城市地下污水处理厂规模分类与工艺规模选择优化_刘阳.pdf

第2卷 第2期V o l.2 N o.2 2 0 2 3年4月 J o u r n a l o f A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A A p r.2 0 2 3城市地下污水处理厂规模分类与工艺规模选择优化刘 阳,张 平,孙秋霜(陆军工程大学 国防工程学院,江苏 南京 2 1 0 0 0 7)摘要:近年来,随着我国城市地下污水处理厂开发建设类型的不断增多,地下污水处理厂已成为城市市政工程建设的发展趋势。目前,我国城市地下污水处理厂规模类型还没有明确的标准规范,无法准确表达各城市地下污水处理厂处理规模的差异性。通过对城市地下污水处理厂处理规模和工艺分析,基于K-m e a n s算法,提出城市地下污水处理厂规模划分方法。根据城市地下污水处理厂不同污水处理工艺规模与数量的正态拟合,得出各工艺处理规模的分布曲线,明确各工艺的适宜规模类型。研究内容为城市地下污水处理厂规划与设计及工艺选择提供了参考依据。关键词:城市地下污水处理厂;K-m e a n s算法;规模分类;处理工艺 中图分类号:TU 9 9D O I:1 0.1 2 0 1 8/j.i s s n.2 0 9 7-0 7 3 0.2 0 2 2 0 4 1 4 0 0 2S c a l e C l a s s i f i c a t i o n a n d O p t i m i z a t i o n o f S e l e c t i n gP r o c e s s S c a l e o f U r b a n U n d e r g r o u n d S e w a g e T r e a t m e n t P l a n t s L I U Y a n g,Z HANG P i n g,S UN Q i u s h u a n g(C o l l e g e o f N a t i o n a l D e f e n s e E n g i n e e r i n g,A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A,N a n j i n g 2 1 0 0 0 7,C h i n a)A b s t r a c t:I n r e c e n t y e a r s,w i t h t h e i n c r e a s e o f t y p e s o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s i n C h i n a,u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t h a s b e c o m e t h e t r e n d o f u r b a n m u n i c i p a l e n g i n e e r i n g c o n-s t r u c t i o n.A t p r e s e n t,t h e r e i s n o c l e a r s t a n d a r d f o r c l a s s i f y i n g t h e s c a l e s a n d t y p e s o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s i n C h i n a,a n d t h e d i f f e r e n c e s o f t h e t r e a t m e n t s c a l e o f u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t-m e n t p l a n t s i n e a c h c i t y c a n n o t b e a c c u r a t e l y e x p r e s s e d.B y a n a l y z i n g t h e t r e a t m e n t s c a l e s a n d p r o c e s s e s o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s i n C h i n a,t h i s p a p e r p r o p o s e s a c l a s s i f i c a t i o n m e t h o d f o r s c a l e s o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s b a s e d o n t h e K-m e a n s a l g o r i t h m.A c c o r d i n g t o t h e n o r m a l f i t t i n g o f s c a l e s a n d n u m b e r s o f d i f f e r e n t t r e a t m e n t p r o c e s s e s o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s,t h e d i s t r i b u t i o n c u r v e o f d i f f e r e n t p r o c e s s s c a l e s i s d e r i v e d,a n d t h e a p p r o p r i a t e s c a l e o f e