引言

目前，我國已投運與在建的污水處理項目采用傳統地上形式居多，地上式污水處理項目有前期投資成本較低，運營管理技術成熟等優勢，但隨著我國可利用土地資源逐步緊張，地上式污水處理項目的建造暴露出其導致土地資源浪費、周邊土地資源貶值及景觀破壞等問題。隨著我國城市化水平的快速發展和居民對生活環境要求的逐步提高，能與周邊環境更協調、封閉性更好、二次污染更少的全地下式污水處理項目逐漸成為城市污水處理治理工程建設的發展趨勢和研究方向，在上海、廈門及廣州等發達地區已展開全地下式污水處理項目的嘗試和探索。全地下式污水處理項目具有占地面積少、環境污染較小、工藝環境穩定、美觀性好等核心競爭優勢。隨著污水處理技術和地下空間開發技術的穩步發展，為大型地下工程的建設規模、建設速度提供了堅定有力的技術保障，在土地資源日益緊張的今天，全地下式污水處理工程的發展是我們環境工作者重點思考與研究方向之一。

1 項目概況

項目總面積為92.86平方公里，常住人口約為28.3 萬人，屬亞熱地季風氣候，整體呈南北跨度較大，東西跨度較小的狹長式地形。該鎮管網污水總量約為10~12萬m3/d，已建成且投運的兩個污水處理項目每日可接納污水總量為11萬m3，目前部分時間段存在超負荷運行情況，且在管網來水水質較差或工藝設備檢修等需需減產運營的情況下，會導致該鎮部分污水溢流至生態水域，該情況加大了該鎮生態水環境的污染負擔。隨著該鎮污水收納管網系統的不斷完善，和該鎮逐步加大與鄰近城市的全面協同發展與合作的大環境下，可預計該鎮的污水水量會呈逐步增加的趨勢，污水處理能力缺口會顯著加大，需要及時提升該鎮的整體污水處理規模。該鎮兩個原有污水處理項目集中建在鎮區北部，為配合管網形成完善的“廠網一體”運營策略，確保新建污水處理項目運營期間管網來水水量充足且穩定，降低污水運輸壓力及能耗，新建的污水處理項目擬設點在鎮區南部地區，設計規模5萬m3/d，服務面積約16.67 km2，生化處理工藝采用多點進水多段AAO生化池工藝，深度處理工藝采用高效沉淀池+反硝化濾池+精密過濾，消毒工藝采用紫外線消毒，污泥處理采用預處理+板框壓濾機。本項目出水水質標準擬執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準中的較嚴值及地方標準的更嚴值。綜合考慮及統籌鎮區的發展定位和前景，新建污水處理項目選擇具有節地、地上空間綜合開發，生態污染小，美觀性好等諸多優勢的全地下污水處理項目的建造方案，該方案與所在區域的功能定位更加符合，可以有效的降低環境設施的“鄰避效應”，有助于周邊生態的整體發展。

2 工藝設計

2.1 進、出水水質設計本污水處理工程排放尾水最終匯入相鄰市的某河流域。因此，本污水處理工程出水水質標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準的同時，部分水質指標需滿足地方污染物排放標準。

2.2 工藝流程設計

2.2.1 整體工藝流程設計根據設計進、出水水質標準計算可得，本污水處理工程的進水水質BOD5/CODCr=0.56，比值大于0.45，屬于生化性較好的污水，同時BOD5/TN＝4.63及BOD5/TP=37，分析可得所處理污水中氮、磷污染物皆可通過生化降解法去除。整體工藝流程設計為“粗格柵+細格柵+沉砂池+生化池+二沉池+高沉池+反硝化生物濾池+精密過濾+紫外消毒”，而污泥脫水處理工藝設計為“預處理+超高壓隔膜壓濾機”。本污水處理工程整體工藝流程設計如圖1所示。

