九合一 大型污水廠集約化設(shè)計案例
隨著污水量增加、水質(zhì)標準提高和處理功能拓展，使污水處理廠建設(shè)用地需求不斷增加，為節(jié)省污水處理廠占地，鄭州新區(qū)污水處理廠二期工程格柵及沉砂池采用了集約化設(shè)計方案。該方案集合了粗格柵及提升泵房、細格柵及曝氣沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水調(diào)節(jié)池、生物除臭裝置、工具間、垃圾小車緩存間，共9種功能單元。通過對各單元工藝設(shè)計的詳細介紹，總結(jié)了構(gòu)筑物集約化設(shè)計的經(jīng)驗。
0 引言
污水處理廠作為城市水環(huán)境保護不可或缺的組成部分，對于改善城鎮(zhèn)化環(huán)境質(zhì)量具有重要的意義。在滿足污水處理廠工藝要求的前提下，科學(xué)合理地使用土地，解決好近期、遠期土地使用的關(guān)系，提高土地利用率已成為眾多污水工程亟須解決的難題之一。本文總結(jié)了地上污水處理廠格柵和沉砂池集約化設(shè)計案例，從另一種角度提出了一種節(jié)省占地、集約化設(shè)計的做法，為地上污水處理廠如何節(jié)約占地提供了一種思路，旨在為相關(guān)工程提供參考。
1 工程概況
鄭州新區(qū)污水處理廠遠期規(guī)劃總規(guī)模為120萬m3/d。其中一期工程建設(shè)規(guī)模為65萬m3/d（含污泥厭氧消化），污泥干化為300 t/d（以含水率80%計）；一期工程于2015年建成通水，出水水質(zhì)指標優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準。二期工程新增污水處理規(guī)模35萬m3/d，設(shè)計出水主要水質(zhì)指標達到地表水準Ⅲ類水體標準（TN≤10 mg/L）；同時將一期65萬m3/d一級A出水主要水質(zhì)指標提標至地表水準Ⅲ類水體標準（TN≤10 mg/L）；新增污泥干化焚燒1 000 t/d（含水率80%計）。
2 集約化設(shè)計
二期工程格柵和沉砂池土建規(guī)模按照遠期55萬m3/d一次建成，設(shè)備按照近期35萬m3/d進行安裝。根據(jù)2018-2019年一期工程實際進水水量的變化情況，二期工程總變化系數(shù)K總?cè)?.5，近期高峰流量Qmax=21 875 m3/h。污水經(jīng)過進水分配井→粗格柵→提升泵→細格柵→沉砂池進入后續(xù)處理構(gòu)筑物。粗格柵采用懸掛移動抓斗式格柵除污機，細格柵采用內(nèi)進流孔板式格柵除污機，沉砂池采用曝氣沉砂池池型。
本項目將格柵和沉砂池進行合建，該單體集合了粗格柵及提升泵房、細格柵及曝氣沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水調(diào)節(jié)池、生物除臭裝置、工具間、垃圾小車緩存間，共9種功能單元，見圖1~圖3。設(shè)計階段對設(shè)備安裝、巡檢、物料運輸路由等影響因素進行了重點規(guī)劃。
2.1 粗格柵及進水泵房
粗格柵及進水泵房1座（含進水分配井）。進水分配井直徑13 m（內(nèi)徑），通過2根DN2 400配水管將污水分配至粗格柵。粗格柵分為2倉，每倉設(shè)4條進水渠道，渠道寬度1.6 m，每條渠道內(nèi)設(shè)粗格柵1套，設(shè)備有效寬度1.5 m，柵條間隙20 mm，安裝角度75°。進水泵房分為可獨立運行的2倉，每倉設(shè)4處潛水離心泵泵位，共8處泵位；近期水泵4用1備，其中2臺變頻（規(guī)模35萬m3/d），遠期水泵6用2備（規(guī)模55萬m3/d），Q=5 730 m3/h，H=20.00 m（19.70~22.00 m）。
2.2 細格柵及曝氣沉砂池
細格柵及曝氣沉砂池1座，分為4組。為保證細格柵配水均勻，每組細格柵前設(shè)配水渠1條，根據(jù)水力模型模擬，當配水渠道長度31~32 m，寬度7 m時配水效果較好。為防止配水渠底沉積泥沙，渠底布置曝氣管。每組細格柵設(shè)3套內(nèi)流式非金屬孔板格柵，近期安裝8臺（6用2備），預(yù)留遠期4臺空位。單臺細格柵過流能力Q=3 646 m3/h，孔隙3 mm。為防止內(nèi)流式非金屬孔板格柵設(shè)備故障時污水溢流，孔板格柵應(yīng)設(shè)溢流超越渠。細格柵配套沖洗水泵位于細格柵渠道下方，沖洗水泵共11臺，8用3備，Q=10 m3/h，H=80 m，沖洗水源為再生水。曝氣沉砂池4組共8池，近期安裝設(shè)備6池，預(yù)留遠期2池。沉砂池高峰流量時水力停留時間8 min，沉砂池曝氣量為0.2 Nm3/m3。
