地埋式污水处理厂技术及应用前景研究

2022-09-20廖之坚

低碳世界 2022年6期

廖之坚

（福州恒友水务有限公司，福建长乐 350200）

0 引言

地埋式污水处理厂与地面式污水处理厂最为显著的差异在于将污水处理的大部分、甚至全部构筑物集中在构筑物箱体，并将箱体埋设在地下，不仅大幅减少了占地面积，还降低了对附近环境的影响[1]。不仅如此，由于地下处于恒温状态，所以污水处理不会受到外界环境的干扰。因为上述优势，地埋式污水处理厂如今发展为生态文明建设的可持续绿色污染处理方案。但是地埋式污水处理厂在建设与运行的过程中也有许多问题尚未解决，如建设成本较高以及运营管理难度大等[2]。因此，地埋式污水处理厂积极进行技术升级，才能获得良好的发展前景。目前，地埋式污水处理厂技术及其应用前景是许多学者关注的重点。

1 地埋式污水处理厂的主要优势

1.1 减少对附近环境的危害

地埋式污水处理厂（图1）的所有污水处理设施均埋设在地下，所以设备在实际运行期间产生的噪声、振动对人们不会产生明显的干扰，对减少城市噪声污染具有积极的作用[3]。另外，由于地埋式污水处理厂处于地下，具有较强的空间密闭性，可以减小臭气对正常污水处理工作的影响，减少污水处理期间形成的臭气对附近环境的污染。特别是从城市附近区域的发展角度来说，传统的地面式污水处理厂需要设立一些隔离带，导致附近城市配套硬件设施受到影响。而地埋式污水处理厂顶部全部覆盖泥土，附近的公园、停车场以及商业设备自然不会受到地埋式污水处理厂的影响。

图1 地埋式污水处理厂的基本设计

1.2 节省占地面积

地埋式污水处理厂相较于传统的地面式污水处理厂而言，最为显著的优势便是节省占地面积。如今，城市用地十分紧张，所以科学地应用地下空间开展污水处理厂的建设、经营以及管理是城市用地规划十分关注的内容。相较于地面式污水处理厂，地埋式污水处理厂可以减小占地面积以及必要的卫生防护距离，有助于提高附近土地的利用效率。调查统计显示，我国当前的地面污水处理厂占地指标通常在8000～10 000 m2/（104m3·d），而地埋式污水处理厂的占地指标则仅在3000～5000 m3/（104m3·d），用地面积节省率达到37%～60%。

1.3 运行稳定

地埋式污水处理厂的大部分构筑物处于地下，不会遭受外界环境的干扰，水温基本处于恒定的状态，为污水生物处理工作提供了良好的环境与条件，使污水处理工作的运行更为稳定。

2 地埋式污水处理厂技术的应用情况

2.1 多级多段AAO的脱氮除磷处理方法

我国在20世纪就已经开展了分段进水厌氧-缺氧-好氧法（anaerobic-anoxic-oxic,AAO）技术的研究、开发以及应用。我国学者提出了许多有效的工艺技术，得到了十分广泛的应用[4]。例如，我国学者积极研发了多级多段AAO技术，该技术具有处理效率高、可以高效应用碳源完成脱氮操作、抗冲击负荷能力优秀以及可以节省碳源投入等优势，通过应用该技术，不仅可以显著提高污水处理工作的效率，同时能够有效节省企业投入的成本。

以我国某地埋式污水处理厂为例，该工程1期规模总计80 000 m3/d，是所在城市的首个地埋式污水处理厂，出水水质满足本地《城镇污水处理厂污染物排放标准》（DB 11/890—2012）内的B标准，且核心指标均符合IV类水水质的需要。生化池引入了3段AAO脱氮除磷技术，污水总停留时长为19.154 h，有效容积总计64 149 m3，污泥平均浓度可达到4500 mg/L，好氧泥龄为9 d，产泥系数定为0.85，气水之间的比值为6.5:1。生物池中各个分段好氧区的消化液可直接流进之后分段的缺氧区。可见，这种技术可以精简传统AAO技术的内回流设备，最大限度减少运行投入的成本。该地埋式污水处理厂建成之后每日的污水处理量较为稳定，经过脱氮除磷后的污水满足相关文件规范的要求。

2.2 生物除臭方法

结合实际调查情况可知，污水处理设备实际运行中产生的臭气主要源自如下位置和工序：①进水区域，该区域的臭气气味值为45，浮动范围为25～80。②格栅井以及泵站集水池，该区域的臭气气味值为85，浮动范围为32～136。③沉砂池，该区域的臭气气味值为60，浮动范围为30～90。④生化池，该区域的臭气气味值为50，浮动范围为21～101。⑤二沉池，该区域的臭气气味值为30，浮动范围为12～50。⑥二衬污泥提升工序，该工序形成的臭气气味值为45，浮动范围为26～82。⑦生污泥堆放区域，该区域的臭气气味值为200，浮动范围为30～800。⑧机械污泥脱水室，该区域的臭气气味值为400，浮动范围为50～770。通过分析上述数据可知，臭气值较高的区域主要集中在污水初期处理环节，包括沉砂池、提升泵房集水池等区域，同时包括污泥处理部分，包含脱水间以及储泥池，这些都是除臭的核心区域[5]。

