某半地下式污水处理厂工艺设计特点分析

杨巧利，龚本洲

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北 武汉 430010）

鄂州某污水处理厂分三期建设，其中一、二期已运行多年，设计规模分别为1×104m3/d和2×104m3/d，为地上式污水处理厂。本次建设项目为该厂三期工程，由于选址距离居民区较近，环境敏感度高，且当地城市用地较为紧张，因此采用人造坡地式半地下水厂。三期水厂设计规模为4×104m3/d，主要处理市政生活污水及少量的工业污水，占地面积约2.13 hm2。污水处理采用改良型A2/O生物处理+混凝沉淀+过滤工艺，出水水质标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A排放标准，厂区大气污染物排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级标准，污泥处理以减量化为主，机械脱水至含水率≤80%后外运。

2.1 工程建设形式的选择

污水处理厂按照建设形式可以分为地上式、半地下式和全地下式[1]。与地上式污水处理厂相比，地下式污水处理厂具有对周围环境影响小、协调性强、占地面积少、可节约土地资源的优点。地下式污水处理厂的占地面积仅为同等规模地上式污水处理厂占地面积的1/3～1/2，甚至更低[2]，但其工程造价比同等规模地上式污水处理厂的增加了20%～30%，处理成本增加了20%左右[3]。因此，地下式污水处理厂更适合在土地资源高度紧张、对环境要求高的地区建设[4]。设计人员结合工程用地情况和工程投资额，对污水处理厂的建设形式进行了综合比较，详见表1。

表1 地上式、人造坡地式、全地下式方案比较

根据该工程的实际情况，在综合考虑当地环境要求、场址占地面积、后期运维管理及工程投资等因素的前提下，确定采用人造坡半地下式方案。

2.2 进出水水质的确定

该污水处理厂一、二期已经运行多年，本次为三期工程，与一、二期共用一套污水管网系统。此次进水水质指标根据对实际进水水质的分析，同时考虑工业废水量、水质的波动情况以及污水厂远期发展需求等综合因素来进行设置；
出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A排放标准。设计进、出水水质见表2。

表2 设计进、出水水质 mg/L

3.1 总平面布置及工艺流程

该工程设计规模为4×104m3/d，采用改良型A2/O生物处理+混凝沉淀+过滤工艺，主要处理构筑物分两组并联。考虑到有部分工业污水排入，且水质波动较大，为避免对后续生化系统造成冲击和破坏，在地上设置事故池，并在生化池之前设置水解酸化池，以提高污水的生化性能。

厂区进水主要来自厂外的污水提升泵站，通过配水井与一、二期进行配水，重力流进入箱体预处理系统，经生化处理、深度处理和消毒后，排入水体，具体流程见图1。

图1 工艺流程

厂区分为地上和地下箱体两部分，其中地上构筑物包含综合楼、加氯间和事故池，地下箱体部分主要为污水处理单元，包含预处理系统（细格栅、曝气沉砂池及水解酸化池）、二级处理系统（改良A2/O生物反应池及周进周出二沉池）、深度处理系统（高效沉淀池及机械过滤间）、消毒系统、污泥处理系统、除臭系统、消防系统及配套附属设施（鼓风机房、加药间、配电间等），具体详见图2和图3。

图2 平面布置

图3 厂区顶部效果

3.2 主要构筑物及设计参数

1）事故池。由于服务范围内有部分工业企业，工业污水由企业自行处理达到《污水排入城镇下水道水质标准》（GB/T 31962—2015）后排入市政管网。为了避免工业污水对后续生化系统的冲击，污水厂设有事故池，用于暂时储存超过设计进水浓度的污水。事故池水力停留时间按8 h考虑，池内设有潜水搅拌器及潜水排污泵。

2）细格栅及曝气沉砂池。细格栅设置2个渠道，单渠宽度为1.4 m，栅条间隙为3 mm，栅前水深为1.15 m。曝气沉砂池设置2组，水力停留时间为5.76 min，与细格栅合建。

