董長(zhǎng)龍

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008）

0 引言

宜賓市南岸污水廠現(xiàn)狀處理規(guī)模5萬(wàn)噸/天，出水標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A，進(jìn)水高峰期已超負(fù)荷運(yùn)行，暴雨時(shí)細(xì)格柵進(jìn)水會(huì)發(fā)生溢流，擴(kuò)建工程迫在眉睫?！端拇ㄊ♂航饔蛩廴疚锱欧艠?biāo)準(zhǔn)》（DB51/2311—2016）要求，自2020年1月1日起，現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠直接向環(huán)境排放污水時(shí)，化學(xué)需氧量（CODCr）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）出水指標(biāo)須按本標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。該出水標(biāo)準(zhǔn)除TN外，CODCr、BOD5、NH3-N、TP相當(dāng)于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中的四類水標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)工程勢(shì)在必行。

宜賓市南岸污水廠為擴(kuò)建提標(biāo)預(yù)留的用地面積十分有限，且該廠位于宜賓市大溪口風(fēng)景區(qū)和長(zhǎng)江、岷江、金沙江交匯處，對(duì)廠區(qū)景觀要求很高，因此將該擴(kuò)建提標(biāo)建構(gòu)筑物采用半地下組合式建設(shè)形式，既能充分節(jié)省占地，又便于在組合箱體頂部打造景觀，同時(shí)能控制建設(shè)成本。該文以宜賓市南岸污水廠半地下組合式擴(kuò)建提標(biāo)為例，通過(guò)對(duì)建設(shè)形式、工藝流程、平面和豎向設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)亮點(diǎn)、主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)、投資及運(yùn)行成本等方面進(jìn)行詳細(xì)闡述，為類似污水廠設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

宜賓市南岸污水廠現(xiàn)狀規(guī)模5萬(wàn)噸/天（即一期），規(guī)劃總規(guī)模10萬(wàn)噸/天。該擴(kuò)建工程規(guī)模5萬(wàn)噸/天（即二期），提標(biāo)工程規(guī)模10萬(wàn)噸/天（即對(duì)一期和二期出水一并提標(biāo)），中水回用工程規(guī)模1.5萬(wàn)噸/天（即對(duì)提標(biāo)出水進(jìn)行回用）。

1.2 進(jìn)、出水水質(zhì)

根據(jù)宜賓市南岸污水廠近五年進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)狀一期設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)數(shù)值能夠覆蓋95%以上的實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)，因此該擴(kuò)建設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)沿用現(xiàn)狀一期工程設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)。

現(xiàn)狀一期工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918—2002）一級(jí)A，實(shí)際出水能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。該提標(biāo)工程設(shè)計(jì)出水水質(zhì)按照《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB51/2311—2016）準(zhǔn)四類要求執(zhí)行。該工程相關(guān)進(jìn)、出水水質(zhì)情況見表1。

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)主要指標(biāo)一覽表

1.3 建設(shè)形式

宜賓市南岸污水廠現(xiàn)狀一期工程采用傳統(tǒng)的地上分散式建設(shè)形式?，F(xiàn)狀一期工程分兩次建設(shè)，一期一次工程位于廠區(qū)西北側(cè)，采用CASS工藝；一期二次工程將CASS工藝改造為改良A/A/O工藝，并在廠區(qū)西南側(cè)進(jìn)行一級(jí)A提標(biāo)，新建二沉池、高效沉淀池和濾布濾池等設(shè)施。

該二期擴(kuò)建和提標(biāo)工程位于廠區(qū)東側(cè)空地，除新建的總配水井、儲(chǔ)泥池和脫水機(jī)房位于一期范圍外，其余建構(gòu)筑物均設(shè)置在東側(cè)空地。該空地占地面積24878m2，須新建5萬(wàn)噸/天規(guī)模的一、二級(jí)處理流程和10萬(wàn)噸/天規(guī)模的準(zhǔn)四類提標(biāo)流程，可建設(shè)用地面積十分有限，無(wú)法采用傳統(tǒng)分散式建設(shè)形式，采用組合式建設(shè)形式不僅可以解決占地有限的問題，還可以實(shí)現(xiàn)整體景觀打造，宜賓市南岸污水廠總平面分布圖如圖1所示。地上分散式、全地下組合式、半地下組合式建設(shè)形式對(duì)比見表2[1]。

