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        青島市泊里鎮(zhèn)全地下污水處理站工程設計

        2023-12-31 00:00:00宋永健,楊凱祥,于瑤
        科技創(chuàng)新與應用 2023年14期

        摘" 要:青島市泊里鎮(zhèn)全地下污水處理站設計規(guī)模為3×104 m3/d,廠區(qū)占地2.59 ha,工藝采用粗細格柵+曝氣沉砂池+MBBR工藝+周進周出二沉池+高效沉淀池+深床濾池處理工藝。工程總投資為25 978萬元。其設計經(jīng)驗可供其他類似工程參考。

        關鍵詞:全地下污水處理站;MBBR;工藝流程;工程設計;污水排放

        中圖分類號:TU992" " " 文獻標志碼:A" " " " " 文章編號:2095-2945(2023)14-0119-04

        Abstract: The design scale of the whole underground sewage treatment station in Boli Town of Qingdao City is 3.0×104 m3/d, and the plant covers an area of 2.59 ha. The process adopts thick and thin grid + aeration settling tank + MBBR process + weekly secondary sedimentation tank + high efficiency sedimentation tank + deep bed filter treatment process. The total investment of the project is 259.78 million yuan. Its design experience can be used as a reference for other similar projects.

        Keywords: underground sewage treatment plant; MBBR; technological process; engineering design; sewage discharge

        青島市泊里鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展迅速,入選“2022年度全國綜合實力千強鎮(zhèn)”榜單,位列全國第76名,青島市第一名。隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展,城市人口不斷增加,人民生活水平迅速提高以及工業(yè)化步伐的加快,城市用水量急劇增加,污水排放也相應增加,同時也加劇了水資源的短缺和水環(huán)境的惡化。目前片區(qū)內僅有一座小型污水處理站和一座臨時污水站,處理規(guī)模遠不能滿足未來鎮(zhèn)區(qū)發(fā)展需求。泊里鎮(zhèn)污水站的建設能有效提高鎮(zhèn)區(qū)的污水處理能力,對改善水系生態(tài)具有重要意義。

        1" 設計水質及設計規(guī)模、工藝流程

        1.1" 設計水質及設計規(guī)模

        泊里鎮(zhèn)污水處理站近期土建按3×104 m3/d,設備按1×104 m3/d進行設計,該水廠進水中以生活污水為主,設計水質結合指標法計算、片區(qū)內其他污水廠進水水質及實測水質分析所得,具體數(shù)值見表1。

        本工程出水CODcr、BOD5、NH3-N、TP主要指標應滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質量標準》中的Ⅴ類標準、GB/T 18921—2019《城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質》中娛樂性景觀環(huán)境用水(河道類)要求及GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中的一級A標準。

        1.2" 工藝選擇

        水廠結合進、出水質,工藝不僅需要具有較好的脫氮能力、能有效保證大腸桿菌滿足中水回用的要求,在不同的進水條件下均能穩(wěn)定地保證出水水質,還應有一定提升能力,能較好地進行水質提升。本工程綜合考慮水廠占地面積及運行投資,最終選擇采用移動床生物膜反應器(MBBR)處理工藝。

        1.3" 工藝流程

        污水廠工藝流程如圖1所示。

        2" 工程設計

        2.1" 總圖布局

        本污水處理站結合周邊規(guī)劃,采用地下式布置,地上區(qū)域除設置除臭高空排放塔以及消防疏散口以外,其余均設計為景觀綠化。整個地下箱體占地面積約10 639 m2,高度14.6 m,局部15.4 m。地下區(qū)域考慮水力流程、交通運輸,以及除臭需要合理布置地下平面。地下水廠設計為2層,地下一層主要為運行操作區(qū)域,地下二層主要為水池以及管廊。

        2.2" 豎向設計

        根據(jù)規(guī)劃水廠區(qū)域道路規(guī)劃標高為5.50 m,南側橫河50年一遇水位4.40 m,百年一遇水位4.60 m,本工程廠區(qū)標高按5.8 m設計,高于周邊道路規(guī)劃標高及橫河百年一遇水位。

