龍洞堡下沉式再生水廠位于朝綱路東南側(cè)，魚梁河下游，遠期總規(guī)模10萬m3/d，近期建設5萬m3/d，其中粗格柵、預沉砂池、中格柵按遠期10萬m3/d規(guī)模土建一次完成。該項目主要服務周邊的工業(yè)園區(qū)及居住區(qū)，工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)類型主要為食品、制藥、釀造等，處理的廢水可生化性差、氯離子含量高、高色度、難降解，水量約占50%。

龍洞堡下沉式再生水廠采用下沉式的建設形式，水處理構筑物單元位于地下箱體內(nèi)，地下箱體頂部覆土1.5 m，其上打造生態(tài)景觀公園，其地上部分鳥瞰如圖1所示。

圖1 龍洞堡下沉式再生水廠鳥瞰

針對本項目的進水水質(zhì)存在復雜性及超標風險，為保障出水穩(wěn)定達標，本項目選用多點進水前置預缺氧的改良aao+懸浮填料工藝。在改良aao的最后一段好氧區(qū)投加填料，投加的填料掛膜后的密度接近于水，在曝氣條件下處于流化狀態(tài)。該工藝具有如下優(yōu)勢：

（1）提高氧利用率，節(jié)約能耗。懸浮填料對氣泡的切割作用可提高水中氧轉(zhuǎn)移效率，提高溶解氧利用率節(jié)約能耗。

（2）強化硝化反應,提高脫氮效率。懸浮填料固著了一部分污泥并延長了生化區(qū)末段泥齡，達到強化硝化反應的作用；由于填料附著生物膜分層特點（由內(nèi)向外層為厭-缺-好氧狀態(tài)），末端填料區(qū)也可以起到一定的脫氮效果，保障出水tn穩(wěn)定達標。

（3）提高生物量，抗沖擊負荷增強。泥膜混合系統(tǒng)共同作用，使整個系統(tǒng)的生物總量得到提高；同時由于生物填料的存在，絲狀菌膨脹現(xiàn)象也會得到一定的控制，從而活性污泥svi值較為穩(wěn)定，系統(tǒng)運行也更加穩(wěn)定。

此外，根據(jù)本項目污水處理目標，cod去除率要求達到94%，考慮到污水中含有難降解工業(yè)廢水，采用二級生化處理工藝，其cod的處理率將不能滿足本項目需要。同時，由于食品工業(yè)廢水顏色深，出水色度將會受到很大影響。因此，本項目將在二級生化處理的基礎上，在深度處理單元增加臭氧接觸氧化池，進一步去除cod和色度。

本項目工藝流程如圖2所示。

圖2 龍洞堡下沉式再生水工藝流程

3.1 總平面和豎向設計

本工程受進水管線及廠址大小因素影響，共分為2個獨立箱體。東北角處小箱體大小為90 m×34 m，主要包括前置粗格柵、預沉砂池、中格柵及提升泵房、調(diào)節(jié)池及二次提升泵房處理單元。南側(cè)為主箱體，其大小為240 m×65 m，主要包括細格柵、曝氣沉砂池、生化池、二沉池、深度處理、污泥處理單元。兩個獨立箱體通過8?9 m寬的通道相連。主箱體東西兩側(cè)分別設有進箱體坡道，坡道寬6 m，轉(zhuǎn)彎半徑12 m，坡度為5%，在坡道的起點和終點均設有截水溝。西側(cè)坡道與廠區(qū)南側(cè)主干路相連，將布置于主箱體南側(cè)的配套綜合樓及臭氧發(fā)生間銜接串聯(lián)。

本工程采用下沉式的建設形式，水處理構筑物單元位于箱體內(nèi)，箱體空間共分為兩層，分別為操作層、池體管廊層，箱體總平面布置如圖3所示。本工程箱體操作層凈高為5.8~6.4 m，池體層預處理最深為6.1 m，生化單元深9.75 m，二沉池單元深5.6 m，深度處理單元深7.2 m。箱體頂部覆土1.5 m，其上打造生態(tài)景觀公園。

