大中型污水處理廠建設(shè)過程應(yīng)用海綿設(shè)施的設(shè)計研究

王子軒

（蘭州鐵道設(shè)計院有限公司，甘肅 蘭州）

引言

近年來，國家對城建方面加強(qiáng)重視，污水處理廠建設(shè)已成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成。在城市污水處理廠工程建設(shè)中，應(yīng)用海綿城市的理念能夠發(fā)揮其重要的作用。在按制功能方面，海綿設(shè)施不僅可以提高雨水下滲的能力，從而達(dá)到蓄水和凈水效果。利用高透水性材料，在降雨下滲過程中把污水中的重大粒子以及其他固體污染物和水面完全隔離，以證明物理水處理的優(yōu)勢。在接下來的研究中，以某城市一大型污水處理廠為例，通過在污水處理廠建設(shè)中應(yīng)用到海綿設(shè)施，以實現(xiàn)該污水處理廠在處理污水時獲得更好經(jīng)濟(jì)價值，營造更綠色的環(huán)境[1]。結(jié)合某一污水處理廠擴(kuò)建工程，并經(jīng)具體規(guī)劃，將海綿設(shè)施有效應(yīng)用到污水處理廠擴(kuò)建工程中，實現(xiàn)擴(kuò)建廠區(qū)海綿城試點(diǎn)項目，有效落實雨水調(diào)蓄按制量和年度污染按制量。

1 工程概況

某市一大型污水處理廠總占地面積八萬立方米，由于城市發(fā)展需求，現(xiàn)需對該工廠進(jìn)行擴(kuò)建，該污水處理廠處于沿海區(qū)域，該地年降水量較高，降雨頻率較大，年平均氣溫為二十五度，因此需考慮不影響沿海水域。在該工程中采用粗砂隔和沉砂池等設(shè)備，均按照城市污水處理規(guī)范進(jìn)行?？紤]到該工程施工時處于降雨高發(fā)期，采用防水材料進(jìn)行。該工廠內(nèi)大多數(shù)為綠樹植被，因此在施工時應(yīng)盡量保護(hù)植被完整，在不破壞綠植的前提下進(jìn)行施工。由于該地附近污水量在近幾年逐步增加，并在一年后進(jìn)行二次擴(kuò)建，在此次擴(kuò)建中，主要對海綿設(shè)施進(jìn)行應(yīng)用，并按照海綿城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，接下來對該工程內(nèi)二次擴(kuò)建中海綿設(shè)施的應(yīng)用進(jìn)行施工。

2 海綿設(shè)施在污水處理廠應(yīng)用設(shè)計

2.1 功能區(qū)污染程度分析

某市污水處理廠由兩方面構(gòu)成，分別為處理區(qū)和附著區(qū)。根據(jù)實際生產(chǎn)生活，又分為預(yù)處理區(qū)、主體工藝區(qū)(生化處理和深度處理區(qū))、污泥處理區(qū)和辦公生活區(qū)等幾個功能區(qū)域。

其中城市下墊面中，居民區(qū)、道路、公園等城市地下污染主要是人為活動造成的，由于污水處理廠一般情況下處于封閉狀態(tài)，其人員以及車輛流動情況較小。而在污水處理廠內(nèi)部，由于一些生產(chǎn)生活而排放出的污染物，也會導(dǎo)致其廠區(qū)內(nèi)部污染程度加深。

由于一些工廠內(nèi)生產(chǎn)方式不同，因此污染程度也會存在不同。在正常情況下，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)污水處理廠下墊面污染程度為污泥區(qū)明顯高于預(yù)處理區(qū)域。其中當(dāng)污泥區(qū)污染物含量為八百毫克每升時，預(yù)處理區(qū)域的污染物含量僅為100 毫克每升。但經(jīng)過一定量降水后，下墊面雨水會經(jīng)海綿設(shè)施使其污染物濃度降低，其主要原因是，在該污水處理廠一般為兩條“線”，分別為水線和泥線[2]。其中水線主要由礫石罐砂粒的厚細(xì)網(wǎng)格和爐渣構(gòu)成，其對應(yīng)區(qū)域為預(yù)處理區(qū)域。而泥線主要來源于脫水機(jī)房及其支撐結(jié)構(gòu)的污染物，由此導(dǎo)致泥線區(qū)域的污染物程度明顯比其他區(qū)域復(fù)雜。

