摘要：西部组团污水处理厂工程建设规模为10万m3/d，2016年建成投入运行。本工程选址环境敏感度较高、设计出水水质要求严格。本文在充分论证了工程规模及设计进水水质的基础上，详细介绍了本工程污水处理厂建设型式方案比选、工程难点及解决方案分析、工艺流程以及主要构筑物的工艺特点及设计参数。
关键词：地下式污水处理厂 超一级A排放标准 高效沉淀池 反硝化深床滤池
1工程概况
西部组团污水处理厂工程是“环巢湖地区生态保护与修复二期工程”的一个子项工程，厂址位于肥西县境内，具体位置为玉兰大道西侧，派河大道北侧，规划文山路东侧，派河南侧。污水处理厂近期建设规模为10万m3/d，远期污水处理厂总规模为60万m3/d。工程主要建设目标如下：
（1）为集约化建设和节约用地，改善污水厂对周边环境及景观的影响，本污水处理厂采用半地下式建设方案。
（2）设计出水水质在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准的基础上，总磷、总氮、氨氮、化学需氧量4项主要指标浓度值分别不高于0.3、5、1.5、30mg/L。
（3）污泥处理以减量化为主；污泥经浓缩脱水处理后，泥饼外运，统一处置。
（4）工程的臭气控制拟按《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的相关标准执行。
（5）工程的噪音控制达到《工业企业厂界环境噪音排放标准》（GBl2348-2008）中的相关标准。
工程于2013年动工兴建，2016年建成投入运行，目前运行状况良好。
经仔细推敲，认真研究，西部组团污水处理厂工程各处理环节推荐采用的主要工艺方案如下：
（1）建设型式：采用地下式的建设型式。
（2）预处理：采用粗格栅、细格栅＋曝气沉砂池、初沉池。
（3）生物处理：采用改良AAO生物反应池。
（4）尾水深度处理：采用高效沉淀池+反硝化深床滤池。
（5）尾水消毒工艺：采用紫外消毒。
2工程规模及水质论证
2.1工程规模
西部组团污水处理厂属派河系统，位于肥西县境内，远景服务范围由合肥市高新区、华南城、紫蓬工业园等区域共同组成，共约170km2。
西部组团污水厂服务范围内派河以北地区（包括高新区、南岗工业园、桃花拓展区等）基本为合肥市污水规划中的科学城污水厂的服务范围，2015年服务面积约15.8km2，污水量为6.96万m3/d；2020年服务面积约69km2，污水量为20.26万m3/d；2030年总服务面积为111.8km2，总污水量为34.05万m3/d。
西部组团污水厂服务范围内派河以南地区（包括华南城、上派镇、紫蓬工业园等），经整合各分区规划的结论与用地指标，2030年服务面积约48.8km2，污水量为16.1万m3/d；2015年建成面积目前缺少数据，按2030年服务面积的20%推算，约9.76km2，则污水量为3.61万m3/d；2020年按2030年服务面积的60%推算，约29.28km2，则污水量为10.25万m3/d。
根据服务范围内各区相关规划的最终结论，得出西部组团污水处理厂的服务面积及污水量计算见下表：
表2.1-1 西部组团污水处理厂污水量一览表
根据预测，西部组团污水处理厂近期至2015年污水量为10万m3/d，中期至2020年污水量为30万m3/d，远期至2030年污水量为50万m3/d，考虑到远景发展的未知性，远期污水处理厂总规模50~60万m3/d。
2.2设计进、出水水质
1、设计进水水质
根据服务范围内的实际情况以及现场踏勘收集的资料，西部组团污水处理厂设计过程中污水进水水质采用以下三种方法进行预测：
（1）参考当地已建成其它污水处理厂的设计进水水质资料预测。
（2）对正在运行的经开区污水处理厂一、二期工程（本工程服务范围内的污水通过转输进入经开区污水处理厂进行处理）的进厂水质统计资料进行分析，并以此为参照，推测本项目污水处理厂进厂水质。