圖1 宜賓市南岸污水廠總平面分布圖

表2 污水廠地上分散式、全地下組合式、半地下組合式建設(shè)形式對(duì)比

相比地上分散式，半地下組合式占地面積省，處理效果穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境影響較小且景觀效果較好[2]；相比全地下組合式[3]，半地下組合式建設(shè)和運(yùn)行成本較低，施工相對(duì)方便，輔助生產(chǎn)建筑物位于地上中間層，運(yùn)維便利。因此，該擴(kuò)建提標(biāo)建設(shè)形式采用半地下組合式，將水處理相關(guān)建構(gòu)筑物合建在組合箱體中；總配水井設(shè)置在廠區(qū)西側(cè)總進(jìn)水管處，位于現(xiàn)狀一期范圍內(nèi)；二期儲(chǔ)泥池和脫水機(jī)房設(shè)置在現(xiàn)狀一期脫水機(jī)房東側(cè)，便于統(tǒng)一管理。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程

宜賓市南岸污水廠現(xiàn)狀進(jìn)水來(lái)自廠外污水泵站，進(jìn)水已經(jīng)過(guò)粗格柵預(yù)處理?，F(xiàn)狀一期主體工藝采用細(xì)格柵及旋流沉砂池→改良A/A/O生化池→輻流二沉池→高效沉淀池→濾布濾池→接觸消毒池→巴氏計(jì)量槽→出水。該擴(kuò)建主體工藝采用細(xì)格柵及曝氣沉砂池→多級(jí)A/O生化池→矩形二沉池→磁混凝沉淀池。該提標(biāo)工藝采用反硝化濾池，進(jìn)水來(lái)自現(xiàn)狀一期高效沉淀池出水和該擴(kuò)建磁混凝沉淀池出水，反硝化濾池后接10萬(wàn)噸/天規(guī)模的接觸消毒池和巴氏計(jì)量槽，流經(jīng)1.5萬(wàn)噸/天規(guī)模的回用水泵池后，經(jīng)出水泵池和新建的尾水排放口排至污水廠南側(cè)的鳳凰溪。

該擴(kuò)建產(chǎn)生的生化和物化污泥通過(guò)新建儲(chǔ)泥池和脫水機(jī)房單獨(dú)處理，現(xiàn)狀一期污泥處理系統(tǒng)維持不變。由于新建了10萬(wàn)噸/天規(guī)模的接觸消毒池及出水設(shè)施，現(xiàn)狀一期接觸消毒池可改造為服務(wù)該半地下組合箱體的消防水池，一期巴氏計(jì)量槽和尾水排放口廢棄，排放口由直排長(zhǎng)江改為鳳凰溪。一期濾布濾池考慮備用，當(dāng)反硝化濾池進(jìn)水能達(dá)到準(zhǔn)四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，一期濾布濾池出水和該擴(kuò)建的磁混凝沉淀池出水可超越反硝化濾池直接進(jìn)入接觸消毒池，以節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。該擴(kuò)建提標(biāo)后污水廠工藝流程如圖2所示。

圖2 宜賓市南岸污水廠擴(kuò)建提標(biāo)后工藝流程

2.2 平面布置

該擴(kuò)建提標(biāo)將水處理建構(gòu)筑物集合在一座半地下組合箱體內(nèi)，箱體分底層、中層和頂層共3層，每層實(shí)現(xiàn)不同的功能。

2.2.1 底層平面布置

底層為水處理構(gòu)筑物組合層，包括細(xì)格柵及曝氣沉砂池、多級(jí)A/O生化池、矩形二沉池、磁混凝沉淀池、反硝化濾池、接觸消毒池、巴氏計(jì)量槽、回用水泵池和出水泵池，完成5萬(wàn)/天規(guī)模擴(kuò)建和10萬(wàn)噸/天規(guī)模提標(biāo)的水處理流程。各構(gòu)筑物進(jìn)出水通過(guò)渠道或短管銜接，充分節(jié)省占地和水頭損失。

2.2.2 中間層平面布置

中間層主要為附屬生產(chǎn)設(shè)施分布層，包括進(jìn)出水儀表間、鼓風(fēng)機(jī)房、變電所、加藥間和除臭裝置。同時(shí)該層還是組合箱體的操作檢修層，在中間層的頂部梁下布置有吊車、電纜橋架、消防水管和除臭風(fēng)管等。

多級(jí)A/O生化池采用鋼筋混凝土加蓋，局部設(shè)置檢修孔，進(jìn)水儀表間、鼓風(fēng)機(jī)房、變電所、加藥間和除臭裝置設(shè)置在生化池加蓋區(qū)域，出水儀表間設(shè)置在接觸消毒池進(jìn)水渠道頂部加蓋區(qū)域。

中間層整體位于地上，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，四周無(wú)圍護(hù)，創(chuàng)造了良好的自然通風(fēng)和采光條件。

