给水排水运行数据：贵阳龙洞堡下沉式再生水厂设计要点

龙洞堡下沉式再生水厂位于朝纲路东南侧，鱼梁河下游，远期总规模10万m3/d，近期建设5万m3/d，其中粗格栅、预沉砂池、中格栅按远期10万m3/d规模土建一次完成。该项目主要服务周边的工业园区及居住区，工业园区产业类型主要为食品、制药、酿造等，处理的废水可生化性差、氯离子含量高、高色度、难降解，水量约占50%。

龙洞堡下沉式再生水厂采用下沉式的建设形式，水处理构筑物单元位于地下箱体内，地下箱体顶部覆土1.5 m，其上打造生态景观公园，其地上部分鸟瞰如图1所示。

图1 龙洞堡下沉式再生水厂鸟瞰

针对本项目的进水水质存在复杂性及超标风险，为保障出水稳定达标，本项目选用多点进水前置预缺氧的改良AAO+悬浮填料工艺。在改良AAO的最后一段好氧区投加填料，投加的填料挂膜后的密度接近于水，在曝气条件下处于流化状态。该工艺具有如下优势：

（1）提高氧利用率，节约能耗。悬浮填料对气泡的切割作用可提高水中氧转移效率，提高溶解氧利用率节约能耗。

（2）强化硝化反应,提高脱氮效率。悬浮填料固着了一部分污泥并延长了生化区末段泥龄，达到强化硝化反应的作用；由于填料附着生物膜分层特点（由内向外层为厌-缺-好氧状态），末端填料区也可以起到一定的脱氮效果，保障出水TN稳定达标。

（3）提高生物量，抗冲击负荷增强。泥膜混合系统共同作用，使整个系统的生物总量得到提高；同时由于生物填料的存在，丝状菌膨胀现象也会得到一定的控制，从而活性污泥SVI值较为稳定，系统运行也更加稳定。

此外，根据本项目污水处理目标，COD去除率要求达到94%，考虑到污水中含有难降解工业废水，采用二级生化处理工艺，其COD的处理率将不能满足本项目需要。同时，由于食品工业废水颜色深，出水色度将会受到很大影响。因此，本项目将在二级生化处理的基础上，在深度处理单元增加臭氧接触氧化池，进一步去除COD和色度。

本项目工艺流程如图2所示。

图2 龙洞堡下沉式再生水工艺流程

3.1 总平面和竖向设计

本工程受进水管线及厂址大小因素影响，共分为2个独立箱体。东北角处小箱体大小为90 m×34 m，主要包括前置粗格栅、预沉砂池、中格栅及提升泵房、调节池及二次提升泵房处理单元。南侧为主箱体，其大小为240 m×65 m，主要包括细格栅、曝气沉砂池、生化池、二沉池、深度处理、污泥处理单元。两个独立箱体通过8?9 m宽的通道相连。主箱体东西两侧分别设有进箱体坡道，坡道宽6 m，转弯半径12 m，坡度为5%，在坡道的起点和终点均设有截水沟。西侧坡道与厂区南侧主干路相连，将布置于主箱体南侧的配套综合楼及臭氧发生间衔接串联。

本工程采用下沉式的建设形式，水处理构筑物单元位于箱体内，箱体空间共分为两层，分别为操作层、池体管廊层，箱体总平面布置如图3所示。本工程箱体操作层净高为5.8~6.4 m，池体层预处理最深为6.1 m，生化单元深9.75 m，二沉池单元深5.6 m，深度处理单元深7.2 m。箱体顶部覆土1.5 m，其上打造生态景观公园。

图3 龙洞堡下沉式再生水厂箱体平面布置

主箱体周围采用下沉式廊道，操作层露出地面，箱体四周采用框架结构，侧立面开窗，屋顶间隔布置采光孔，满足自然采光通风，充分体现节约能源绿色环保理念。主箱体顶的景观公园通过廊桥与周边道路进行衔接，综合楼负一层通过下沉式廊道与主箱体操作层实现连通，满足日常检修维护需求。

