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达州市第三污水处理厂及配套管网一期工程可行性研究报告

项目名称:达州市第三污水处理厂及配套管网一期工程可行性研究报告

项目类别:工程咨询

项目获奖:四川省优秀工程咨询成果一等奖

项目位置:达州市达川区河市镇昌红村

项目规模:1)新建达州市第三污水处理厂,设计总规模为30万m³/d,本次建设近期规模15万m³/d,配套相应的公辅设施等;2)新建中途污水提升泵站两座,规模分别为16万m³/d及30万m³/d;3)新建截污管道12.2公里,管径DN1500~DN2200。

总投资:13.16亿元

项目概况

随着达州市城市的快速发展,以及达州市整体排水布局的变化,达州市市委、市政府召开相关专题会议,要求达州市需按照“集中+分散”等原则,做好城市未来3-5年的污水收集处理工程,达州市第三污水处理厂及配套管网一期工程就是该背景下的重要组成项目。

该项目主要包括新建污水处理厂一座,设计总规模为30万m3/d,本次建设近期规模15万m3/d,配套相应的公辅设施等;新建中途污水提升泵站两座,规模分别为16万m3/d及30万m3/d;新建截污管道12.2公里,管径DN1500~DN2200;新建污水管道专用隧洞560m;污水厂采用AAO+深度处理为主的三级处理工艺,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)所要求的一级A标准,出水排入州河。该项目建设总投资约为13.16亿元,资金来源于业主单位自筹及多渠道筹集。

本项目主要特点: 1)该项目投资额度较大,建设内容较多,施工难度也较困难;2)通过该项目的实施能有效解决州河西侧的污水收集与处理问题,可谓是功在当代、利在千秋,是对于践行习近平总书记语录“绿水青山就是金山银山”的最真实体现。3)厂区引入尾水排放发电设施,可将尾水排放的势能转换成电能,用于厂区照明及综合楼的三级负荷,可有效的节省能耗,降低运行费用。4)通过收集系统的充分论证,以及截污管道的选线比较,最终采取了两级低扬程提升,配套开凿污水专用输水隧洞,能保证将整个州河西侧的污水以最节省能耗的方式,收集至污水厂。

主要技术和要点

1、截污管道设计工况复杂

场外管道敷设条件复杂,既要结合现状设施,也要满足规划条件,沿途架空、顶管等施工措施较多,对设计精确度要求较高;当管道覆土不足或超深、架空穿越障碍物、河沟和陡岩时,应根据不同情况,选用安全、经济的方案。

(1)、覆土不足或超深

沿河边敷设埋地管道,其管顶覆土不足1.5m时,不满足抗冲刷深度要求。采用C20混凝土镇墩,镇墩的布置应综合考虑抗浮稳定以及管顶覆土压力对管道强度及变形的影响,间距不应超过15m,镇墩埋深应满足抗冲刷深度要求。镇墩表层布置直径16(HRB400级)@200钢筋网片。

埋地管道管顶覆土大于1.5m时,为保证管道的安全,采用C20素混凝土对管道进行包管,每边宽出管道300mm。包封每15m设缝,缝宽20mm,内填沥青麻丝。

(2)沿既有挡墙外侧敷设管道

部分管段沿既有挡墙外侧敷设,因挡墙建设时间较早,缺乏相关图纸资料,难以确定其基础埋深。该段河床下有较厚的粉砂层,承载力较低。同时枯水期水位基本位于挡墙外侧坡脚处,为施工带来困难。综合抗浮、冲刷深度、施工条件及对既有挡墙的影响,考虑该段管线浅埋于河床,采用C20混凝土镇墩,间距不应超过15m。镇墩采用桩基,施工时应辅助于钢套管成孔,避免粉砂塌孔。

(3)架空钢管

针对部分管段位于地面以上,采取平直架空(坡度随工艺确定)自承重结构方式,管材为Q235B镇静钢。管道根据管径不同,综合考虑在枯水期管道的强度要求及洪水期的抗浮要求,跨距不应超过15m。