2.2.3 頂層平面布置

頂層為景觀層，位于組合箱體屋頂，通過(guò)不同類型、層次的植物搭配，營(yíng)造與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的觀景面。同時(shí)在生化池上部的頂層區(qū)域打造景觀水渠，以組合箱體準(zhǔn)四類回用水

為水源，在末端通過(guò)跌水方式跌入位于室外地面的假山，并通過(guò)假山底部水池收集水渠出水，最終經(jīng)廠區(qū)污水管回至組合箱體進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)回用水循環(huán)復(fù)用。

頂層除景觀設(shè)施外，排水設(shè)施尤為關(guān)鍵。頂層排水主要有雨水和景觀綠化日常澆灌余水。頂層排水形式采用天溝外排水，沿屋頂?shù)忘c(diǎn)設(shè)置多條排水長(zhǎng)溝，匯集至組合池屋頂四周女兒墻下的天溝，最終經(jīng)雨水斗和雨水立管實(shí)現(xiàn)外排。同時(shí)，在女兒墻上設(shè)置溢流口，以實(shí)現(xiàn)極端暴雨超量雨水排放。

半地下組合箱體內(nèi)各建構(gòu)筑物分布如圖3所示。

圖3 半地下組合箱體內(nèi)建構(gòu)筑物平面布置圖

2.3 豎向布置

2.3.1 設(shè)計(jì)室外地面高程

宜賓市南岸污水廠現(xiàn)狀廠區(qū)室外地面高程為280.50m，廠區(qū)五十年一遇洪水位為280.39m，百年一遇洪水位為280.90m?？紤]到污水廠位于長(zhǎng)江邊，且核心建構(gòu)筑物采用半地下組合式建設(shè)形式，該擴(kuò)建提標(biāo)廠區(qū)室外地面高程按百年一遇洪水位設(shè)計(jì)，確定為281.00m。

2.3.2 底層豎向布置

半地下組合箱體進(jìn)水位于細(xì)格柵，進(jìn)水水位標(biāo)高為285.60m，全程重力流流經(jīng)擴(kuò)建和提標(biāo)構(gòu)筑物。底層構(gòu)筑物底板標(biāo)高可分為5個(gè)區(qū)域：細(xì)格柵及曝氣沉砂池區(qū)域底板標(biāo)高278.00m，生化池區(qū)域底板標(biāo)高277.15m，二沉池區(qū)域底板標(biāo)高279.00m，磁混凝沉淀池和反硝化濾池底板標(biāo)高276.50m，接觸消毒池、回用水泵池和出水泵池區(qū)域底板標(biāo)高274.40m。半地下組合箱體底板未統(tǒng)一標(biāo)高主要是為了減小開挖深度和節(jié)省土方開挖量，從而降低支護(hù)和土方等造價(jià)。出水泵池水位標(biāo)高為277.45m，擴(kuò)建提標(biāo)全程水頭損失為8.15m。

2.3.3 中間層豎向布置

中間層室內(nèi)地坪標(biāo)高即為底層構(gòu)筑物頂板頂標(biāo)高。由于該層為附屬生產(chǎn)設(shè)施和操作檢修層，為便于附屬設(shè)施布置、設(shè)備吊運(yùn)和通風(fēng)采光，中間層室內(nèi)地坪均高于室外地面標(biāo)高，層高為5.4m～6.8m。

2.3.4 頂層豎向布置

頂層地坪標(biāo)高即為中間層頂板頂標(biāo)高。組合箱體頂層標(biāo)高向東側(cè)長(zhǎng)江方向逐漸降低，以營(yíng)造與區(qū)域環(huán)境相協(xié)調(diào)的觀景效果。頂層地坪標(biāo)高可分為4個(gè)區(qū)域：細(xì)格柵及曝氣沉砂池、生化池區(qū)域頂層地坪標(biāo)高292.40m，二沉池、磁混凝沉淀池、回用水泵池和出水泵池區(qū)域頂層地坪標(biāo)高290.80m，接觸消毒池區(qū)域頂層地坪標(biāo)高287.40m，反硝化濾池區(qū)域頂層地坪標(biāo)高286.40m。

3 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

3.1 半地下組合式建設(shè)形式

該工程將擴(kuò)建和提標(biāo)10座水處理構(gòu)筑物、7座附屬生產(chǎn)設(shè)施合建在半地下組合箱體中，占地面積僅13350m2，其中二級(jí)處理噸水占地面積僅0.18m2，深度處理噸水占地面積僅0.04m2。處理流程全程采用重力流，各單體之間進(jìn)出水通過(guò)渠道或短管銜接，充分節(jié)省水頭損失從而控制組合箱體埋深，組合箱體埋深2.0m～6.6m。箱體中間層位于室外地面以上，采用無(wú)圍護(hù)的框架結(jié)構(gòu)，自然通風(fēng)和采光條件良好。

