費霞麗

（廈門水務(wù)集團有限公司，福建 廈門361009）

0 引言

美麗中國理念是強調(diào)人與自然和諧共生、良性循環(huán)、全面持續(xù)發(fā)展的理念。污水處理廠是保護水環(huán)境、治理水污染和水資源循環(huán)再利用的關(guān)鍵設(shè)施。近三十年來，我國建設(shè)了大量的城市污水處理廠，但是還有不少污水處理廠存在著因出水水質(zhì)不合格、二次污染嚴重、鄰避效應而導致的土地資源浪費等系列問題。所以，近年來環(huán)保部門對污水處理廠的出水水質(zhì)考核指標有了大幅提高，同時，所采用的全地下建設(shè)型式極大地減小了對周邊環(huán)境的影響，大幅度提高了城市土地利用效率，實現(xiàn)了與周圍環(huán)境的和諧共處，取得了良好的社會效應，為污水處理提供了新的建設(shè)模式。

1 傳統(tǒng)污水處理廠問題研究

1.1 土地開發(fā)利用差

我國絕大多數(shù)的污水處理廠采用地上式建設(shè)模式，工藝構(gòu)筑物布置零散，從而造成占地面積較大、無法與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)、影響城市形象的問題[1]。眾多大中城市的污水處理廠因為景觀性較差和鄰避效應，使周邊土地無法開發(fā)利用，閑置浪費，這對土地資源日漸緊缺的大中城市發(fā)展造成了較大的影響和障礙。

1.2 二次污染加劇

地上式污水處理廠同時又加劇了噪聲、空氣等二次污染。

噪聲污染主要來源于污水處理廠中生產(chǎn)設(shè)備，如鼓風機、水泵等?，F(xiàn)在污水處理廠普遍采用的降噪方法是種植隔音綠化、安裝消音設(shè)備等，但都無法有效解決噪聲污染問題，對長期在污水處理廠工作的人員健康造成了影響?？諝馕廴局饕獊碓从谖鬯幚韽S產(chǎn)生的臭氣。臭氣主要產(chǎn)生在預處理工藝段和污泥處理工藝段，如粗細格柵、污泥脫水機房等。雖然目前很多污水處理廠采用了密封加罩等措施，但也不能完全消除臭味[2]。

1.3 出水水質(zhì)不達標

2015年4月國務(wù)院頒布了《水污染防治行動計劃》，對于城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準。我國較早時間建設(shè)的大部分污水處理廠執(zhí)行的是一級B標準、甚至是二級標準，所以現(xiàn)有的污水、污泥處理工藝很難滿足要求，需要進一步提標改造。

綜合以上，傳統(tǒng)建設(shè)模式的污水處理廠由于資源利用率低、二次污染嚴重、能耗較高等問題，與環(huán)境友好、資源集約的設(shè)計目標存在著較大的差距，因此，全國有條件的區(qū)域開始嘗試高標準的全地下式污水處理廠的建設(shè)模式。

2 馬鑾灣全地下再生水廠簡介

2.1 工程規(guī)模及處理目標

2.1.1 服務(wù)區(qū)域

馬鑾灣再生水廠的服務(wù)范圍主要為馬鑾灣區(qū)域內(nèi)的新城西片區(qū)、北片區(qū)、馬鑾島、核心區(qū)和新美泵站服務(wù)區(qū)域，目前片區(qū)內(nèi)排水現(xiàn)狀存在很多問題：

（1）未達標污水的排放對周邊水體污染嚴重，上游養(yǎng)殖業(yè)、餐飲業(yè)產(chǎn)生的污水以及未達標的工業(yè)污水偷排漏排現(xiàn)象屢有發(fā)生；

（2）片區(qū)內(nèi)雨、污水混流現(xiàn)象嚴重。

針對區(qū)域內(nèi)存在的惡劣問題，馬鑾灣再生水廠的建設(shè)對保護地區(qū)水環(huán)境將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2.1.2 進出水水質(zhì)分析

經(jīng)過污水量預測，馬鑾灣再生水廠近期規(guī)模按5.0萬m3/d建設(shè)，遠期規(guī)模為13.7萬m3/d。根據(jù)規(guī)劃，馬鑾灣再生水廠出水需作為馬鑾灣淡水水系的生態(tài)補水，地區(qū)環(huán)境要求較高，所以出水水質(zhì)按類IV類水水質(zhì)標準，即除TN優(yōu)于一級A外，其他均執(zhí)行地表IV類水標準。馬鑾灣再生水廠的進出水水質(zhì)見表1。根據(jù)每個指標的去除率，CODcr和BOD5采用常用的生物處理工藝輔助混凝沉淀則可穩(wěn)定達標。該工程的處理難點是TN、TP和SS的控制，再加上環(huán)保局對污水處理廠實施24 h監(jiān)測，這就要求出水水質(zhì)長期穩(wěn)定可靠，因此，碳源的合理分配、氮的有效去除和深度處理工藝是該工程的重點。

