九合一 大型污水廠集約化設計案例
隨著污水量增加、水質標準提高和處理功能拓展，使污水處理廠建設用地需求不斷增加，為節省污水處理廠占地，鄭州新區污水處理廠二期工程格柵及沉砂池采用了集約化設計方案。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、再生水調節池、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計的詳細介紹，總結了構筑物集約化設計的經驗。
0 引言
污水處理廠作為城市水環境保護不可或缺的組成部分，對于改善城鎮化環境質量具有重要的意義。在滿足污水處理廠工藝要求的前提下，科學合理地使用土地，解決好近期、遠期土地使用的關系，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。本文總結了地上污水處理廠格柵和沉砂池集約化設計案例，從另一種角度提出了一種節省占地、集約化設計的做法，為地上污水處理廠如何節約占地提供了一種思路，旨在為相關工程提供參考。
1 工程概況
鄭州新區污水處理廠遠期規劃總規模為120萬m3/d。其中一期工程建設規模為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，出水水質指標優于《城鎮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模35萬m3/d，設計出水主要水質指標達到地表水準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 集約化設計
二期工程格柵和沉砂池土建規模按照遠期55萬m3/d一次建成，設備按照近期35萬m3/d進行安裝。根據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K總取1.5，近期高峰流量Qmax=21 875 m3/h。污水經過進水分配井→粗格柵→提升泵→細格柵→沉砂池進入后續處理構筑物。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、再生水調節池、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。設計階段對設備安裝、巡檢、物料運輸路由等影響因素進行了重點規劃。
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4條進水渠道，渠道寬度1.6 m，每條渠道內設粗格柵1套，設備有效寬度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（規模35萬m3/d），遠期水泵6用2備（規模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，每組細格柵前設配水渠1條，根據水力模型模擬，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3套內流式非金屬孔板格柵，近期安裝8臺（6用2備），預留遠期4臺空位。單臺細格柵過流能力Q=3 646 m3/h，孔隙3 mm。為防止內流式非金屬孔板格柵設備故障時污水溢流，孔板格柵應設溢流超越渠。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，近期安裝設備6池，預留遠期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《消防給水及消火栓系統技術規范》，本項目同一時間內的火災起數按1起考慮。消防給水1起火災滅火用水量應按需要同時作用的室內外消防給水用水量之和計算，兩座及以上建筑合用時，應取最大者。鄭州新區污水廠二期工程消防用水量最大的建筑為干化車間，經計算消防總水量為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《消防給水及消火栓系統技術規范》要求，應設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計地坪以上，可利用細格柵及曝氣沉砂池下部空間設置消防泵房、再生水泵房、再生水調節池和消防水池，見圖3~圖5。
消防泵房內設室內消防水泵3臺（2用1備），服務室內消火栓，水炮，自噴等消防設施，Q=50 L/s，H=90 m；設室外消防水泵2臺（1用1備），服務室外消火栓，Q=40 L/s，H=45 m。
2.4 再生水調節池及再生水泵房
本項目污泥焚燒車間內設置2套應急冷卻器，事故時需向應急冷卻器內補充冷卻水，冷卻水水源采用再生水。單套應急冷卻器需補水150 m3/h，水壓需求40 m。設計應急冷卻器最大連續工作時長6 h，共需再生水1 800 m3，設計再生水調節池有效容積2 000 m3。再生水泵房內設置再生水泵3臺（2用1備），Q=150 m3/h，H=50 m。本項目應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），并在吸水管管頂設置25真空破壞孔，見圖5。
2.5 生物除臭裝置
根據項目環評報告要求，本項目除臭尾氣排放標準執行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。
為節省占地，將生物除臭裝置布置于細格柵配水渠道下部，根據除臭風量計算，需設2套生物除臭裝置，每套處理規模4萬m3/h，單套除臭裝置尺寸31 m×4.52 m×3.4 m。
2.6 輔助工程設計
根據污水處理廠運行管理的需求，在細格柵配水渠道下方設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構柱時應注意預留物料運輸路由，見圖2。
3 結語
鄭州新區污水處理廠二期工程格柵和沉砂池土建規模按照遠期55萬m3/d一次建成，設備按照近期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、再生水調節池、生物除臭裝置、工具間、垃圾小車緩存間，共9種功能單元。本項目在設計階段充分利用平面和豎向空間，集約化設計，達到了節省占地、降低工程費用的目的；并且對設備安裝、巡檢、物料運輸路由等影響因素進行重點規劃，實現了整體化、集約化、系統化和人性化的設計理念，可供同類工程參考。
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