綜上所述，該工程半地下組合式污水廠建設(shè)形式在確保處理效果、滿足環(huán)境和景觀要求的前提下，節(jié)省了一次性投資和后期運(yùn)營(yíng)成本，創(chuàng)造了較為便利的運(yùn)維條件。

3.2 超長(zhǎng)不設(shè)縫水池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該工程半地下組合箱體平面尺寸較大，長(zhǎng)、寬分別達(dá)到150m、100m，設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)置雙墻對(duì)整個(gè)箱體進(jìn)行分隔，并實(shí)現(xiàn)了大型水池的不設(shè)縫設(shè)計(jì)，避免滲漏隱患，減少施工難度，增加結(jié)構(gòu)剛度，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)不均勻沉降，提高結(jié)構(gòu)布置的自由度。

3.3 改良多級(jí)A/O生化處理工藝

該工程針對(duì)出水高標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)多級(jí)A/O工藝進(jìn)行了改良，采用預(yù)缺氧區(qū)→厭氧區(qū)→缺氧區(qū)→好氧區(qū)→消氧區(qū)→后缺氧區(qū)→后好氧區(qū)的組合方式，以強(qiáng)化生物脫氮除磷效果。預(yù)缺氧區(qū)消除硝態(tài)氮對(duì)厭氧釋磷的不利影響；缺氧區(qū)池體采用導(dǎo)流型，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水力流態(tài)；消氧區(qū)降低內(nèi)回流混合液中的溶解氧，減少對(duì)缺氧區(qū)反硝化的影響；后缺氧區(qū)用來(lái)強(qiáng)化反硝化脫氮；后好氧區(qū)恢復(fù)好氧微生物活性，進(jìn)一步去除殘余氨氮和有機(jī)物，避免二沉池浮泥。

該工程改良多級(jí)A/O工藝兼具改良A/A/O工藝和五段式巴頓甫工藝的優(yōu)點(diǎn)[4]。在改良型A/A/O工藝基礎(chǔ)上增加了消氧區(qū)、后缺氧區(qū)和后好氧區(qū)，削弱了內(nèi)回流對(duì)反硝化的影響，延長(zhǎng)了反硝化過(guò)程，對(duì)TN去除有提升和保障作用；在五段式巴頓甫工藝基礎(chǔ)上增加了預(yù)缺氧區(qū)和消氧區(qū)，降低了內(nèi)、外回流對(duì)生物脫氮的不利影響。該工程改良多級(jí)A/O工藝在后缺氧區(qū)也設(shè)置了曝氣設(shè)施，將根據(jù)進(jìn)出水水質(zhì)情況靈活運(yùn)行，是一種強(qiáng)化的生物脫氮除磷工藝形式。

3.4 與區(qū)域風(fēng)貌相協(xié)調(diào)的景觀設(shè)計(jì)

宜賓市南岸污水廠位于大溪口風(fēng)景區(qū)和長(zhǎng)江、岷江、金沙江三江交匯口，對(duì)景觀協(xié)調(diào)性要求較高。該工程將組合箱體屋頂逐漸坡向長(zhǎng)江一側(cè)，以實(shí)現(xiàn)較好的觀景視角，在屋頂設(shè)置高低錯(cuò)落的景觀植物、水渠等，利用組合箱體準(zhǔn)四類出水為水源，并對(duì)景觀用水再收集和處理，實(shí)現(xiàn)回用水的循環(huán)復(fù)用，從而將該工程打造成具有濱江園林和科教特色的區(qū)域代表性污水廠。

4 主要構(gòu)筑物工藝設(shè)計(jì)

4.1 細(xì)格柵及曝氣沉砂池

細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/天。細(xì)格柵分3格，在每條進(jìn)水渠道內(nèi)設(shè)置回轉(zhuǎn)式中格柵和階梯孔板細(xì)格柵，用以截留污水中細(xì)小雜物?；剞D(zhuǎn)式中格柵柵條間距為6mm，階梯孔板細(xì)格柵孔徑為3mm。在格柵后安裝無(wú)軸螺旋輸送器，安裝角度為5°，將柵渣送至下部柵渣裝運(yùn)平臺(tái)。曝氣沉砂池分2格，最大停留時(shí)間5min，水平流速0.06m/s，每格配置1套橋式洗砂機(jī)。

