Plate and frame chamber diaphragm filter presses
introductory
目前，我国已投运与在建的污水处理项目采用传统地上形式居多，地上式污水处理项目有前期投资成本较低，运营管理技术成熟等优势，但随着我国可利用土地资源逐步紧张，地上式污水处理项目的建造暴露出其导致土地资源浪费、周边土地资源贬值及景观破坏等问题。随着我国城市化水平的快速发展和居民对生活环境要求的逐步提高，能与周边环境更协调、封闭性更好、二次污染更少的全地下式污水处理项目逐渐成为城市污水处理治理工程建设的发展趋势和研究方向，在上海、厦门及广州等发达地区已展开全地下式污水处理项目的尝试和探索。全地下式污水处理项目具有占地面积少、环境污染较小、工艺环境稳定、美观性好等核心竞争优势。随着污水处理技术和地下空间开发技术的稳步发展，为大型地下工程的建设规模、建设速度提供了坚定有力的技术保障，在土地资源日益紧张的今天，全地下式污水处理工程的发展是我们环境工作者重点思考与研究方向之一。
1 项目概况
项目总面积为92.86平方公里，常住人口约为28.3 万人，属亚热地季风气候，整体呈南北跨度较大，东西跨度较小的狭长式地形。该镇管网污水总量约为10~12万m3/d，已建成且投运的两个污水处理项目每日可接纳污水总量为11万m3，目前部分时间段存在超负荷运行情况，且在管网来水水质较差或工艺设备检修等需需减产运营的情况下，会导致该镇部分污水溢流至生态水域，该情况加大了该镇生态水环境的污染负担。随着该镇污水收纳管网系统的不断完善，和该镇逐步加大与邻近城市的全面协同发展与合作的大环境下，可预计该镇的污水水量会呈逐步增加的趋势，污水处理能力缺口会显著加大，需要及时提升该镇的整体污水处理规模。该镇两个原有污水处理项目集中建在镇区北部，为配合管网形成完善的“厂网一体”运营策略，确保新建污水处理项目运营期间管网来水水量充足且稳定，降低污水运输压力及能耗，新建的污水处理项目拟设点在镇区南部地区，设计规模5万m3/d，服务面积约16.67 km2，生化处理工艺采用多点进水多段AAO生化池工艺，深度处理工艺采用高效沉淀池+反硝化滤池+精密过滤，消毒工艺采用紫外线消毒，污泥处理采用预处理+板框压滤机。本项目出水水质标准拟执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准中的较严值及地方标准的更严值。综合考虑及统筹镇区的发展定位和前景，新建污水处理项目选择具有节地、地上空间综合开发，生态污染小，美观性好等诸多优势的全地下污水处理项目的建造方案，该方案与所在区域的功能定位更加符合，可以有效的降低环境设施的“邻避效应”，有助于周边生态的整体发展。
2 工艺设计
2.1 进、出水水质设计本污水处理工程排放尾水最终汇入相邻市的某河流域。因此，本污水处理工程出水水质标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准的同时，部分水质指标需满足地方污染物排放标准。
2.2 工艺流程设计
2.2.1 整体工艺流程设计根据设计进、出水水质标准计算可得，本污水处理工程的进水水质BOD5/CODCr=0.56，比值大于0.45，属于生化性较好的污水，同时BOD5/TN＝4.63及BOD5/TP=37，分析可得所处理污水中氮、磷污染物皆可通过生化降解法去除。整体工艺流程设计为“粗格栅+细格栅+沉砂池+生化池+二沉池+高沉池+反硝化生物滤池+精密过滤+紫外消毒”，而污泥脱水处理工艺设计为“预处理+Ultra High Pressure Diaphragm Filter Press”。本污水处理工程整体工艺流程设计如图1所示。
2.2.2 生化工艺单元设计根据进、出水水质的设计及远期运营考虑，本污水处理工程出水水质标准执行且部分指标高于一级A标准，需采用高效的脱氮除磷污水处理工艺，同时考虑到本污水处理工程用地较为紧张的缘故，需拟比选出一个尽可能节约用地、而投资与运行费用较低、技术成熟可靠、处理效果稳定，运行管理方便的污水处理生化工艺方案。目前城镇生活污水处理较常见且成熟的工艺主要有传统活性污泥法、生物膜法及膜生物反应器法。从工程投运前期分析，传统活性污泥法因工艺流程简单及设备较少的缘故，工程前期土建及设备购买的投资成本偏低，又因其构筑物布置集约化程度较高，弥补其构筑物占地面积同比偏大的劣势，整体来说传统活性污泥法的工程投资成本相比较低。从工程运营期间分析，传统活性污泥法因为运行设备较少，生产药剂单一且工艺稳定性较高，运营期间的运营成本一般正常较低。生物膜法水头变化较大，运行设备较多，工艺中所需内回流比偏高，滤料容易因进水悬浮物指标偏高导致堵塞，频繁的反冲洗不仅加大工程运营成本，还提高该工艺管理难度。