基于贵阳南明河流域治理中地...式污水处理厂的SWOT分析_黎伟.pdf

基于贵阳南明河流域治理中地下式污水处理厂的 分析黎 伟 龚效宇 朱 令 张重乾 叶樑楷 徐 磊 谢蔚嵩（贵州省环境科学研究设计院，贵阳）摘 要：地下式污水处理厂正在全国被广泛应用，自贵阳建成投运第一座地下式污水厂 青山再生水厂后，在南明河流域陆续建成 座地下式 半地下式污水处理厂，设计处理规模达 万吨 天，这些地下式污水厂在南明河治理过程中发挥了重要作用。本文基于地下式污水厂在贵阳市的运用案例和运行效果，利用 分析模型对地下式污水厂的优势、劣势、机遇和挑战进行了分析，并提出了建议。关键词：南明河；地下式污水厂；分析中图分类号：文献标志码：，（，）：，：；城市污水处理厂选址问题一直是制约城市污水治理的重要因素之一。随着占地少、环境影响小的地下式污水厂推广应用，为城市污水治理提供了新的思路。我国香港地区 年建成亚洲第一个岩洞内的地下式污水处理厂 赤柱污水处理厂，台湾地区 年 月开始建设的内湖地下式污水处理厂并于 年投运。进入 年后，尤其是 年前后，大量地下式污水厂在中国各省市被广泛应用。地下式污水厂发展现状地下式污水厂也称为地埋式污水厂、下沉式污水厂，按污水厂构筑物与周边地面或路面标高关系，可分为全地下式、半地下式污水厂。据不完全收稿日期：；修回作者简介：黎伟（），男，硕士，工程师，研究方向：环境污染治理。：通讯作者：龚效宇（），女，硕士，工程师，研究方向：环境污染治理。：年第 期环 保 科 技 统计，截至 年，全国已建、在建地下式污水厂超 座，仅贵州省已建成地下式 半地下式污水厂共 座。地下式污水处理厂具有建设投资高、运行费用高、施工难度大，对交通、消防、通风、照明等要求较高等缺点，但也具有土地集约、环境友好、资源利用、布置灵活等优势。由于优缺点都很突出，地下式污水厂主要应用在污水产能迫切、经济条件较好、土地资源稀缺、景观和出水标准要求高的地区。房阔等统计 座地下式污水厂后提出，有超过 的采用 及其改良工艺，有 采用 工艺。孙世昌等认为地下式污水厂吨水成本是同等规模地上式污水处理厂的 倍，且增加的除臭和通风等设备的电耗可能达到总电耗的。戴仲怡等提出电耗在地下式污水厂污水处理经营成本中占比 。陈秀成指出地下式污水厂的照明、通风、除臭能耗分别为常规地上式污水处理厂的 倍、倍和 倍。但郝晓地等通过全生命周期综合影响评价研究认为地下式污水厂在环境影响、基建投资、生态效益的综合负面影响较地上式高出约，选址地下式污水厂的方式应慎重。根据已有研究数据，结合贵州已建地面和地下式污水处理厂建设、运行情况，相关数据如表 所示。表 地下式污水厂与地面式污水厂对比对比项传统地面式污水厂地下式污水厂吨水建设成本（元）吨水经营成本（元）吨水电耗（）吨水占地指标（）大气环境（卫生）防护距离 地下式污水厂在贵阳的应用截至 年，贵州省已建成地下式 半地下式污水厂共 座，设计总处理能力 万吨 天，其中在贵阳市境内 座，共 座分布在贵阳市南明河流域沿线，分布如图 和表 所示。年底贵阳建成投运第一座地下式污水厂 青山再生水厂，此后贵阳市陆续分散建成一批大、中、小型地下式污水厂，并在贵阳的水环境治理中发挥着重要作用。南明河流域已有 座污水处理厂，设计处理能力 万吨 天，其中地下式 半地下式污水厂数量和设计处理能力占总污水厂数量和设计处理能力比值分别为 和.。图 贵阳市中心城区河流及污水厂分布图 地下式污水厂 分析 优势分析 节约土地资源为了节省土地和投资，地下式污水厂构筑物设计普遍采用矩形池体等占地较小工艺和设计，并取消了池体间不必要的通道，建筑布局紧凑，通常采用池体层和操作层、地面层多层联合布置（如图 所示），而地面层可根据需要，进行多种多样的形式布置，因此占地面积通常为地面污水厂面积的 甚至更低，通常约 。根据统计分析，南明河沿线 座地下厂除龙洞堡厂因前期规划和配套需求占地较大外，通过统计各地下图 典型三层式地下式污水处理厂 年第 期环 保 科 技 式污水厂占地面积，按 工艺节约 用地、工艺节约 用地估算，其余 座地下厂共节约建设用地约 万。提高土地利用效率对于如贵阳市中心城区人口密集、污水量大、土地资源紧缺、传统地面污水厂选址困难等问题，通过地下式厂建设形式，在城市中心区河道周边利用成片的城市绿地、公园、老旧体育场馆、商业用地、公交车停保场、旧城棚户区改造等地下空间建设污水厂，解决了污水厂选址问题，提高土地利用效率。