九合一 大型污水厂集约化设计案例
随着污水量增加、水质标准提高和处理功能拓展，使污水处理厂建设用地需求不断增加，为节省污水处理厂占地，郑州新区污水处理厂二期工程格栅及沉砂池采用了集约化设计方案。该方案集合了粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水调节池、生物除臭装置、工具间、垃圾小车缓存间，共9种功能单元。通过对各单元工艺设计的详细介绍，总结了构筑物集约化设计的经验。
0 引言
污水处理厂作为城市水环境保护不可或缺的组成部分，对于改善城镇化环境质量具有重要的意义。在满足污水处理厂工艺要求的前提下，科学合理地使用土地，解决好近期、远期土地使用的关系，提高土地利用率已成为众多污水工程亟须解决的难题之一。本文总结了地上污水处理厂格栅和沉砂池集约化设计案例，从另一种角度提出了一种节省占地、集约化设计的做法，为地上污水处理厂如何节约占地提供了一种思路，旨在为相关工程提供参考。
1 工程概况
郑州新区污水处理厂远期规划总规模为120万m³/d。其中一期工程建设规模为65万m³/d（含污泥厌氧消化），污泥干化为300 t/d（以含水率80%计）；一期工程于2015年建成通水，出水水质指标优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。二期工程新增污水处理规模35万m³/d，设计出水主要水质指标达到地表水准Ⅲ类水体标准（TN≤10 mg/L）；同时将一期65万m³/d一级A出水主要水质指标提标至地表水准Ⅲ类水体标准（TN≤10 mg/L）；新增污泥干化焚烧1 000 t/d（含水率80%计）。
2 集约化设计
二期工程格栅和沉砂池土建规模按照远期55万m³/d一次建成，设备按照近期35万m³/d进行安装。根据2018-2019年一期工程实际进水水量的变化情况，二期工程总变化系数K总取1.5，近期高峰流量Qmax=21 875 m³/h。污水经过进水分配井→粗格栅→提升泵→细格栅→沉砂池进入后续处理构筑物。粗格栅采用悬挂移动抓斗式格栅除污机，细格栅采用内进流孔板式格栅除污机，沉砂池采用曝气沉砂池池型。
本项目将格栅和沉砂池进行合建，该单体集合了粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水调节池、生物除臭装置、工具间、垃圾小车缓存间，共9种功能单元，见图1~图3。设计阶段对设备安装、巡检、物料运输路由等影响因素进行了重点规划。
2.1 粗格栅及进水泵房
粗格栅及进水泵房1座（含进水分配井）。进水分配井直径13 m（内径），通过2根DN2 400配水管将污水分配至粗格栅。粗格栅分为2仓，每仓设4条进水渠道，渠道宽度1.6 m，每条渠道内设粗格栅1套，设备有效宽度1.5 m，栅条间隙20 mm，安装角度75°。进水泵房分为可独立运行的2仓，每仓设4处潜水离心泵泵位，共8处泵位；近期水泵4用1备，其中2台变频（规模35万m³/d），远期水泵6用2备（规模55万m³/d），Q=5 730 m³/h，H=20.00 m（19.70~22.00 m）。
2.2 细格栅及曝气沉砂池
细格栅及曝气沉砂池1座，分为4组。为保证细格栅配水均匀，每组细格栅前设配水渠1条，根据水力模型模拟，当配水渠道长度31~32 m，宽度7 m时配水效果较好。为防止配水渠底沉积泥沙，渠底布置曝气管。每组细格栅设3套内流式非金属孔板格栅，近期安装8台（6用2备），预留远期4台空位。单台细格栅过流能力Q=3 646 m³/h，孔隙3 mm。为防止内流式非金属孔板格栅设备故障时污水溢流，孔板格栅应设溢流超越渠。细格栅配套冲洗水泵位于细格栅渠道下方，冲洗水泵共11台，8用3备，Q=10 m³/h，H=80 m，冲洗水源为再生水。曝气沉砂池4组共8池，近期安装设备6池，预留远期2池。沉砂池高峰流量时水力停留时间8 min，沉砂池曝气量为0.2 Nm³/m³。
2.3 消防水池及消防泵房
根据《消防给水及消火栓系统技术规范》，本项目同一时间内的火灾起数按1起考虑。消防给水1起火灾灭火用水量应按需要同时作用的室内外消防给水用水量之和计算，两座及以上建筑合用时，应取最大者。郑州新区污水厂二期工程消防用水量最大的建筑为干化车间，经计算消防总水量为1 026 m3。消防水源采用污水厂处理后的再生水。本项目消防水池有效容积为1 050 m3，根据《消防给水及消火栓系统技术规范》要求，应设置能独立使用的两座消防水池，见图2。因工艺水力高程需要，细格栅及曝气沉砂池竖向标高位于设计地坪以上，可利用细格栅及曝气沉砂池下部空间设置消防泵房、再生水泵房、再生水调节池和消防水池，见图3~图5。
消防泵房内设室内消防水泵3台（2用1备），服务室内消火栓，水炮，自喷等消防设施，Q=50 L/s，H=90 m；设室外消防水泵2台（1用1备），服务室外消火栓，Q=40 L/s，H=45 m。
2.4 再生水调节池及再生水泵房
本项目污泥焚烧车间内设置2套应急冷却器，事故时需向应急冷却器内补充冷却水，冷却水水源采用再生水。单套应急冷却器需补水150 m3/h，水压需求40 m。设计应急冷却器最大连续工作时长6 h，共需再生水1 800 m3，设计再生水调节池有效容积2 000 m3。再生水泵房内设置再生水泵3台（2用1备），Q=150 m3/h，H=50 m。本项目应急冷却水与消防用水共用水池，为确保消防用水量不作他用，再生水泵吸水管管顶标高为7715 m（与消防水位相同），并在吸水管管顶设置25真空破坏孔，见图5。
2.5 生物除臭装置
根据项目环评报告要求，本项目除臭尾气排放标准执行GB 18918-2002表4二级标准。污水处理厂粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池的臭气需重点收集、处理和排放。
为节省占地，将生物除臭装置布置于细格栅配水渠道下部，根据除臭风量计算，需设2套生物除臭装置，每套处理规模4万m³/h，单套除臭装置尺寸31 m×4.52 m×3.4 m。
2.6 辅助工程设计
根据污水处理厂运行管理的需求，在细格栅配水渠道下方设置工具间和垃圾小车缓存间，见图2和图3。工具间建筑面积391.6 ㎡，层高3.88 m；垃圾小车缓存间建筑面积162.4 m2，层高2.98~3.88 m，最多可容纳68辆垃圾小车。细格栅配水渠下方布置结构柱时应注意预留物料运输路由，见图2。
3 结语
郑州新区污水处理厂二期工程格栅和沉砂池土建规模按照远期55万m³/d一次建成，设备按照近期35万m³/d进行安装。本工程将格栅和沉砂池进行合建，同时集合了粗格栅及提升泵房、细格栅及曝气沉砂池、消防泵房、消防水池、再生水泵房、再生水调节池、生物除臭装置、工具间、垃圾小车缓存间，共9种功能单元。本项目在设计阶段充分利用平面和竖向空间，集约化设计，达到了节省占地、降低工程费用的目的；并且对设备安装、巡检、物料运输路由等影响因素进行重点规划，实现了整体化、集约化、系统化和人性化的设计理念，可供同类工程参考。
