對(duì)污水廠工藝及進(jìn)廠主管抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)探討

凌世彬

（廣東城建達(dá)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

隨著城市發(fā)展，排入污水廠的污水不單單有生活污水、生活廢水，還有工業(yè)污水及工業(yè)廢水，一般情況下均是以生活污水為主。然而部分工業(yè)廠區(qū)確是工業(yè)污水為主，為此需要不一樣的處理工藝，尤其要求工業(yè)廠區(qū)污水先經(jīng)過(guò)預(yù)處理再接入污水廠。在工業(yè)園區(qū)內(nèi)建設(shè)污水處理廠，有利于工業(yè)污水的收集及處理，可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一。

本文以佛山市三水區(qū)云東海街道民營(yíng)工業(yè)園污水處理廠工程勘察設(shè)計(jì)為例，探討了污水廠的工藝設(shè)計(jì)選擇及其人性化設(shè)計(jì)。

1 工程概況

民營(yíng)工業(yè)園污水處理廠項(xiàng)目位于佛山市三水區(qū)民營(yíng)工業(yè)園區(qū)中部，北側(cè)緊鄰大朗渦涌，南面是工業(yè)園區(qū)，西面有少量居民。污水處理廠廠區(qū)占地面積約9340m2，總建筑面積 4786.4m2。

佛山市三水區(qū)云東海街道民營(yíng)工業(yè)園主要有從事電子、紙品印刷、塑料制品、五金生產(chǎn)的企業(yè)。本項(xiàng)目納污范圍內(nèi)企業(yè)共有87 家。據(jù)調(diào)查，民營(yíng)工業(yè)園的現(xiàn)狀排水體制為雨污合流制。目前民營(yíng)工業(yè)園內(nèi)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)廢水，都是自建廢水處理設(shè)施進(jìn)行處理后，執(zhí)行廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分別排入南渦涌或大塱渦涌[1]。而企業(yè)的生活污水和周邊村莊居民的生活污水，則未經(jīng)處理或簡(jiǎn)單處理后，通過(guò)市政管網(wǎng)進(jìn)入河涌。根據(jù)《佛山市三水區(qū)大塱渦涌（含寶月引涌、南渦涌）“一河一策”綜合整治方案》，為削減入河污染負(fù)荷，并防止企業(yè)偷排漏排現(xiàn)象，西南街道擬在大塱渦涌南側(cè)的地塊建設(shè)民營(yíng)工業(yè)園污水處理廠。因此，工程方案的選擇和實(shí)施應(yīng)緊密與規(guī)劃協(xié)調(diào)，并充分考慮目前的實(shí)際狀況，從“遠(yuǎn)期符合規(guī)劃，近期易于實(shí)施”。

污水廠設(shè)計(jì)污水處理能力為8000m3/d，其中生活污水處理能力為2500m3/d，工業(yè)廢水處理能力為5500m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)及廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）的較嚴(yán)值[2]。項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括污水處理廠及污水管網(wǎng)，其中污水處理廠主要構(gòu)筑物為提升泵房、曝氣沉砂池、調(diào)節(jié)池、初沉池、厭氧/缺氧/好氧池、MBR 膜池、紫外線消毒設(shè)備、巴氏計(jì)量槽、污泥池、BBR 設(shè)備間、鼓風(fēng)機(jī)房、配電間、倉(cāng)庫(kù)、加藥間、污泥壓濾間、污泥堆棚、除臭車間、綜合樓等。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 污水廠選址

廠址位于民營(yíng)工業(yè)園中部，興業(yè)路以北、大塱渦涌以南。該選址具有如下優(yōu)點(diǎn)。

（1）該位置位于工業(yè)園區(qū)中部，便于納污范圍內(nèi)污水的收集，節(jié)省集污管網(wǎng)的投資。

（2）該位置靠近大塱渦涌，便于污水處理后的排放。根據(jù)水體功能區(qū)劃，大塱渦涌執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2008）中的地表水Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)[3]。

（3）位于園區(qū)非主導(dǎo)風(fēng)的風(fēng)向，避免對(duì)園區(qū)內(nèi)其他企業(yè)環(huán)境造成影響。

（4）位于工業(yè)園內(nèi)，離居民區(qū)較遠(yuǎn)，土地利用條件好。

（5）該地塊目前屬于荒地，有利于污水處理廠的建設(shè)。

（6）水電供應(yīng)條件良好，場(chǎng)地平坦。

2.2 預(yù)處理工藝及提升泵房人性化設(shè)計(jì)

