地下式污水處理廠(chǎng)的建設有多種應用場(chǎng)景，如對處理后的出水有再生利用需求，需采用地下分散式污水治理思路，避免污水處理廠(chǎng)設置在下游，增加輸水干管敷設長(cháng)度；對選址用地有集約節地的要求，現有用地面積無(wú)法滿(mǎn)足常規布置需求；降低選址對周邊用地價(jià)值的鄰避效應，以減少對周邊的噪聲污染和環(huán)境影響等。地下式污水處理廠(chǎng)在我國起步較晚，但發(fā)展較為迅速，目前集中應用在經(jīng)濟發(fā)達、人口密度高、對土地資源要求和環(huán)境質(zhì)量要求高的城市及地區。如采用多級AO工藝的全地下式北京市碧水再生水廠(chǎng)；采用“預處理+二級生物處理+混凝沉淀+反硝化過(guò)濾”工藝的全地下式上海市泰和污水處理廠(chǎng)；貴陽(yáng)市南明河流域采用AAO+MBR工藝的貴醫污水處理廠(chǎng)等。當前，在北上廣深等一線(xiàn)城市、昆明市和大理市等環(huán)境敏感區域以及杭州市、青島市、合肥市等人口密度較高地區均有運行或在建的地下式污水處理廠(chǎng)。

本文總結了狹長(cháng)形用地紅線(xiàn)內全地下式污水處理廠(chǎng)同標高共底板的設計思路，最大程度發(fā)揮豎向空間作用，結合池體豎向分布特點(diǎn)，利用生物反應池臨近空間設置溢流調節泵房，作為同類(lèi)地下式污水處理廠(chǎng)工藝設計及功能布局的參考。

1 項目概況

地下式污水處理廠(chǎng)的建設多布設于用地條件受限或出水需就地資源化的場(chǎng)景。由于本案例選址臨近密集的住宅區和大型商圈，公用設施建設用地面積有限且為狹長(cháng)條狀，綜合考慮出水水質(zhì)、對周邊環(huán)境的影響等因素，設計確定采用全地下式污水處理廠(chǎng)。出水水質(zhì)按《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級A排放要求設計，除TN含量按≤15 mg/L、SS含量按≤10 mg/L執行外，其他指標均執行地表IV類(lèi)水質(zhì)標準。該污水處理廠(chǎng)處理后尾水排入臨近明渠，作為明渠的生態(tài)補水。

2 處理工藝

目前，地下式污水處理廠(chǎng)二級處理核心工藝通常選擇改良AAO、深床濾池、MBBR等一些運行成熟、能耗低的工藝或其組合。根據國內地下污水處理廠(chǎng)的調研，50%以上的地下污水處理廠(chǎng)采用AAO及其改良工藝作為污水處理主工藝，超過(guò)25%的地下污水處理廠(chǎng)采用MBR作為主工藝，IFAS、MBBR工藝等高效生物膜工藝在地下式污水處理廠(chǎng)中也有應用。

本工程污水處理廠(chǎng)進(jìn)水為暗涵輸送周邊區域的生活污水，旱季為片區旱流污水，雨季則為合流污水，參考周邊區域污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)并調研晴雨季明渠水質(zhì)后確定進(jìn)水水質(zhì)，結合修建性規劃對該明渠河道的功能定位及尾水的補水用途，出水水質(zhì)需穩定達到一級A標準，主要指標達到地表IV類(lèi)水質(zhì)標準，因此，最終確定本工程進(jìn)、出水水質(zhì)。

選址現場(chǎng)南北兩端分別為鐵路干線(xiàn)和加氣站，出于安全考慮深基坑南北兩端須退讓50.0 m以上的距離，地下空間可用面積不足2×104m2，因此，嚴格的用地限制是工藝選擇的主因，而采用常規二級處理加深度處理并不具備現實(shí)條件。鑒于嚴格的用地限制及周邊商住環(huán)境限制，必須選擇占地少、處理效果穩定可靠的工藝，同時(shí)能有機組合減少環(huán)境影響，最終確定該污水處理廠(chǎng)的工藝流程如圖1所示。