表1 馬鑾灣再生水廠進出水水質(zhì)一覽表 mg/L

2.2 工藝路線論證

2.2.1 污水預處理段

根據(jù)進出水水質(zhì)特點及國內(nèi)外工程實例，馬鑾灣再生水廠采用“分點進水多段式AAO+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床濾池+超濾膜”的主體工藝。工藝流程如圖1所示。鑒于進水中含砂量較大，為更有效地洗脫有機物、浮渣和油脂，利于后續(xù)處理工藝，預處理段采用曝氣沉砂池。馬鑾灣再生水廠設(shè)計進水的SS為200 mg/L，考慮到為保證后續(xù)生化段的足夠碳源，所以生化處理段前不設(shè)初沉池。

圖1 馬鑾灣再生水廠工藝流程圖

2.2.2 污水二級處理段

污水二級處理采用分點進水多段式AAO工藝。精確的分點進水可以有效分配碳源，多段缺氧/好氧順序排列，可以為反硝化菌、硝化菌的生長創(chuàng)造合適的環(huán)境。該工藝具有如下特點：

（1）缺氧/好氧交替布置，省去傳統(tǒng)A/O工藝的消化液內(nèi)回流設(shè)施，且可充分利用原水中的碳源進行反硝化，對低C/N城市生活污水的高效脫氮尤為有利；

（2）由于污水分散進入各段，其總的稀釋作用被推遲，系統(tǒng)各段懸浮物濃度呈梯度分布，所以該工藝比常規(guī)營養(yǎng)物去除工藝具有較多的污泥儲量和較長的固體停留時間，不同的進水點和進水流量分配增加了單位池容的處理能力，大大降低脫氮所需的池容；

（3）缺氧區(qū)進水一方面可充分利用原水中的易生物降解有機物，另外異養(yǎng)菌的生長受到限制，利于自養(yǎng)硝化菌的生長；

（4）缺氧區(qū)和好氧區(qū)交替存在可以對好氧區(qū)硝化時消耗的堿度有一定補充，可以避免硝化堿度不足的情況發(fā)生，此外每段的缺氧區(qū)相當于高負荷選擇器，可有效抑制絲狀菌污泥膨脹。

2.2.3 污水深度處理段

面對更嚴格的出水水質(zhì)控制標準，經(jīng)過二級生物處理后 CODcr、TN、TP、SS尚不能達到排放指標。重點、難點處理指標主要是TN、SS和TP。該工程深度處理采用“高效沉淀池+反硝化深床濾池+超濾膜”的組合工藝。

反硝化深床濾池是集生物脫氮及過濾功能合二為一的處理單元，濾池采用2～4 mm的石英砂作為反硝化生物的掛膜介質(zhì)，生物膜量大，可達20～50 g/L，在保證充足碳源的情況下，出水TN濃度可小于5 mg/L。另外，反硝化深床濾池濾層深度較深，足以避免竄流或穿透現(xiàn)象，即使前端處理工藝發(fā)生污泥膨脹也不會使濾床發(fā)生水力穿透，固體負荷高的特性大大延長了濾池過濾周期，減少了反沖洗次數(shù)，并能輕松應對峰值流量或處理廠污泥膨脹等異常情況。反硝化深床濾池可以根據(jù)出水要求控制TN去除量，近期可滿足地表類IV類水體要求，遠期可根據(jù)指標提升水質(zhì)。

SS≤5 mg/L是要求很高的出水指標，一般要采用膜過濾才能達到這個標準，再加上前端設(shè)置的高效沉淀池采用的石英砂顆粒，導致顆粒間隙比較大。為了使污水廠的出水100%穩(wěn)定達標，僅采用“高效沉淀池+反硝化深床濾池”的深度處理工藝是無法保證出水穩(wěn)定達標的。另外，該工程出水系作為馬鑾灣淡水水系的生態(tài)補水、城市雜用水及工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)用水，水質(zhì)需要非常穩(wěn)定。綜合以上因素，末端設(shè)置了先進的超濾膜工藝，確保了出水水質(zhì)。

