地下污水处理厂现状及发展前景探析

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【摘要】全球人口的增加和城市化进程使人们对合理开发利用城市地下空间（UUS）的需求日益迫切。地下污水处理厂（USTPs）作为UUS的一部分，在可持续城市化中发挥着重要作用。然而，较高的运营成本和较大的安全隐患等问题仍然限制着USTPs的发展。文章总结目前USTPs的应用，反映了USTPs的现状和新发展，并提出了一些发展建议。结合主要处理过程和生态价值分析，对USTPs的良好应用前景提供了有效展望，为今后USTPs的建设提供了参考。

【关键词】地下污水处理厂；生态价值；工艺技术；发展前景

1引言

活性污泥法（AS）自诞生以来已有100多年的历史[1]。在这段时间里，面向不同类型的污水处理过程出现了不同的处理目的，如厌氧/缺氧/好氧的（A/A/O）、缺氧/好氧的（A/O）、膜生物反应器（MBR）、移动床生物膜反应器（MBBR）。近年来，先后出现了序批式反应器（SBR）、氧化沟（OD）、反渗透（RO）膜、催化（CR）等，以这些处理工艺为主体的污水处理厂（STP）是解决水污染问题的重要设施，在改善城市生态环境和节约水资源方面发挥着重要作用[2]。由于成本投资、工艺技术、能源消耗和温室气体排放等方面的考虑，现有运行的电厂大多采用地上施工形式。为了减少气味、噪音和其他污染，这些地上污水处理厂（ASTPs）基本上都建在市郊或者远离市中心。过去在城市郊区的ASTPs，现在被新的住宅区包围，并逐渐成为新的城市中心。气味和噪音污染产生，并对附近的居民造成负面影响。因此，一个面积更小（仅为ASTPs的1/3-1/2）且无异味污染的环境友好型地下污水处理厂（USTPs）逐渐引起人们的关注[3]。城市地下空间被用来容纳各种城市基础设施，如地铁、地下停车场、地下购物中心和USTPs。合理开发利用地下空间可以缓解现代城市发展中的各种矛盾。21世纪是人类开发利用地下空间的新时代。发达国家和发展中国家在地下空间的勘探和利用方面进展迅速，科技创新中迎来了新的发展机遇。但是，USTPs在维护和升级过程中存在的技术问题也不容忽视。在设计和选择主要处理工艺时，必须综合考虑项目投资、污水总处理、出水水质要求、污泥产生等方面。合理、先进、有能力的主工艺对污水处理能力和处理效果至关重要，直接关系到USTPs的未来发展。然而，目前还没有文章系统地总结和讨论USTP的优缺点、主要工艺类型、存在的问题和未来的发展前景。为了弥补国内外对USTPs的研究空白，促进USTPs在污水处理领域的应用和推广，本文对USTPs的应用现状和发展前景进行了综述。为了实现这一目标，全面介绍了USTPs的结构特点，以及主流USTPs处理工艺的发展、变化和应用现状。针对污水处理厂在运行、安全、管理等方面存在的问题，指出污水处理技术的创新和突破以及施工技术的发展是污水处理厂可持续发展的关键。

2地下污水处理厂的发展趋势

不同污水处理工艺的USTPs总数及其年变化趋势。从目前统计的USTPs总数及其年变化来看，2000年以前USTPs总数不超过10个，均采用AS流程[4]。总的来说，2000年以后，污水处理工艺的类型趋于多样化，许多新的污水处理工艺，如曝气生物滤池（BAF）、SBR和MBR工艺也被用于USTPs。污水处理工艺的发展与社会发展状况、人们需求的变化和科学技术的进步密切相关。在2000年以前，城市污水中的污染物比较简单，主要是为了去除化学需氧量（COD）、氮和一些悬浮物[5]。废水的排放标准相对较低，而AS法是当时最成熟的技术。2000年以来，随着社会的发展，城市生活污水的组成变得复杂，难降解有机物增多，磷污染严重，甚至出现了一些新的污染物。仅依靠AS工艺无法满足人们对水质处理的要求。同时，人们在USTPs的规划设计方面积累了足够的经验，在技术的发展方面也有了很大的进步。这说明随着城市化进程的加快，城市污水处理厂的发展越来越好，污水处理厂的污水处理工艺也趋于多样化和高效化。这表明在保证高水质的同时，实现节能降耗将成为未来地下污水处理的主要目标。可以预见，随着污水处理技术的创新和地下开挖技术的不断进步，USTPs的处理规模将逐步增大。

