謝 滔
(福州城建設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350000)
2013年,平潭島升格成平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū),隨著國家及福建省委、省政府對平潭發(fā)展的大力支持,平潭進(jìn)入了發(fā)展的快車道。平潭島擁有獨(dú)特的自然景光及豐富的旅游資源,將被打造成國際知名的濱海度假新天地,尚品購物新天堂。平潭旅游業(yè)的高速發(fā)展,對平潭市政配套設(shè)施提出了更高的要求,平潭壇南灣再生水廠地處旅游度假區(qū)域內(nèi),其周邊規(guī)劃旅游景觀用地,開發(fā)價(jià)值高,人群活動(dòng)頻繁,對周邊環(huán)境要求高。平潭壇南灣再生水廠項(xiàng)目前期選址歷經(jīng)周折,都因征地原因而無所進(jìn)展,歷經(jīng)多次協(xié)商及開會(huì)協(xié)調(diào),終于于2016年年底落實(shí)用地,在方案研究的過程中,因周邊環(huán)境要求極高,故設(shè)計(jì)成地下再生水廠。平潭島雨熱同季,旱雨季節(jié)分明,平潭島用水資源嚴(yán)重不足。平潭壇南灣再生水廠出水可作為沖廁、綠化、道路保潔等用途,將緩解平潭用水資源不足的現(xiàn)狀,有助于改善生態(tài)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán),以助于實(shí)現(xiàn)平潭建設(shè)“生態(tài)宜居島”和“國際旅游島”的目標(biāo)。
本文基此對平潭壇南灣再生水廠的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行總結(jié),對壇南灣再生水廠的設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的分析。
平潭壇南灣再生水廠設(shè)計(jì)總規(guī)模4.0萬m3/d,一期設(shè)計(jì)規(guī)模1.0萬m3/d,位于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)敖東鎮(zhèn)建星村,占地2.83hm2,采用地下式污水廠的建設(shè)形式,采用“MBR膜工藝”為主體的生化污水處理工藝,“污泥濃縮池+離心脫水機(jī)+外運(yùn)處置”的污泥處理處置工藝,“次氯酸鈉消毒”的尾水消毒工藝。由于平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)水資源缺乏,出水進(jìn)行回用,作為城市沖廁及綠化使用。出水水質(zhì)在滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18918-2002)一級A排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,還需同時(shí)滿足《城市污水再生利用·城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002),《城市污水再生利用·景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T 18921-2002)的要求。遠(yuǎn)期尾水一部分作為環(huán)島路綠化用水及壇南灣周邊建筑沖廁用水,用水總規(guī)模為2.0萬m3/d,剩余尾水作為金井灣河道補(bǔ)水,補(bǔ)水規(guī)模為2.0萬m3/d。
平潭壇南灣再生水廠相對于傳統(tǒng)的出水水質(zhì)為一級A的污水處理廠,采用全地埋式建設(shè)方式,節(jié)省占地面積,有別于傳統(tǒng)污水廠的“大水池”模式,地面為景觀綠化,提高了綠化率;配套有消臭處理、消毒處理等措施,避免了惡臭、噪音對周邊環(huán)境的影響且不存在衛(wèi)生防護(hù)距離等要求。平潭壇南灣再生水廠采用了新型的MBR工藝,地下空間集約組團(tuán)式布置,工藝流程短,相對于傳統(tǒng)的污水處理廠,減少了構(gòu)筑物之間管道連接,減少了水頭損失,降低了埋地深度。目前,自國內(nèi)首座地下式污水處理廠廣州京溪污水處理廠建設(shè)以來,國內(nèi)已陸續(xù)建設(shè)數(shù)十座地下污水處理廠,地下式污水處理廠一般需采用集約化設(shè)計(jì)及選用占地較小的工藝,還需進(jìn)行合理的交通組織設(shè)計(jì)及對地下空間進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1],相對于國內(nèi)現(xiàn)已建成的地下式污水處理廠,平潭壇南灣再生水廠在滿足地下式污水處理廠的設(shè)計(jì)要求外,還擁有其相對獨(dú)特的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
