全地下式處理設(shè)施與溢流污染控制的設(shè)計(jì)與運(yùn)行
【杭州純化水設(shè)備http://www.southernfriedswampjam.com】為了控制溢流污染和初期雨水污染,兼顧旱天和雨天處理運(yùn)行需求,葛塘河凈水站采用了污水處理設(shè)施、調(diào)蓄池和地下停車場一體化全地下合建的方式。
污水處理采用膜生物反應(yīng)器(MBR)主體工藝,設(shè)計(jì)規(guī)模為1.20萬m3/d,調(diào)蓄池設(shè)計(jì)規(guī)模為5 000m3。凈水站兼具污水處理、雨水調(diào)蓄以及城市交通調(diào)節(jié)等功能。
實(shí)際運(yùn)行狀況表明,凈水站在旱天和雨天出水水質(zhì)均穩(wěn)定達(dá)到了一級A標(biāo)準(zhǔn)。滿負(fù)荷運(yùn)行情況下,旱天可削減入河污染物CODCr為1 533 t/a、氨氣為109.5 t/a; 雨天可削減COD為210 t/a、SS為144 t/a。全地下式凈水站用地面積僅6 100m2,建設(shè)用地指標(biāo)遠(yuǎn)低于1.50~ 1.20㎡/(m3·d-1)的限值。同時(shí),純水設(shè)備與地面景觀公園及周邊環(huán)境相融合,既具備布局緊湊、節(jié)地、運(yùn)行靈活高效等特點(diǎn),又達(dá)到“鄰避”變“鄰利”的目的。為建設(shè)環(huán)境友好的地下式污水處理廠提供了設(shè)計(jì)參考以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。
01 建設(shè)規(guī)模和形式
1.1 建設(shè)規(guī)模
葛塘河排水片區(qū)面積為5.32㎡,根據(jù)現(xiàn)狀排水管網(wǎng),片區(qū)內(nèi)共分為8個(gè)匯水分區(qū),規(guī)劃建設(shè)3座調(diào)蓄池和2座凈水站。其中,葛塘河凈水站服務(wù)范圍為1.63 km2,經(jīng)人均綜合用水指標(biāo)法和分類用地用水指標(biāo)法測算,至2025年污水量為1.16萬m3/d。因此,確定凈水站污水處理規(guī)模為1.20萬m3/d。根據(jù)《南京市海綿城市專項(xiàng)規(guī)劃》,典型流域的面源污染削減率達(dá)到50%的控制要求時(shí),純水設(shè)備初期雨水棄流量約為5 mm,一般區(qū)域按面積加權(quán)估算的徑流系數(shù)在0.5~0.8。因此,計(jì)算確定葛塘河凈水站處的調(diào)蓄池設(shè)計(jì)規(guī)模為5 000m3。調(diào)蓄池近期用于收集降雨期間的混合雨污水,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備雨污分流完善后,遠(yuǎn)期用于收集初期雨水。
1.2 建設(shè)形式
葛塘河凈水站與調(diào)蓄池合建,為充分利用公共空間,同時(shí)考慮合建一座小型地下停車場。由于選址位于一處廣場下方,為不影響原廣場的地上使用功能,考慮凈水站采用全地下式。通常,全地下式污水處理廠分為雙層加蓋和單層加蓋,由于該凈水站規(guī)模較小,綜合投資、周邊環(huán)境等因素,選取單層加蓋建設(shè)形式。
02 設(shè)計(jì)水質(zhì)與處理工藝
2.1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)
葛塘河凈水站附近現(xiàn)有一座市政污水處理廠,經(jīng)對該市政污水處理廠原設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)和近3年實(shí)際進(jìn)水水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,最終確定凈水站設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì),如表1所示。根據(jù)目前國家對污水處理廠出水水質(zhì)的統(tǒng)一要求,參考南京市江北新區(qū)目前排放標(biāo)準(zhǔn)考核要求,確定本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出水水質(zhì)采用《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級A標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 工程難點(diǎn)