a c h p r o c e s s i s c l a r i f i e d.T h i s s t u d y p r o v i d e s a g o o d r e f e r e n c e f o r t h e p l a n n i n g,d e s i g n a n d p r o c e s s s e l e c t i o n o f u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t s.K e y w o r d s:u r b a n u n d e r g r o u n d s e w a g e t r e a t m e n t p l a n t;K-m e a n s a l g o r i t h m;s c a l e c l a s s i f i c a t i o n;t r e a t m e n t p r o c e s s 收稿日期:2 0 2 2-0 4-1 4基金项目:江苏省自然科学基金(B K 2 0 1 9 1 3 3 0)。第一作者:刘 阳,硕士研究生,主要研究地下空间规划与管理,9 2 1 1 4 9 1 5 4q q.c o m。通信作者:张 平,博士,副教授,主要研究地下空间规划,5 2 3 1 6 7 8 6 5q q.c o m。为保障城市的可持续性发展,将具有污染属性的市政设施地下化能够优化城市配置,改善城市可持续发展的环境条件和社会条件1。相较于传统地上污水处理厂,地下污水处理厂主体结构全部置于地下呈竖向立体分布,对设备操作层进行封闭,地面层进行综合利用,使其在地理位置与占用土地、气体排放与噪声控制、抵抗外界的影响和与周边经济环境相协调等方面有巨大的优势,这些优势在城市土地资源紧缺、土地价格昂贵、人口密度大和生活环境要求高的大城市中是无法替代的。特别是近年来,地下污水处理厂在国内许多城市的基础市政设施规划建设中越来越成为一种趋势,对城市的市政设施起到很好的补充发展作用。经过十多年的快速发展,我国建设地下污水处理厂的数量已经超过了全球其他地区。过快的发展速度导致行业标准和建设规范的不配套,从而造成地下污水处理厂设施建设没有参考标准与规范2。对于城市地下污水处理厂规模分类标准的缺失,目前解决方法大多是直接采用地上污水处理厂的划分标准,而地下污水处理厂的建设因为占地受限往往需要更加严谨的工艺选取和规划布局,规模也相应地比地上污水处理厂小3。若以地上污水处理厂的规模类型来划分城市地下污水处理厂,则导致分类结果不能准确表达各规模的差异性,使之产生无效的规模分类,给地下污水处理厂的施工建设和运行管理以及后续的其他研究增加难度与成本4。通过对1 2 0多座城市地下污水处理厂处理规模分析5,基于K-m e a n s算法,提出城市地下污水处理厂规模分类;通过对城市地下污水处理厂不同污水处理工艺规模与数量的正态拟合,对各工艺所适宜规模选择优化。1 国内外城市地下污水处理厂建设发展概况国外拥有较悠久的地下污水处理厂发展历史,自2 0世纪后半叶,芬兰、挪威、瑞典等北欧国家由于地下空间与隧道开采技术的进步和北欧地区寒冷的气候条件,纷纷开始建设地下污水处理厂并将其传播至欧洲各地,该区域也是世界上最早建设地下污水处理厂的地区,极大地推动了地下污水处理厂的发展,部分案例如表1所示6-8。表1 欧洲地区部分地下污水处理厂数据信息国家城市名称工艺规模/(万m3d-1)时间瑞典S t o c k h o l mk a p p a l aA S1 3.81 9 6 9荷兰R o t t e r d a mD o k h a v e nA S1 21 9 8 7法国M a r s e i l l eG o l i d eA S2 41 9 8 7芬兰H e l s i n k iV i i k i n m k iA S3 31 9 9 4英国E a s t b u r nN o v a lA S2 1.62 0 0 0挪威O s l oB e k k e l a g e tA S1 2.52 0 0 1法国T o u l o nT o u l o nAAO1 02 0 0 2法国M a r s e i l l eG o l i d e(扩建)B A F3 02 0 0 8瑞典S t o c k h o l mH e n r i k s d a lMB R8 6.42 0 1 5 2 0 0 0年前后,随着污水处理技术的进步和膜生物反应器(m e m b r a n e b i o-r e a c t o r,MB R)等新工艺的发展,地下污水处理厂在中国、日本、韩国及新加坡等国家兴起。不同于北欧,这些国家和地区建设地下污水处理厂的驱动是地少人多的高密度型城市和较多的山地地形,典型的如日本叶山町污水处理厂、韩国仁川污水厂和中国香港赤柱污水处理厂等。部分案例如表2所示9-1 0。表2 中国周边地区部分地下污水处理厂数据信息国家城市名称工艺规模/(万m3d-1)时间日本K a n a g a w aH a y a m aA S2.4 71 9 9 9韩国D a e g uD a e g uAAO4.52 0 0 2日本T o k y oU k i m aAAO1 02 0 0 3韩国Y o n g i nY o n g i n5段B N R1 12 0 0 5韩国I n c h e o nI n c h e o nAAO1 32 0 0 5韩国B u s a nB u s a nAAO+MB R1 02 0 1 5马来西亚K u a l aL u m p u rP a n t a iN o.2改良AAO3 22 0 2 0新加坡C h a n g iC h a n g iN o.2AAO+A n a mm