(4)顶管段

管道若埋深较大,则采用顶管施工。结合管线走向及现场地势,共设置三座工作井,其中两座顶管井,一座接收井。工作井内径7m,壁厚400mm。

(5)过河段

本工程过河段主要为两处,前者河道均为岩石,施工时应满槽浇筑C20混凝土,确保管道四周包封厚度不小于500mm;后者为双管埋设,整体包封C20混凝土,基槽采用砂卵石原槽回填,顶部设1m厚C20毛石砼护面。

(6)基坑支护

本工程管道因地势原因,部分地段沿既有房屋敷设,对无放坡开挖条件,需采用排桩支护措施,确保既有房屋的安全;对存在有限放坡开挖条件,采用土钉墙施工,土钉放坡坡率为1:0.3。

(7)围堰

本工程管道过河段及临河段需做围堰施工,为管道基坑开挖提供作业条件。考虑顶部通车需求,围堰宽度为5m。迎水面坡比1:2,背水面坡比1:1.5。迎水侧敷设1.5mm厚土工布,面层土袋堆砌。

2、引入涡轮发电系统

按照达州市100年一遇洪水位282.00m计,若考虑浪高,本工程污水厂厂坪标高至少应设为282.50m,确定出水管标高为282.10m,而州河该段的正常水位仅有270.50-271.00m左右,尾水排放还需消能。结合类似项目设计考虑,尾水末端的能耗可以有效的进行利用,作为厂区的三级负荷使用。

考虑在尾水末端设置两套螺旋涡轮发电机,螺杆涡轮是螺杆泵的进一步发展,螺杆泵是将水抽起来,而螺杆涡轮中的水则向下流,涡轮由于水的流动而旋转,并且能量被传递到驱动单元,产生的能量通过发电机转化成电能。单个螺旋式涡轮机可产生高达500kW的功率,多台涡轮发电机可并联或者串联放置,项目规模可做到50-2000kW之间。

根据选型,本工程项目选择100-150kW的螺旋发电机(阿基米德螺旋),既发电,也消能,也利于排放管道的长期稳定运行。

按照一年300天100kw.h发电量计算,每年可产生108万kW.h电能,能节约432吨标准煤,减排1076吨二氧化碳,也能节约运行费用75万元/年,能在8年内收回固定投入成本,也为我国提出的“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的承诺做出应有基础贡献。

3、厂区地基处理形式较困难

1)本工程厂址位于达州市河市镇昌红村龙家湾,场地高差起伏较大,北侧临山,地势较高,南侧是临州河滩地,地势较低。整个厂区地势起伏较大,地形比较复杂。

2)厂区现状地面高程为271.56~321.0m,最大高差50.00m。

3)根据整个工艺流程要考虑州河洪水位标高,同时结合场地的挖填方工程量,确定厂区设计标高为282.50-284.50m,场地为半挖半填场地。

整个场地大致分为两个高差,生产区和泥处理区标高在282.50-283.0m,生活办公区标高为284.20-284.50m,整个场地做错层处理,第一是满足场地排水坡度需要;第二是结合场地现状场地标高,在满足厂区整体标高要求的前提下尽量减少挖填方;第三是将管理办公区场地提高,在视野上能更好的观察整个厂区。

 4)地基处理方式

本工程西南侧为填方区,不计表层清表深度,按现状地貌计算,最大回填高度为14m。为避免建构筑物及厂内管线出现不均匀沉降,导致次生灾害。应对回填做相应处理。对于回填部分,应控制回填质量,确保回填压实度。常见方式为分层碾压与强夯。分层碾压根据碾压机械,分层厚度一般在200~1500mm。每层碾压遍数6~40次。强夯根据单击夯击能,常见分层厚度为4~8m。分层碾压因碾压厚度限制,施工时间较长,且压实均匀性欠佳,但施工简便,对周边环境影响微弱;强夯施工时间较快,但施工时存在振动及噪音。本工程回填区域位于西南临河侧,距离居民区较远,强夯施工存在作业条件。通过以上比较,优选用强夯作地基处理,强夯采用6000kN·m能级点夯实,1000kN·m满夯。

