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項目名稱：達州市第三污水處理廠及配套管網(wǎng)一期工程可行性研究報告

項目類別：工程咨詢

項目獲獎：四川省優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎

項目位置：達州市達川區(qū)河市鎮(zhèn)昌紅村

項目規(guī)模：1）新建達州市第三污水處理廠，設(shè)計總規(guī)模為30萬m3/d，本次建設(shè)近期規(guī)模15萬m3/d，配套相應(yīng)的公輔設(shè)施等；2）新建中途污水提升泵站兩座，規(guī)模分別為16萬m3/d及30萬m3/d；3）新建截污管道12.2公里，管徑DN1500~DN2200。

總投資：13.16億元

項目概況：

隨著達州市城市的快速發(fā)展，以及達州市整體排水布局的變化，達州市市委、市政府召開相關(guān)專題會議，要求達州市需按照“集中+分散”等原則，做好城市未來3-5年的污水收集處理工程，達州市第三污水處理廠及配套管網(wǎng)一期工程就是該背景下的重要組成項目。

該項目主要包括新建污水處理廠一座，設(shè)計總規(guī)模為30萬m3/d，本次建設(shè)近期規(guī)模15萬m3/d，配套相應(yīng)的公輔設(shè)施等；新建中途污水提升泵站兩座，規(guī)模分別為16萬m3/d及30萬m3/d；新建截污管道12.2公里，管徑DN1500~DN2200；新建污水管道專用隧洞560m；污水廠采用AAO+深度處理為主的三級處理工藝，出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》（GB18918-2002）所要求的一級A標(biāo)準，出水排入州河。該項目建設(shè)總投資約為13.16億元，資金來源于業(yè)主單位自籌及多渠道籌集。

本項目主要特點： 1）該項目投資額度較大，建設(shè)內(nèi)容較多，施工難度也較困難；2）通過該項目的實施能有效解決州河西側(cè)的污水收集與處理問題，可謂是功在當(dāng)代、利在千秋，是對于踐行習(xí)近平總書記語錄“綠水青山就是金山銀山”的最真實體現(xiàn)。3）廠區(qū)引入尾水排放發(fā)電設(shè)施，可將尾水排放的勢能轉(zhuǎn)換成電能，用于廠區(qū)照明及綜合樓的三級負荷，可有效的節(jié)省能耗，降低運行費用。4）通過收集系統(tǒng)的充分論證，以及截污管道的選線比較，最終采取了兩級低揚程提升，配套開鑿污水專用輸水隧洞，能保證將整個州河西側(cè)的污水以最節(jié)省能耗的方式，收集至污水廠。

主要技術(shù)和要點

1、截污管道設(shè)計工況復(fù)雜

場外管道敷設(shè)條件復(fù)雜，既要結(jié)合現(xiàn)狀設(shè)施，也要滿足規(guī)劃條件，沿途架空、頂管等施工措施較多，對設(shè)計精確度要求較高；當(dāng)管道覆土不足或超深、架空穿越障礙物、河溝和陡巖時，應(yīng)根據(jù)不同情況，選用安全、經(jīng)濟的方案。

（1）、覆土不足或超深

沿河邊敷設(shè)埋地管道，其管頂覆土不足1.5m時，不滿足抗沖刷深度要求。采用C20混凝土鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩的布置應(yīng)綜合考慮抗浮穩(wěn)定以及管頂覆土壓力對管道強度及變形的影響，間距不應(yīng)超過15m，鎮(zhèn)墩埋深應(yīng)滿足抗沖刷深度要求。鎮(zhèn)墩表層布置直徑16（HRB400級）@200鋼筋網(wǎng)片。

埋地管道管頂覆土大于1.5m時，為保證管道的安全，采用C20素混凝土對管道進行包管，每邊寬出管道300mm。包封每15m設(shè)縫，縫寬20mm，內(nèi)填瀝青麻絲。