根據(jù)《平潭壇南灣再生水廠組團(tuán)控制性詳細(xì)規(guī)劃》,平潭壇南灣遠(yuǎn)期規(guī)劃人口7.2萬人(含本地人口5.4萬人,旅游人口1.8萬人),根據(jù)人口及分項(xiàng)地塊指標(biāo)法測算遠(yuǎn)期污水量,平潭壇南灣再生水廠遠(yuǎn)期規(guī)模為4.0萬m3/d,一期規(guī)模為1.0萬m3/d,一期及遠(yuǎn)期規(guī)模相差較大,若一次性建設(shè)4萬m3/d規(guī)模,土建投資太大,為符合壇南灣發(fā)展規(guī)劃,節(jié)省壇南灣再生水廠建設(shè)成本,根據(jù)壇南灣再生水廠地質(zhì)、用地及構(gòu)筑物安全要求,壇南灣再生水廠地下水處理構(gòu)筑物按近遠(yuǎn)期分2座單獨(dú)建設(shè),每座規(guī)模2萬m3/d,兩座處理構(gòu)筑物間隔5m,當(dāng)遠(yuǎn)期構(gòu)筑物進(jìn)行基坑開挖時(shí),與遠(yuǎn)期構(gòu)筑物相鄰的近期構(gòu)筑物側(cè)墻可作為遠(yuǎn)期構(gòu)筑物基坑的護(hù)壁,節(jié)省了遠(yuǎn)期構(gòu)筑物的基坑支護(hù)費(fèi)用,同時(shí),可保證近期構(gòu)筑物運(yùn)行正常,地下交通流線如圖1所示。
單座構(gòu)筑物分2組,整體結(jié)構(gòu)分為兩層,負(fù)一層主要為控制室、 鼓風(fēng)機(jī)房、臭氣處理裝置、風(fēng)機(jī)房等生產(chǎn)性車間, 負(fù)二層主要為進(jìn)水泵房、預(yù)處理區(qū)、污水處理池及綜合管廊。
地下部分處理工段基本分為平行布置的2組,中間為6m的車道。依照入廠車道行進(jìn)方向,車道左邊依次布置預(yù)處理區(qū)、生物池、膜池及出水泵房;右邊依次是控制室、生物池、膜池及出水泵房。車道下為綜合管廊,處理間平面如圖2所示。
圖1 地下通道交通流線圖
圖2 處理間平面布置圖
相對于傳統(tǒng)污水處理廠,地下式污水處理廠土建費(fèi)用高,主要體現(xiàn)在主體結(jié)構(gòu)費(fèi)用、基坑支護(hù)費(fèi)用及基礎(chǔ)處理費(fèi)用,為減少土建費(fèi)用,宜選用工藝流程短、占地較小的工藝。在出水達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)的要求下,傳統(tǒng)的污水處理工藝在曝氣池、二沉池之后還需增加混凝、沉淀、過濾等深度處理工藝,經(jīng)消毒后出水方能達(dá)標(biāo),而國內(nèi)已建成的大部分的地下式污水處理廠一般采用MBR膜處理工藝,MBR膜處理工藝在曝氣池后增加MBR膜池,經(jīng)消毒后水質(zhì)能達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn),傳統(tǒng)工藝及MBR膜工藝比較如圖3所示。平潭壇南灣再生水廠選用了工藝流程短、占地面積小的MBR膜工藝,以減少土建費(fèi)用。
圖3 傳統(tǒng)工藝與MBR工藝比較
2.3.1精細(xì)格柵的優(yōu)化選型
在市政污處理領(lǐng)域,自從引進(jìn)膜生物反應(yīng)技術(shù),對膜處理前端機(jī)械過濾就提出了極高的要求。在常規(guī)的污水處理工藝中,格柵主要用于去除一些較大的懸浮物及漂浮物,以減輕后續(xù)水處理工藝的處理負(fù)荷,并起到保護(hù)水泵、管道、儀表等作用。而膜處理裝置則要求在任何工況條件下都必須將細(xì)小物質(zhì),例如頭發(fā)和細(xì)小纖維物質(zhì),安全可靠地分離去除,傳統(tǒng)的細(xì)格柵(柵距6mm至12mm)則無法滿足膜處理裝置的要求,而精細(xì)格柵(篩縫≤3mm)方能滿足這一要求[2]。
精細(xì)格柵根據(jù)篩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及水流方式,可分為水平式及垂直式安裝。目前,大部分采用MBR膜工藝的地埋式污水處理廠預(yù)處理系統(tǒng)中精細(xì)格柵皆采用轉(zhuǎn)鼓式精細(xì)格柵,該類格柵存在渠道淺、有效過柵面積小、占地面積大、條狀柵條捕獲率低、易纏繞等缺點(diǎn),尤其對于地下式再生水廠,設(shè)備占地要求盡量小、安裝及運(yùn)行維護(hù)要求盡量簡單,轉(zhuǎn)鼓式精細(xì)格柵皆不能較好的滿足上述要求。
