污水处理厂工程特征及估算模型的研究

莫海筹

（广州市政府投资项目研究评审中心，广东省 广州市 510055）

随着2017年5月广州市政府正式印发《广州市治水三年行动计划（2017－2019年）》，以雨污分流为技术路线的排水改造工程在全市范围内迅速推进。不断完善的公共污水管网系统将曾经直排河涌的污水收集到管网中，为解决现有污水处理厂处理规模不足、适应广州市日后人口增长及经济发展需求，治水计划推进期间在中心城区范围内共计新建、扩建9座污水处理厂，新增污水处理规模达150万吨。为落实用地节约、环境友好理念、有机融合城市“三旧”改造、景观提升与环保设施建设功能，新、扩建污水处理厂普遍采用全地埋式设计。本文从出水标准、处理工艺、建造形式等方面梳理污水处理厂建设特点，并形成一套快速估算指标体系，为项目策划研究阶段提供参考。

1 污水处理排放标准及处理工艺

1.1 污水处理排放标准

随着近年来国家及地区经济发展，城镇化不断推进，城市居民对于城市水环境安全及舒适度提出更高要求，政府对于水资源安全重视程度越来越高，因此对污水处理厂的出水水质要求也越来越高。

2015年4月国务院印发的《水污染防治行动计划》，提出敏感区域（重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域）城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准。2015年12月广东省人民政府印发《广东省水污染防治行动计划实施方案》，要求因地制宜推进现有城镇污水处理设施改造，出水标准应于2017年底前达到一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26－2001）的较严值；新建、改建和扩建城镇污水处理设施出水全面执行一级A标准及广东省地方标准《水污染物排放限值》（DB44/26－2001）的较严值。2017年5月广州市人民政府印发《广州市治水三年行动计划（2017－2019）》，要求采取措施确保29座已建污水处理厂的出水排放标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准和省地方标准《水污染排放限值》的较严值。2017年11月广州市水务局进一步明确新建、改建污水处理厂的出水标准原则上执行国家标准《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）Ⅴ类水和《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的较严值[1]。

表1 污水处理出水标准

1.2 污水处理工艺

城镇污水处理可选择生物法、化学法及物理化学法等。综合技术可行、经济节约等因素，生物法具有污染物处理效率高、运行费用低、处理效果好、运行相对稳定、行业使用经验丰富的等优点。因此，生物处理法均广泛应用于工业废水和生活污水。生物法主要包括活性污泥法和生物膜法。其中，以A2/O法为代表活性污泥法最为广泛的应用，具有处理有机污水效果好、运行较稳定、运维费用相对较低等优点[2]，经不断改进后已成为目前污水处理工艺主流。

1.2.1 A2/O工艺

以往的生物处理工艺主要目的是降低污水中以BOD、COD等综合指标标示的耗氧有机污染物质，随着水体富营养化问题的日益严重，氮、磷等无机污染物质的危害引起了人们的高度重视，使得缺氧、厌氧、好氧工艺应运而生。A2/O工艺根据活性污泥中微生物在完成硝化、反硝化以及生物除磷过程对环境条件要求的不同，在池子不同的区域分别设置厌氧区、缺氧区和好氧区。A2/O工艺应用较为广泛，历史较长，已积累有一定的设计和运行经验，通过精心的控制和调节，一般可以获得较好的除磷脱氮效果，出水水质较稳定，在国内外大中小型城市污水处理厂常有采用。

具体的工艺流程如下图：

图1 A2/O工艺流程图

1.2.2 MBR工艺

膜生物反应器技术（MBR）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，被普遍认为是性能稳定、效果良好，极具发展潜力的污水处理技术。该技术的特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果。可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质。MBR工艺在国内外已经成功地应用于城市污水与工业污水的处理。

图2 MBR工艺流程图

A2/O工艺与MBR工艺各有优劣，在出水水质执行国家标准《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）Ⅴ类水和《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准的较严值的前提下，需结合前期工程投资、后期运营费用、用地面积、运营管理难度、维护技术要求等多方面开展技术经济方案比选，择优选用合适的污水处理工作。目前，广州市内污水处理厂均有采用A2/O工艺、MBR工艺的案例。

2 污水处理厂建造形式

随着城市发展，土地资源越发稀缺，污水处理厂因自身运行特点，具有占地面积相对较大、通风除臭要求高的特点。并且，传统地上式污水处理厂对周边环境影响较大，影响周边土地利用开发，形成较大邻避效应，容易引起舆情事件。为节约土地、优化邻避项目的环境影响，广州市水务局于2017年提出：中心城区新建市政污水处理厂原则上按地埋式污水处理厂的建造形式。

相对于地上式污水处理，地埋式污水处理厂由于全部污水处理构筑物建于地下[3]，需要开挖埋设达到15～20米的深基坑，基坑开挖需布置地下连续墙等支护措施，这也是地埋式污水处理厂造价较高的主要原因之一[4]。地埋式污水处理厂需要充分考虑地下空间的通风换气以及除臭、消防等问题，这部分设备的投资及运营费用大幅度高于地上式污水处理厂。但由于采用地下布置，各构筑物布置紧凑，总体占地面积较小，并且地上空间可布置生态绿植及便民设施，有助于提高厂区总体环境舒适性，有效降低邻避效应。目前，如广州市沥滘污水处理厂三期工程、西朗污水处理厂二期工程等已均采用地埋生态式布置，地上已打造成为环境优美的科普教育基地。

