吴明素
(中国市政工程西北设计研究院有限公司贵州分公司，贵阳 550000)
污水处理厂是城市水环境、自然环境治理的重要工具，对维护社会发展中的生态效益意义重大。全地下式污水处理厂是利用地下空间开发建设污水处理厂，在节约土地资源的基础上治理各类工业废水、生活污水。相较于普通污水处理厂，全地下式污水处理厂的建设尚处于探索阶段，需要持续地优化厂区的整体设计，规范地下污水处理厂的运营管理。
某全地下式市政污水处理厂建设项目，远期设计水量为10万m3/d，近期设计水量为5万m3/d，污水处理的工艺为改良AAO+悬浮填料，水质满足该地区的排放条件后可排放到指定位置，污水处理所剩的淤泥同样需要运到指定位置集中处理。该污水处理厂的整体结构为全地下式，红线范围面积为103 333.33 m2，一期地下基坑实际占地面积为20 066.67 m2，项目总投资为59 159.89万元。具体进出水质指标、可去除的污染物，如表1所示。
表1 水质及可去除污染物的各项指标
全地下式污水处理厂与传统污水处理厂会存在较多差异，具体体现在结构设计、消防设计、日常管理、防洪防涝等方面[1]。不同于其他类污水处理厂，全地下式污水处理厂具有占地面积小、保温性能强、降噪效果好、密闭性高等特点，并且能够与周围自然环境相互平衡、相互协调，有效地利用周边土地资源，抑制污水处理过程中的恶臭。但由于全地下式污水处理厂位置的特殊性，厂区结构埋深大，设计难度增加，建设地下污水处理厂时的抗浮要求高、箱体渗漏率大，并且全地下式污水处理厂建成后，后期巡检、设备维修较为复杂，对供配电设备、照明系统的要求较高。因此，在开发建设全地下式市政污水处理厂时，还应优化厂区的整体设计、结构设计，使其能够将各类污水处理工艺的清污效果发挥到最大，保证污水处理厂的安全、稳定运行。
4.1 设计要点
对于全地下式的市政污水处理厂，其在建设中需要严格地遵守市政工程的建设标准，更合理地设计污水处理厂。比如，某城镇污水处理厂设计时，需要结合当地污水处理规定，处理当地生产、生活所形成的90%的污水。但由于污水处理厂整体规模有限，所以在厂区设计、设备选用时还应设计能够支持先进污水处理工艺的功能区域，引进创新性更强的污水处理装置。
除此之外，设计全地下式污水处理厂时，还应提前勘察污水处理厂位置，了解其地质信息、地下土层结构，然后整体规划地下空间内的建筑物。合理利用地下空间的过程中，还应注意提高功能区域的安全性能，做好消防设计、防淹设计、防爆设计、防火设计等工作。与此同时，设计人员应基于全地下式市政污水处理厂的经济效益、环境效益目标，增设先进污水处理装置、处理工艺，以此在节约污水处理厂能耗的前提下，提升其污水处理效率。
4.2 整体设计
4.2.1 厂区设计
全地下式污水处理厂是地下污水处理厂的一种建设形式。在上述市政全地下式污水处理厂项目中，地下建筑物分为2层，一层为污水处理供配电系统、消防系统、防淹装置、基础操作层；
一层为污水处理、净化、排放区域。该污水处理厂共设有2个出口，可满足地下污水处理厂运行期间的货物运输、污水引进、设备运输、建筑物消防、污水排放、污泥运输等方面的相关要求。负二层、负一层均设有消防疏散通道，可以在出现紧急情况后让厂内人员快速地抵达地面。此外，为提升地下空间利用率，全地下式市政污水处理厂采用模块化设计，将地下空间分为污水预处理、污水生化处理、污水综合处理车间等区域，可对污水处理所需的设施进行集约化、自动化管理，整体运行设计满足厂区管理要求。
4.2.2 工艺流程设计
本项目预处理工艺采用粗格栅+中格栅+细格栅+曝气沉砂池；
