地埋式一体化污水处理技术在新型城镇化建设中的应用——以雄安新区为例

 

随着我国新型城镇化建设的快速推进,城乡一体化进程加速,城市人口密度不断提高,生活污水和工业废水的排放量显著增加,对生态环境和水资源造成了严重威胁?传统的污水处理设施由于占地面积大?对周边环境影响明显,已难以满足现代城市对土地集约利用和环境友好型发展的要求?

地埋式一体化污水处理技术作为一种新兴的环保处理工艺,具有占地少?环境影响小?处理效率高?运行成本低等优势,逐渐成为新型城镇化背景下污水处理领域的研究热点和实践焦点?该技术通过将污水处理设施地下化,实现了地上空间的充分利用, 地面可用于绿化?景观或其他市政功能,符合可持续发展的理念和现代城市规划的需求?

一、 项目概况

雄安新区位于中国河北省中部的华北平原腹地,地处北京?天津和保定三角地带的核心区域,战略位置十分优越?新区涵盖雄县?容城县?安新县三个县及周边部分区域,共辖29个乡镇,人口约112.7万人,土地总面积1560~km^{2}?雄安新区的设立旨在疏解北京非首都功能,探索人口经济密集地区优化开发的新模式,推动京津冀协同发展,打造创新驱动发展引领区?雄安新区位于入淀河口和江河下游,地势低洼,是蓄泄洪区,城市内涝风险突出?由于地形和水文条件的限制,洪涝灾害对城市基础设施和居民生活构成潜在威胁?同时,区域内水资源相对短缺,供需矛盾明显,水资源的可持续利用面临压力?水环境方面,受上游污染物输入和自身排放的影响,水体普遍受到污染?白洋淀作为华北地区最大的淡水湖泊,其水生态系统已出现退化迹象,大部分水域水质为V类或劣V类,远低于地表水III类水质标准,水体富营养化严重,生物多样性下降,生态功能削弱?

二、 工艺选择与技术路线

地埋式一体化污水处理技术的工艺选择需综合考虑处理效率?占地面积?运行成本和环境影响等因素?新区的污水主要以生活污水为主,含有较高浓度的有机物?氮磷营养物质和悬浮物,且水质水量具有一定的波动性?为确保出水水质稳定达到国家一级A标准,技术路线选择以生物处理工艺为核心,结合物理和化学处理手段, 构建高效?节能?稳定的处理系统?

在工艺选择方面,采用改良型 (A2O) 厌 氧- 缺氧- 好氧生物处理工艺,能够有效去除有机物? 氮和磷,防止受纳水体的富营养化?为进一步提高处理效率和出水水质,集成膜生物反应器(MBR)技术, 将传统活性污泥法与膜分离技术相结合,实现泥水分离,降低污泥产量,减少占地面积,符合地埋式设计的要求? 处理后的中水可回用于市政灌溉?景观补水等?

三、 地埋式设计与施工

1. 结构设计

结构需满足承载力和稳定性的要求,能够抵抗土压力?地下水压力以及地面活荷载和恒荷载的综合作用? 为此,需要进行精确的结构计算,选取合适的结构体系, 如框架结构?箱型结构或组合结构,确保整体刚度和强度满足规范要求?由于地下水位变化和污水处理过程中的渗漏风险,需采用多道防水设防措施,在结构自防水的基础上增设外包防水层,选用耐久性和抗渗性能优良的防水材料,如高分子防水卷材或涂膜防水材料,并采取合理的构造做法,防止因温差和沉降引起的裂缝渗漏? 

内部结构设计需与工艺设备布置紧密结合,合理划分功能区域,优化池体形状和尺寸,满足水力条件和工艺流程的要求?结构内部需设置导流墙?溢流堰?集水槽等构件,确保水流均匀分布和处理效果?设备基础和预埋件的设计需考虑设备荷载和振动影响,预留管道?阀门和电缆的安装空间和检修通道?

2. 设备布置

污水处理设备应紧凑布置,设备间距应控制在0.5至0.8米之间,以确保设备运行期间的正常散热和维护空间?如风机?泵站和曝气设备通常需要独立的通道来确保操作员在设备检修时的安全性?如曝气系统中,涉及的关键设备如表1所示?    污泥处理区域设计独立的通风系统,以排除污泥处理中产生的气味及有害气体,通风量通常要求每小时更换1至2次空气?在设备控制系统的布置上,采用集中控制和分散控制相结合的方式?