4.2 多級(jí)A/O生化池

多級(jí)A/O生化池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/天，分獨(dú)立2組?？偹νＡ魰r(shí)間16.5h，其中預(yù)缺氧區(qū)0.5h、厭氧區(qū)1.5h、缺氧區(qū)4.0h、好氧區(qū)8.3h、消氧區(qū)0.5h、后缺氧區(qū)0.5h、后好氧區(qū)1.2h。污泥外回流比為50%～100%，回流點(diǎn)位于預(yù)缺氧區(qū)；混合液內(nèi)回流比最大為200%，起點(diǎn)位于消氧區(qū)，穿墻回流泵提升后經(jīng)渠道送至缺氧區(qū)。生化池采用多點(diǎn)進(jìn)水，預(yù)缺氧區(qū)進(jìn)水流量占10%～30%，缺氧區(qū)進(jìn)水流量占70%～90%，采用下開式堰門調(diào)節(jié)進(jìn)水流量。預(yù)缺氧區(qū)、厭氧區(qū)和后缺氧區(qū)設(shè)置潛水?dāng)嚢杵?，缺氧區(qū)設(shè)置潛水推流器，好氧區(qū)和消氧區(qū)設(shè)置微孔盤式曝氣盤。

4.3 矩形二沉池

矩形二沉池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/天，分獨(dú)立4組。矩形周進(jìn)周出二沉池為圓形周進(jìn)周出二沉池的改進(jìn)型式，進(jìn)出水為側(cè)進(jìn)側(cè)出，運(yùn)行原理與圓形周進(jìn)周出二沉池一致。該設(shè)計(jì)二沉池平均流量表面負(fù)荷0.8m3/（m2·h），有效水深4.6m，每格配套鏈?zhǔn)焦文鄼C(jī)、液壓排泥管和旋轉(zhuǎn)撇渣器等。

4.4 磁混凝沉淀池

磁混凝沉淀池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)噸/天，分獨(dú)立2組。磁混凝沉淀技術(shù)是在常規(guī)混凝沉淀工藝中加入磁粉，使之與顆粒物絮凝結(jié)合成一體，加強(qiáng)絮凝效果，提高沉淀效率，強(qiáng)化分離過(guò)程，磁粉可以通過(guò)磁鼓回收循環(huán)使用。該設(shè)計(jì)每組磁混凝沉淀池包括混合池、磁混凝池、絮凝池和斜管沉淀池，其中混合時(shí)間1.5min，磁混凝時(shí)間1.5min，絮凝時(shí)間3min，沉淀池平均流量表面負(fù)荷12.8m3/（m2·h），最大流量表面負(fù)荷16.6m3/（m2·h）。

4.5 反硝化濾池

反硝化濾池1座，設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)噸/天。通過(guò)投加碳源，反硝化濾池可實(shí)現(xiàn)脫氮和過(guò)濾兩種功能。該設(shè)計(jì)反硝化濾池分8格，單格面積81m2，平均流量濾速6.4m/h，最大流量濾速8.3m/h，反硝化容積負(fù)荷0.55kgNO3-N/（m3·d）。反沖洗過(guò)程采用氣沖-氣水聯(lián)合沖-水沖三階段，每階段分別為5min、15min、5min，氣沖強(qiáng)度92m/h，水沖強(qiáng)度15m/h。

5 投資及運(yùn)行成本

該工程總投資約3.6億元，建安費(fèi)約2.6億元，其中半地下組合箱體建安費(fèi)約1.1億元，其地基處理、基坑支護(hù)及降排水費(fèi)用約2500萬(wàn)元。建成后，該工程單位運(yùn)營(yíng)成本約1.48元/噸水。

6 結(jié)語(yǔ)

宜賓市南岸污水廠擴(kuò)建提標(biāo)采用半地下組合式建設(shè)形式，充分節(jié)省了占地和造價(jià)，單位建設(shè)用地面積僅0.22m2/噸水，同時(shí)利用自然通風(fēng)和采光以節(jié)能降耗，并在組合箱體屋頂打造了與區(qū)域環(huán)境相協(xié)調(diào)的多元景觀，實(shí)現(xiàn)了回用水的循環(huán)復(fù)用。該工程采用改良多級(jí)A/O生化處理工藝和磁混凝沉淀池、反硝化濾池深度處理工藝確保出水水質(zhì)達(dá)到地方準(zhǔn)四類標(biāo)準(zhǔn)，為用地緊張、高出水標(biāo)準(zhǔn)和景觀要求的類似污水廠設(shè)計(jì)提供借鑒。