（3）按本工程服务范围内的污水组成及污染物的排放情况预测进入污水厂原生污水水质。
通过以上三种方式的预测，同时为将来的发展留有一定余地，西部组团污水处理厂设计中采用如下设计进水水质指标：
表2.2-1 西部组团污水处理厂设计进水水质表
2、设计出水水质
本工程西部组团污水处理厂尾水排入派河，最终汇入巢湖。出水设计值在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准的基础上，总磷、总氮、氨氮、化学需氧量4项主要指标浓度值分别不高于0.3、5、1.5、30mg/L，具体如下表所示。
表2.2-2 西部组团污水处理厂出水水质表
3污水处理厂建设型式方案比选
污水处理厂是城市水污染治理的主要承担者，地上污水处理厂是目前污水处理的主要形式，但由于处于敞开状态，对周围环境和居民生活会产生不良影响，臭气处理效果时常难以保证，占地面积较大，浪费土地资源。地下污水处理厂在技术上已经相当成熟，而且在国外应用相当广泛。地下污水处理厂由于处于地下全封闭状态，对周围环境的影响较小，与周边环境协调性强，可节约土地资源，防止周边土地贬值，从长远看也符合资源节约、人与自然和谐发展的科学发展观的要求。有理由相信，地下污水处理厂有可能成为水污染治理设施建设的新的发展趋势和发展方向，在改善水环境质量、促进经济与社会协调发展方面必将起到重要的作用。
和地上式污水处理厂相比，地下式污水处理厂具有以下优点：
1、占用空间小：在地下式污水处理厂设计中，考虑到地下空间和投资的限制，构筑物设计都比较紧凑，技术上也尽量采用占地面积小的处理工艺。此外地下污水处理厂无需考虑绿化和隔离带等的要求。
2、噪音污染小：地下式污水处理厂的主要处理设备均处于地下，许多机械设备的噪声和振动将对地面的建筑和居民基本不产生影响，有效地防止了噪音对周围居民生活和工作的影响。
3、环境污染小：由于处于地下全封闭空间，地下式污水处理厂可以对产生的臭气进行全面的处理，对环境和居民生活不产生影响。
4、节省土地资源：地下式污水处理厂由于完全没有或只有部分辅助建筑物建于地面，占用土地资源很少，节省了城市开阔空间，不会使周围土地贬值，对于周边区域的未来发展没有障碍。地下式污水处理厂上部空间利用价值也较高，可用于绿化、公园、运动场等公益事业，也可用于商业开发。
5、温度较恒定：地下式污水处理厂由于处理构筑物均位于地下，除受污水水质条件的影响外，基本不受外部环境因素的影响，特别是地下常年温差较地面温差要小，温度比较恒定，因此有利于各种污水生物处理工艺的稳定运行。
6、美观性好：由于地下式污水处理厂处理构筑物是不可见的，因此既不会对自然景观产生影响，也不会影响到周围建筑的整体视觉效果。
一个环境友好的污水厂应能使厂区环境与周边环境完全协调，在有利于污水厂运行管理的基础上，合理利用污水处理设施的上部空间，达到土地资源节约的目的。
根据用地及周边情况，在同样规模、处理工艺、处理标准的前提下，本工程可选择的型式有三种：
方案一：箱体覆土顶标高采用7.00m（相对标高，厂区地坪标高为0.00m，下同）；
方案二：箱体覆土顶标高采用0.00m；
方案三：常规地面式布局。
三种建设型式方案综合比选如下：
表3.1-1 污水厂建设型式技术经济比较表
随着城市化进程的飞速前进，国内各大城市迅速外扩，将原有规划在城市边缘的污水处理厂包围在城市中间，在此期间，常规地面式污水处理厂由于种种对环境不利的影响已经饱受民众的指责，而将污水处理厂规划建设至更偏远的地区仍面临如下的问题：
1、输送管网距离长，从而导致建设成本和运行成本的急剧上升。
2、目前城市化的进程远未结束，城市将进一步扩大，如今的偏远地区未尝不是今后的城市中心。
因此，亟需一种环境友好，又节省土地资源的污水处理厂建设方式以解决目前的困境，这也是为何地下式污水处理厂近年来在国内得以兴起和迅速发展的原因。