平潭壇南灣再生水廠采用內(nèi)進(jìn)流垂直孔板式精細(xì)格柵(圖5),相對于轉(zhuǎn)鼓式精細(xì)格柵(圖6),內(nèi)進(jìn)流垂直孔板式格柵沒有液下軸承,安裝維護(hù)簡單、濾網(wǎng)孔隙率高,水頭損失小、垂直安裝使用靈活,占地面積小、反沖洗消耗水量小,運(yùn)行能耗低等特點(diǎn),更適用于地下式再生水廠占地盡量小、安裝及維護(hù)盡量簡單的要求,壇南灣再生水廠配置2臺垂直孔板式精細(xì)格柵,渠寬B=2.0m,柵隙1.0mm,主體采用304不銹鋼,主傳動(dòng)電機(jī)N=2.2kW,毛刷減速機(jī)N=0.75kW。
圖4 轉(zhuǎn)鼓式精細(xì)格柵
圖5 垂直孔板式精細(xì)格柵
2.3.2MBR膜組件的優(yōu)化選型
國內(nèi)已建地下式污水處理廠MBR膜組件一般采用中空纖維膜,而平潭壇南灣再生水廠采用平板膜組件,平板膜組件由于其膜的物理性質(zhì),膜表面會(huì)形成一層非常薄的生物膜,大部分固體顆粒的截留主要由2種膜共同作用完成,一是被附著在膜表面的生物膜截留,二是由平板膜本身的物理膜截留,其中生物膜起主要作用。因此平板膜本身的物理膜被污染速度較慢,其恢復(fù)性清洗周期根據(jù)膜污染程度一般可達(dá)3~6個(gè)月一次,膜清洗藥劑一般采用次氯酸鈉溶液在線清洗,膜組件勿需吊離膜反應(yīng)池;中空纖維膜在運(yùn)行中也能形成一層生物膜,但由于中空纖維膜的密度很高,空氣吹洗時(shí),膜管互相碰撞,生物膜被破壞脫落,不能對顆粒截留起作用,故中空纖維膜顆粒截留主要是依靠物理膜的截留能力,膜污染速度較快,基本上幾天就需進(jìn)行維護(hù)性清洗,周期一般為一周兩次,需將膜組件吊進(jìn)酸洗池及堿洗池進(jìn)行維護(hù)性清洗,每3個(gè)月還需進(jìn)行恢復(fù)性清洗。
相對于中空纖維膜組件,由于平板膜可數(shù)月不清洗,平板膜MBR生物池中MLSS濃度可達(dá)到10 000~15 000mg/L,而中空纖維膜由于其主要依靠膜本身物理過濾,膜生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度不宜過高,一般為8000mg/L,MLSS的提高可大規(guī)??s小生物池容積。因此,平板膜生物反應(yīng)器容積相較于中空纖維生物反應(yīng)器膜要小得多,節(jié)省用地。表1為平板膜與中空纖維膜組件的比較。
表1 平板膜與中空纖維膜的比較
平潭壇南灣再生水廠采用MBR平板膜組件,膜通量25L/m2·h,共32組,每組含膜400片,單片面積1.4m2,單組膜面積580m2/組,相較于其他采用MBR中空纖維膜組件的地下式污水處理廠,占地面積更小,維護(hù)管理更簡單,膜更換周期更長,建設(shè)及運(yùn)營成本更低。
MBR平板膜單個(gè)膜組件體積龐大,地下式污水處理廠地下空間受限,膜組件起吊設(shè)計(jì)成為地下污水處理廠設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
廣州京溪地下式污水廠及昆明第九、第十地下式污水處理廠采用中空纖維膜組件,重量約在3t~4t,受地下柱網(wǎng)限值,采用S型單軌葫蘆,然而,S型單軌葫蘆不同于電動(dòng)單梁,其軌道在轉(zhuǎn)彎處的起吊能力比直線段的起吊能力薄弱,并且5t的單軌葫蘆吊車根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)圖集05G359-1~4無參考,需要進(jìn)行專門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算和加工,給設(shè)計(jì)和施工增加了難度,也給運(yùn)行安全帶來隱患[3]。
平潭壇南灣再生水廠采用MBR平板膜組件,單組膜組件加曝氣框架干重約2.6t,濕重約5.4t,單組膜池廊道長為10m,經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算,MBR膜池廊道內(nèi)無需設(shè)計(jì)柱網(wǎng),可采用電動(dòng)單梁吊車,可參考國家標(biāo)準(zhǔn)圖集05G359-1~4,運(yùn)行安全。
平潭壇南灣再生水廠采用全地下式建設(shè)方式,在滿足集約化設(shè)計(jì),合理的交通組織設(shè)計(jì)及對地下空間進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)的前提下,還采用了地下構(gòu)筑物分組式設(shè)計(jì),采用了占地更小及運(yùn)行管理維護(hù)更加方便的垂直孔板精細(xì)格和MBR平板膜處理工藝,降低了平潭壇南灣再生水廠的建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)成本。