3地下污水处理厂处理工艺的优势分析

与ASTPs相比，由于地质和环境风险的限制，USTPs对最佳污水处理工艺的选择有较高要求。通过工艺创新和流程优化相结合，降低运营和维护成本尤为重要。因此，工艺流程短、处理单元少、设计更方便的污水处理工艺越来越流行。自2000年以来，MBR、MBBR、SBR、BAF等一些占地小、体积负荷大、处理效率高、残留污泥产生低的污水处理工艺被广泛应用于USTPs。可以发现，A/A/O和MBR工艺在污水处理总量和总规模上都比其他工艺具有绝对优势。此外，与A/A/O工艺相比，MBR工艺在提升USTPs处理规模方面更具优势[6]。为了更好地分析各污水处理工艺应用于USTPs的优势，我们对各污水处理工艺的优缺点及处理规模进行了比较。MBR工艺具有占地面积低的优势，氮磷去除效率高，运行稳定，剩余污泥产生少，并可实现全自动控制等。MBR工艺是目前世界上最先进的废水回用工艺之一，特别适用于占地面积有限、自动化要求高的USTPs。它不仅可以用于脱氮除磷的二级处理，还可以与A/A/O工艺相结合进行深度处理。该工艺出水水质较高，可达到景观水或循环水的标准。目前采用MBR工艺和MBR＋A/A/O组合工艺的USTPs应用范围非常广泛。MBR工艺是最适合USTPs的处理工艺，但其建设投资大、运行维护费用高等缺陷严重影响了MBR工艺的广泛使用。USTPs在规划、建设和河床评估方面的成本很高。因此，要扩大MBR技术在USTPs中的应用，还需要找到降低MBR工艺成本的方法。从节约建设投资和运行维护费用的角度来看，A/A/O工艺具有明显的优势。

4地下污水处理厂的智能化发展

在考虑土地占用成本、网络投资成本和生态环境的情况下，智能化USTP是一种新型的低成本污水处理模式，是一种环境友好、资源密集型、可持续的污水处理模式[7]。因此，在城市土地资源日益稀缺的情况下，城市群发展前景可观。此外，运营成本高、安全风险大、技术突破等仍是USTPs发展中不可避免的问题。不同的污水处理工艺对应不同的智能化USTP设计和规划布局。不同废水处理工艺的选择不仅关系到出水水质，还关系到USTP的设计和建设成本、运行和维护成本以及安全性。因此，选择合理、成熟、有发展前景的污水处理工艺对智能化USTPs的长远发展至关重要。总体而言，从规划、建设、环境评估、运行和维护等方面都需要比ASTP更多的资源和成本，而且技术要求更高。这些问题可以通过经验的积累、技术的创新和技术的不断进步加以改善和解决。此外，城市地下空间的开发利用是一门涉及地质、结构、环境、市政、安全的交叉学科。

5实例应用

以广州市番禺区洛溪岛净水厂工程（已建成）为例，洛溪岛污水总规划规模10万m3/d，采用全地埋式建设，箱体按10万m3/d一次建设，设备按5+2.5+2.5万m3/d规模进行配置。截留雨水处理规模11万m3/d，设备按11万m3/d规模配置。处理工艺如下：污水处理工艺：粗格栅及进水泵房→网板细格栅→曝气沉砂池→膜格栅→MBR生物池→MBR膜池→紫外消毒→出水计量→外排珠江后航道。雨污水应急处理工艺：粗格栅及进水泵房→网板细格栅→曝气沉砂池→磁混凝沉淀池→排放泵池→出水计量→外排珠江后航道（见图1）。

6结语

随着城市污水污染组分的复杂性，污水处理工艺需要在未来的研究和应用中不断开发和创新，以满足未来城市污水处理的需要。本文分析发现改良A/A/O+MBR工艺是当前国内地埋式污水处理厂设计成熟且普遍采用的处理工艺。它们具有处理效率高、养分负荷高、运行成本低、占地面积小、资源循环利用效率高等优点，在用地紧张、急需污水处理的大城市可推广应用。建立一个有效的基础数据库，以此对地下污水处理厂设计进行规范指导，更有益于行业发展，避免重复建设，更好地进行生态保护。

作者:黄志敏 单位:中国市政工程华北设计研究总院有限公司广州分公司