2.2.2 生化工藝單元設計根據進、出水水質的設計及遠期運營考慮，本污水處理工程出水水質標準執行且部分指標高于一級A標準，需采用高效的脫氮除磷污水處理工藝，同時考慮到本污水處理工程用地較為緊張的緣故，需擬比選出一個盡可能節約用地、而投資與運行費用較低、技術成熟可靠、處理效果穩定，運行管理方便的污水處理生化工藝方案。目前城鎮生活污水處理較常見且成熟的工藝主要有傳統活性污泥法、生物膜法及膜生物反應器法。從工程投運前期分析，傳統活性污泥法因工藝流程簡單及設備較少的緣故，工程前期土建及設備購買的投資成本偏低，又因其構筑物布置集約化程度較高，彌補其構筑物占地面積同比偏大的劣勢，整體來說傳統活性污泥法的工程投資成本相比較低。從工程運營期間分析，傳統活性污泥法因為運行設備較少，生產藥劑單一且工藝穩定性較高，運營期間的運營成本一般正常較低。生物膜法水頭變化較大，運行設備較多，工藝中所需內回流比偏高，濾料容易因進水懸浮物指標偏高導致堵塞，頻繁的反沖洗不僅加大工程運營成本，還提高該工藝管理難度。生物膜法運營期間，理論上產泥量大于傳統活性污泥法，并且污泥性狀穩定性較差，加大了污泥脫水難度和處置成本。從污水處理效果分析，膜生物反應器法由于膜的高效截留作用，能高效地進行固液分離，存在不產生污泥膨脹和耐沖擊負荷水平較高的優勢，且由于污泥濃度高和硝化菌生長繁殖程度較好的緣故，氨氮去除與除磷效果較好，但同時存在污泥濃度較高導致的膜污染情況，膜通量容易受限，導致污水處理負荷受較大影響。傳統活性污泥法的類型和實施方式多種多樣，其適用范圍和應用條件也存在一定的差異，在實際運行應用中可因地制宜，根據實際生產需要設計。多點進水多段AAO工藝作為傳統活性污泥法的一種技術延伸，該工藝可以充分利用原水中自帶碳源進行反硝化反應，對低碳氮比發展趨勢的城鎮生活污水的高效脫氮處理有利，并且因分點進水緣故，生化池的污泥濃度呈梯度分布，在流入二沉池污泥濃度相同的情況下，該方案的生化池能留有更大的污泥總量，且減緩了二沉池固體負荷，同時提高了污水在生化池的脫氮除磷效果，系統的整體耐沖擊負荷得到進一步的提高。多段的缺氧和好氧交替處理可提高脫氮效率，相同的總氮去除率情況下，多段生化交替反應可相應減少內回流量，同時因設有多段缺氧反應區的緣故，生化工藝段可更有效抑制絲狀菌帶來的污泥膨脹異常。三種污水處置工藝方案相比之下，本污水處理工程生化工藝單元選擇采用投資及運營成本較低、處理效果較佳且穩定的“多點進水多段AAO”工藝。

3 工程設計

3.1 工程概況設計本污水處理工程設計規模5萬m3/d，地下主要構筑物擬分2組。構筑物箱體采用全地下布置，頂部覆土約1.5 m。一體化全地下處理構筑物箱體南、北側各設一處通道，由地面向下直至箱體操作層標高。綜合辦公樓及生活樓統一布置于廠區南側空地，廠區北側擬建設為休閑公園區，公園區與生產生活區設置綠化隔離圍墻。本公園區采用綠化放坡與周邊順接，生產生活管理區因臨近河邊，采用直立擋墻，受周周邊地形及現狀市政道路情況限制，本工程廠區內共設計出入口1處，位于廠區西側。本次設計的污水處理工程采用全地下式雙層加蓋建設形式，和地上式常規污水處理工程相比，全地下污水處理工程在總體布置上有如下特點：

(1)全地下式污水處理工程采用雙層加蓋，大型設備的吊裝較為困難，在設計時必須考慮足夠的起吊及檢修空間。

(2)各污水處理構筑物采用共壁建設，結構緊湊，構筑物間距小，檢修空間狹小，必須考慮各個構筑物之間水、氣、泥、藥劑等各種管渠的合理布置，考慮檢修、巡邏、運輸通道的合理連通和設置。

(3)工程構筑物集中布置在一個地下的大型空間內，必須考慮必要且合理的進出通道。

(4)地下空間密閉性較好，有可能會引起H2S等有毒有害氣體或生產產生的臭味氣體的積聚，對各類氣體的檢測及通風要求較高，通風及除臭管道較多。

(5)全地下式污水處理工程采用雙層加蓋，上層蓋板需有較多的梁柱支撐。梁柱的布置會直接影響構筑物的設計。地下空間管線眾多，須統籌考慮，以免發生干擾。

3.2 節能減排設計盡管我國污水處理行業發展速度較快，可由于我國該環境產業起步較晚，目前污水處理仍處于高能耗階段。同時，近年來用水需求量的不斷增加以及旱澇災害的頻繁發生使得我國水資源大幅減少，而主要依靠煤炭發電的供電企業因生產成本日益增長導致減產。在水、電等基本生產元素供需矛盾進一步加劇的背景下，本工程設計應貫徹響應國家“低碳環保、節能減排”的號召，不僅滿足于污水處理達標排放的基本要求，更需向著污水處理低能耗和高效化的方向進一步探索發展。污水處理工程本身為環保工程，本工程建成運行后，將大大地削減各類水質污染物的排放量。本工程對污染物減排的貢獻主要體現在兩個方面：

(1)通過對污水的生化處理降解污水中的污染物質，減少各類水質污染物的排放總量；

(2)本工程中污水經處理后部分回用廠區，減少了尾水的排放總量，相應減少各類水質污染物的排放總量。

3.3 經濟指標分析

本污水壓濾機處理工程建設項目總投資47286.45萬元，其中工程費用39987.54萬元。本全地下污水處理工程的單位污水投資成本約為6980元/m3，為國內半地下污水處理工程的單位污水投資成本的130 %~140 %，偏高的主要原因為土建成本中的人工及物料成本較高。單從前期的經濟成本數據分析，全地下污水處理工程的投資成本較高，但是隨著可利用的土地資源日趨減少，土地成本逐漸增高的背景下，全地下污水處理工程的存在優勢會逐漸凸顯。同時加上環境價值考慮，全地下污水處理工程比傳統地上污水處理工程更符合所在城市生態的綠色可持續發展。

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