（2）沿既有擋墻外側(cè)敷設(shè)管道

部分管段沿既有擋墻外側(cè)敷設(shè)，因擋墻建設(shè)時間較早，缺乏相關(guān)圖紙資料，難以確定其基礎(chǔ)埋深。該段河床下有較厚的粉砂層，承載力較低。同時枯水期水位基本位于擋墻外側(cè)坡腳處，為施工帶來困難。綜合抗浮、沖刷深度、施工條件及對既有擋墻的影響，考慮該段管線淺埋于河床，采用C20混凝土鎮(zhèn)墩，間距不應(yīng)超過15m。鎮(zhèn)墩采用樁基，施工時應(yīng)輔助于鋼套管成孔，避免粉砂塌孔。

（3）架空鋼管

針對部分管段位于地面以上，采取平直架空（坡度隨工藝確定）自承重結(jié)構(gòu)方式，管材為Q235B鎮(zhèn)靜鋼。管道根據(jù)管徑不同，綜合考慮在枯水期管道的強度要求及洪水期的抗浮要求，跨距不應(yīng)超過15m。

（4）頂管段

管道若埋深較大，則采用頂管施工。結(jié)合管線走向及現(xiàn)場地勢，共設(shè)置三座工作井，其中兩座頂管井，一座接收井。工作井內(nèi)徑7m，壁厚400mm。

（5）過河段

本工程過河段主要為兩處，前者河道均為巖石，施工時應(yīng)滿槽澆筑C20混凝土，確保管道四周包封厚度不小于500mm；后者為雙管埋設(shè)，整體包封C20混凝土，基槽采用砂卵石原槽回填，頂部設(shè)1m厚C20毛石砼護面。

（6）基坑支護

本工程管道因地勢原因，部分地段沿既有房屋敷設(shè)，對無放坡開挖條件，需采用排樁支護措施，確保既有房屋的安全；對存在有限放坡開挖條件，采用土釘墻施工，土釘放坡坡率為1:0.3。

（7）圍堰

本工程管道過河段及臨河段需做圍堰施工，為管道基坑開挖提供作業(yè)條件?？紤]頂部通車需求，圍堰寬度為5m。迎水面坡比1:2，背水面坡比1:1.5。迎水側(cè)敷設(shè)1.5mm厚土工布，面層土袋堆砌。

2、引入渦輪發(fā)電系統(tǒng)

按照達州市100年一遇洪水位282.00m計，若考慮浪高，本工程污水廠廠坪標(biāo)高至少應(yīng)設(shè)為282.50m，確定出水管標(biāo)高為282.10m，而州河該段的正常水位僅有270.50-271.00m左右，尾水排放還需消能。結(jié)合類似項目設(shè)計考慮，尾水末端的能耗可以有效的進行利用，作為廠區(qū)的三級負荷使用。

考慮在尾水末端設(shè)置兩套螺旋渦輪發(fā)電機，螺桿渦輪是螺桿泵的進一步發(fā)展，螺桿泵是將水抽起來，而螺桿渦輪中的水則向下流，渦輪由于水的流動而旋轉(zhuǎn)，并且能量被傳遞到驅(qū)動單元，產(chǎn)生的能量通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化成電能。單個螺旋式渦輪機可產(chǎn)生高達500kW的功率，多臺渦輪發(fā)電機可并聯(lián)或者串聯(lián)放置，項目規(guī)?？勺龅?0-2000kW之間。

根據(jù)選型，本工程項目選擇100-150kW的螺旋發(fā)電機（阿基米德螺旋），既發(fā)電，也消能，也利于排放管道的長期穩(wěn)定運行。

按照一年300天100kw.h發(fā)電量計算，每年可產(chǎn)生108萬kW.h電能，能節(jié)約432噸標(biāo)準煤，減排1076噸二氧化碳，也能節(jié)約運行費用75萬元/年，能在8年內(nèi)收回固定投入成本，也為我國提出的“二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的承諾做出應(yīng)有基礎(chǔ)貢獻。