2.2 海綿設(shè)施分區(qū)

基于設(shè)計目標(biāo)，海綿設(shè)施的建設(shè)可以區(qū)分每個目標(biāo)值，對場地的下墊面進(jìn)行分類和匯總，在大面積上對特征相同、污染程度基本相同的下墊面進(jìn)行分類，這將有利于LID 設(shè)施的選擇和存儲量的計算。在明確分區(qū)時，可將相關(guān)的室外池塘劃分為單獨(dú)的區(qū)域，利用水面的吸力功能，達(dá)到減少特定區(qū)域流量的目的；將下水道廠房結(jié)構(gòu)周圍的綠地與廠前的綠地和一些輔助生產(chǎn)建筑（構(gòu)筑物）一起創(chuàng)建，設(shè)施內(nèi)的混凝土路面和其他不透水區(qū)域也可以劃分為該區(qū)域，通過增設(shè)設(shè)備與海綿設(shè)施相結(jié)合，以達(dá)到海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中工廠中的道路分區(qū)可以通過實現(xiàn)海綿城市設(shè)計目標(biāo)的難易程度來確定。

基于上述對各下墊面污染程度的分析，根據(jù)本項目污水處理廠的項目特點(diǎn)，需要確定擴(kuò)建廠區(qū)域的結(jié)構(gòu)布局、綠色布局方案、道路方向等。擴(kuò)建廠的面積，以有效利用污水處理廠廢水處理廠的容量，保證年總流量和按制擴(kuò)建廠土地區(qū)域內(nèi)的流量污染[3]。建議將其完全組合。根據(jù)地面高度、道路坡度、總體平面布局、道路高度以及廠區(qū)場地按制和管線布局，將其分為十九個區(qū)域。其中A1 到A4 為擴(kuò)建區(qū)域，可接納一定量降水量；A5 為高腐蝕性集水區(qū)域；S1 到S13 為下點(diǎn)面區(qū)域，其中包括綠地和屋頂?shù)龋鳛楹＞d設(shè)施施工地點(diǎn)；S14 為該污水處理廠新建道路區(qū)域，此地區(qū)暫未進(jìn)行海綿設(shè)施施工。其中十九個分區(qū)具體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 污水處理廠海綿設(shè)施分區(qū)情況

2.3 調(diào)蓄容積計算

在進(jìn)行海綿設(shè)施分區(qū)后，對區(qū)域內(nèi)調(diào)蓄容積進(jìn)行計算。在計算前，所有準(zhǔn)備工作均按照城市排水規(guī)劃施工標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，并在計算中各指標(biāo)也均符合標(biāo)準(zhǔn)。其中海綿設(shè)施分區(qū)后調(diào)蓄容積計算一般按下式來計算：

式中：V 為海綿設(shè)施分區(qū)后調(diào)蓄容積，單位為m3；H 為雨水深度，單位為mm；φ為綜合雨水徑流系數(shù)；F 為雨水分支面積，單位為m2。