2.3 消防水池及消防泵房
根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，本項目同一時間內(nèi)的火災(zāi)起數(shù)按1起考慮。消防給水1起火災(zāi)滅火用水量應(yīng)按需要同時作用的室內(nèi)外消防給水用水量之和計算，兩座及以上建筑合用時，應(yīng)取最大者。鄭州新區(qū)污水廠二期工程消防用水量最大的建筑為干化車間，經(jīng)計算消防總水量為1 026 m3。消防水源采用污水廠處理后的再生水。本項目消防水池有效容積為1 050 m3，根據(jù)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》要求，應(yīng)設(shè)置能獨立使用的兩座消防水池，見圖2。因工藝水力高程需要，細格柵及曝氣沉砂池豎向標高位于設(shè)計地坪以上，可利用細格柵及曝氣沉砂池下部空間設(shè)置消防泵房、再生水泵房、再生水調(diào)節(jié)池和消防水池，見圖3~圖5。
消防泵房內(nèi)設(shè)室內(nèi)消防水泵3臺（2用1備），服務(wù)室內(nèi)消火栓，水炮，自噴等消防設(shè)施，Q=50 L/s，H=90 m；設(shè)室外消防水泵2臺（1用1備），服務(wù)室外消火栓，Q=40 L/s，H=45 m。
2.4 再生水調(diào)節(jié)池及再生水泵房
本項目污泥焚燒車間內(nèi)設(shè)置2套應(yīng)急冷卻器，事故時需向應(yīng)急冷卻器內(nèi)補充冷卻水，冷卻水水源采用再生水。單套應(yīng)急冷卻器需補水150 m3/h，水壓需求40 m。設(shè)計應(yīng)急冷卻器最大連續(xù)工作時長6 h，共需再生水1 800 m3，設(shè)計再生水調(diào)節(jié)池有效容積2 000 m3。再生水泵房內(nèi)設(shè)置再生水泵3臺（2用1備），Q=150 m3/h，H=50 m。本項目應(yīng)急冷卻水與消防用水共用水池，為確保消防用水量不作他用，再生水泵吸水管管頂標高為7715 m（與消防水位相同），并在吸水管管頂設(shè)置25真空破壞孔，見圖5。
2.5 生物除臭裝置
根據(jù)項目環(huán)評報告要求，本項目除臭尾氣排放標準執(zhí)行GB 18918-2002表4二級標準。污水處理廠粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池的臭氣需重點收集、處理和排放。
為節(jié)省占地，將生物除臭裝置布置于細格柵配水渠道下部，根據(jù)除臭風(fēng)量計算，需設(shè)2套生物除臭裝置，每套處理規(guī)模4萬m3/h，單套除臭裝置尺寸31 m×4.52 m×3.4 m。
2.6 輔助工程設(shè)計
根據(jù)污水處理廠運行管理的需求，在細格柵配水渠道下方設(shè)置工具間和垃圾小車緩存間，見圖2和圖3。工具間建筑面積391.6 ㎡，層高3.88 m；垃圾小車緩存間建筑面積162.4 m2，層高2.98~3.88 m，最多可容納68輛垃圾小車。細格柵配水渠下方布置結(jié)構(gòu)柱時應(yīng)注意預(yù)留物料運輸路由，見圖2。
3 結(jié)語
鄭州新區(qū)污水處理廠二期工程格柵和沉砂池土建規(guī)模按照遠期55萬m3/d一次建成，設(shè)備按照近期35萬m3/d進行安裝。本工程將格柵和沉砂池進行合建，同時集合了粗格柵及提升泵房、細格柵及曝氣沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水調(diào)節(jié)池、生物除臭裝置、工具間、垃圾小車緩存間，共9種功能單元。本項目在設(shè)計階段充分利用平面和豎向空間，集約化設(shè)計，達到了節(jié)省占地、降低工程費用的目的；并且對設(shè)備安裝、巡檢、物料運輸路由等影響因素進行重點規(guī)劃，實現(xiàn)了整體化、集約化、系統(tǒng)化和人性化的設(shè)計理念，可供同類工程參考。
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