本次工藝采用A20+MBR，為了避免MBR 膜被堵塞，需要預(yù)處理。本次預(yù)處理一道工序?yàn)榫?xì)格柵，柵條間隙2mm。一開(kāi)始是考慮采用1mm 間隙，但是考慮到后期維護(hù)成本及堵塞次數(shù)，還是將間隙設(shè)計(jì)為2mm。且精細(xì)格柵前方還有一道細(xì)格柵，柵條間隙5mm。

提升泵房深11.3m，采用沉井施工，內(nèi)部的格柵間二次澆注施工。粗格柵寬度1 米，需要人下去綁鋼筋，當(dāng)時(shí)正值夏天，工人下去施工，扣除模板厚度后空間只剩下0.8m，非常炎熱，為此以后設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)一步考慮施工的舒適性，在保證過(guò)柵流速的前提下增加施工空間。

2.3 事故調(diào)節(jié)池的人性化設(shè)計(jì)

考慮到進(jìn)水包含工業(yè)廢水，工業(yè)廢水流量及質(zhì)量有很大的變化，為此需要設(shè)置事故調(diào)節(jié)池。本工程受場(chǎng)地面積限制，調(diào)節(jié)池設(shè)置在壓濾機(jī)房下方。深約11m。事故調(diào)節(jié)池主要用來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)水水量、水質(zhì)的不均勻性，同時(shí)對(duì)生化反應(yīng)池可能有的事故起到緩沖的作用。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的污水處理廠設(shè)計(jì)僅考慮近期污水處理，不考慮遠(yuǎn)期建設(shè)需要，設(shè)計(jì)一座調(diào)節(jié)池，分四格，每格可以單獨(dú)運(yùn)行，以便事故和調(diào)節(jié)靈活轉(zhuǎn)換使用。調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)成環(huán)形回流式，兼有推流和完全混合的流態(tài)。池內(nèi)安裝高速水下攪拌器4 臺(tái)，污水提升泵4 臺(tái)，其中事故污水泵2 臺(tái)，調(diào)節(jié)池污水泵2 臺(tái)。為了保證檢修，污水提升泵單獨(dú)做了一個(gè)車間來(lái)擺放。而水下攪拌器安裝在池內(nèi)，檢修是個(gè)麻煩事情。如果工人下去檢修，3 層樓高的深度，實(shí)在是危險(xiǎn)，為此每個(gè)攪拌器上方都設(shè)置了蓋板。長(zhǎng)寬能滿足水下攪拌樁通過(guò)耦合裝置提升上地面，極大的方便后期維護(hù)管養(yǎng)。關(guān)于事故調(diào)節(jié)池的排空問(wèn)題，我們也是設(shè)置了集水坑及坡度，通過(guò)污水泵提升。事故調(diào)節(jié)池需要加藥調(diào)節(jié)，本工程加藥罐均設(shè)置攪拌措施，避免沉積。

2.4 除臭裝置的布置

城市污水中會(huì)有氨氣、甲硫醇、硫化氫、甲硫醚、三甲胺等化合物，這些物質(zhì)在污水輸送和處理過(guò)程中會(huì)散發(fā)惡臭，影響人們身心健康。本工程處于工業(yè)繁華地段，因此，污水處理設(shè)施應(yīng)設(shè)置良好的除惡臭措施。格柵間、壓濾機(jī)房及輻流式沉淀池會(huì)散發(fā)臭味，尤其是夏天。考慮到附近是工業(yè)廠區(qū)且污水廠內(nèi)綜合樓有人長(zhǎng)期值班管理，需對(duì)重要部位進(jìn)行封閉，通過(guò)風(fēng)管抽吸到生物除臭裝置統(tǒng)一進(jìn)行處理。本次采用生物脫臭法，由于多孔材質(zhì)的生物載體的開(kāi)發(fā)，目前微生物脫臭法已廣泛應(yīng)用于污水處理設(shè)施中，其運(yùn)營(yíng)成本較低，脫臭效果良好。