3 馬鑾灣再生水廠優(yōu)勢分析

3.1 促進環(huán)境友好

3.1.1 全地下式布置

地下式污水處理廠，即各處理構(gòu)筑物和部分建筑物建設(shè)在地面以下，廠區(qū)地上作為其他建筑物建設(shè)、綠化、停車場等公共區(qū)域用途。根據(jù)不同的布置方式，可以分為雙層加蓋式半地下布局、雙層加蓋式全地下布局和單層加蓋式全地下布局[3]。三種方式見圖2。由簡圖可知，單層加蓋方案上部空間有較多的安裝孔，不利于上部地塊的開發(fā)，所以工程實際應用少；雙層加蓋式半地下建設(shè)方案整體景觀效果和雙層加蓋式全地下布局方案還是差很多，且對外公共開放區(qū)域較小。綜合以上，馬鑾灣再生水廠采用全地下式雙層加蓋的建設(shè)模式。

馬鑾灣再生水廠整體位于地下，上部種植綠化，池體全部覆蓋土，生產(chǎn)活動均位于密封的地下。如圖3廠區(qū)地上部分平面布置所示，根據(jù)遠期規(guī)劃再生水廠公眾開放范圍可達2.43 hm2，可以作為公用或公共設(shè)施用地，并將污泥脫水機房和廠前區(qū)布置在全地下箱體上方，很大程度上方便了污泥的頻繁外運以及污泥脫水設(shè)備的日常維護。如圖4所示：水廠的操作層全部設(shè)置在地面以下，地下箱體綜合處理構(gòu)筑物長200 m，寬77 m，頂部覆土2.0 m，箱體中間設(shè)置寬8 m的進出通道，方便日常檢修及巡視；中間通道兩端由東向西依據(jù)工藝流程分別建造預處理段、二級生物處理段和深度處理區(qū)，各構(gòu)筑物之間布置合理、緊湊。在外觀上具有景觀效果美、占地集約的優(yōu)勢。

圖2 不同地下式污水廠布置方案

圖3 廠區(qū)地上部分平面布置圖

圖4 箱體地下操作層平面布置圖

3.1.2 綠色廠區(qū)景觀

馬鑾灣片區(qū)作為廈門海綿城市試點區(qū)，為響應海綿城市精神，整個污水廠的平面綠化及景觀設(shè)計充分體現(xiàn)了海綿城市的內(nèi)涵。如圖5所示，在廠區(qū)內(nèi)主要道路采用透水路面，人行小道采用透水磚鋪砌，改進了城市植物調(diào)節(jié)生態(tài)能力。廠區(qū)大量空地打造花園景觀，種植大量適合當?shù)丨h(huán)境、具有觀賞價值的植物，全廠綠化率不小于60%。此外，對于裸露在地上的所有設(shè)施均作外形美化，所以，馬鑾灣再生水廠展示出了與周圍環(huán)境高度的協(xié)調(diào)和呼應。

圖5 廠區(qū)內(nèi)透水路面

3.1.3 科學臭氣處理

馬鑾灣再生水廠主體構(gòu)筑物位于箱體內(nèi)，為保證工人有一個良好的操作環(huán)境以及減少對周圍環(huán)境的空氣污染，該工程采用《惡臭污染物排放標準》（GB 14554—1993）中規(guī)定的廠界廢氣排放二級標準，對重點區(qū)域的臭氣進行有組織的收集、處理和排放。對于惡臭氣體散發(fā)點如粗格柵及進水泵房、細格柵及旋流沉砂池、生反池、儲泥池等選用防腐蝕能力強、投資費用低的混凝土加蓋方式，臭氣經(jīng)密閉收集后，通過風管輸送到生物除臭設(shè)備。馬鑾灣再生水廠采用兩級生物處理的復合式生物除臭工藝，技術(shù)新穎工藝可靠，臭氣經(jīng)過溫度調(diào)節(jié)、增濕的一級生物處理后進入二級生物濾池工藝，濾層選用多孔、濕潤和充滿活性微生物的填料，吸附性和降解能力強。結(jié)合廠區(qū)總體布置，再生水廠設(shè)置三套生物除臭設(shè)備，分別處理污水預處理單元、生反池單元和污泥處理單元產(chǎn)生的臭氣。在微生物的高效處理下，大量臭氣中的有害成分被去除，達到排放標準后排放。

3.2 實現(xiàn)資源節(jié)約

3.2.1 土地節(jié)約

表面來看，全地下式污水處理廠的投資成本較高，但是當人類可利用的土地資源日趨減少，土地價格逐漸增高時，全地下式污水處理廠的價值就會顯現(xiàn)出來。馬鑾灣再生水廠地處灣區(qū)重要地段，土地價值高，環(huán)境敏感要求標準高。根據(jù)《城市污水處理工程項目建設(shè)標準》，馬鑾灣再生水廠遠期規(guī)模建設(shè)用地指標為0.95 m2/m3·d，即用地面積為13 hm2，而該工程規(guī)劃用地面積為6.85 hm2，所以通過全地下集約化布置、將廠前區(qū)和污泥泵房建設(shè)在一體化構(gòu)筑物上方等措施滿足了用地指標標準。如圖6所示，為提高土地利用率，箱體上方還建設(shè)水科普教育基地一座，免費對公眾開放，主要目的是向社會大眾宣傳普及節(jié)約水資源的環(huán)保理念。