4、自动化及节能要求较高

1)自动化的要求

业主单位对厂区能耗指标要求尽量低,结合所选优质设备,配置了污水厂“工艺优化智能控制系统”,能够实现污水厂全自动化控制(智慧污水厂)、精准曝气等功能,以最大化的节约能耗。

达州市第三污水处理厂的日常运行会遇到季节性的水质水量波动(如:冬季和夏季等)和突发性的水质水量变化(如:工业污水排放、管网漏损等)。此外,雨季和旱季等自然现象,也会对污水厂的进水水质和水量产生显著的影响。与此同时,国家对于污水处理厂的出水水质和节能降耗的要求越来越高,因此污水厂的传统运营方式需要革新,需要引入更加智能化和精细化的控制工具和管理手段。工艺优化智能控制系统应用模糊逻辑和闭环自动控制原理,针对生活污水处理厂复杂的生物处理过程,可以根据不同的运行条件(进水量、水质变化和环境温度等)的变化,来实时调节曝气时长或强度、污泥回流量和加药量等工艺参数,使活性污泥对污水中污染物的处理过程始终处于最佳状态,因此可以得到稳定达标的出水,且能耗药耗等运行成本显著降低。

2)系统节省能耗明显

污水处理厂中的生化系统是一个非常复杂的场景,在生化系统中的物理、化学和生化反应过程非常复杂,且很多反应过程互相有冲突,通过传统的数学建模的方式,只能对场景进行部分模拟和预估,且在运行过程中环境条件随时会发生变化。而采用模糊逻辑控制原理的工艺优化智能控制系统,可以完美地规避上述问题:

(a)通过对生化系统工艺运行参数(如溶解氧浓度,氧化还原电位值、温度、硝基氮浓度等)按照人类的思考方式进行模糊化处理,使工艺运行参数更贴近事物的客观真实状态,通过建立连接工艺运行参数(在线监测仪表测量)和工艺设备运行工况(如风机、水泵、污泥回流泵、加药泵、污泥回流泵等)的因果推理逻辑关系表达式(模糊规则),最终确保工艺优化智能控制系统给出及时而准确的工艺设备的输出指令;

(b)无需建立污水处理厂的反应动力学模型,规避了复杂的建模过程和由于建模不完善和参数估算带来的系统误差;

(c)采用数学方法模仿人类思维方式,可以通过调整工艺设备的工作状态,合理地优化某些相互冲突的需求(如硝化过程、反硝化过程、生物除磷过程等)

因此该系统非常适用于市政污水处理厂的工艺优化和智能控制,可根据工艺要求,结合进水的水质和水量波动实时动态地调节工艺设备的运行状况,通过该系统对生化系统的曝气、进水超越、内循环、污泥浓度、泥龄、污泥回流、碳源和混凝剂投加单元的智能化控制,能够根据进水的水质和水量波动实时动态地调节工艺设备的运行状况,并达到如下效果:

污水处理药剂的精确投加及优化控制,年药剂节省量约为30%;

生化处理系统运行效果的优化控制;

在满足工艺运行效果的前提下,污水处理设备用电量的节省,年鼓风曝气设备电耗节省量约为25%;

根据进水水质水量的波动,能够智能化地调节污水处理单元的运行工况,确保出水稳定达标。

本工程是一项保护环境、建设文明卫生城市,为子孙后代造福的公用事业工程,其社会效益明显。

(1)、本工程实施后,可提高州河水质,为城市服务,为社会服务。可改善城市市容,提高卫生水平,保护人民身体健康。

(2)、该项目的建设,可改善区内投资环境,促进达州市经济、贸易和旅游等全面发展。

(3)、本工程是把达州市建设成为一座风景优美、经济繁荣、社会稳定、生活方便的现代化城市的重要基础设施,其社会效益十分显著。

(4)、本工程有效地削减了有机物和N、P,改善了河道水质,对下游地区的经济发展、社会进步有促进作用,其社会效益巨大。

 效果图

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