污水生化处理采用改良AAO+悬浮填料工艺；
二沉池采用周进周出矩形沉淀池；
污水深度处理采用高效沉淀池工艺+臭氧接触氧化工艺+多介质流化过滤器工艺；
污泥处理采用一体化离心式浓缩脱水机+污泥低温除湿干化；
消毒工艺采用紫外线消毒+次氯酸钠辅助消毒，厂区除臭采用高效生物除臭技术和离子除臭。
4.2.3 主体工程设计
1）粗格栅、中格栅与污水提升泵。根据全地下式市政污水处理厂的污水处理范围，确定引水的主干管可从厂外布设，由处理区域直接将污水转移到污水处理厂的存水区域。但是为避免出现厂区塌陷、被淹风险，保证污水处理厂的安全性，还应利用闸井控制水流量。在此过程中，粗格栅、细格栅的进水能力应以远期设计水量为10万m3/d为准，同时在进水泵前设计移动式除污设备、集水池，粗格栅间隙约为50 mm，中格栅间隙约为20 mm。集水池内部应布设变频潜污泵，其中，进水提升大泵规格型号为流量Q=1 050 m3/h，扬程H=33 m，功率N=145 k W，3台，2用1备，进水提升小泵：规格型号为Q=800 m3/h，H=33 m，N=110 kW，1台。
2）布设细格栅。全地下式市政污水处理厂的细格栅根据厂区的污水处理需求进行设计。对于远期设计水量10万m3/d、近期设计水量为5万m3/d的全地下式污水处理厂，布设细格栅时，应使用阶梯式网板格栅，细格栅渠道宽度为1.5 m，格栅空隙直径为3 mm，细格栅污水处理机的实际功率为2.25 kW，机器运行期间配置污水高压冲刷设备[2]。
3）曝气沉砂池。设计1座2格的曝气沉砂池，污水处理过程中池内的曝气量为0.2 m3/min，其水力停留时间为8 min。此外，曝气沉砂池中间应用超越渠道隔开，渠宽3.5 m，并设有1～2座吸砂桥，砂水分离器、吸砂泵。
4）AAO系统。AAO系统具体指AAO生化池，其设计参数主要集中在好氧池污泥浓度管理、回流模式、水力停留时间、污泥龄及气水比等方面。对于市政污水处理厂建设项目而言，其污水处理中的脱氮要求高，所以在设计污水处理过程中的水力停留时间时，设计值为19 h，预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池分别为0.5 h、1.0 h、4 h、13.5 h。AAO系统的气水比则需根据地下污水处理厂运行期间的供气量进行计算。本项目采用微孔鼓风曝气充氧，所需总供风量为312.5 m3/min（气水比9∶1），空气管道采用不锈钢管。
5）二沉池及高效沉淀池。本项目二沉池采用周进周出矩形沉淀池，池内设有3组，设计水深为4.5 m，引水后池内表面负荷为1.51 m3/（m2·h），回流污泥浓度为XS=8.0 g/L。
高效沉淀池由机械混合池、机械反应池、斜管沉淀池组成。集混合、反应、沉淀功能于一体，具有去除COD、SS、磷等作用。高效沉淀池内可分出3个主要的区域：（1）混合区。安装有快速搅拌器，投入碱式氯化铝（PAC），使药剂与污水充分混合后，流入絮凝区，混合池的混合时间为2.09 min。（2）絮凝区。安装慢速搅拌器，投入絮凝剂（PAM），形成个体较大且易于沉淀的絮凝体，絮凝池的反应时间为10.65 min。（3）沉淀区。斜管安装区，池面设出水堰，沉淀区下部是浓缩区，安装有浓缩刮泥机，将沉淀下来的污泥刮至池底中部，排出池外，沉淀段的表面负荷为10.75 m3/（m2·h），沉淀池清水区高度为1.0 m。