        地下箱體大部分覆土厚度為1.5 m,頂板標高4.3 m,底板頂標高-9.2 m、-10.0 m。該工程的尾水排入河道。泊里鎮(zhèn)污水處理站建設工程主要處理單元為地下式,進水高程根據(jù)橫河北路污水主管道標高確定,污水重力進入污水廠后依次通過進水井、粗格柵渠、細格柵渠、曝氣沉砂池、初沉池、生物池、二沉池,后經(jīng)提升泵提升依次通過高效沉淀池、深床濾池、紫外消毒渠,最終經(jīng)尾水泵排入河道或回用。

        2.3" 工藝設計

        2.3.1" "粗細格柵及曝氣沉砂池

        自動回轉式粗格柵2臺,B(渠道寬度)=1 000 mm,b(柵條間隙)=15 mm。自動回轉式細格柵2臺,B=1 100 mm,b=5 mm。鏈板式刮砂機1臺,B=1 000 mm。

        2.3.2" 初沉池

        初沉池采用平流式沉淀池,分2組,單組尺寸為33 m×7.4 m,有效水深4.0 m,峰值表面負荷3.8 m3/m2·h,池內采用非金屬鏈條刮泥機,長×寬=33 m×7.4 m,水深4.0 m。

        2.3.3" AAOAO-MBBR生物池

        生物池根據(jù)生物處理的工藝要求,建有5個生物反應區(qū),分為厭氧區(qū)(除磷)、前缺氧區(qū)(反硝化池)、前好氧區(qū)(硝化池)、后缺氧區(qū)(反硝化池)、后好氧區(qū)(除碳池),分3組,單組尺寸為58.8 m×22.2 m,有效水深為6.5 m??偼A魰r間為19.4 h,其中厭氧區(qū)1.9 h,前缺氧區(qū)5.4 h,前好氧區(qū)7.7 h,脫氣區(qū)0.8 h,后缺氧區(qū)3.0 h,后好氧區(qū)0.6 h。生物池溶解氧濃度為2~3 mg/L?;旌弦夯亓鞫脸?好氧區(qū)為100%,好氧區(qū)-缺氧區(qū)300%。生物池設計總泥齡為16.5 d,總污泥負荷:0.08 kgBOD5/kgSS·d。單組池內配置立式渦輪攪拌器7臺,內回流泵(前缺氧區(qū)至厭氧區(qū))3臺,Q(流量)=625 m3/h,H(揚程)=1 m,N(功率)=4.0 kW;MBBR填料511 730 m3,規(guī)格1 200 m2/m3,填充率13.3%;板式曝氣器608套,單個氣量(10±4) m3/h。

        2.3.4" 二沉池

        本次設計采用周進周出的沉淀池。設計分成3格,進水端設置3個獨立渠道閘門。沉淀池總尺寸為54.9 m×30.4 m,有效水深為4.5 m,峰值表面負荷1.25 m3/(m2·h),高峰水量時沉淀時間為4 h。單組沉淀池設置回流污泥泵2臺,Q=420 m3/h,H=4 m,剩余污泥泵2臺,Q=60 m3/h,H=20 m。

        2.3.5" 高效沉淀池

        高效沉淀池是集混凝、絮凝、斜管沉淀和污泥濃縮于一體的集成化高效分離設施,相比傳統(tǒng)的單一沉淀工藝,其在占地面積、去除效率等方面均具有明顯的優(yōu)勢。本工程設計分成2格,單格尺寸19.8 m×9.4 m,混合池尺寸3.8 m×1.8 m,混合池有效水深6 m,混合池平均停留時間2.7 min。絮凝反應池尺寸6 m×5 m,有效水深6 m,平均停留時間12 min。沉淀池尺寸9.4 m×9.4 m,有效水深6 m,峰值表面負荷14.6 m3/(m2·h)。單組池內設置混凝攪拌器1套,N=7.5 kW,絮凝攪拌器1套,N=5.5 kW,剩余污泥泵2臺(一用一備),Q=30 m3/h,P(壓力)=0.6 MPa,回流污泥泵2臺(一用一備),Q=50 m3/h,P=0.6 MPa。