圖3 龍洞堡下沉式再生水廠箱體平面布置

主箱體周圍采用下沉式廊道，操作層露出地面，箱體四周采用框架結(jié)構，側(cè)立面開窗，屋頂間隔布置采光孔，滿足自然采光通風，充分體現(xiàn)節(jié)約能源綠色環(huán)保理念。主箱體頂?shù)木坝^公園通過廊橋與周邊道路進行銜接，綜合樓負一層通過下沉式廊道與主箱體操作層實現(xiàn)連通，滿足日常檢修維護需求。

3.2 結(jié)構設計

本項目箱體主體結(jié)構長240 m，寬65 m，屬于規(guī)范規(guī)定的超長結(jié)構。依據(jù)規(guī)范，超長結(jié)構需要在適當?shù)奈恢迷O置伸縮縫，本項目全面分析考慮了其自身的特點，采用了無伸縮縫設計，在現(xiàn)有的超長水池結(jié)構設計中罕見。同時，采用了設置膨脹加強帶和后澆帶的方式緩解混凝土的自收縮對裂縫產(chǎn)生的影響。由于地基狀況良好，采用筏板基礎；場地地下水位較深，采用結(jié)構自重抗浮即可滿足抗浮要求。對于抗?jié)B設計，本項目采用p8級抗?jié)B混凝土，水池結(jié)構的裂縫控制在0.2以下，在生化池預缺氧區(qū)域以前的處理池體內(nèi)均采用五油三布防腐處理。

3.3 消防設計

防火分區(qū)、疏散距離一直是下沉式污水處理廠設計的難點和重點。本項目在設計時，對于下沉式污水處理廠尚無可以完全對號入座的消防規(guī)范和相應條款，較接近的有《建筑設計防火規(guī)范》（gb 50016-2014,2018年版）第3章廠房（倉庫）。由于本項目處理的介質(zhì)為污水，為不燃燒物質(zhì)，因此地下箱體的生產(chǎn)類別定義為戊類廠房。箱體東、西、南側(cè)為敞開式廊道設計，北側(cè)操作層直接與室外相連，因此本工程操作層防火分區(qū)面積不限，地下池體管廊層防火分區(qū)面積按照小于1 000 m2設計，如果設置自動噴淋系統(tǒng)可增加至2 000 m2。本項目按照以上原則，池體管廊層共設置六個防火分區(qū)，其中防火分區(qū)一：614.95 m2，防火分區(qū)二：901.25 m2，防火分區(qū)三：785?26 m2，防火分區(qū)四：929.83 m2，防火分區(qū)五：820.02 m2，防火分區(qū)六(設有自動噴淋)：1 946.43 m2，操作層設置一個防火分區(qū)，防火分區(qū)面積為15 658.94 m2，每個防火分區(qū)均設置不少于兩個安全出口。

3.4 通風系統(tǒng)設計

本項目箱體負二層均采用機械送風、機械排放的方式；操作層高低壓配電間、控制室、水源熱泵間、消防泵房等均設置機械排風系統(tǒng)，采用側(cè)墻開70°防火百葉風口自然補風。負二層設置平時通風和火災時的機械排煙合用系統(tǒng)，機械排風、排煙系統(tǒng)按照防火分區(qū)設置，系統(tǒng)排煙風量按照最大防煙分區(qū)面積500 m2，每平方米不小于60 m3/h計算。

龍洞堡再生水廠出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（gb 18918-2002）中的一級a標準，其他出水cod、氨氮達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（gb 3838-2002）ⅳ類水體水質(zhì)標準，即cod≤30 mg/l，氨氮≤1?5 mg/l，本項目設計進出水水質(zhì)如表1所示。

表1 主要設計進出水水質(zhì)指標

本項目自投入運行以來，各項指標均穩(wěn)定達到設計要求，并對2017年至2019年全年進出水水質(zhì)數(shù)據(jù)進行了分析，如圖4所示。雖然進水水質(zhì)波動較大，但出水水質(zhì)均能穩(wěn)定達標排放。