通过表3.1-1的比较，虽然地上式污水厂投资较省，运行管理较简单，但由于本工程西部组团污水处理厂选址位于规划华南城及高新区之间，应属于未来的城市中心区域，环境敏感度较高，周边防护距离不足。因此，本工程有必要建设成地下式的污水处理厂，在满足污水处理的前提下，还可以为公众提供一个休闲场所。
而方案一在各方面普遍优于方案二，故本工程污水处理厂的建设推荐采用方案一，箱体覆土顶相对标高采用7.00m。
4工程难点及解决方案分析
本项目具有以下几个特点：采用地下式污水厂建设方式、出水水质达到超一级A排放标准，进水水质多变性、工程产生污泥多样性等特点。
4.1难点一：地下式污水厂分析
本污水处理厂采用地下式污水处理厂设计，具有占用空间小、噪音污染小、环境污染小、节省土地资源、温度较恒定、美观性好等特点，本工程设计时应尽量将上述特点充分发挥，以达到最优化布置。
本工程针对难点一所采取的主要技术对策有：
根据对国内外地下式污水处理厂的调研分析以及地下式污水设施方面的经验，本次地下式污水处理厂工程设计过程中重点注意如下一些内容：
1、高度集约化布置地下构筑物。
2、处理构筑物尺寸与厂房柱网的结合。
3、合理布置污水处理厂人员、车辆通道。
4、合理布置除臭设施。
5、强化自然通风和采光，降低通风照明能耗。
6、将污泥浓缩脱水机房布置于厂房箱体内，进一步减少对周边环境的影响等。
4.2难点二：超一级A排放标准污水厂分析
根据招标文件要求，合肥市西部组团污水处理厂工程污水的排放标准高，部分指标需要高于一级A的排放标准，主要是：
CODCr≤30mg/L
NH3-N≤1.5mg/L
TN≤5mg/l
TP≤0.3mg/L。
高出水标准会加大污水处理厂污水处理的难度，因此，选择合理的、有针对性的污水处理工艺是本工程设计的关键点。
本工程针对难点二所采取的主要技术对策有：
根据国内污水处理厂运行经验，上述指标中较难去除的污染物为CODCr和TN，因此这两项指标为本次设计的核心，尤其是TN去除的控制需对进水碳源进行合理分配，以减少外部碳源的投加量。
根据国内外经验，结合本污水处理厂设计规模特点，本工程采取如下措施：
1、加强前期调研，合理决策；
2、采用技术先进、成熟、可靠的处理工艺；
3、设计参数的选取力求经济、合理、可靠，既预留弹性余量又避免浪费；
4、主要水处理构筑物池型选择科学合理，确保污水处理效果，方便运行管理；
5、主要设备选择先进、实用、合理；
6、设置可靠的自控设施，增强污水处理可靠性，保证出水达标。
4.3难点三：工程进水水量水质多变性分析
通过对合肥市已建污水厂近年来运行情况的调查，当地污水处理厂进水水质变化幅度较大，冬季、节假日进水浓度高，经常发生冲击负荷破坏污水生物处理系统现象。雨季、旱季污水水质水量变化比较大，平时一天不同时间水量水质的变化也很大。从当地类似污水厂实际进水水质分析，大部分时间进水水质具有BOD5/COD较低、有机物浓度低而氮磷浓度高的情况，对生化效果影响很大。而随着本地区污水管网系统的完善，污水进水水质浓度又将不断提高。
因此，西部组团污水处理厂工程设计中，污水处理难度具体表现在：
1、根据实际运行水质分析结果，现阶段由于部分管网还存在合流制等情况，近期及雨季进水水质浓度较低，碳源可能不足。同时，本工程出水水质要求特别高，为确保出水达标排放，对生物脱氮除磷系统的正常运行带来新的课题，尤其是对碳源的合理分配是本工程设计方案的重中之重，必要时需设碳源补充投加设施。
2、随着管网逐步完善今后进水水质浓度将逐步提高，使进水变化比较大，给后续处理带来一定的难度；
3、污水进水水质变化很大，具有较大的水质冲击负荷；
4、污水进水水量变化很大，具有较强的水量冲击负荷；
5、污水的排放标准对脱氮除磷均有很高的要求，采取有效措施确保污水达标排放是本工程设计的重要课题。
本工程针对难点三所采取的主要技术对策有：