3. 基坑开挖

开挖深度通常根据设施的设计标高确定,在常规的地质条件下,地埋式污水处理设施的基坑深度通常在6至10米之间,而在软土或高地下水位区域,基坑深度可能达到12米甚至更深?在这种情况下,必须采用有效的支护体系来确保基坑的稳定性?基坑的边坡设计是影响开挖过程中安全性的重要因素?对于开挖深度较浅且地质条件较好的地区,可以采用放坡开挖方式,边坡坡度一般控制在1:1.5至1:2之间,以确保土体的稳定性?然而,在高地下水位或软土地基条件下,必须采用护坡支护技术,如设置钢板桩?混凝土连续墙或钻孔灌注桩等?对于超过8米深的基坑,通常采用土钉墙或深基坑支护体系,通过设置钢支撑或混凝土支撑来增强基坑壁的抗侧力?地下水位控制也是基坑开挖中的重要环节之一?对于高地下水位区域,需要进行降水措施,以保证基坑开挖时不会出现涌水或坍塌现象?常用的降水方法包括设置轻型井点降水系统?深井降水系统或帷幕降水系统?井点降水系统适用于地下水位较浅的区域, 井点间距通常设置为2至4 米,降水深度一般控制在开挖深度的1.5倍至2倍,以保证基坑干燥?深井降水系统则适用于地下水位较深的场地,井点布置间距可达到10至15米,通过深井抽水将地下水位降至安全水平? 基坑开挖过程中的土方量计算同样至关重要?根据设计尺寸和实际开挖深度,土方量的估算公式为 (V=A ×H) , 其中A为基坑开挖的底面积,H为开挖深度?在实际施工中,必须考虑土方的膨胀系数,通常取1.15至1.25之间,以确保土方运输和堆放的计划合理?对于处理后的土方,必须采取相应的环保措施,如使用密封车辆运输?设置防尘网或临时堆土保护等?

4. 地下连续墙

地下连续墙的设计参数主要包括墙体厚度?深度以及抗渗和抗压性能?对于一般土层,地下连续墙的深度可以达到15至25米,而在地质条件复杂的区域,深度可进一步加大,甚至超过30米,以应对可能的侧向压力和地下水压力?地下连续墙施工采用抓斗式或液压铣削式设备进行泥浆护壁成槽技术,这种施工工艺能够在开挖过程中保持槽壁的稳定性,避免土体坍塌?泥浆护壁施工中需使用膨润土泥浆或聚合物泥浆作为护壁材料,其浓度应控制在60至80公斤/立方米,黏度为30至45秒,确保泥浆具有良好的护壁和防渗性能?

钢筋笼的布置在地下连续墙中同样至关重要,钢筋笼的直径?间距及钢筋等级需根据设计计算进行配置?钢筋笼应分段预制,每段长度为12米,现场吊装时通过焊接或机械连接将各段钢筋笼连接起来,确保整体结构的连续性?

5. 顶板施工

顶板的厚度一般依据上覆土层的高度?地面使用功能以及车辆荷载来确定?对于常规地埋式污水处理设施, 顶板厚度通常设计在300至600毫米之间?如果地面上有绿化或轻型市政设施,顶板厚度可取300至400毫米;若顶板上需要承载较大车辆或重型设备,厚度则需增加至500至600毫米?钢筋的配置也需按照具体荷载 进行优化设计,主筋直径一般为12至25毫米,钢筋间距控制在150至250毫米之间,以确保顶板具备足够的抗弯?抗剪强度?在配筋过程中,通常采用双层钢筋网设计,上下两层钢筋通过箍筋或支撑钢筋保持固定? 为了保证钢筋的保护层厚度,混凝土保护层厚度一般控制在20至30毫米,具体值需根据设计和实际环境条件确定,以防止钢筋锈蚀?顶板混凝土的强度等级通常为C30至C40,确保在长期荷载作用下的抗压能力?在顶板施工中,混凝土浇筑需一次性连续完成,避免出现施工缝和冷缝,影响顶板的整体性与耐久性?顶板的支撑系统选择需根据施工阶段的荷载情况合理配置?对于跨度较大的顶板,通常采用满堂支撑架,支撑立杆间距控制在1至1.5米之间,以确保顶板浇筑过程中不会发生局部沉降或变形?通常在顶板表面涂覆防水层,如高分子防水卷材或聚合物防水涂料,防水层厚度通常在2至4毫米之间?防水层需与结构紧密结合,确保在顶板长期暴露于地下水和其他侵蚀性介质的环境下,仍能保持其密封性和防护效果?

四、 结语

地埋式一体化污水处理技术在工艺流程?设备集成和自动化控制等方面具有显著的技术创新,有利于提高污水处理的稳定性和出水水质,为保障水环境安全提供了有力支撑?根据雄安新区的实践,将地埋式一体化污水处理技术成功应用于污水处理系统的建设和运营中, 取得了良好的环境效益和社会效益?