3、廠區(qū)地基處理形式較困難

1）本工程廠址位于達州市河市鎮(zhèn)昌紅村龍家灣，場地高差起伏較大，北側(cè)臨山，地勢較高，南側(cè)是臨州河灘地，地勢較低。整個廠區(qū)地勢起伏較大，地形比較復(fù)雜。

2）廠區(qū)現(xiàn)狀地面高程為271.56～321.0m，最大高差50.00m。

3）根據(jù)整個工藝流程要考慮州河洪水位標(biāo)高，同時結(jié)合場地的挖填方工程量，確定廠區(qū)設(shè)計標(biāo)高為282.50-284.50m，場地為半挖半填場地。

整個場地大致分為兩個高差，生產(chǎn)區(qū)和泥處理區(qū)標(biāo)高在282.50-283.0m，生活辦公區(qū)標(biāo)高為284.20-284.50m，整個場地做錯層處理，第一是滿足場地排水坡度需要；第二是結(jié)合場地現(xiàn)狀場地標(biāo)高，在滿足廠區(qū)整體標(biāo)高要求的前提下盡量減少挖填方；第三是將管理辦公區(qū)場地提高，在視野上能更好的觀察整個廠區(qū)。

 4)地基處理方式

本工程西南側(cè)為填方區(qū)，不計表層清表深度，按現(xiàn)狀地貌計算，最大回填高度為14m。為避免建構(gòu)筑物及廠內(nèi)管線出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致次生災(zāi)害。應(yīng)對回填做相應(yīng)處理。對于回填部分，應(yīng)控制回填質(zhì)量，確保回填壓實度。常見方式為分層碾壓與強夯。分層碾壓根據(jù)碾壓機械，分層厚度一般在200~1500mm。每層碾壓遍數(shù)6~40次。強夯根據(jù)單擊夯擊能，常見分層厚度為4~8m。分層碾壓因碾壓厚度限制，施工時間較長，且壓實均勻性欠佳，但施工簡便，對周邊環(huán)境影響微弱；強夯施工時間較快，但施工時存在振動及噪音。本工程回填區(qū)域位于西南臨河側(cè)，距離居民區(qū)較遠，強夯施工存在作業(yè)條件。通過以上比較，優(yōu)選用強夯作地基處理，強夯采用6000kN·m能級點夯實，1000kN·m滿夯。

4、自動化及節(jié)能要求較高

1）自動化的要求

業(yè)主單位對廠區(qū)能耗指標(biāo)要求盡量低，結(jié)合所選優(yōu)質(zhì)設(shè)備，配置了污水廠“工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)”，能夠?qū)崿F(xiàn)污水廠全自動化控制（智慧污水廠）、精準曝氣等功能，以最大化的節(jié)約能耗。

達州市第三污水處理廠的日常運行會遇到季節(jié)性的水質(zhì)水量波動（如：冬季和夏季等）和突發(fā)性的水質(zhì)水量變化（如：工業(yè)污水排放、管網(wǎng)漏損等）。此外，雨季和旱季等自然現(xiàn)象，也會對污水廠的進水水質(zhì)和水量產(chǎn)生顯著的影響。與此同時，國家對于污水處理廠的出水水質(zhì)和節(jié)能降耗的要求越來越高，因此污水廠的傳統(tǒng)運營方式需要革新，需要引入更加智能化和精細化的控制工具和管理手段。工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)應(yīng)用模糊邏輯和閉環(huán)自動控制原理，針對生活污水處理廠復(fù)雜的生物處理過程，可以根據(jù)不同的運行條件（進水量、水質(zhì)變化和環(huán)境溫度等）的變化，來實時調(diào)節(jié)曝氣時長或強度、污泥回流量和加藥量等工藝參數(shù)，使活性污泥對污水中污染物的處理過程始終處于最佳狀態(tài)，因此可以得到穩(wěn)定達標(biāo)的出水，且能耗藥耗等運行成本顯著降低。