該工藝采用多點(diǎn)進(jìn)水，厭、缺氧區均設進(jìn)水口，以解決缺氧區碳源不足的問(wèn)題。AAO生物池混合液采用分段回流，缺氧池混合液回流至厭氧池補充污泥量，降低厭氧池DO確保聚磷菌有效釋磷，好氧池混合液回流至缺氧池實(shí)現硝化液回流，膜池內高濃度污泥外回流至好氧池。生物池的內、外回流比例據進(jìn)水水質(zhì)靈活控制，可最大限度利用碳源，提高脫氮率和抗晴雨季水質(zhì)波動(dòng)的能力。

地上式污水處理廠(chǎng)泥水分離多采用圓形幅流式二沉池，地下式污水處理廠(chǎng)受限于空間及對集約用地的需求，多采用單層或雙層矩形沉淀池。此外，MBR膜也是一種常見(jiàn)的泥水分離方式。為減少占地和提高出水水質(zhì)，該工藝泥水分離通過(guò)MBR完成，污水處理車(chē)間采用全地埋設置，結構形式采用箱體，構筑物均加蓋以便臭氣收集和處理。

3 處理車(chē)間布置

地下式污水處理廠(chǎng)需考慮污水處理及輔助設施的布置，按常規分設兩組獨立處理線(xiàn)，這既要結合用地條件，又要結合區間功能與施工、巡檢等所需空間以及采光通風(fēng)、除臭消防等要求統籌考慮。

建設方給定的用地范圍是長(cháng)約500.0 m、寬約80.0 m的條狀地塊，南面為鐵路，西面為大型商圈，東面為高架路，綜合上述邊界條件，優(yōu)化設計后確定該地下污水處理廠(chǎng)處理車(chē)間平面布置如圖2所示。

總平面打破常規的中間道路、兩邊對稱(chēng)的布置方式，結合用地紅線(xiàn)的特點(diǎn)，將地下道路布置在紅線(xiàn)的弧形一側，兩條水處理生產(chǎn)線(xiàn)并列緊湊地布置在另一側，盡可能減少對用地的分割。根據池體深度在豎向上的分布特點(diǎn)，利用生物池對應路段下方的空間安排應急溢流調節泵房和排水泵房，最大程度發(fā)揮豎向空間的作用。

整個(gè)污水處理車(chē)間長(cháng)約282.0 m，寬約64.0 m，采用雙層加蓋形式，主要分兩層：上層層高約6.6 m，為設備操作層和車(chē)道，下層層高約7.0 m，為構筑物層及管廊。車(chē)間頂部覆土1.6 m以上，車(chē)間下部距設計地面最深處約15.4 m（生物池和應急溢流泵房底板內底），其他部分在地下9.4~13.4 m。箱體頂板向長(cháng)邊方向放坡，以排放景觀(guān)土壤層的積水。車(chē)道入口附近設雨篷，采用反坡設計并設置橫向截水溝。

預處理區主要為兩道格柵及沉砂區，如圖3所示，包括柵渣區，豎向上將細格柵池的下部空間作為空壓機設備間。預處理區內充分利用高凈空部分作為格柵沖洗水箱及水泵放置區域。

生化處理區則為AAO主工藝段，如圖4~圖7所示，在結構的豎向設計上作為最大埋深處，整體為鍋底狀，設計考慮的關(guān)鍵是AAO生物池及MBR反洗水池溢流排水的去處。為減少占地，結合管廊首層設置，將MBR反洗水池及AAO生物池溢流排水全部納入管廊最底層的排水泵房和溢流泵房?jì)?，與生物池共底板。除臭設施置于生物池頂板上，能充分利用生物池頂板上方空間。

設備及加藥間包括MBR產(chǎn)水泵、鼓風(fēng)機房、配電間等，構成附屬綜合車(chē)間，污泥處理區則包括脫水間、泥庫、消毒間等。加藥間藥劑采用液體藥劑地面卸料方式，通過(guò)卸料泵將藥劑接入加藥間。離心濃縮脫水后的污泥通過(guò)管廊地下一層車(chē)行通道收集外運處置。

該污水處理車(chē)間占地約1.8×10⁴m²，考慮地上景觀(guān)及配套驛站總用地紅線(xiàn)的面積約2.91×10⁴m²，根據《城市污水處理工程項目建設標準》中污水處理廠(chǎng)對用地指標的要求，二級處理加深度處理占地指標為0.8m²/t，該地下式污水處理廠(chǎng)占地僅為同規模常規地面污水處理廠(chǎng)占地（8×10⁴m²）的36.4%。