經(jīng)對進(jìn)出水水質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析和建設(shè)條件分析,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)和實(shí)施主要有以下3個(gè)工程難點(diǎn)。(1)用地緊張,布局緊湊:本工程合建凈水站、純水設(shè)備調(diào)蓄池和停車場,選址用地面積僅為6 100㎡(含進(jìn)出通道),需采用節(jié)地型工藝。(2)兼顧地上地下功能需求:地下設(shè)施需滿足污水處理達(dá)標(biāo)排放,并需考慮人員、物料、設(shè)備進(jìn)出通道問題,地上在建設(shè)后需恢復(fù)公共空間功能。(3)兼顧旱天和雨天處理運(yùn)行需求:工程設(shè)計(jì)對旱天和雨天兩種工況的水量和水質(zhì)進(jìn)行校核,確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
2.3 主體工藝方案選擇
活性污泥法在大型污水處理廠有較多的應(yīng)用,根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2010年,在已投入運(yùn)行的2 739座城市污水處理廠中,10萬m3/d 規(guī)模以上的污水處理廠有190座,而其中的40%采用了AAO或AO工藝。故本次將AAO工藝作為比選工藝之一。改良式序列間歇反應(yīng)器(MSBR)工藝由于較小的占地面積,在市政污水處理中也有較多的應(yīng)用實(shí)例,也可以達(dá)到穩(wěn)定的出水效果,實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備且在江蘇地區(qū)也有應(yīng)用。故也作為比選方案之一。而近年來膜生物反應(yīng)器(MBR)工藝也廣泛用于污水廠的處理中,將MBR工藝作為AAO工藝后端的超濾設(shè)施,可以大大提高AAO系統(tǒng)的污泥濃度,減少整個(gè)生化系統(tǒng)的體積,從而大幅度減少占地。本工程中污水廠采用地下式的布置方式,而AAO+MBR工藝可實(shí)現(xiàn)集約化的布置,節(jié)省用地,故本工程也將AAO+MBR工藝作為比選工藝。具體方案優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。
由表2可知,AAO+MBR工藝由于膜的維護(hù)和更換,雖然運(yùn)行成本高于另外兩個(gè)方案,但其處理效果較好,占地面積小,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和靈活性。此外,其節(jié)能減排的效果要遠(yuǎn)高于其他工藝。朱園園等在AAO+MBR工藝在大型地下式污水處理廠中的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn):AAO+MBR工藝能夠穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)CODCr、TN、氨氮、TP、SS的去除,出水優(yōu)于GB 18918—2002一級A的標(biāo)準(zhǔn)要求,且MBR運(yùn)行穩(wěn)定。綜合考慮到行業(yè)發(fā)展趨勢、用地條件、節(jié)能減排及項(xiàng)目投資等方面,本工程采用AAO+MBR工藝。
2.4 工藝方案確定
葛塘河凈水站存在旱天和雨天兩種運(yùn)行工況:
旱天時(shí)生活污水直接進(jìn)入污水處理單元,調(diào)蓄池空置;
雨天時(shí)混合雨污水一邊進(jìn)入污水處理單元,一邊進(jìn)入調(diào)蓄池儲(chǔ)存,調(diào)蓄池儲(chǔ)滿后雨水溢流,并在雨后緩慢將調(diào)蓄水送至污水處理單元處理。