        2.3.6" 反硝化深床濾池

        反硝化深床濾池的功能包括:①去除進水中懸浮物SS;②反硝化脫氮,即去除TN,本工程出水總氮要求高,運行過程中根據(jù)進水水質情況啟用深床濾池的脫氮功能。本工程設計分成4格(近期用2格),單格面積53 m2,濾速5.8 m3/(m2·h),水洗強度4 L/(m2·s),氣洗強度35 L/(m2·s)。池內設置反沖洗水泵2臺,Q=763 m3/h,H=10 m;反沖洗廢水提升泵2臺Q=126 m3/h,H=9.0 m;反沖洗羅茨風機2臺,Q=108 m/min,P=68.6 kPa;空壓機2臺,Q=25.5 m3/h,P=0.7 MPa。

        2.3.7" 紫外消毒區(qū)域

        紫外消毒設備1套,紫外穿透率大于等于70%,紫外劑量25 mJ/cm2。

        2.3.8" 鼓風機房

        鼓風機房平面尺寸22.6 m×10.5 m,曝氣單級離心鼓風機2臺(一用一備),Q=68 m3/min,H=7.5 m,N=90 kW。

        2.3.9" 脫水機房

        脫水機房平面尺寸為40 m×8 m,污泥離心脫水機2臺,Q=25~30 m3/h,N=40 kW;污泥切割機2臺,Q=35 m3/h,N=3.0 kW;進泥泵2臺,Q=35 m3/h,H=20 m,N=7.5 kW。

        2.4" 污泥處置

        該水廠設置污泥均質池1座,內設攪拌器,可對污泥進行簡易的重力濃縮,池體上部設置溢流上清液,有利于減少污泥含水率和污泥體積,降低脫水處置負荷。

        2.5" 結構設計

        污水廠地下箱體為平面矩形,長度123 m,寬度87 m,高度15.3 m,局部12.6 m,頂板覆土1.5 m。外池壁為變截面(頂部0.6 m,底部1.2 m);底板厚度為1.4 m,頂板厚度0.30 m,中間板厚度0.25 m,均為梁板體系。框架柱柱距6.5~9.0 m,框架柱截面尺寸0.7 m×0.7 m。箱體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構?;A持力層為第7層強風化巖或第8層中風化巖。

        主體結構采用C35防水混凝土,抗?jié)B等級P8,混凝土用普通硅酸鹽水泥,澆注耐久性高的防水混凝土。嚴格把控混凝土的入模塌落度和入模溫度,減少溫差收縮和干縮帶來的不良影響。

        2.6" 通風及除臭設計

        該廠臭氣主要來源于預處理區(qū)域、生物池及脫水機房,經(jīng)收集后的臭氣利用生物濾池和離子發(fā)生器進行除臭。

        設生物除臭系統(tǒng)一套裝置1套,尺寸為40 m×8 m,處理風量18 000 m3/h。

        為保證通風系統(tǒng)安全可靠,本工程為保持工人作業(yè)區(qū)(地下一層)及巡檢管溝(地下二層管溝)有個較好的空氣條件,對地下空間作全面通風換氣考慮。

        工人作業(yè)區(qū)(地下一層)采用局部排風和全面通風相結合的送排風方式。局部排風次數(shù)以除臭風量為準。全面通風次數(shù):當車間高度小于或等于6 m時,其排風量按1次/h換氣計算;當車間高度大于6 m時,排風量按6 m3/(h·m2)計算。