3）水解酸化池。根据项目一、二期进水水质分析可知，BOD/COD基本稳定在0.3左右，可生化性偏低，不利于后续生化系统运行，因此在生化池前增设水解酸化池，对进水中不可生化和难以生化的有机物进行水解，提高污水可生化性。水解酸化池共设置2座，每座分为4组，有效水深为7 m，停留时间为8.3 h；
设置8套可调节脉冲布水器，减少后期池内淤积的可能。

4）改良A2/O生物反应池。在传统A2/O生物反应池的基础上，增加了多点进水，并设置了前置反硝化区，以提高原水碳源利用率，同时减少回流污泥中携带的硝态氮对厌氧区的影响，强化脱氮除磷的效率。设计进水ρ（BOD5）≤130 mg/L，ρ（TN）≤45 mg/L，ρ（BOD5）/ρ（TN）=2.89，小 于GB 50014—2021的 要求，说明碳源很难满足脱氮要求。因此，在系统中设置了碳源投加装置，投加点分别设置在缺氧区的前部和中部，并可根据设置在缺氧区的ORP在线检测仪表实时反馈反硝化效果，实现碳源的定量投加，达到精准脱氮的目的。改良A2/O生物反应池设置为2组，设计水温为12℃，水力总停留时间为16.2 h，其中在前置反硝化区停留0.5 h，在厌氧区停留1.5 h，在缺氧区停留4.6 h，在好氧区停留9.6 h。污泥回流比为100%，混合液回流比为200%~300%，污泥龄为18 d。池顶按照全密封设置，局部预留设备检修孔，并设置除臭收集管道，顶部适当位置放置生物除臭装置，提高空间利用率。

5）二沉池及中间提升泵房。二沉池采用周进周出矩形二沉池，共设置4组。沉池水力表面负荷为1.2 m3/（m2·h）。出水进入中间提升泵房，内设3台潜水排污泵，2用1备，单台水泵流量为1 175 m3/h，扬程为10 m。

6）高效沉淀池。高效沉淀池共设置2组，混合时间为1.75 min，絮凝区停留时间为9.02 min，斜管区上升流速为10 m3/(m2·h)，污泥回流比率达2%~5%。

7）机械过滤间及紫外线消毒渠。机械过滤间共设置2组，每组设置1套回转式精密过滤设备，并考虑超越渠道。紫外线消毒渠设有2个渠道，紫外线剂量≥25 mJ/cm2，透光率≥65%，同时设有次氯酸钠辅助消毒，加氯间设置在箱体外。

除上述单体设备外，还设有污泥脱水间、加药间、鼓风机房、消防水池、配电间等附属建构筑物。

3.3 BIM设计的应用

本项目采用BIM可视化平台进行设计，以revit设计模型为基础，通过Civil3D、NavisWorks等多种软件综合运用，植入人工AI的BIM动态景观设计，呈现出了建设完成后的场景。该模型可实现多专业间在线互动沟通，为优化设计方案提供便利。通过人工漫游，可直观复核安全疏散要求，提升地下污水厂的整体生产安全性。BIM设计示例见图4。

1）与全地下式污水处理厂相比，人造坡地式半地下污水处理厂不仅能够节约土地资源、促进厂区环境与周围相协调，同时还具有投资省、施工难度小、管理运维方便等优势，因此在我国污水处理应用中逐渐得到了推广。

2）污水厂的进水水质直接关系到污水处理工艺的选择和处理构筑物尺寸的确定，进而也决定着工程投资及后期运维管理的方法。本工程根据该厂一、二期近几年的实际进水水质数据，按照85%~90%的保证率来确定设计进水水质标准[5]。同时，考虑到有工业污水进入的可能，专门设有事故池，以减轻超标的工业污水对后续生化系统的冲击。

3）地下式污水处理厂对进水的安全性要求比较高，对于预处理设置在箱体内的水厂，污水自污水管网进入预处理前端，必须设置两道闸门，其中一道应设置在箱体外，且为速闭闸，提供单独的电源供给保障。

4）半地下式污水处理厂应尽量减少占地，厂区构筑物布置应顺畅、紧凑，二沉池建议采用周进周出矩形二沉池，最大时水力表面负荷不应超过1.3 m3/（m2·h）。

5）充分利用BIM技术，在协同各专业设计的同时，还能直观地展现项目建成效果，提高了设计质量及效率。