4 主要設計參數

4.1 進(jìn)水及預處理單元

進(jìn)水由明渠自流進(jìn)入結合井，經(jīng)井內粉碎性格柵機處理后通過(guò)下開(kāi)式堰門(mén)自流進(jìn)入地下式污水處理廠(chǎng)細格柵池，細格柵、曝氣沉砂池及膜格柵作為預處理單元組合在一起，在預處理終端形成兩組配水井。細格柵間安裝3臺柵隙為5 mm的內進(jìn)流網(wǎng)板式細格柵，膜格柵間安裝4臺柵隙為1 mm的內進(jìn)流網(wǎng)板式精細膜格柵。

曝氣沉砂池分兩格，每格裝有10處T型鋼制穿孔管，供氣由兩套磁懸浮鼓風(fēng)機提供，單臺流量為18m3/min，風(fēng)壓為39.2 kPa。每格安裝1臺漂浮螺桿，通過(guò)管道輸送至浮渣分離一體機。另設兩套氣提吸砂泵和一套砂水分離器Q=60 m³/h。曝氣沉砂池水力停留時(shí)間為6.5 min，曝氣量為0.2 Nm³/m3污水。

4.2 二級處理及消毒出水

生化單元為AAO生物池，設兩組，對稱(chēng)布置形成整體，隔墻分隔，每座由厭氧區、缺氧區及好氧區組成，厭、缺氧區分段進(jìn)水，既補充了反硝化碳源以提高脫氮效率，又降低了回流硝化液攜帶的溶解氧。

厭、缺氧區及好氧區均以導流墻形成推流式的矩形水池，厭、缺氧區內均設潛水推進(jìn)器，各分區均設3臺穿墻潛水泵。MBR膜池內污泥回流到好氧區的回流比為300%~400%，回流渠道內設8臺（6用2備）污泥回流泵，將膜池污泥回流至好氧區起端，兩臺剩余污泥泵的單泵流量為130 m³/h，揚程為16 m。AAO生物池設計泥齡為12 d，污泥負荷為0.055 kgBOD5/(kg MLSS·d)，總停留時(shí)間為10.35 h。

生物池好氧區采用板條式曝氣器，設計氣水比為5.2：1.0，由鼓風(fēng)機房?jì)?臺帶變頻裝置的空氣懸浮鼓風(fēng)機提供曝氣，單機供氣量為181 m³/min。

AAO生物池后接MBR池及紫外線(xiàn)消毒間，MBR膜池分2組，承擔泥水分離功能，另外可強化有機物和氮的去除效果。該工藝將MBR膜池與AAO好氧池合建，通過(guò)渠道調整MBR進(jìn)、出水方向，將膜池的進(jìn)水引入后端，而回流液在膜池前端，采用穿墻泵和回流渠完成污泥回流。每組膜池共分為7列，每列有膜組件19個(gè)，每列預留膜組件安裝空位1個(gè)，該單元共安裝膜組件數量為133個(gè)。選用聚偏氟乙烯（PVDF）浸沒(méi)式中空纖維膜，孔徑為0.04 μm，膜面積共237 910.4 m2，平均膜通量為17.5 L/(m²·h)，最大跨膜壓差為0.05 MPa，膜組件產(chǎn)水10~12 min，反吹掃1 min。MBR膜池一側設置酸洗池、堿洗池、沖洗水池及反沖洗水池。膜池吹掃由鼓風(fēng)機房?jì)?臺帶變頻空氣懸浮鼓風(fēng)機提供，氣水比為9.0:1.0。

采用3套管式紫外線(xiàn)消毒裝置，每套平均處理流量為1 389 m3/h，紫外消毒設備紫外線(xiàn)劑量在15~22 mJ/cm2。此外，預留應急時(shí)NaClO的投加及相應管路系統，出水經(jīng)巴氏計量槽計量后排入臨近明渠作為生態(tài)補水。