通过臭气、噪声等污染源的收集处理排放，解决污水厂大气环境（卫生）防护距离要求的周边 范围内土地的发展限制。通过统计估算，按 的圆形保守估算卫生防护距离，南明河流域 座地下厂节省对应的受影响卫生防护距离的土地为 万。节省管网建设运行投资表 贵州省地下式污水厂统计表所在区域名称工艺设计规模（万吨 日）建设形式设计出水标准南明河流域青山再生水厂改良 全地下一级 标，其中、氨氮为地表水 类标准南明河流域麻堤河再生水厂改良 全地下一级 标，其中、氨氮为地表水 类标准南明河流域龙洞堡污水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮为地表水 类标准，含部分工业水处理南明河流域三桥再生水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮为地表水 类标准南明河流域金阳再生水厂（三期）改良 填料半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域太慈再生水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域河滨再生水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域贵棉再生水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域贵钢再生水厂改良 填料全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域五里冲再生水厂全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域小关再生水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域贵医再生水厂全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域六广门再生水厂全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域松山再生水厂全地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域未来方舟再生水厂一期南明河流域未来方舟再生水厂二期半地下半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准南明河流域奶牛场再生水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准白云麦架河七彩湖再生水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准清镇东门河娃娃桥再生水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准白云区黑石头片区黑石头再生水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准双龙片区大坡污水厂改良 填料半地下一级 标，其中、氨氮为地表水 类标准遵义市虾子河污水厂半地下一级 标，其中、氨氮、为地表水 类标准毕节市七星关区五龙桥再生水处理厂 全地下一级 标毕节市七星关区大新桥再生水处理厂半地下一级 标兴义市兴义滴水污水厂全地下一级 标总计 注：污水厂地面层不高于周边路网和地面标高时称为全地下式。污水厂地面层高于四周路网或地面称为半地下式。标准涉及出水标准，一级 标指城镇污水处理厂污染物排放标准（）中一级标准 标准。地表水 类标准指地表水环境质量标准（）中 类标准。再生水厂的名称是因为贵阳市地下式污水厂设计出水指标中、氨氮以及、达到地表水环境质量标准（）类标准，在项目报批时称为再生水厂，以区别于出水标准一级 标准的污水厂。年第 期环 保 科 技 以贵阳为例，贵阳城区污水处理原规划采用末端大截排方式，原计划在南明河下游城市建成区末端建设大型污水厂进行集中处理，且由于南明河上游河道生态基流少，原规划需从末端大型污水厂将尾水提升到中心城区河道进行生态补水，不仅污水管网投资大，抽水管网投资和水泵运行费用也很高，而如果在城区修建传统地面式污水厂，可用地紧张，对周边居民和城市景观影响大，实施存在困难。