圖6 水科普教育基地

3.2.2 能源節(jié)約

馬鑾灣再生水廠在節(jié)約土地資源的同時，也通過選擇先進的處理工藝、低能耗設(shè)備努力實現(xiàn)能源節(jié)約。工藝方面具體措施如采用精確曝氣控制系統(tǒng)、優(yōu)選水泵、對內(nèi)外回流比及曝氣量進行優(yōu)化等。綜合樓建筑外圍護結(jié)構(gòu)采用外保溫系統(tǒng)，建筑外立面處理上凹凸較少，從而減少了外圍護結(jié)構(gòu)的熱損失和能源消耗。

3.3 保障安全生產(chǎn)

3.3.1 結(jié)構(gòu)安全可靠

馬鑾灣再生水廠位于廈門市海滄區(qū)，地基土主要由耕植土、素填土、黏土、粗砂等組成，工程性能不良，其余各巖土層力學強度一般。鑒于以上地質(zhì)特點，馬鑾灣再生水廠的結(jié)構(gòu)難點在于集約化的箱體，以及不同功能的單體連接、上部箱體的柱網(wǎng)布置和大面積的深基坑。

參考和借鑒國內(nèi)其他大型地下污水處理廠結(jié)構(gòu)設(shè)計后，馬鑾灣再生水廠的箱體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，短向設(shè)置“2道底板加強帶+池壁頂板后澆帶”，長向設(shè)置“1道完全伸縮縫及4道底板加強帶+池壁頂板后澆帶 ”。盛水構(gòu)筑物水位線以下0.5 m以上的池內(nèi)壁、頂板底面均涂抹環(huán)氧樹脂類防腐材料。鑒于地下水位較高，馬鑾灣再生水廠采用抗拔錨桿的設(shè)計保證抗浮效果。整個工程克服結(jié)構(gòu)難點保證了廠區(qū)箱體的安全可靠。

3.3.2 消防布置合理

該工程地下箱體的生產(chǎn)構(gòu)筑物為污水、污泥處理的蓄水或盛水構(gòu)筑物，在正常生產(chǎn)情況下，一般不易發(fā)生火災，只有在操作失誤、管理不當及其他意外事故狀態(tài)下，才有可能導致火災的發(fā)生。地下箱體內(nèi)除了工作人員每天的定期巡視外，沒有人員在箱體內(nèi)停留，所以疏散難度不大，對人員傷害可能性小?；谝陨弦约皣鴥?nèi)大型地下式污水廠消防系統(tǒng)布置案例，馬鑾灣再生水廠將地下箱體分為9個防火分區(qū)。如圖7所示，每個防火分區(qū)面積不大于2 000 m2，并在箱體內(nèi)設(shè)置室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和滅火器系統(tǒng)，除東側(cè)1個車道出入口外，水廠還在每個防火分區(qū)內(nèi)分別設(shè)置通往地面的逃生樓梯，保證每個防火分區(qū)都有1個直通室外的獨立安全出口，并以通過相鄰防火分區(qū)的甲級防火門作為第二個安全疏散口，整個工程的消防方案布置保證了再生水廠的生產(chǎn)安全。

圖7 防火分區(qū)及應急樓梯示意圖

4 結(jié)語

本文通過廈門市馬鑾灣再生水廠，詳細分析了全地下式污水處理廠的優(yōu)點。馬鑾灣再生水廠采用“分點進水多段式AAO+二沉池+高效沉淀池+反硝化深床濾池+超濾膜”的主體工藝使出水穩(wěn)定達到類IV類水水質(zhì)標準，保護了水環(huán)境；合理的平面和豎向布置、以海綿城市理念打造廠區(qū)景觀、采用科學除臭系統(tǒng)避免二次污染，使馬鑾灣再生水廠成為環(huán)境友好型污水廠；通過全地下集約化布置和箱體上方廠區(qū)空地的利用實現(xiàn)了土地節(jié)約。

[1]楊勇,王玉明,王琪,等.我國城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)及運行現(xiàn)狀分析[J].給水排水,2011,(8):35-39.

[2]許小平,趙艷,潘婷,等.污水處理廠除臭工藝收集系統(tǒng)的選擇與分析[J].中國給水排水,2012,28(22):54-58.

[3]邱維.我國地下污水處理廠建設(shè)現(xiàn)狀及展望[J].中國給水排水,2017,33(6):18-26.