3 污水处理厂典型工程特征

图3 沥滘净水厂三期工程地上景观

根据广州市治水三年行动计划期间新建污水处理厂工程方案，结合广州市主要采用污水处理工艺、厂区建造形式等具体条件，设计出水常规指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级A标准及《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）地表V类水标准的较严值，总结污水处理厂的四种典型工程特征。

3.1 典型地埋式污水处理厂（MBR工艺）

污水厂采用全地埋式，工艺单体为粗格栅及提升泵房、细格栅、沉砂池及精细格栅、MBR生化池、MBR膜池、消毒池、污泥浓缩池、贮泥池、鼓风机房、加药间、污泥干化间、出水计量槽，附属配套建筑物（生产调度中心、综合楼、机修间及仓库、变配电间等）。地面绿化园建按照普通标准考虑。其建设内容主要包括：主体基坑及地下主体工程、各类地下主体内生产构筑物土建及安装工程（工艺池体、设备车间、变配电间、仪表间等）、各类配套构筑物土建及安装工程（综合楼、办公楼、机修车间等）、工艺设备材料购置及安装、电气自控通风除臭设备材料购置及安装、配套设备（机修、运输、化验、通讯、工器具及生产工具等）购置、厂区综合布置类土建及安装工程（综合管线、道路、园建绿化、围墙、门卫室等），综合考虑外水外电，不含进出水管、中水回用系统、外送补水泵房及管道、大规模厂区土石方、护坡等。

地质状况按一般地质考虑，基坑形状方正，周长系数按0.025考虑（即基坑周长与底面积的比为0.025），基坑深18 m，基坑支护按φ1 000@1 200灌注桩支护，桩长30 m，地基处理φ1 200灌注桩，横竖各间隔5 m，桩长15 m。基坑支护和地基处理因基坑形状、地质条件差异较大，应结合项目实际情况相应增加或减少。

污水处理厂主要的关键设备按采用进口或合资品牌考虑，包括主泵、搅拌器、风机、MBR膜组器、监控仪表等。

3.2 典型地埋式污水处理厂（A2O工艺）

污水厂采用全地埋式，工艺单体为粗格栅及提升泵房、细格栅、沉砂池、A2O生化池、二沉池、中间提升泵房、V型滤池、消毒池、污泥浓缩池、贮泥池、鼓风机房、加药间、污泥干化间、出水计量槽，附属配套建筑物（生产调度中心、综合楼、机修间及仓库、变配电间等）。地质状况及处理方案等与3.1典型地埋式污水处理厂（MBR工艺）相同。

3.3 典型地上式污水处理厂（MBR工艺）

污水厂采用地上式，工艺单体为粗格栅及提升泵房、细格栅、沉砂池及精细格栅、MBR生化池、MBR膜池、消毒池、污泥浓缩池、贮泥池、鼓风机房、加药间、污泥干化间、出水计量槽，附属配套建筑物（生产调度中心、综合楼、机修间及仓库、变配电间等）。其建设内容主要包括：红线范围内的各类生产构筑物土建及安装工程（工艺池体、设备车间、变配电间、仪表间等）、各类配套构筑物土建及安装工程（综合楼、办公楼、机修车间等）、工艺设备材料购置及安装、电气及自控设备材料购置及安装、配套设备（机修、运输、化验、通讯、工器具及生产工具等）购置、厂区综合布置类土建及安装工程（综合管线、道路、园建绿化、围墙、门卫室等），综合考虑外水外电，不含进出水管、中水回用系统、外送补水泵房及管道、大规模厂区土石方、护坡等。

地质状况按一般地质考虑，采用φ400@2500x2500预制管桩进行地基处理，管桩长度15 m。地基处理因地质条件差异较大，应结合项目实际情况相应增加或减少。

污水处理厂主要关键设备按采用进口或合资品牌考虑，包括主泵、搅拌器、风机、MBR膜组器、监控仪表等。

3.4 典型地上式污水处理厂（A2O工艺）

污水厂采用地上式，工艺单体为粗格栅及提升泵房、细格栅、沉砂池、A2O生化池、二沉池、中间提升泵房、V型滤池、消毒池、污泥浓缩池、贮泥池、鼓风机房、加药间、污泥干化间、出水计量槽，附属配套建筑物（生产调度中心、综合楼、机修间及仓库、变配电间等）。地质状况及处理方案、主要建设内容类别及关键设备选择等方面与“3.3 典型地上式污水处理厂（MBR工艺）”相同。

4 污水处理厂工程费用费用快速估算模型

污水处理厂工程在出水标准、工艺路线、建造形式方面的工程特征[5]，结合广州市内已建、拟建污水处理厂工程案例，研究工程特征与造价指标的变化规模，通过建立工程造价模型，形成污水处理厂工程费用费用快速估算模型。该快速估算指标主要用于项目前期决策时匡算投资，也可用于投资估算编制和审核时总体指标的参考对照。通过识别典型项目工程特征，选用匹配的快速估算指标，对工程费用造价水平进行总体判断，初步判断设计方案经济合理性。

实际应用中需根据具体情况并考虑编制时间因素，对拟建项目布置形式（地埋或地上）、处理工艺（MBR工艺或A2O工艺）进行简单分解，分别对照指标，组合后形成拟建项目工程费用总体指标。

表2 污水处理厂典型工程造价指标分析

5 结语

随着广州市污水处理厂建设资金来源由财政支持调整为企业自负盈亏，政府部门对污水处理厂在工艺路线、建设形式、投资估算等方面的把控力度相对减弱，转而以污水处理成本核算的手段，对污水处理设施建设进行宏观把控。在具体工程方案尚未成熟、需制定水务行业发展规划的情形下，本文所述污水处理厂快速估算模型可为政府决策提供参考。