贵阳利用城区南明河中上游及支流的河边空闲绿地等，将原规划的建设产能分散成多个处理规模 万吨 天的小型地下式污水厂，不仅降低原规划对河道主截污管网的容量需求和对河道行洪断面的占用，也降低了污水管网的巨大负荷，减少雨天管网溢流风险，节约管网投资。分布式建设的地下式污水厂产生的尾水可就近补充河道，节省了原末端大截排规划中计划每年近 万元的尾水提升费用。贵阳南明河分布式建设地下式污水厂的实践表明，对于老旧城区管网复杂、清污分流困难、新建管网投资大、防洪标准不达标等区域，通过建设小型地下式污水厂可为解决小片区的清污分流、黑臭水体、节省管网建设运行费用等问题提供新的技术方法。改善周边环境和配套传统地面式污水厂噪声、臭气等问题对周边影响较大，大气环境（卫生）防护距离要求高。地下式污水厂采用相对封闭的箱体，将臭气进行收集处理后排放，设备噪声在箱体内被隔绝减弱，污泥在厂区先进行处理再外运，降低了水、气、声、渣对周边环境的影响。贵阳早期建设的地下式污水厂多为地面绿地或公园，随着设计和建设技术的完善，新建地面设施可根据周边的需要建设为绿地公园、停车场、体育场馆、图书馆、科教馆、公交车站、公共设施、商业综合体、公寓等多种形式，可改善周边环境，增加城市功能配套，提升城市景观，见图。图 贵阳地下式污水厂地面实拍图及效果图 优质尾水就地回用除了早期已建成的地面式污水厂，在城区已很难再选址建设地面式污水厂，而这些已建地面污水厂设计和设备设施较为老旧，即使经过提标改造使出水标准达到一级 标准，也很难再进一步提升出水水质，因此在用地紧张的城区只能建设出水标准更高、占地更少、对周边影响较小的地下式污水厂。而因为地下式污水厂设备、管线、箱体一次建成后改造困难，后期很难进行重大提标和改造，大部分地下式污水厂在设计和建设时的标准通常较高，出水标准一般达到甚至优于一级 标，例如贵阳市区地下式污水厂设计出水主要指标中、氨氮、为地表水 类标准，其他出水指标达到一级。如图 所示，根据水质水量监测数据，南明河上游花溪河、陈亮河、麻堤河、小车河生态基流约 万吨 天（不含各支流上的污水厂尾水）。根据水量监测数据统计，在南明河如甲秀楼和新庄二期污水厂断面的总水量分别为 万吨 天和 年第 期环 保 科 技 万吨 天，其中污水厂尾水占河道总水量的比值分别为 和。贵阳市新建的地下式污水厂按分布式建设，更优质的尾水就近补充南明河，满足河道景观用水需要，避免河道干涸、河床裸露问题，也有助于提高河道的生态容量和自净能力。图 南明河主要河道断面水量构成图 尾水受气温影响更小相对于地面式污水处理厂，地下式污水厂由于池体层加盖且池体普遍置于地下，与大气相对隔绝，受气温和天气影响相对较小，较传统地面式污水厂保温效果更好，进出水温差更小，出水水温更高。此优势在北方寒冷地区更加突显，缓解北方污水处理厂冬季污泥活性因低温而大大降低的问题，有利于冬季运行时更加稳定。此外，地下式污水厂较高的出水水温也为后期中水回用和尾水供热制冷奠定了基础，与从河流、湖泊中取水的水源热泵供热制冷技术相比，污水源热泵技术不仅流量稳定，水温更高，处理后的水质相对于自然水体，减少了水中微生物、动植物、杂物等对水源热泵的损伤，降低水泵系统的维护频率和成本，且该技术属于资源再利用，避免了水源热泵在河流、湖泊等水体取水时严格的政府审批手续。劣势分析 施工难度大地下式污水厂通常将池体层甚至操作层置于地下，埋深为地下几米到几十米，贵阳市贵医再生水厂和六广门再生水厂埋深分别达到约 米和 米（如图 所示），是目前国内埋深最大的两座地下式污水厂。因下沉式污水厂多位于城市中心区，在设计和建设时涉及深基坑开挖、边坡支护、抗浮、防洪标准、施工安全等问题，施工组织设计要求高，施工难度大。建设成本高地下式污水厂土石方量大，土建和设备标准高、成本大，以及通风、除臭等设备的增加，导致建设成本高于地面式污水厂，由于不同地质条件和地面功能需要，并且随着人工和材料价格的上涨，部分新建地下式污水厂吨水投资达 元，贵州部分规模较小、埋深大、地质条件差或高边坡、地面建筑物承载重等地下式污水厂吨水投资已突破 元。检修难度大地下式污水厂内部空间狭小，操作空间小，采光差，池体较深，吊装设备的安装使用受限，设施设备的维护和检修较为困难。运行成本高地下式污水厂对通风、照明、消防等要求较高