生物膜法运营期间，理论上产泥量大于传统活性污泥法，并且污泥性状稳定性较差，加大了污泥脱水难度和处置成本。从污水处理效果分析，膜生物反应器法由于膜的高效截留作用，能高效地进行固液分离，存在不产生污泥膨胀和耐冲击负荷水平较高的优势，且由于污泥浓度高和硝化菌生长繁殖程度较好的缘故，氨氮去除与除磷效果较好，但同时存在污泥浓度较高导致的膜污染情况，膜通量容易受限，导致污水处理负荷受较大影响。传统活性污泥法的类型和实施方式多种多样，其适用范围和应用条件也存在一定的差异，在实际运行应用中可因地制宜，根据实际生产需要设计。多点进水多段AAO工艺作为传统活性污泥法的一种技术延伸，该工艺可以充分利用原水中自带碳源进行反硝化反应，对低碳氮比发展趋势的城镇生活污水的高效脱氮处理有利，并且因分点进水缘故，生化池的污泥浓度呈梯度分布，在流入二沉池污泥浓度相同的情况下，该方案的生化池能留有更大的污泥总量，且减缓了二沉池固体负荷，同时提高了污水在生化池的脱氮除磷效果，系统的整体耐冲击负荷得到进一步的提高。多段的缺氧和好氧交替处理可提高脱氮效率，相同的总氮去除率情况下，多段生化交替反应可相应减少内回流量，同时因设有多段缺氧反应区的缘故，生化工艺段可更有效抑制丝状菌带来的污泥膨胀异常。三种污水处置工艺方案相比之下，本污水处理工程生化工艺单元选择采用投资及运营成本较低、处理效果较佳且稳定的“多点进水多段AAO”工艺。
3 工程设计
3.1 工程概况设计本污水处理工程设计规模5万m3/d，地下主要构筑物拟分2组。构筑物箱体采用全地下布置，顶部覆土约1.5 m。一体化全地下处理构筑物箱体南、北侧各设一处通道，由地面向下直至箱体操作层标高。综合办公楼及生活楼统一布置于厂区南侧空地，厂区北侧拟建设为休闲公园区，公园区与生产生活区设置绿化隔离围墙。本公园区采用绿化放坡与周边顺接，生产生活管理区因临近河边，采用直立挡墙，受周周边地形及现状市政道路情况限制，本工程厂区内共设计出入口1处，位于厂区西侧。本次设计的污水处理工程采用全地下式双层加盖建设形式，和地上式常规污水处理工程相比，全地下污水处理工程在总体布置上有如下特点：
(1)全地下式污水处理工程采用双层加盖，大型设备的吊装较为困难，在设计时必须考虑足够的起吊及检修空间。
(2)各污水处理构筑物采用共壁建设，结构紧凑，构筑物间距小，检修空间狭小，必须考虑各个构筑物之间水、气、泥、药剂等各种管渠的合理布置，考虑检修、巡逻、运输通道的合理连通和设置。
(3)工程构筑物集中布置在一个地下的大型空间内，必须考虑必要且合理的进出通道。
(4)地下空间密闭性较好，有可能会引起H2S等有毒有害气体或生产产生的臭味气体的积聚，对各类气体的检测及通风要求较高，通风及除臭管道较多。
(5)全地下式污水处理工程采用双层加盖，上层盖板需有较多的梁柱支撑。梁柱的布置会直接影响构筑物的设计。地下空间管线众多，须统筹考虑，以免发生干扰。
3.2 节能减排设计尽管我国污水处理行业发展速度较快，可由于我国该环境产业起步较晚，目前污水处理仍处于高能耗阶段。同时，近年来用水需求量的不断增加以及旱涝灾害的频繁发生使得我国水资源大幅减少，而主要依靠煤炭发电的供电企业因生产成本日益增长导致减产。在水、电等基本生产元素供需矛盾进一步加剧的背景下，本工程设计应贯彻响应国家“低碳环保、节能减排”的号召，不仅满足于污水处理达标排放的基本要求，更需向着污水处理低能耗和高效化的方向进一步探索发展。污水处理工程本身为环保工程，本工程建成运行后，将大大地削减各类水质污染物的排放量。本工程对污染物减排的贡献主要体现在两个方面：
(1)通过对污水的生化处理降解污水中的污染物质，减少各类水质污染物的排放总量；
(2)本工程中污水经处理后部分回用厂区，减少了尾水的排放总量，相应减少各类水质污染物的排放总量。
3.3 经济指标分析
本Sewage filter presses处理工程建设项目总投资47286.45万元，其中工程费用39987.54万元。本全地下污水处理工程的单位污水投资成本约为6980元/m3，为国内半地下污水处理工程的单位污水投资成本的130 %~140 %，偏高的主要原因为土建成本中的人工及物料成本较高。单从前期的经济成本数据分析，全地下污水处理工程的投资成本较高，但是随着可利用的土地资源日趋减少，土地成本逐渐增高的背景下，全地下污水处理工程的存在优势会逐渐凸显。同时加上环境价值考虑，全地下污水处理工程比传统地上污水处理工程更符合所在城市生态的绿色可持续发展。
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