雨天時(shí)進(jìn)水濃度降低,污水處理單元進(jìn)水流量可短時(shí)適當(dāng)增加,最大流量按增加50%考慮,進(jìn)水量由進(jìn)水泵房控制并設(shè)置3臺變頻潛水離心泵。
進(jìn)水預(yù)處理設(shè)置4處格柵。其中,前置50 mm粗格柵設(shè)置于總進(jìn)水端共用,調(diào)蓄池進(jìn)水泵房前設(shè)置20 mm粗格柵,凈水站進(jìn)水泵房后設(shè)置5 mm細(xì)格柵和1 mm精細(xì)格柵,以保障后續(xù)水處理設(shè)備和膜過濾正常運(yùn)行,格柵配備按照雨天最大流量考慮。曝氣沉砂池設(shè)置于細(xì)格柵和精細(xì)格柵之間,旱天停留時(shí)間為7.5 min,雨天停留時(shí)間為5.0 min。
二級處理采用AAO+MBR工藝。經(jīng)比選,該工藝尤其適用于小規(guī)模、用地緊湊的污水處理中。其中,膜分離較常規(guī)平流二沉池節(jié)地約50%,同時(shí)由于膜池污泥富集濃度高,通過污泥回流可使生物反應(yīng)池內(nèi)平均污泥濃度較常規(guī)活性污泥法高約60%,具有明顯的節(jié)地優(yōu)勢。二級處理總體設(shè)置1次污泥回流和2次內(nèi)回流,出水水質(zhì)相對穩(wěn)定。
尾水消毒采用紫外線消毒工藝,設(shè)備選用管道式,與MBR產(chǎn)水泵銜接;
污泥處理采用疊螺式污泥脫水機(jī)脫水至80%含水率,外運(yùn)處置;
除臭土壤濾池采用生物除臭工藝,臭氣經(jīng)管道收集后送至地面土壤濾池,結(jié)合地面綠化設(shè)置。
總體工藝流程如圖1所示。
03 工程設(shè)計(jì)
3.1 平面設(shè)計(jì)
根據(jù)進(jìn)出水位置和用地條件,凈水站將污水處理設(shè)施、調(diào)蓄池和地下停車場合建,具體平面布置如圖2和圖3所示。其中,純水設(shè)備箱體最大尺寸為88.5 m×75.5 m。為便于地下建筑內(nèi)設(shè)備和膜池產(chǎn)水泵區(qū)域操作與巡檢,箱體內(nèi)長度方向上設(shè)置一條走廊,人員可通過樓梯間進(jìn)入走廊,到達(dá)膜池和輔助用房區(qū)域。
由于該箱體采用單層全地下建設(shè)方式,部分設(shè)備、柵渣和污泥等需在地面設(shè)置檢修或進(jìn)出通道。頂層地面洞口分為4類,包括不常開啟的設(shè)備檢修洞口、膜池區(qū)域覆面鋼格柵蓋板、地面風(fēng)井和人員出入樓梯井。結(jié)合景觀公園綠化,地面上設(shè)置土壤除臭生物濾池1座。結(jié)合市民廣場功能需求,地面完全敞開。地下停車場設(shè)置28個(gè)停車位,單獨(dú)設(shè)置進(jìn)出坡道。
3.2 豎向設(shè)計(jì)
市民廣場地面標(biāo)高為10.7~11.0 m,箱體位于市民廣場下方,整體埋深為5.5 m左右;停車場、脫水機(jī)房、鼓風(fēng)機(jī)房及變配電間等地下建筑地面標(biāo)高為6.35 m,凈空高度約為4.5 m;預(yù)處理區(qū)頂標(biāo)高為11.30 m,略高于廣場地面,箱體內(nèi)設(shè)置該區(qū)域操作空間;生物反應(yīng)池頂板標(biāo)高為10.70 m,超高為90 cm,上部淺覆土為30 cm;膜池頂標(biāo)高為11.30 m,超高為180 cm;調(diào)蓄池頂標(biāo)高為9.90 m,上部覆土為110 cm。凈水站剖面圖如圖4所示。
箱體位于全地下,為避免強(qiáng)降雨時(shí)大量雨水進(jìn)入箱體對人員、電氣設(shè)備等造成威脅,于進(jìn)水端設(shè)置速閉閘。同時(shí),在設(shè)備檢修孔蓋板開啟相對頻繁處,箱體頂設(shè)計(jì)標(biāo)高高出廣場地坪30 cm,開啟不頻繁處的蓋板采用密閉式蓋板。車庫坡道處設(shè)置截洪溝和強(qiáng)排雨水泵,防止雨水進(jìn)入箱體。
3.3 AAO生物反應(yīng)池與膜池設(shè)計(jì)
