天津市某新建污水处理厂(一期)项目拟建规模为2万m3/d，远期总设计规模为8万m3/d，分期采用“2万m3/d+2万m3/d+ 4万m3/d” 3个半地下箱体布置，总占地面积约为90 000 m2。该工程设计面临三大难题：近远期水量变化幅度大，出水水质要求高，用地不规则。针对近远期水量变化幅度大，该工程采用3个半地下箱体布置，满足不同阶段污水量排放需求；同时，通过工艺方案比选及集约化厂区布置，在规划用地不规则的前提下实现出水达标。本文主要阐述了污水厂型式及二级处理工艺。根据该工程污水量预测结果，处理污水中大部分是居民及公共设施的生活用水，工业用水占比仅为5.3%。结合国家《污水排入城市下水道水质标准》(GB/T 31962—2015)和天津市地方《污水排放标准》(DB 12/356—2018)，同时考虑污水处理厂服务范围内的实际情况，确定该工程近期设计进水水质如表1所示。由表1可知：该工程BOD/COD=0.5，属于好生化性污水；一般认为，BOD/TN>4，即可认为污水有比较充足的碳源供反硝化菌利用，BOD/TN=3.57，碳源略显不足。为此该工程设置碳源投加系统，在进水BOD/TN较低时投加碳源，以确保TN的达标排放。BOD/TP=33.33，可采用生物除磷。
表1 工程设计进水水质
根据天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599—2015)，“城镇污水处理厂出水排入水环境，当设计规模≥10 000 m3/d时，执行A标准”的要求，该工程污水处理厂尾水排放执行天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599—2015)中A标准。该工程设计污水处理出水水质如表2所示。
表2 工程设计出水水质
注：每年11月1日-次年3月31日执行括号内的排放限值该工程生物处理采用改良型Bardenpho活性污泥工艺(图1)，用于强化生物脱氮除磷，深度处理采用“高效沉淀池+深床滤池”进一步去除COD及SS。污泥处理采用污泥离心浓缩脱水一体机，消毒方案采用“用泥处理采消毒+辅助臭氧脱色”工艺，根据该工程不同构筑物及设备产生臭气的特点，预处理构(建)筑物及生物反应池拟采用较成熟的生物滤池除臭工艺，污泥脱水机房采用“离子送风+生物滤池除臭”的组合方式。随着我国城市化水平和居民环境要求的提高，能够与周边环境协调、封闭性强、无二次污染的地下式(半地下、全地下)污水处理厂正在逐渐为城市污水治理工程建设提供新的思路。该工程选址边界西侧与居住区域直线距离不足140 m，规划环评要求“污水处理设施的卫生防护距离不小于200 m”，进一步降低了该工程可利用空间，该工程拟采用半地下式竖向布置型式。污水处理池上部加双层盖，上部种植绿化。生产活动均位于密封的地下(图2)。相对于全地下式布局，半地下式布局池体均位于地下，上部空间无任何生产设施，景观效果较好；设备可由生产区道路进出，安装方便；生产区设人员出入通道，景观区与生产区独立分隔，互不影响；臭气的密闭性好，对周围环境无影响；基坑深度较小，箱体突出地面约7～8 m，节约工程投资；同时，消防要求较高，需设置多个防火分区、消防楼梯、疏散口。五段Bardenpho由二级AO脱氮系统组成，进水分两路分别进入厌氧段(A)和第二个缺氧段(A2)，在工艺最前段设置厌氧除磷段。50%～70%进水首先在厌氧段与外回流污泥充分混合，污泥在厌氧区进行释磷反应后，进入第一级缺氧段(A1)，利用污水中的碳源对内回流中的硝态氮进行反硝化，然后进入好氧区进行有机物降解、硝化和磷的吸收。另外一部分污水直接进入第二级缺氧区(A2)，与来自前级好氧硝化段的污水混合，为反硝化提供碳源，完成上一级进水产生的硝态氮的反硝化。第二级好氧段(O2)出水部分内回流至第一级缺氧区。工艺流程如图3所示。本工艺结合了AAO和多级AO工艺两者的优点，主要特点如下。(1)充分利用多级AO工艺顺流反硝化的特点，大大减少内回流比例。该工程进水以生活污水为主，根据该工程出水水质要求，污水生化处理工艺需着重考虑TN的去除。“五段Bardenpho工艺”模拟自然界生物分解原理，创造适宜微生物生长的环境，分解有机污染物，是世界公认的先进高效工艺。除此以外，“五段Bardenpho工艺”具有节地、节能、高效、耐冲击等优势，脱氮除磷程度高，出水稳定可靠。同时，需结合天津地区污水处理的实际情况，并考虑后期的运营管理等因素。因此，该工程二级处理工艺采用“五段Bardenpho工艺”。该工程具有以下三大难题。首先，用地不规则。该工程用地位于三角地带，规划占地面积约为90 000 m2，实际扣除环评要求的退线区域，污水处理设施占地面积约为57 700 m2。传统地上厂土地利用率偏低，无法满足本项目占地需求，因此，考虑集约化程度高的地下厂型式，同时考虑造价问题，选用半地下型式。其次，该工程近远期水量变化幅度大。该工程远期规模为80 000 m3/d，根据地块整体开发计划，近期水量为20 000 m3/d，中期水量为40 000 m3/d，近期根据实际需求最小系列5 000 m3/d，单一半地下箱体无法满足如此大的水量波动。因此，该工程考虑采用3个半地下箱体布置，满足不同阶段不同污水量排放的需求。第三，出水水质要求高。该工程污水处理厂尾水排放执行天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599—2015)中A标准，其各项指标值均达到地表Ⅳ类质量标准。为满足出水水质要求，该工程二级处理工艺选用脱氮除磷程度高、出水稳定可靠的五段Bardenpho工艺。该工程总投资为28 775.96万元，其中工程费用为23 366.69万元。国内半地下式污水处理厂吨水投资约为4 500～5 500元(出水水质为国标一级A)，该工程约为常规半地下式污水厂的两倍，主要原因如下。(1)维护费用较高，场地现状为鱼塘，鱼塘多为淤泥质土，换填及基坑支护费用高；(2)该工程分期实施，除半地下箱体分三期实施外，其余均在本次工程范围，如综合楼、出水及回用水泵房等，一期投资比例偏大。(1)针对该工程近远期水量变化幅度大的问题，结合区域地块开发规划，创造性地提出“2+2+4”的三期建造方案，从而解决了污水厂远期规模大、近期水量小的难题。(2)二级处理采用“五段Bardenpho工艺”，通过在进水渠设置闸门，可以根据进水水量、水质的变化以及生反池内环境条件的变化灵活地调整运行模式，稳定脱氮除磷效果；深度处理采用“高效沉淀池+深床滤池”进一步去除COD及SS，同时，深床滤池预留反硝化模块进一步确保出水各项指标达到天津市《城镇污水处理厂污染物排放标准》(DB 12/599—2015)中A标准。
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