地埋式污水处理厂的核心处理设施均处于地下较为密闭的空间中，因此施工人员必须第一时间处理污水加工期间产生的臭气，以实现地下空间日常生产以及养护，所以除臭系统是地埋式污水处理厂最为核心的构成部分[6]。如今，地埋式污水处理厂普遍采用生物除臭技术，即运用硫磺氧化细菌和硝化细菌等好氧性微生物分解污水中的硫化物以及氨等臭气物质，达到除臭的效果。臭气中留存的恶臭物质因填料表层的水分而溶解、吸收以及附着，继而被填料表层存在的微生物、氧化，形成不含臭味的氧化物。该技术具有抗冲击负荷强度高、适用范围广泛以及运转费用较低等优势，如今，大部分地埋式污水处理厂均开始尝试应用生物除臭技术，获得了十分理想的应用效果。

2.3 双层沉淀池技术及其运用

双层沉淀池技术是通过添加一层沉淀池底板，将原本的平流沉淀池隔断为两座并不深的平流沉淀池的技术。该技术在提高沉淀池处理效率的同时，能进一步加强祛浊的效果，同时可以有效缩短沉淀池中废水的停留时长[7]。因为适当加深了沉淀池的水深，双层沉淀池的池长得到缩减，占地面积也随之减少，满足地埋式污水处理厂的建设需求。

以地埋式污水处理厂为例，该污水处理厂最初的设计规模总计为200 000 m3/d，出水水质符合我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准的有关要求，该厂沉淀池选用双层沉淀池技术。地埋式污水处理厂将二沉池分为16个格，将表面负荷设定为0.9 m3/（m2·d），污水在该池子内停留时长平均为2.57 h，双层沉淀池容积总量为27 660 m3，上层沉淀区总长度为60 m，下层沉淀区总长度达到55 m，有效水深可达到3 m。现场设备的实际运行数据显示，当前二沉池固体悬浮物浓度去除率基本处于85%～99.2%，去污效果理想，运行十分稳定。由此可见，该技术显著提高了地埋式污水处理厂的工作效率及质量。

2.4 其他绿色技术

地埋式污水处理厂把污水处理的构筑物集中埋设在地下，所以地面空间与利用空间增加，大量的地面空间可以用于修建休闲生态公园，为城市居民提供更多的休息与服务空间。这些区域可以引入绿色技术，例如光伏发电及自然采光等技术，如此不仅能使得场地得到充分运用，同时能提高能源的运用效率，减少污水处理厂的能源损耗，节约投入成本。

3 地埋式污水处理厂的发展前景

我国曾将大型化、集中化视为污水处理厂建设的主要导向。从经济角度而言，大规模污水处理厂有一定的优势，例如，单位投入成本以及管理费用相较于小规模污水处理厂更低。但是大规模污水处理厂使用的排水管网系统规模需要扩大，埋深需要开挖更深的土层，且泵站提升费用增加，所以通常需要投入更高的成本，成本甚至超出污水处理厂的建造费用，这对于部分政府资金不足的区域而言，实施难度较高。我国大规模城市污水处理厂的建设同时容易受到城市规划的干扰，一方面，部分地区的城市整体规划设计不科学，城市排水管网系统没有依照预期规划的方向发展，所以在设计与修建污水处理厂的过程中，由于处理水量比预测水量高，水厂设计的整体规模增加，需要更多的资金。另一方面，部分城市政府部门仅着眼短期规划，在挑选污水处理厂建造位置时，倾向于选择城乡接合部或居民数量较少的区域，或是挑选一些尚未被纳入发展规划的区域，希望节约大规模污水处理厂的构建成本。由于对经济发展的预估出现问题，污水处理厂附近区域的发展速度加快，而污水处理厂的存在反而限制了当地的进一步发展。

因此，污水处理厂的建设应遵守因地制宜、从点至面的基本原则，即可以在源头或小范围内实现治理的污水，不建议扩大治理范围，尤其是含有重金属或是存在毒害污染物的工业废水，若不在“点”上治理，将严重影响大规模城市污水处理系统的正常应用。城市污水处理厂的建造必须结合当地的实际情况，如果地方政府没有足够的资金支持当地建立大规模的排水管网，可以修建小规模的地埋式污水处理厂。在建设小规模地埋式污水处理厂的过程中，要遵守就近处理、就近回收利用的原则。小规模地埋式污水处理厂的污水收集以及中水回用管网规模小，可节省资金，同时可以结合不同区域污水的质量，设计具有针对性的技术方案，加强处理效果。我国地埋式污水处理厂从集中向分散发展是必然趋势，许多发达国家的污水处理厂基本呈小规模化发展，如日本很多大城市中建设了20 000 t或30 000 t的处理厂。目前我国开始加快小城市的发展速度，而小城市适合建设小规模的污水处理厂。因为受到地形和环境的约束，部分小规模污水处理厂必须建于居民区或是商业中心邻近区域，如果希望避免或是减少污水处理厂对附近区域的影响，节省城市用地，则地埋式污水处理厂是最佳的选择。

另外，城市建设地埋式污水处理厂还可实现冬季保温，这对于我国北方相对寒冷的区域具有十分重要的现实价值。我国北方地区进入冬季之后，气温骤降，而地埋式污水处理厂在生化处理过程中会产生一定的热量，在保证处理效果的情况下，还能够节省由于保温而损耗的大规模能源。