2.5 污水及污泥處理工藝選擇

城市污水的二級(jí)處理通?？蛇x用生物法、化學(xué)法及物理化學(xué)法等。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較，生物法與化學(xué)法和物理化學(xué)法相比具有處理效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、效果好、運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富的等優(yōu)點(diǎn)。所以無(wú)論是工業(yè)廢水還是生活污水都廣泛采用生物方法進(jìn)行處理[4]。由于本次設(shè)計(jì)既有生活污水，又有工業(yè)廢水，為了保證污水廠的出水水質(zhì)，采用了A2/O+MBR 膜工藝，出水可達(dá)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)構(gòu)筑物較少，后續(xù)構(gòu)筑物投資及運(yùn)行費(fèi)用有所簡(jiǎn)化，工藝占地面積較低，不需要另設(shè)二沉池。

通過(guò)和傳統(tǒng)的活性污泥法及生物膜法比較。MBR工藝有以下特點(diǎn)：①出水水質(zhì)可達(dá)一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，而且出水穩(wěn)定，出水基本沒(méi)有懸浮固體；②運(yùn)行控制更加靈活穩(wěn)定。膜將微生物完全截流在反應(yīng)器內(nèi)，基本實(shí)現(xiàn)了水力停留時(shí)間和污泥齡（SRT）分離；③適應(yīng)力強(qiáng)，耐沖擊強(qiáng)，適合工業(yè)廢水水質(zhì)水量變化大的特點(diǎn)；④脫氮除磷效果好；⑤有機(jī)物去除率高。污水中的大分子難降解成分在生物反應(yīng)器內(nèi)有足夠的停留時(shí)間，使得時(shí)代時(shí)間長(zhǎng)的細(xì)菌也能生長(zhǎng)，為系統(tǒng)的多樣性提高了條件，極大的提高了難降解有機(jī)物的降解百分比；⑥模塊化設(shè)計(jì)更易于安裝及擴(kuò)容，靈活性大大提高；⑦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較緊湊，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化控制，節(jié)約用人成本，運(yùn)行管理方便；⑧生物反應(yīng)器保持著較高的污泥濃度，從而降低污泥負(fù)荷提高了容積負(fù)荷，進(jìn)而減少反應(yīng)器容積和系統(tǒng)的占地。產(chǎn)生的剩余污泥量很少，大大降低了污泥處理和處置的費(fèi)用。

本工程剩余污泥的穩(wěn)定性也比較高，對(duì)其進(jìn)行直接脫水處理，脫水污泥含水率能夠滿足外運(yùn)的要求，根據(jù)本工程的污泥處理要求，擬采用的污泥處理工藝流程為剩余污泥→污泥濃縮池→儲(chǔ)泥池→污泥脫水→外運(yùn)。

首先是污泥濃縮，目的主要在于減容，剩余污泥含水率99%以上，體積很大，國(guó)內(nèi)目前以重力濃縮為主，通過(guò)濃縮減少污泥體積，減少后續(xù)處理費(fèi)用。本次也是優(yōu)先采用重力濃縮池，能耗較低。其次，考慮到濃縮脫水一體機(jī)在投資上高，運(yùn)行過(guò)程中需不斷用清水清洗濾布，產(chǎn)生濾液水量較大；離心脫水機(jī)運(yùn)行費(fèi)用最高，占地大，噪聲大；板框壓濾在投資、運(yùn)行成本、出泥含水率上均偏低且壓濾過(guò)程不需反洗水，本工程采用板框壓濾機(jī)，污泥壓濾后填埋交由有污泥處理資質(zhì)的公司進(jìn)行處理。

2.6 資源復(fù)用

本工程設(shè)置了中水管，中水系統(tǒng)用途為：加氯系統(tǒng)所需動(dòng)力水、脫水機(jī)房沖洗用水及廠區(qū)中水用水。MBR膜出水經(jīng)過(guò)紫外線消毒管及巴氏計(jì)量槽后，通過(guò)水泵將最終出水提升，經(jīng)過(guò)中水過(guò)濾器過(guò)濾則可達(dá)到中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？梢猿浞掷盟Y源。避免重復(fù)利用生活用水，造成浪費(fèi)。

2.7 景觀設(shè)計(jì)