其中上式（1）中提到的綜合徑流系數(shù)計算方式為：

式中：Q 為每項徑流系數(shù)；S'為每項面積；S 為總面積。

以S12 分區(qū)為例，計算分區(qū)徑流系數(shù)數(shù)值為：

廠區(qū)綜合徑流系數(shù)計算為：

所需調(diào)蓄容積按V=10HφF 進(jìn)行計算：

通過計算得到調(diào)蓄容積具體數(shù)值后，根據(jù)各區(qū)具體情況進(jìn)行海綿排水設(shè)施的構(gòu)建。

2.4 污水廠海綿排水

通過計算分區(qū)內(nèi)調(diào)蓄容積，根據(jù)實際情況進(jìn)行合理排水。由于該污水處理廠為半地下式，其中屋頂排水設(shè)計需結(jié)合相關(guān)技術(shù)和各個分支連接關(guān)系，以完成整個排水海綿排水系統(tǒng)的形成。該大型污水處理廠中屋頂雨水排水設(shè)計中分為屋頂?shù)孛媾潘到y(tǒng)和屋面蓄排水層排水系統(tǒng)兩部分。該排水點(diǎn)內(nèi)集水溝增設(shè)穿孔管用來收集雨水，雨水可以通過集水溝內(nèi)排水渠管道流入到地面排水系統(tǒng)中。當(dāng)降雨停止時，由于降雨初期儲存在屋頂土壤和屋頂空隙中的雨水經(jīng)屋頂排水系統(tǒng)自動流入到系統(tǒng)中排水口，多余水量沿排水層的蓄水池和坡度收集在箱外邊緣的集水口，并通過穿孔管流入到地面排水系統(tǒng)。

該污水處理廠地面總面積為兩公頃，正常情況下污水處理系統(tǒng)應(yīng)安裝在南北方向，但考慮到該污水處理廠位置特殊且南北方向空間狹小，選擇安裝在東西方向上。其中該污水處理廠東側(cè)下凹綠地約占一千六百平方米，西側(cè)下凹綠地面積約占七百平方米，下凹綠地總蓄水容積約為六百零五立方米，平均蓄水深度約為二十五厘米。以上數(shù)據(jù)均符合城市規(guī)劃施工標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。在降雨初始階段，將屋頂排水系統(tǒng)集水槽承裝的雨水經(jīng)過管道流入下凹綠地中，將地面排水系統(tǒng)承裝的雨水經(jīng)過植草溝流入下凹綠地中。經(jīng)時間雨水累積量增加，最終形成蓄水池。景觀帶和植草溝流入到下凹綠地的雨水排入到污水處理廠專設(shè)排水池中。當(dāng)降雨停止時，下凹綠地所積累的雨水會出現(xiàn)下滲現(xiàn)象，并通過排水井管道流入到地面污水排水系統(tǒng)中。地面污水排水系統(tǒng)收集雨水后，通過雨水滲透和地表徑流排出地表綠地，將地表徑流收集在沿人行道創(chuàng)建的接力型草坪種植園的溝渠中，最后通過下凹綠地排出[7]。在硬質(zhì)鋪裝收集雨水后，將其從副石中的收集井流入到地表排水系統(tǒng)。

3 結(jié)果與討論

在經(jīng)過上述海綿設(shè)施的設(shè)計，污水處理廠在對建設(shè)后對污染按制率進(jìn)行比較記錄，見表1。

表1 污染按制率

由表1 可知，下凹式綠地在經(jīng)過海綿設(shè)施設(shè)計處理后污染物去除率為85%，植草溝經(jīng)過海綿設(shè)施設(shè)計處理后污染物去除率為90%，普通綠地經(jīng)過海綿設(shè)施設(shè)計處理后污染物去除率為95%，屋面經(jīng)過海綿設(shè)施設(shè)計處理后污染物去除率為95%，硬質(zhì)鋪裝過海綿設(shè)施設(shè)計處理后污染物去除率為80%。并通過計算可以得出分區(qū)S12 的分區(qū)污染物去除率為75.05%，符合污染物去除標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語

上述某市一污水處理廠建設(shè)過程中應(yīng)用海綿設(shè)施的設(shè)計，對該廠進(jìn)行污染程度分析后對其進(jìn)行海綿設(shè)施分區(qū)設(shè)計。并根據(jù)計算得出分區(qū)調(diào)蓄容積，最后實施海綿排水，污水處理廠的合理排水目前是企業(yè)發(fā)展的最重要一項，并通過本研究的施工設(shè)計可以合理提高污染物去除率。