2）系統(tǒng)節(jié)省能耗明顯

污水處理廠中的生化系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的場景，在生化系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)過程非常復(fù)雜，且很多反應(yīng)過程互相有沖突，通過傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模的方式，只能對場景進行部分模擬和預(yù)估，且在運行過程中環(huán)境條件隨時會發(fā)生變化。而采用模糊邏輯控制原理的工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)，可以完美地規(guī)避上述問題：

（a）通過對生化系統(tǒng)工藝運行參數(shù)（如溶解氧濃度，氧化還原電位值、溫度、硝基氮濃度等）按照人類的思考方式進行模糊化處理，使工藝運行參數(shù)更貼近事物的客觀真實狀態(tài)，通過建立連接工藝運行參數(shù)（在線監(jiān)測儀表測量）和工藝設(shè)備運行工況（如風(fēng)機、水泵、污泥回流泵、加藥泵、污泥回流泵等）的因果推理邏輯關(guān)系表達式（模糊規(guī)則），最終確保工藝優(yōu)化智能控制系統(tǒng)給出及時而準確的工藝設(shè)備的輸出指令；

（b）無需建立污水處理廠的反應(yīng)動力學(xué)模型，規(guī)避了復(fù)雜的建模過程和由于建模不完善和參數(shù)估算帶來的系統(tǒng)誤差；

（c）采用數(shù)學(xué)方法模仿人類思維方式，可以通過調(diào)整工藝設(shè)備的工作狀態(tài)，合理地優(yōu)化某些相互沖突的需求（如硝化過程、反硝化過程、生物除磷過程等）

因此該系統(tǒng)非常適用于市政污水處理廠的工藝優(yōu)化和智能控制，可根據(jù)工藝要求，結(jié)合進水的水質(zhì)和水量波動實時動態(tài)地調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運行狀況，通過該系統(tǒng)對生化系統(tǒng)的曝氣、進水超越、內(nèi)循環(huán)、污泥濃度、泥齡、污泥回流、碳源和混凝劑投加單元的智能化控制，能夠根據(jù)進水的水質(zhì)和水量波動實時動態(tài)地調(diào)節(jié)工藝設(shè)備的運行狀況，并達到如下效果：

污水處理藥劑的精確投加及優(yōu)化控制，年藥劑節(jié)省量約為30%；

生化處理系統(tǒng)運行效果的優(yōu)化控制；

在滿足工藝運行效果的前提下，污水處理設(shè)備用電量的節(jié)省，年鼓風(fēng)曝氣設(shè)備電耗節(jié)省量約為25%；

根據(jù)進水水質(zhì)水量的波動，能夠智能化地調(diào)節(jié)污水處理單元的運行工況，確保出水穩(wěn)定達標(biāo)。

本工程是一項保護環(huán)境、建設(shè)文明衛(wèi)生城市，為子孫后代造福的公用事業(yè)工程，其社會效益明顯。

（1）、本工程實施后，可提高州河水質(zhì)，為城市服務(wù)，為社會服務(wù)?？筛纳瞥鞘惺腥?，提高衛(wèi)生水平，保護人民身體健康。

（2）、該項目的建設(shè)，可改善區(qū)內(nèi)投資環(huán)境，促進達州市經(jīng)濟、貿(mào)易和旅游等全面發(fā)展。

（3）、本工程是把達州市建設(shè)成為一座風(fēng)景優(yōu)美、經(jīng)濟繁榮、社會穩(wěn)定、生活方便的現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其社會效益十分顯著。

（4）、本工程有效地削減了有機物和N、P，改善了河道水質(zhì)，對下游地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展、社會進步有促進作用，其社會效益巨大。

四川省優(yōu)秀工程咨詢成果一等獎