6）防淹设计、安全设计。对于全地下式污水处理厂，其在运行时容易面临水淹风险，所以设计厂区时应加强防淹设计。具体需注意以下3方面：（1）科学选址。合理设计污水处理厂的标高，设计污水进出口时应在上、下坡口布设驼峰、雨水沟，使污水经此流入污水处理箱体。（2）为确保污水处理厂的污水处理箱体的安全性，还应布设备用发电机，从而在箱体停电时及时利用备用发电机维持箱体的基本运转，使污水能够顺利被处理。（3）污水处理厂周围应设置维护设施，如实体围墙，并将砂带分别布设在污水进出口位置，以此增强污水处理厂的防洪能力，改善其安全性能。
4.3 控制系统设计
随着各类信息技术的发展，污水处理厂管理控制不再局限于人工管理，自动化控制技术被应用在污水处理厂的控制体系内。因此，在建设全地下式污水处理厂设计时，还应基于自动化控制技术优化厂区的控制系统设计。在PLC节能控制技术支持下，全地下式污水处理厂可自动化控制污水处理过程中的各个设备，同时采集污水处理中的各项数据，灵活设置污水处理装置的各项参数。
在上述全地下式市政污水处理厂的控制系统中，系统结构包括控制柜就地控制、PLC控制站控制、中央监控室控制管理3大板块。对于位置较为特殊的地下污水处理厂，因内部环境较为复杂，所以设计自控系统时应增设人员定位、环境监测、无人巡检等功能。为控制系统运行风险，PLC技术的结构为CPU模块，其在系统出现故障后可支持系统的持续运行。
除此之外，地下污水处理厂内的空气问题严重，空气中流通着大量的腐蚀性气体，在布设仪表箱、PLC电路板、其他自控设备时应涂刷防腐蚀涂层。同时，在进口水箱、生化池盖板以及气体可能存在积水现象的区域安装自动化的气体、液体监测仪表，实时监控该区域水流量以及气体的变化，如气体中二氧化碳浓度、空气湿度等[3]。污水处理中需要添加氯气时，可布设专用的氯气检测仪在线监测氯化物，并由PLC系统的传感装置将其移动到PLC控制总站。若发现某一气体浓度超出标准值，系统可自动报警并及时启动通风换气装置，快速地将有害气体转移、排出，以此确保污水处理厂内部环境的安全性。
4.4 全地下式市政污水处理厂的具体应用
4.4.1 污水处理
全地下式市政污水处理厂在具体应用时，其污水处理环节包括预处理、生化处理、沉淀等环节。具体包括以下3方面：（1）通过初次的沉淀污水，清理污水中的部分有机物，使污水中固体悬浮物浓度下降，然后通过生物处理，二次净化污水。生物处理期间，全地下式污水处理厂可利用AAO生化池处理污水。在此过程中，相关人员需严格地控制生化池污水流入点、回流点的水流量。（2）使用沉淀池、过滤床处理污水，处理完毕后利用自动化监测系统，测量水质，分析水质中的各项指标是否符合预期要求。（3）确定水质中的各项指标符合排放标准后，还应再次对水质进行紫外线消毒，最后清洁水质。
4.4.2 污泥处理
污泥处理环节中，全地下式污水处理厂会通过一体化离心式浓缩脱水机+污泥低温除湿干化的方式处理污泥。处理过程中污泥内部的水分会持续下降，低至50%以内，随后处理污泥中的臭气，使污泥排放符合地区环境保护相关的标准。此外，全地下式市政污水处理厂的应用同样有利于提升地下空间利用率，节约土地资源，构建节能型的地下污水处理厂区。
综上所述，为节约土地资源，控制污水处理厂区对环境的不利影响，应积极建设全地下式的污水处理厂。该类污水处理厂处于地下，可减少土地资源使用量，但是为保证污水处理的整体效果，应设计出高标准、安全性强且具有一定节能性的污水处理厂，使其在城市化发展中能够高效处理城镇污水，净化水资源，保护水环境，推进我国生态文明建设。
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