        地下二層管溝為保證正常巡檢及維修人員的生命安全,采用機械通風方式。換氣次數(shù)為2~3次/h。

        各電氣設備機房設獨立的通風系統(tǒng),采用送風設備送至房間,然后將余熱排至地下一層工人作業(yè)區(qū)或室外。換氣次數(shù)為6~8次/h。

        2.7" 消防設計

        廠內地上及地下道路連接環(huán)形布置,保證消防通道暢通,廠內主干道寬不小于6 m,道路凈空高度不小于4.0 m,滿足消防車對道路的要求。

        地下箱體按照功能設置防火分區(qū),各類通風及配電機房單獨設置防火分區(qū),防火分區(qū)面積均小于2 000 m2,水處理設備房及各類濾池及巡檢區(qū)域本身不具有火災危險性,設計按照功能化分防火分區(qū),地下廠區(qū)每個防火分區(qū)設置不少于2個安全出口,其中可利用防火墻上通向相鄰防火分區(qū)的甲級防火門作為第二安全出口,但每個防火分區(qū)設置1個直通室外的安全出口。各防火分區(qū)內任一點到最近安全出口的距離不超過60 m。

        2.8" 電氣設計

        本工程近期土建按3×104 t/d,設備按1×104 t/d實施,遠期設備增加至3×104 t/d。本工程主要用電負荷為生產(chǎn)工藝設備用電,總裝機容量1 585.17 kW,工作設備容量1 156.18 kW,計算功率833.40 kW,其中二級負荷計算功率為780.1 kW,三級負荷計算功率為53.3 kW,消防負荷計算功率為19.6 kW。

        2.9" 綠化及海綿工程設計

        景觀綠化設計在地下箱體建筑覆土后進行,根據(jù)建筑結構專業(yè)要求,箱體建筑可滿足覆土深度1.5 m的承重。因此,方案結合廠區(qū)性質與場地現(xiàn)狀,以簡易綠化為主,加入一部分康體健身設施,旨在打造以綠色生態(tài)為基本目標,綠意盎然、舒朗大氣、休閑康體的景觀空間。

        景觀綠化以草坪地被為主,如紅葉石楠、大葉黃楊、瓜子黃楊等,與日本晚櫻、元寶楓、大葉女貞、金枝槐、櫸樹、連翹和紫荊等搭配種植,喬灌草占比約為1∶2∶7,共同營造開朗大氣的景觀空間。

        結合規(guī)劃指標以及景觀方案,本著“滿足規(guī)劃,簡單統(tǒng)一”原則,本項目主要采用下沉式綠地海綿設施。下沉式綠地指低于周邊鋪砌地面或道路在200 mm以內的綠地,綠地土壤采用自然原狀土或類原狀土。下沉式綠地中設置溢流井、溢流管,就近排入廠區(qū)雨水管網(wǎng)。

        根據(jù)計算沉式綠地面積為1 820 m2,下沉深度為0.2 m,平均蓄水深度為0.15 m。則該匯水分區(qū)具備的蓄水能力為240.03 m3。

        2.10" BIM工程設計

        全地下污水廠結構復雜,專業(yè)銜接要求高,設計難度大。通過創(chuàng)建污水廠BIM模型(圖2),可以直觀發(fā)現(xiàn)設計問題,減少工程中出現(xiàn)錯漏碰缺的情況,本工程利用BIM模型發(fā)現(xiàn)管線碰撞51處,洞口遺漏24處,從而優(yōu)化設計,避免施工時出現(xiàn)返工的情況。

        3" 工程投資及運行成本

        該工程總投資25 978萬元,經(jīng)營成本2.36元/m3,總成本6.25元/m3。

        4" 結束語

        泊里鎮(zhèn)污水處理站工程是滿足泊里鎮(zhèn)污水量逐漸增加的必要工程;通過全地下式建設可以節(jié)約有限的土地資源、合理利用城市空間;同時,全地下式建設可以更好地解決臭氣、噪聲等帶來的二次污染;在技術上,隨著地下空間技術、地下施工技術的快速發(fā)展,使得地下構筑物的建造質量、規(guī)模以及施工速度不斷提高,技術上也是安全可行的;泊里水質凈化廠工程采用MBBR工藝在水處理上是完全可行的,可以有效地控制各項出水指標,達到出水標準要求。

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