圖4 龍洞堡下沉式再生水工藝流程

從實際運行數(shù)據(jù)中可以看出，系統(tǒng)對cod、氨氮、tn、tp等關鍵指標有較好的去出效果，出水優(yōu)于設計標準，尤其是cod、氨氮滿足地表水ⅳ類水體水質(zhì)標準。在冬季溫度較低時，氨氮、tn能夠維持較高的去除效果與本項目生化池采用多點進水以及好氧區(qū)投加懸浮填料密切相關。所投填料材質(zhì)為hdpe，比表面積≥650 m2/m3，投加填充比為30%，實際運行效果表明改良aao+懸浮填料工藝對含工業(yè)廢水的市政污水處理廠有較好的適用性。

下沉式污水處理廠相較于傳統(tǒng)地上式污水處理廠可觀察性較差，運行中往往無法通過肉眼及時觀察出問題并作出及時調(diào)控，易造成出水不達標、部分工藝處于運行風險邊緣等情況發(fā)生。結(jié)合本項目近兩年的運行情況來看，本項目工藝路線可以作為“準ⅳ類”高標準出水要求的下沉式污水處理廠的選擇。

5.1 預沉砂池

參考《室外排水設計規(guī)范》（gb 50014-2006，2016年版），污水含砂量為0.03 l/m3。根據(jù)貴陽市近幾年其他污水處理廠運行經(jīng)驗，貴陽污水含砂量高達0.13 l/m3，分析原因主要是由于上游建筑工地多、建筑廢水排放量大引起的。大量進水沉砂主要集中于粗格柵渠、進水提升泵房、細格柵渠、沉砂池、生化池、回流污泥泵房。造成運行中格柵柵斗無法下降至設計位置；提升泵葉輪磨損嚴重；沉砂池處理負荷極高，砂水分離器螺旋斷裂；生化池進入大量細顆粒泥砂，導致活性污泥有機成分降低，曝氣不均勻，生化效果變差；二沉池刮泥機負荷極高，底部排泥管容易堵塞；剩余污泥有機分含量低（17.1%~24.2%）。以本項目為例，污水沉砂量的含水率為60%，密度為1 500 kg/m3，每天可產(chǎn)干砂量約為3.9 t，為了減少建成后的上述運行問題，在粗格柵前增設預沉砂池，將一部分泥砂攔截在進入后續(xù)系統(tǒng)前，降低后續(xù)處理系統(tǒng)運行壓力。

5.2 下沉式廊道及采光井

地下污水處理廠很難通過人工采光來滿足運營人員的舒適性要求，因此引入自然采光對于地下空間的工作環(huán)境具有重要的作用。同時，自然采光可使地下空間更加寬敞，提高改善通風效果，降低地下空間給運營人員帶來的密閉、壓力等不良影響。箱體內(nèi)部空間的敞亮有利于運營檢修人員對各處理單元構筑物的觀察，及時發(fā)現(xiàn)運營問題，白天可節(jié)省20%照明電耗。本項目通過箱體頂部開設采光井、箱體頂部吊裝口兼做采光井、箱體南側(cè)設計下沉式廊道、箱體外立面開窗措施來改善地下空間的自然采光條件，如圖5所示。

圖5 下沉式廊道及頂部采光井

采用下沉式廊道建設形式，不僅可以增加地下空間的自然采光條件，還能降低土方回填量，增加地上景觀空間層次感。同時，還能較快的實現(xiàn)運營人員地下工作空間和廠外自然環(huán)境的銜接，提高了工作環(huán)境質(zhì)量。

5.3 除臭密封系統(tǒng)

本項目曝氣曝氣沉砂池采用土建全密閉加蓋形式，池頂預留觀察口和檢修口，并在洞口上方鋪設四周密封條封堵的蓋板，防止臭氣外溢。但是，橋式吸砂機吸砂渠道、排砂渠道、刮渣渠道則無法進行加蓋封閉。為了將臭氣控制在池體內(nèi)而不外溢，本項目采用可伸縮的密封裝置對上述敞口區(qū)域進行密封。在橋式吸砂機運行中，至始至終保持渠道的密封狀態(tài)。本項目運行以來，池體密封效果良好，曝氣沉砂池區(qū)域無明顯臭味。

