 需要较长的污泥龄， 而除磷则需要通过定期排除高磷污泥来实现。 本工程优先考虑生物脱氮， 在MBR 膜池投加PAC 药剂加强除磷。 通过计算污泥龄取19.3 d。

（4） 气水比。 根据理论供气量计算， 确定本工程需气量为83 660 m3／d， 本工程设曝气风机3 台（2 用1 备）， 单台设计风量为28 m3／min， 好氧区气水比为8.8 ∶1。

4.2 MBR 系统设计参数

本工程选用PVDF 中空纤维膜， 膜孔径小于0.1 μm。 共设8 格膜池， 每格膜池设置2 套膜组件， 每套膜组件共52 支膜片， 每片膜面积为30 m2， 系统膜面积共24 960 m2。

（1） 膜通量。 膜通量是影响MBR 稳定运行的关键因素［8－10］。 根据相关工程运营案例经验， 本工程设计平均膜通量为15.36 L／（m2·h）， 瞬时膜通量为17.55 L／（m2·h）。

（2） 膜擦洗。 采用间歇出水能极大改善膜污染问题。 本工程MBR 膜系统产水9 min、 停歇1 min， 同时对MBR 膜进行曝气擦洗， 单片膜擦洗风量可达4.9 m3／h， 产水停止时， 曝气擦洗继续，自控系统控制循环进行。

（3） 膜化学清洗。 本工程维护性清洗每月1 ～5 次， 可保持膜的透水性和延长恢复性清洗周期，每次清洗20 ～30 min， 通过计量泵将200 mg／L 的次氯酸钠溶液或0.05% 的柠檬酸溶液反向注入膜组件， 按照2 L／m2［膜面积］及加药管道容积考虑所需药剂量。

当维护性清洗后抽吸压力依然无法下降到初始压差（30 kPa）时， 需对膜组件进行恢复性清洗。 本工程恢复性清洗每年1 ～2 次， 膜组件冲洗后置于1%～2% 的柠檬酸溶液中浸泡2 h 左右， 之后再用500 ～1 000 mg／L 的次氯酸钠溶液＋0.1% 氢氧化钠溶液浸洗， 浸泡时间4 ～12 h。 清洗结束后用清水对膜片进行漂洗， 装入膜池后对膜单元进行3 ～5 min 的反冲洗， 清洗废水中和后排入厂站污水管网。

5 运行成本

本工程总投资约为8 000 万元， 污水处理运行成本为1.2 元／m3。

6 设计要点分析

（1） 前端预处理。 进入MBR 膜处理系统前，要求去除污水中的细小物质（如头发和细小纤维状物质）， 细小物质易缠绕在膜丝上堵塞膜孔， 造成膜污染， 降低膜通量。 因此MBR 的预处理一般推荐用0.5 ～2.0 mm 的转鼓细格栅或内径流膜格栅来去除毛发和纤维状物质， 这是确保MBR 正常运转的基本条件。

（2） 进水安全保障。 全地下式污水处理厂地势较低， 多数情况下厂内污水无法溢流， 需重点考虑污水处理厂被淹的问题。 全地下式污水处理厂的重力流进水端应考虑设置速闭闸门和电动闸门双重安全保障措施， 一旦事故停电， 速闭闸将依靠自身重力立即关闭， 迅速切断进水。

（3） 除臭与通风。 除臭与通风宜整体统筹、 系统设计。 对调节池、 格栅、 生物反应池、 脱水机房区域的臭气进行有效收集后送至全地下式污水处理厂顶部进行土壤除臭。 调节池、 格栅、 生物反应池、 脱水机房等区域封闭并保持微负压状态， 控制室、 配电室、 化验室、 加药间、 鼓风机房等区域设置为微正压， 可提高臭气收集率。 为避免污水处理厂内臭气外泄， 在厂站进、 出口位置设置风幕。

通风应设置机械送、 排风， 满足自然进风条件的局部区域可采用自然进风。 本工程机械通风量按6 次／h 设计， 此外， 控制室、 配电室和化验室设置机械排烟系统， 每个防烟分区的排烟量按60 m3／（m2·h）计算， 系统排烟量按最大防烟分区面积120 m3／（m2·h）计算。

（4） 消防。 全地下式污水处理厂应设置集中式火灾自动报警系统。 本工程设置一套总线型火灾报警控制器以管理所管辖区域的火灾监视及报警工作。 该火灾报警控制器与当地区域消防控制中心的火灾报警控制器联网。

本工程建筑物区域划为2 个防火分区： 鼓风机房、 污泥脱水间及加药间总面积为366 m2（不大于500 m2）， 控制室、 化验室及配电室总面积为275 m2（不大于500 m2）， 两区以防火卷帘分隔。

厂站内设有消火栓系统和与室外相通的消防车道。 此外， 污泥脱水间、 加药间、 控制室、 配电室、 鼓风机房、 化验室设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器， 其中配电室及化验室增加手提式CO2灭火器。

（5） 集约化、 模块化设计。 本工程预处理构筑物与生化处理构筑物模块组团， 通过优化构筑物形状和平面尺寸， 避免构筑物之间留下不必要的空地。同时， 在满足消防要求的前提下， 将污泥脱水间、鼓风机房、 加药间、 控制室、 化验室等合并布置。

7 结语

全地下式污水处理厂具有占地面积小、 征地要求低、 地上环境好的优点， 克服了传统地上式污水处理厂的一些局限， 在我国有很大的发展空间。 同时， 因其自身的特殊性， 如施工难度大、 地下空间受限等问题， 也限制了很多常见污水处理工艺在地下式污水处理厂的应用， 本文结合A2O-MBR 工艺探讨了全地下式污水处理厂在市政污水处理领域的应用， 希望为类似工程提供参考。

MBR 可与很多工艺组合使用， 在污水处理领域有很大的应用前景， 然而其膜污染问题在一定程度上限制了它的进一步推广， 因此， 亟待开发更先进、 更耐污的膜材料以投入工程应用。