3.2 结构设计

本项目箱体主体结构长240 m，宽65 m，属于规范规定的超长结构。依据规范，超长结构需要在适当的位置设置伸缩缝，本项目全面分析考虑了其自身的特点，采用了无伸缩缝设计，在现有的超长水池结构设计中罕见。同时，采用了设置膨胀加强带和后浇带的方式缓解混凝土的自收缩对裂缝产生的影响。由于地基状况良好，采用筏板基础；场地地下水位较深，采用结构自重抗浮即可满足抗浮要求。对于抗渗设计，本项目采用P8级抗渗混凝土，水池结构的裂缝控制在0.2以下，在生化池预缺氧区域以前的处理池体内均采用五油三布防腐处理。

3.3 消防设计

防火分区、疏散距离一直是下沉式污水处理厂设计的难点和重点。本项目在设计时，对于下沉式污水处理厂尚无可以完全对号入座的消防规范和相应条款，较接近的有《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014,2018年版）第3章厂房（仓库）。由于本项目处理的介质为污水，为不燃烧物质，因此地下箱体的生产类别定义为戊类厂房。箱体东、西、南侧为敞开式廊道设计，北侧操作层直接与室外相连，因此本工程操作层防火分区面积不限，地下池体管廊层防火分区面积按照小于1 000 m2设计，如果设置自动喷淋系统可增加至2 000 m2。本项目按照以上原则，池体管廊层共设置六个防火分区，其中防火分区一：614.95 m2，防火分区二：901.25 m2，防火分区三：785?26 m2，防火分区四：929.83 m2，防火分区五：820.02 m2，防火分区六(设有自动喷淋)：1 946.43 m2，操作层设置一个防火分区，防火分区面积为15 658.94 m2，每个防火分区均设置不少于两个安全出口。

3.4 通风系统设计

本项目箱体负二层均采用机械送风、机械排放的方式；操作层高低压配电间、控制室、水源热泵间、消防泵房等均设置机械排风系统，采用侧墙开70°防火百叶风口自然补风。负二层设置平时通风和火灾时的机械排烟合用系统，机械排风、排烟系统按照防火分区设置，系统排烟风量按照最大防烟分区面积500 m2，每平方米不小于60 m3/h计算。

龙洞堡再生水厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）中的一级A标准，其他出水COD、氨氮达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅳ类水体水质标准，即COD≤30 mg/L，氨氮≤1?5 mg/L，本项目设计进出水水质如表1所示。

表1 主要设计进出水水质指标

本项目自投入运行以来，各项指标均稳定达到设计要求，并对2017年至2019年全年进出水水质数据进行了分析，如图4所示。虽然进水水质波动较大，但出水水质均能稳定达标排放。

图4 龙洞堡下沉式再生水工艺流程

从实际运行数据中可以看出，系统对COD、氨氮、TN、TP等关键指标有较好的去出效果，出水优于设计标准，尤其是COD、氨氮满足地表水Ⅳ类水体水质标准。在冬季温度较低时，氨氮、TN能够维持较高的去除效果与本项目生化池采用多点进水以及好氧区投加悬浮填料密切相关。所投填料材质为HDPE，比表面积≥650 m2/m3，投加填充比为30%，实际运行效果表明改良AAO+悬浮填料工艺对含工业废水的市政污水处理厂有较好的适用性。

下沉式污水处理厂相较于传统地上式污水处理厂可观察性较差，运行中往往无法通过肉眼及时观察出问题并作出及时调控，易造成出水不达标、部分工艺处于运行风险边缘等情况发生。结合本项目近两年的运行情况来看，本项目工艺路线可以作为“准Ⅳ类”高标准出水要求的下沉式污水处理厂的选择。

5.1 预沉砂池

参考《室外排水设计规范》（GB 50014-2006，2016年版），污水含砂量为0.03 L/m3。根据贵阳市近几年其他污水处理厂运行经验，贵阳污水含砂量高达0.13 L/m3，分析原因主要是由于上游建筑工地多、建筑废水排放量大引起的。大量进水沉砂主要集中于粗格栅渠、进水提升泵房、细格栅渠、沉砂池、生化池、回流污泥泵房。造成运行中格栅栅斗无法下降至设计位置；提升泵叶轮磨损严重；沉砂池处理负荷极高，砂水分离器螺旋断裂；生化池进入大量细颗粒泥砂，导致活性污泥有机成分降低，曝气不均匀，生化效果变差；二沉池刮泥机负荷极高，底部排泥管容易堵塞；剩余污泥有机分含量低（17.1%~24.2%）。以本项目为例，污水沉砂量的含水率为60%，密度为1 500 kg/m3，每天可产干砂量约为3.9 t，为了减少建成后的上述运行问题，在粗格栅前增设预沉砂池，将一部分泥砂拦截在进入后续系统前，降低后续处理系统运行压力。