5.4 “一企一管”調(diào)節(jié)池系統(tǒng)

本項目服務范圍內(nèi)存在多家工業(yè)企業(yè)，工業(yè)廢水擬采用排水大戶“一企一管”制，每個企業(yè)排水直接輸送至工業(yè)廢水預處理調(diào)節(jié)池。同時，對單個企業(yè)每根管單獨設置計量和在線監(jiān)測設備，能夠?qū)崟r監(jiān)測企業(yè)排污主要指標數(shù)據(jù)，提高生產(chǎn)企業(yè)依法達標排放廢水的自覺性，增強生產(chǎn)企業(yè)保護環(huán)境的意識；更有利于調(diào)控各企業(yè)來水水質(zhì)、保證園區(qū)污水處理廠處理工藝的正常運行；該模式職責明確，方便對排污企業(yè)的監(jiān)督管理。

5.5 biowin仿真模擬系統(tǒng)運用

本項目采用規(guī)范要求的計算方法對生化池進行計算，然后在biowin軟件中按照計算參數(shù)和水力流程建立模型進行參數(shù)模擬。

本次模擬僅構建生化池及二沉池系統(tǒng)，其中將整座生化池處理單元按照功能劃分拆成預缺氧區(qū)、厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧非填料區(qū)、好氧填料區(qū)，并重點細化生化池各個功能區(qū)的獨立進水管線來模擬多點進水工況。模擬過程中調(diào)整生化池不同區(qū)域進水比例、混合液回流比、曝氣量參數(shù)，對比出水水質(zhì)運行效果。并根據(jù)最好的模擬結(jié)果確定設計工況下的進水分配比例，提高碳源及氧氣利用率，降低運行成本。因此通過biowin模型的仿真模擬，對水廠設計優(yōu)化參數(shù)及運行調(diào)控具有重要幫助。

5.6 近遠期箱體銜接
    

本項目從節(jié)省投資，方便運營角度統(tǒng)籌考慮近遠期箱體的布置并合理共用車道。近期箱體中污泥儲泥池、污泥脫水及干化系統(tǒng)、污泥轉(zhuǎn)運間均按照遠期規(guī)模土建施工，以滿足大型污泥運輸車僅在近期主箱體車道通行。為滿足叉車運輸設備通往遠期箱體，設計中在近期箱體車道北側(cè)墻面處預留3處通道口，近期采用磚墻填充，通道口寬度為6.9 m，遠期拆除形成聯(lián)通空間，同時主車道寬度為9 m，以便更好的滿足車輛轉(zhuǎn)彎需求。

6.1 柵渣外運及儲存

本項目受廠址形狀、地勢、進水管線位置及標高影響，進水前置預處理單元（前置粗格柵-預沉砂池-中格柵及提升泵房）位于地勢較低區(qū)域。因此使得前置預處理單元與主箱體車輛運輸通道高差達到26.05 m，如圖6所示。本項目在設計采用電動葫蘆將每日柵渣吊出外運，并在吊裝口四周設有警示帶、防護欄桿。但在實際起吊過程中，仍然存在柵渣車晃動、柵渣液外溢、外運效率低等危險及困難。故后期結(jié)合運營情況，將前置預處理單元箱體的頂部的采光井改為柵渣轉(zhuǎn)運口，并在四周做了排水措施，大大減小了柵渣外運提升高度。因此在全地下式污水處理廠設計中，對于需要經(jīng)常運輸柵渣、設備等，且具有較大高差的區(qū)域，應考慮增設貨運電梯，以便于減小運營風險及工作強度。