针对本工程进水水量水质多变的特点，虽然本工程位于新建地区，雨、污分流较为彻底，但不可避免现阶段仍存在部分雨、污混接现象，雨季与旱季进水水量变化较大，且近期及雨季进水水质浓度较低，碳源不足。同时，本工程出水水质要求特别高，为确保出水达标排放，对生物脱氮除磷系统的正常运行带来新的课题，尤其是对碳源的合理分配是本工程设计方案的重中之重；随着远期外部管网逐步完善后，进水水质水量又将不断提高。
在本工程设计过程中，考虑增加沉砂池停留时间，设置初沉池降低雨季合流水冲击负荷。加药系统设置乙酸钠投加系统，在污水深度处理时投加乙酸钠补充碳源。
本次设计中厂区东侧的预留用地远期可考虑设置综合池，对进水进行调蓄，降低对二级生物处理的冲击负荷。综合池可发挥两大功能：
功能一：雨季合流水进入处理系统后，部分合流水进入综合池，经综合池调蓄削峰后，保证二级生物处理系统正常运行。
功能二：在远期污水水量水质不断提高的情况下，综合池可发挥旱流污水调节作用，对旱流污水水量、水质进行填谷削峰，根据实际进水情况分配进入综合池和二级生物处理系统的流量，保证二级生物处理系统正常运行。
4.4难点四：工程产生污泥多样性分析
根据《合肥市污水专项规划（2007-2020）》，合肥市污水处理厂的污泥在厂内基本采取浓缩脱水+干化处理的方案，然后外运进行不同的处置。西部组团污水处理厂的污泥处理方案为近期经浓缩脱水至含水率≤80%后，外运进行统一集中处置；污水厂内预留了污泥处理设施用地，将来根据规划进行污泥深度处理。
西部组团污水处理厂共产生三种污泥，分别是初沉池排出的初沉污泥、二沉池污排出的剩余污泥，以及高效沉淀池除磷产生的化学污泥。这三种污泥的泥质泥性有较大差异，导致后续污泥深度处理效果也截然不同。为适应不同污泥的特性，应采取不同运行模式，既可以分别处理几种污泥，也可以将各种污泥混合处理。
如何实现污泥处理近远期结合，使三种污泥在本工程储存、脱水阶段既可分别处理，也可混合处理，为后继污泥处理工程的运行模式的切换从源头创造条件，是本工程设计的难点之一。
本工程针对难点四所采取的主要技术对策有：
本工程结合我院在污泥处理处置方面的设计经验，针对本工程污泥多样性的特点，从污泥处理处置工艺、构筑物设计、设备选型、管路布置等各个方面保证污泥处理措施得当，并做到近远期有机结合，避免废弃工程量，节省投资。
5工程设计
5.1工程方案
经仔细推敲，认真研究，西部组团污水处理厂工程各处理环节推荐采用的主要工艺方案如下：
（1）建设型式：采用地下式的建设型式。
（2）预处理：采用粗格栅、细格栅＋曝气沉砂池、初沉池。
（3）生物处理：采用改良AAO生物反应池。
（4）尾水深度处理：采用高效沉淀池+反硝化深床滤池。
（5）尾水消毒工艺：采用紫外消毒。
5.2工艺流程
本工程总体污水处理工艺流程框图如图5.2-1所示。
图5.2-1西部组团污水处理厂工程污水处理流程图
本工程污泥处理工艺流程框图如图5.2-2所示。
图5.2-2 西部组团污水处理厂工程污泥处理工艺流程图
6结语
（1）西部组团污水处理厂工程近期建设规模为10万m3/d，总变化系数K=1.3。
（2）根据论证，综合考虑合肥已建成运行污水处理厂实际进水水质情况、经开区污水处理厂（现临时通过转输处理本工程范围内的污水）现状进水水质等情况确定本工程设计进水水质。设计出水水质在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准的基础上，总磷、总氮、氨氮、化学需氧量4项主要指标浓度值分别不高于0.3、5、1.5、30mg/L。
（3）经综合比选，本工程采用地下式污水处理厂的建设型式，箱体覆土顶相对标高采用7.00m。
论文作者:蒋健,蒋欣源
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/17
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