AAO生物反應(yīng)池設(shè)置兩組,每組可單獨(dú)運(yùn)行,有效水深為3.6 m。旱天總水力停留時(shí)間為10.9 h,其中厭氧區(qū)為2.2 h,缺氧區(qū)為3.3 h,好氧區(qū)為5.4 h。設(shè)計(jì)外回流比為400%,好氧至缺氧內(nèi)回流比為200%,缺氧至厭氧內(nèi)回流比為100%。由于系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置多處回流,生物反應(yīng)池內(nèi)污泥質(zhì)量濃度呈梯度變化,厭氧區(qū)為3.2 g/L,缺氧區(qū)為6.4 g/L,好氧區(qū)為9.6 g/L,平均污泥質(zhì)量濃度為7.4 g/L。雨天較旱天進(jìn)水濃度降低40%~50%,按水力負(fù)荷增加50%校核生物反應(yīng)池,雨天總水力停留時(shí)間為7.3 h,外回流泵備用泵開啟,維持生物反應(yīng)池污泥濃度,確保旱雨天二級出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。
膜池共設(shè)置4格,水深為3.4 m,平均濾速為12.1 L/((㎡·h),雨天峰值濾速為19.4 L/(㎡·h),池內(nèi)污泥質(zhì)量濃度為12.0 g/L。膜過濾采用0.03 μm孔徑的聚偏二氟乙烯(PVDF)改性中空纖維膜,膜清洗采用連續(xù)曝氣膜擦洗+間歇在線加藥清洗,產(chǎn)水泵揚(yáng)程為10 m。
根據(jù)《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》(建標(biāo)198—2022)規(guī)定,Ⅳ類(1萬~5萬m3/d)污水廠單位水量的建設(shè)用地控制指標(biāo)不應(yīng)超過1.50~1.20 (㎡/(m3·d-1)。本工程污水處理規(guī)模為1.20萬m3/d,由內(nèi)插法計(jì)算可得本工程單位水量的建設(shè)用地控制指標(biāo)不應(yīng)超過1.485 (㎡/(m3·d-1),即單位面積不超過17 820 (㎡。本工程AAO生物反應(yīng)池與膜池共占地約為2 150 (㎡,遠(yuǎn)小于建標(biāo)198—2022計(jì)算出的建設(shè)用地面積,純水設(shè)備進(jìn)一步展現(xiàn)了本工程的節(jié)地優(yōu)勢。
3.4 調(diào)蓄池設(shè)計(jì)
調(diào)蓄池設(shè)計(jì)有效水深為3.6 m,內(nèi)部分為4條廊道,單格寬度為5 m,長度為50.5 m。調(diào)蓄池沖洗采用門式?jīng)_洗設(shè)備(圖5),利用水力學(xué)原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合,調(diào)蓄池放空后利用廊道始端設(shè)置的存水室和沖洗門即可實(shí)現(xiàn)無動(dòng)力、無外部供水自動(dòng)沖洗。工作過程是液壓控制的2套浮筒(主浮筒和控制浮筒)與數(shù)套沖洗門之間的協(xié)調(diào)動(dòng)作,其間相連接的是全封閉的液壓系統(tǒng)。調(diào)蓄池與凈水站進(jìn)水泵房聯(lián)通,雨后晴天時(shí)錯(cuò)峰放空。
3.5 消防設(shè)計(jì)
地下設(shè)備用房耐火等級為一級,整體火災(zāi)危險(xiǎn)性類別定位為丁類。地下設(shè)備用房總建筑面積為1 115.87 ㎡,分為2個(gè)防火分區(qū),于走廊中間處設(shè)置防火墻分隔,每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置1個(gè)安全疏散口。
地下停車場共設(shè)置28個(gè)停車位,建筑面積為1 107.31 ㎡,作為一個(gè)防火分區(qū),設(shè)置1個(gè)安全疏散口和1處車輛進(jìn)出坡道。
04 運(yùn)行管理
4.1 實(shí)際運(yùn)行狀況
葛塘河凈水站自2020年下半年開始逐步進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行期,近一年運(yùn)行進(jìn)水量和進(jìn)水水質(zhì)如圖6和圖7所示,自2021年下半年開始,進(jìn)水量穩(wěn)步提升,日運(yùn)行水量在8 000~10 000 m3/d,且雨季明顯高于旱季。從進(jìn)水水質(zhì)情況來看,旱季進(jìn)水平均CODCr質(zhì)量濃度在200 mg/L左右、平均氨氮質(zhì)量濃度在20 mg/L左右,而雨季進(jìn)水平均CODCr質(zhì)量濃度在120 mg/L左右、平均氨氮質(zhì)量濃度在14 mg/L左右。水量和進(jìn)水水質(zhì)數(shù)據(jù)說明,片區(qū)管網(wǎng)有待于進(jìn)一步修復(fù)完善。