圖6 柵渣的運輸

6.2 污泥轉(zhuǎn)運間

受限于箱體內(nèi)車道寬度、空間凈高、柱網(wǎng)布置、荷載等因素，下沉廠的污泥轉(zhuǎn)運設計十分重要。以本項目的污泥轉(zhuǎn)運實際情況為例進行分析。設計時應先明確單次最大外運污泥量，并進行污泥車選型及運輸通道、停靠區(qū)域結(jié)構荷載計算，滿足污泥車滿載后的通行安全需求。合理優(yōu)化污泥轉(zhuǎn)運間入口柱網(wǎng)跨度，以滿足污泥車轉(zhuǎn)彎半徑要求；并根據(jù)車輛長度設計污泥轉(zhuǎn)運間大小。由于污泥料倉底部出料口距地面的高度要滿足污泥運輸車?？?，因此該高度通常要大于3.5 m。但是箱體操作層空間凈高有限，所以污泥料倉通常會設置成矮胖型。污泥轉(zhuǎn)運間四周應設排水溝，加強轉(zhuǎn)運間清洗排水。料倉內(nèi)應設破拱機，消除料倉內(nèi)污泥起拱、堵塞出口、粘壁、板結(jié)等現(xiàn)象。為不妨礙污泥車在轉(zhuǎn)運間?？浚麸L管應沿房間兩側(cè)墻壁布置，并重點對料斗投影區(qū)域上部除臭。

6.3 廠區(qū)排水系統(tǒng)

下沉式污水處理廠的防洪排澇系統(tǒng)設計尤為重要。本項目將進水井獨立于箱體之外，并設置速閉閘門以保證在水位較高或污水廠內(nèi)運行不正常時迅速切斷總進水管路。根據(jù)廠址周邊地勢，預沉砂池、進水提升泵房、調(diào)節(jié)池單元組成的箱體位于地勢較低處，為避免暴雨季雨水從箱體頂部倒灌，分別在此處箱體南北側(cè)設置兩處防洪溝，寬深尺寸分別為1.5 m×1 m、1 m×1 m，雨水收集后經(jīng)防洪溝就近直排入河。箱體頂部自然找坡并有組織導排收集雨水，并通過雨水管排入市政雨水管網(wǎng)系統(tǒng)。箱體出入口設置駝峰及截水溝，在下沉式廊道內(nèi)設置排水溝，將雨水收集至箱體負二層的雨水收集池，后經(jīng)加壓外排。

6.4 廠區(qū)檢修吊裝口蓋板問題

由于污水處理構筑物位于地下，池體大部分為混凝土封頂，各構筑物內(nèi)的工藝設備需要從操作層吊裝口進行起吊安裝，因此吊裝口蓋板的設計安裝對水廠的安全運營至關重要。為保證蓋板堅固結(jié)實，避免因長期使用存在踩踏失足掉落風險，本項目采用鋼格柵蓋板并上覆花紋平板，允許最大活荷載10 kpa，在此活荷載下?lián)隙取苌w板跨度/200，且≤10 mm。吊裝口邊緣需根據(jù)蓋板規(guī)格預留企口(企口周邊預埋角鋼 l50×3) ，如圖7所示。施工時應根據(jù)實際蓋板厚度找平預留企口，確保蓋板面與混凝土板或池壁頂面齊平。覆面蓋板應帶下沉式吊勾，以滿足運營人員便于提起，同時蓋板周圍應用顯著顏色警戒線標識，通行時盡量避開。蓋板應定期（宜每年一次）檢查腐蝕損壞情況，到期后應及時更換。

    
    圖7 檢修口鋼蓋板示意

本項目主體采用改良aao（加懸浮填料）、臭氧接觸氧化工藝，出水水質(zhì)可穩(wěn)定達標，建成運行至今極大程度地提高了魚梁河水環(huán)境質(zhì)量。結(jié)合本項目的實際運行情況，總結(jié)了本項目在解決污水含砂量大、箱體采光差、臭氣逸散、工業(yè)廢水收集及管理、系統(tǒng)仿真模擬、近遠期箱體銜接方面問題的創(chuàng)新點，并對下沉廠柵渣外運、污泥轉(zhuǎn)運、廠區(qū)排水及檢修的設計重點進行了探討，對今后下沉式污水處理廠的設計具有一定的參考意義。