5.2 下沉式廊道及采光井

地下污水处理厂很难通过人工采光来满足运营人员的舒适性要求，因此引入自然采光对于地下空间的工作环境具有重要的作用。同时，自然采光可使地下空间更加宽敞，提高改善通风效果，降低地下空间给运营人员带来的密闭、压力等不良影响。箱体内部空间的敞亮有利于运营检修人员对各处理单元构筑物的观察，及时发现运营问题，白天可节省20%照明电耗。本项目通过箱体顶部开设采光井、箱体顶部吊装口兼做采光井、箱体南侧设计下沉式廊道、箱体外立面开窗措施来改善地下空间的自然采光条件，如图5所示。

图5 下沉式廊道及顶部采光井

采用下沉式廊道建设形式，不仅可以增加地下空间的自然采光条件，还能降低土方回填量，增加地上景观空间层次感。同时，还能较快的实现运营人员地下工作空间和厂外自然环境的衔接，提高了工作环境质量。

5.3 除臭密封系统

本项目曝气曝气沉砂池采用土建全密闭加盖形式，池顶预留观察口和检修口，并在洞口上方铺设四周密封条封堵的盖板，防止臭气外溢。但是，桥式吸砂机吸砂渠道、排砂渠道、刮渣渠道则无法进行加盖封闭。为了将臭气控制在池体内而不外溢，本项目采用可伸缩的密封装置对上述敞口区域进行密封。在桥式吸砂机运行中，自始至终保持渠道的密封状态。本项目运行以来，池体密封效果良好，曝气沉砂池区域无明显臭味。

5.4 “一企一管”调节池系统

本项目服务范围内存在多家工业企业，工业废水拟采用排水大户“一企一管”制，每个企业排水直接输送至工业废水预处理调节池。同时，对单个企业每根管单独设置计量和在线监测设备，能够实时监测企业排污主要指标数据，提高生产企业依法达标排放废水的自觉性，增强生产企业保护环境的意识；更有利于调控各企业来水水质、保证园区污水处理厂处理工艺的正常运行；该模式职责明确，方便对排污企业的监督管理。

5.5 BioWin仿真模拟系统运用

本项目采用规范要求的计算方法对生化池进行计算，然后在BioWin软件中按照计算参数和水力流程建立模型进行参数模拟。

本次模拟仅构建生化池及二沉池系统，其中将整座生化池处理单元按照功能划分拆成预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧非填料区、好氧填料区，并重点细化生化池各个功能区的独立进水管线来模拟多点进水工况。模拟过程中调整生化池不同区域进水比例、混合液回流比、曝气量参数，对比出水水质运行效果。并根据最好的模拟结果确定设计工况下的进水分配比例，提高碳源及氧气利用率，降低运行成本。因此通过BioWin模型的仿真模拟，对水厂设计优化参数及运行调控具有重要帮助。

5.6 近远期箱体衔接

本项目从节省投资，方便运营角度统筹考虑近远期箱体的布置并合理共用车道。近期箱体中污泥储泥池、污泥脱水及干化系统、污泥转运间均按照远期规模土建施工，以满足大型污泥运输车仅在近期主箱体车道通行。为满足叉车运输设备通往远期箱体，设计中在近期箱体车道北侧墙面处预留3处通道口，近期采用砖墙填充，通道口宽度为6.9 m，远期拆除形成联通空间，同时主车道宽度为9 m，以便更好的满足车辆转弯需求。