4.3 污泥處理單元

污泥處理單元由污泥緩沖池、離心式濃縮脫水一體機及污泥料倉組成，設5套離心濃縮脫水一體設備（4用1備），每套處理量為50 m3/h，剩余污泥含水率由99.4%降至80.0%以下，每日運行16 h。輔助設施包括污泥切割機、污泥進(jìn)料泵、加藥泵、沖洗裝置及制藥設備。每臺脫水機配套脫水后干污泥輸送泵，脫水污泥被送至料倉，兩套污泥料倉總容積為100 m3，卸料能力為30 m3/h。脫水機設兩套PAM制配系統，1用1備，配置能力為5 kg/h，配備5臺PAM投藥泵，單泵流量為1 500 L/h，投加點(diǎn)位包括污泥脫水前和污泥緩沖池。

4.4 加藥單元

加藥間藥劑配置采用液態(tài)藥劑，包括混凝劑PAC、碳源NaAc、檸檬酸和NaClO，設卸藥泵，流量為20 m³/h，并配置藥劑儲罐及投配系統。PAC藥劑投加點(diǎn)為好氧池出水端，單泵流量為350 L/h；NaAc投加至生物池缺氧區補充碳源，單泵流量為500 L/h；檸檬酸原位清洗投加至產(chǎn)水泵吸水管、酸洗池和水洗池；NaClO原位清洗投加至產(chǎn)水泵吸水管、堿洗池、水洗池和反沖洗池。

4.5 除臭及通風(fēng)單元

除臭采用生物除臭，所需密閉、收集及除臭的構筑物及設施主要為進(jìn)水及預處理單元、二級生化單元和污泥脫水機房等，除臭為兩套系統，總風(fēng)量為100 000 m³/h。

車(chē)間內地下一層過(guò)道、二層管廊、鼓風(fēng)機房、加藥間、膜設備間、細格柵、膜格柵、曝氣沉砂池等設備集中區域采用機械排煙、自然補風(fēng)的方式；脫水車(chē)間、儲泥池、變配電間、生物池上部及地下一層走道和二層管廊采用加壓送風(fēng)。設計選用單速導翼型風(fēng)機和高溫雙速消防風(fēng)機，雙速消防風(fēng)機平時(shí)低速排風(fēng)，火災時(shí)高速排煙。脫水機、變配電間、MBR膜池及生物池上部、地下一層走道采用單速導翼型；泥庫、鼓風(fēng)機房、加藥間、膜設備間、預處理區、儀表間及地下一層走道及地下二層管廊采用高溫消防風(fēng)機；脫水間、變配電間及地下一層走道采用單速消防加壓送風(fēng)機。共設置9套排風(fēng)（煙）系統，換風(fēng)次數根據區域性質(zhì)按3~8次/h設計。

5 結論

（1）該地下式污水處理廠(chǎng)設計規模為10×10⁴ m³/d，采用AAO+MBR作為核心生物處理組合工藝，設計出水除TN和SS的限值分別為15 mg/L和10 mg/L，其他出水水質(zhì)均滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中地表水IV類(lèi)水標準，處理后尾水排入臨近明渠作為其生態(tài)補水，目前該污水處理廠(chǎng)正處于建設中。

（2）全地下式污水處理廠(chǎng)工藝設計需充分結合下沉箱體的各平面功能和豎向結構，為便于開(kāi)挖支護、地基處理及抗浮設計，箱體總體布置應將埋深相近的構筑物集中布設，達到同標高共底板。此外，從運維角度需重點(diǎn)統籌采光通風(fēng)和消防的設計，方可在保障污水處理廠(chǎng)安全運行的前提下節省運維成本。

（3）地下箱體平面布置應因地制宜，豎向上綜合利用。該工程結合帶狀地形將地下車(chē)行道布設在紅線(xiàn)的弧形一側單向通行，兩條水處理生產(chǎn)線(xiàn)并列緊湊的布置在另一側，以減少對用地的分割。并結合池體深度在豎向上的分布特點(diǎn)，利用生物池對應路段下方的空間設置應急溢流調節泵房和排水泵房，最大程度發(fā)揮豎向空間的作用。

（4）本項目總投資約6億元，單方投資約6 000元/m³污水，較常規地上式污水處理廠(chǎng)建造成本3 000元/m³污水增加約一倍，因此，當采用全地下式污水處理廠(chǎng)必須權衡周邊影響和投資成本兩者的關(guān)系。