凈水站出水水質(zhì)(圖8)穩(wěn)定達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn),其中CODCr質(zhì)量濃度基本穩(wěn)定在40 mg/L以下,氨氮質(zhì)量濃度均不超過1.0 mg/L,TP質(zhì)量濃度穩(wěn)定在0.4 mg/L左右。
4.2 運(yùn)營管理要點(diǎn)
葛塘河凈水站運(yùn)營管理采取遠(yuǎn)程控制為主、人員定期巡檢為輔的模式,較常規(guī)地上式污水處理廠,運(yùn)營管理要點(diǎn)包括以下3點(diǎn)。
(1)調(diào)蓄池單次使用放空時(shí)間不大于24 h,以確保調(diào)蓄池的使用效率。放空的平均流量為208 m3/h。盡管現(xiàn)狀凈水站未達(dá)到滿負(fù)荷,但調(diào)蓄池放空仍采取變流量形式,即污水進(jìn)水流量低峰時(shí)為調(diào)蓄池放空流量高峰。同時(shí),凈水站與市政污水處理廠協(xié)同調(diào)度,以期凈水站相對平穩(wěn)運(yùn)行。
(2)每日柵渣、污泥清運(yùn)等需開啟地面蓋板,而地面為市民廣場開放空間,為減小影響,選擇每日廣場人員少時(shí)作業(yè)。
(3)人員巡檢與遠(yuǎn)程監(jiān)控尤其注意樓梯井出入口和地面蓋板開關(guān)狀態(tài),非巡檢時(shí)間均采取關(guān)閉鎖死措施,防止非相關(guān)人員進(jìn)入凈水站內(nèi)或發(fā)生安全事故。
05 投資與環(huán)境效益
本工程總投資約為1.6億元,其中工程費(fèi)用約為1.4億元。該項(xiàng)目滿負(fù)荷投入運(yùn)行后,可削減旱天入河污染物CODCr為1 533 t/a,氨氮為109.5 t/a;以南京市典型年降雨120場測算,可削減雨天入河污染物CODCr為210 t/a,SS為144 t/a。
(1)葛塘河凈水站采用污水處理設(shè)施、調(diào)蓄池和地下停車場一體化合建方式,兼具污水處理、雨水調(diào)蓄以及城市交通調(diào)節(jié)等功能,同時(shí)具備布局緊湊、節(jié)地、運(yùn)行靈活、工藝高效等特點(diǎn)。本工程占地面積遠(yuǎn)小于建標(biāo)198—2022相關(guān)要求,進(jìn)一步展現(xiàn)了本工程的節(jié)地優(yōu)勢。
(2)采用單層全地下式建設(shè)方式,純水設(shè)備充分利用公共用地地下空間,且建成后不影響公共用地的地上使用功能,對此類分散式凈水站的選址和建設(shè)具有一定借鑒參考意義。同時(shí),也為建設(shè)環(huán)境友好的地下式污水處理廠提供了設(shè)計(jì)參考以及實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。
(3)采用生物法和物理化學(xué)吸附相組合的除臭技術(shù),在地面結(jié)合綠化設(shè)置土壤除臭生物濾池一座。既能有效降低地下式污水處理廠臭氣濃度且運(yùn)行管理便利,又可與地面景觀公園及周邊環(huán)境相融合,達(dá)到“鄰避”變“鄰利”的目的。
(4)本工程將雨天雨污混合水處理標(biāo)準(zhǔn)按照國標(biāo)一級A標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),與旱天污水處理標(biāo)準(zhǔn)一致?,F(xiàn)階段國內(nèi)其他城市大部分此類凈水站均按此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,雨天增大進(jìn)水流量,適當(dāng)降低處理標(biāo)準(zhǔn)的可行性仍有待于業(yè)界進(jìn)一步探討研究。純水設(shè)備。杭州純化水設(shè)備,杭州GMP純化水設(shè)備。 半導(dǎo)體純水設(shè)備。
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