6.1 栅渣外运及储存

本项目受厂址形状、地势、进水管线位置及标高影响，进水前置预处理单元（前置粗格栅-预沉砂池-中格栅及提升泵房）位于地势较低区域。因此使得前置预处理单元与主箱体车辆运输通道高差达到26.05 m，如图6所示。本项目在设计采用电动葫芦将每日栅渣吊出外运，并在吊装口四周设有警示带、防护栏杆。但在实际起吊过程中，仍然存在栅渣车晃动、栅渣液外溢、外运效率低等危险及困难。故后期结合运营情况，将前置预处理单元箱体的顶部的采光井改为栅渣转运口，并在四周做了排水措施，大大减小了栅渣外运提升高度。因此在全地下式污水处理厂设计中，对于需要经常运输栅渣、设备等，且具有较大高差的区域，应考虑增设货运电梯，以便于减小运营风险及工作强度。

图6 栅渣的运输

6.2 污泥转运间

受限于箱体内车道宽度、空间净高、柱网布置、荷载等因素，下沉厂的污泥转运设计十分重要。以本项目的污泥转运实际情况为例进行分析。设计时应先明确单次最大外运污泥量，并进行污泥车选型及运输通道、停靠区域结构荷载计算，满足污泥车满载后的通行安全需求。合理优化污泥转运间入口柱网跨度，以满足污泥车转弯半径要求；并根据车辆长度设计污泥转运间大小。由于污泥料仓底部出料口距地面的高度要满足污泥运输车停靠，因此该高度通常要大于3.5 m。但是箱体操作层空间净高有限，所以污泥料仓通常会设置成矮胖型。污泥转运间四周应设排水沟，加强转运间清洗排水。料仓内应设破拱机，消除料仓内污泥起拱、堵塞出口、粘壁、板结等现象。为不妨碍污泥车在转运间停靠，除臭风管应沿房间两侧墙壁布置，并重点对料斗投影区域上部除臭。

6.3 厂区排水系统

下沉式污水处理厂的防洪排涝系统设计尤为重要。本项目将进水井独立于箱体之外，并设置速闭闸门以保证在水位较高或污水厂内运行不正常时迅速切断总进水管路。根据厂址周边地势，预沉砂池、进水提升泵房、调节池单元组成的箱体位于地势较低处，为避免暴雨季雨水从箱体顶部倒灌，分别在此处箱体南北侧设置两处防洪沟，宽深尺寸分别为1.5 m×1 m、1 m×1 m，雨水收集后经防洪沟就近直排入河。箱体顶部自然找坡并有组织导排收集雨水，并通过雨水管排入市政雨水管网系统。箱体出入口设置驼峰及截水沟，在下沉式廊道内设置排水沟，将雨水收集至箱体负二层的雨水收集池，后经加压外排。

6.4 厂区检修吊装口盖板问题

由于污水处理构筑物位于地下，池体大部分为混凝土封顶，各构筑物内的工艺设备需要从操作层吊装口进行起吊安装，因此吊装口盖板的设计安装对水厂的安全运营至关重要。为保证盖板坚固结实，避免因长期使用存在踩踏失足掉落风险，本项目采用钢格栅盖板并上覆花纹平板，允许最大活荷载10 kPa，在此活荷载下挠度≤盖板跨度/200，且≤10 mm。吊装口边缘需根据盖板规格预留企口(企口周边预埋角钢 L50×3) ，如图7所示。施工时应根据实际盖板厚度找平预留企口，确保盖板面与混凝土板或池壁顶面齐平。覆面盖板应带下沉式吊勾，以满足运营人员便于提起，同时盖板周围应用显著颜色警戒线标识，通行时尽量避开。盖板应定期（宜每年一次）检查腐蚀损坏情况，到期后应及时更换。

图7 检修口钢盖板示意

本项目主体采用改良AAO（加悬浮填料）、臭氧接触氧化工艺，出水水质可稳定达标，建成运行至今极大程度地提高了鱼梁河水环境质量。结合本项目的实际运行情况，总结了本项目在解决污水含砂量大、箱体采光差、臭气逸散、工业废水收集及管理、系统仿真模拟、近远期箱体衔接方面问题的创新点，并对下沉厂栅渣外运、污泥转运、厂区排水及检修的设计重点进行了探讨，对今后下沉式污水处理厂的设计具有一定的参考意义。

微信对原文有修改。原文标题 ： 贵阳龙洞堡下沉式再生水厂设计特点；作者：高靖伟、侯锋、韩磊、葛英振、韩颖、杨茂东、邵彦青 ；作者单位： 国投信开水环境投资有限公司、中国水环境集团有限公司。刊登在《给水排水》2021年第4期。