污水廠自身是環(huán)保工程，環(huán)保意識(shí)特強(qiáng)，苗木采用鄉(xiāng)土節(jié)水型樹(shù)種為主，綠化標(biāo)準(zhǔn)為高標(biāo)準(zhǔn)，要求四季有景。在生產(chǎn)區(qū)根據(jù)不同的建筑環(huán)境選擇不同的植物品種，既考慮達(dá)到花園式工廠美觀的目的，又兼顧防噪聲、防污染、除臭氣等功能要求。在有氣味的建（構(gòu)）筑物旁，選擇抗污染臭氣強(qiáng)的樹(shù)種，在變配電室、鼓風(fēng)機(jī)房旁，種植一些灌木及花卉，達(dá)到吸音減噪，又美化環(huán)境的作用。通過(guò)種種手法，使本工程設(shè)計(jì)成為園林生態(tài)化的污水處理廠。

在較寬闊的廠區(qū)主干道兩側(cè)人行道上種植高大等距的喬木，形成行列式的林蔭道。4m 寬單車道外采取交錯(cuò)排列種植方式，多選窄樹(shù)冠樹(shù)種。根據(jù)道路走向，合理布置向陽(yáng)、耐蔭樹(shù)種。在道路交叉、轉(zhuǎn)彎處，綠化樹(shù)種以灌木為主，高度不超過(guò)0.7m。整個(gè)道路綠化樹(shù)種選擇，考慮形態(tài)美觀，樹(shù)冠高大，枝葉繁密，適應(yīng)性強(qiáng)和抗污力強(qiáng)，病害少，不產(chǎn)生污染環(huán)境的樹(shù)種。喬木栽植應(yīng)距建筑外墻3m 以外，距地下管線2m 以外；灌木栽植應(yīng)距建筑物外墻1.5m 以外。

3 進(jìn)廠主管的抗震設(shè)計(jì)

本工程除了污水廠外，還配套建設(shè)8km 的污水管網(wǎng)，主要采用頂管施工。管道位于南豐大道中央綠化帶內(nèi)?？紤]到進(jìn)廠主管深8m，管徑DN1000mm，如若地震過(guò)程中遭遇破壞，檢修維護(hù)非常困難，且會(huì)造成污水外溢，對(duì)社會(huì)及人民生活造成不利影響，為此對(duì)主管進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)論證計(jì)算，確保進(jìn)廠主管滿足抗震要求[5]。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），本場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度值為0.125g，反應(yīng)譜特征周期為0.45s。

根據(jù)《室外給水排水和燃?xì)鉄崃こ炭拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50032—2003）5.5.1 條，埋地管道的地震作用，僅考慮剪切波進(jìn)行時(shí)對(duì)不同材質(zhì)管道產(chǎn)生的變位或者應(yīng)變，可不計(jì)算地震作用引起管道內(nèi)的動(dòng)水壓力。

地下直埋直線段管道沿管軸向的位移量值Δpl，k，計(jì)算方式如下：

管道形狀（當(dāng)管道為圓形時(shí)為1，矩形為2）gx=1。

管道周長(zhǎng)Cg=πD1=3768。

管道分節(jié)長(zhǎng)Lg=2000mm。

場(chǎng)地類別cdlb=3。

設(shè)計(jì)地震分組dzfz=1。

抗震設(shè)防烈度kzsfld=7。

管道埋設(shè)深度處土層的剪切波速（mm/s）Vsp=141000，gl=9810。

沿管道方向土體的單位面積彈性抗力K1=0.06。

管道材質(zhì)的彈性模量（Mpa）E=31500N/mm2。

管道的橫截面積（mm2）A=πD1t=376800。

Tg=0.45。

設(shè)計(jì)基本地震加速度a=0.125。

剪切波作用下的作用效應(yīng)：

L=2Vsp*Tg/3=42300mm；

半個(gè)剪切波視波長(zhǎng)度范圍內(nèi)的管道接頭數(shù)量n：

管道按照每段不大于100m 進(jìn)行劃分，管道采用鋼承口連接。

本工程設(shè)防烈度為Ⅶ度，無(wú)須進(jìn)行抗震滑動(dòng)驗(yàn)算。根據(jù)規(guī)范10.1.4，本次設(shè)計(jì)的檢查井等附屬構(gòu)筑物無(wú)須抗震驗(yàn)算。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，污水廠工藝及設(shè)計(jì)的優(yōu)化對(duì)出水水質(zhì)有極大影響，且人性化設(shè)計(jì)對(duì)保證施工安全及減少事故具有重大意義，為此設(shè)計(jì)單位需結(jié)合進(jìn)水水質(zhì)確定合理的工藝，既能方便施工，又能方便后期維護(hù)管養(yǎng)，確保出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。為了保證入廠主干管的安全，需要對(duì)其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算。