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          達州市第三污水處理廠及配套管網一期工程可行性研究報告

          項目名稱:達州市第三污水處理廠及配套管網一期工程可行性研究報告

          項目類別:工程咨詢

          項目獲獎:四川省優秀工程咨詢成果一等獎

          項目位置:達州市達川區河市鎮昌紅村

          項目規模:1)新建達州市第三污水處理廠,設計總規模為30萬m3/d,本次建設近期規模15萬m3/d,配套相應的公輔設施等;2)新建中途污水提升泵站兩座,規模分別為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,設計總規模為30萬m3/d,本次建設近期規模15萬m3/d,配套相應的公輔設施等;新建中途污水提升泵站兩座,規模分別為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,出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)所要求的一級A標準,出水排入州河。該項目建設總投資約為13.16億元,資金來源于業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,建設內容較多,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的污水收集與處理問題,可謂是功在當代、利在千秋,是對于踐行習近平總書記語錄“綠水青山就是金山銀山”的最真實體現。3)廠區引入尾水排放發電設施,可將尾水排放的勢能轉換成電能,用于廠區照明及綜合樓的三級負荷,可有效的節省能耗,降低運行費用。4)通過收集系統的充分論證,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的污水以最節省能耗的方式,收集至污水廠。

          主要技術和要點

          1、截污管道設計工況復雜

          場外管道敷設條件復雜,既要結合現狀設施,也要滿足規劃條件,沿途架空、頂管等施工措施較多,對設計精確度要求較高;當管道覆土不足或超深、架空穿越障礙物、河溝和陡巖時,應根據不同情況,選用安全、經濟的方案。

          (1)、覆土不足或超深

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

          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設縫,縫寬20mm,內填瀝青麻絲。

          (2)沿既有擋墻外側敷設管道

          部分管段沿既有擋墻外側敷設,因擋墻建設時間較早,缺乏相關圖紙資料,難以確定其基礎埋深。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混凝土鎮墩,間距不應超過15m。鎮墩采用樁基,施工時應輔助于鋼套管成孔,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)自承重結構方式,管材為Q235B鎮靜鋼。管道根據管徑不同,綜合考慮在枯水期管道的強度要求及洪水期的抗浮要求,跨距不應超過15m。

          (4)頂管段

          管道若埋深較大,則采用頂管施工。結合管線走向及現場地勢,共設置三座工作井,其中兩座頂管井,一座接收井。工作井內徑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,整體包封C20混凝土,基槽采用砂卵石原槽回填,頂部設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,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。迎水側敷設1.5mm厚土工布,面層土袋堆砌。

          2、引入渦輪發電系統

          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高至少應設為282.50m,確定出水管標高為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。結合類似項目設計考慮,尾水末端的能耗可以有效的進行利用,作為廠區的三級負荷使用。

          考慮在尾水末端設置兩套螺旋渦輪發電機,螺桿渦輪是螺桿泵的進一步發展,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,并且能量被傳遞到驅動單元,產生的能量通過發電機轉化成電能。單個螺旋式渦輪機可產生高達500kW的功率,多臺渦輪發電機可并聯或者串聯放置,項目規??勺龅?0-2000kW之間。

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

          按照一年300天100kw.h發電量計算,每年可產生108萬kW.h電能,能節約432噸標準煤,減排1076噸二氧化碳,也能節約運行費用75萬元/年,能在8年內收回固定投入成本,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年前實現碳中和”的承諾做出應有基礎貢獻。

          3、廠區地基處理形式較困難

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

          2)廠區現狀地面高程為271.56~321.0m,最大高差50.00m。

          3)根據整個工藝流程要考慮州河洪水位標高,同時結合場地的挖填方工程量,確定廠區設計標高為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,生產區和泥處理區標高在282.50-283.0m,生活辦公區標高為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;第二是結合場地現狀場地標高,在滿足廠區整體標高要求的前提下盡量減少挖填方;第三是將管理辦公區場地提高,在視野上能更好的觀察整個廠區。

           4)地基處理方式

          本工程西南側為填方區,不計表層清表深度,按現狀地貌計算,最大回填高度為14m。為避免建構筑物及廠內管線出現不均勻沉降,導致次生災害。應對回填做相應處理。對于回填部分,應控制回填質量,確?;靥顗簩嵍?。常見方式為分層碾壓與強夯。分層碾壓根據碾壓機械,分層厚度一般在200~1500mm。每層碾壓遍數6~40次。強夯根據單擊夯擊能,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。本工程回填區域位于西南臨河側,距離居民區較遠,強夯施工存在作業條件。通過以上比較,優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、自動化及節能要求較高

          1)自動化的要求

          業主單位對廠區能耗指標要求盡量低,結合所選優質設備,配置了污水廠“工藝優化智能控制系統”,能夠實現污水廠全自動化控制(智慧污水廠)、精準曝氣等功能,以最大化的節約能耗。

          達州市第三污水處理廠的日常運行會遇到季節性的水質水量波動(如:冬季和夏季等)和突發性的水質水量變化(如:工業污水排放、管網漏損等)。此外,雨季和旱季等自然現象,也會對污水廠的進水水質和水量產生顯著的影響。與此同時,國家對于污水處理廠的出水水質和節能降耗的要求越來越高,因此污水廠的傳統運營方式需要革新,需要引入更加智能化和精細化的控制工具和管理手段。工藝優化智能控制系統應用模糊邏輯和閉環自動控制原理,針對生活污水處理廠復雜的生物處理過程,可以根據不同的運行條件(進水量、水質變化和環境溫度等)的變化,來實時調節曝氣時長或強度、污泥回流量和加藥量等工藝參數,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,因此可以得到穩定達標的出水,且能耗藥耗等運行成本顯著降低。

          2)系統節省能耗明顯

          污水處理廠中的生化系統是一個非常復雜的場景,在生化系統中的物理、化學和生化反應過程非常復雜,且很多反應過程互相有沖突,通過傳統的數學建模的方式,只能對場景進行部分模擬和預估,且在運行過程中環境條件隨時會發生變化。而采用模糊邏輯控制原理的工藝優化智能控制系統,可以完美地規避上述問題:

          (a)通過對生化系統工藝運行參數(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,使工藝運行參數更貼近事物的客觀真實狀態,通過建立連接工藝運行參數(在線監測儀表測量)和工藝設備運行工況(如風機、水泵、污泥回流泵、加藥泵、污泥回流泵等)的因果推理邏輯關系表達式(模糊規則),最終確保工藝優化智能控制系統給出及時而準確的工藝設備的輸出指令;

          (b)無需建立污水處理廠的反應動力學模型,規避了復雜的建模過程和由于建模不完善和參數估算帶來的系統誤差;

          (c)采用數學方法模仿人類思維方式,可以通過調整工藝設備的工作狀態,合理地優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)

          因此該系統非常適用于市政污水處理廠的工藝優化和智能控制,可根據工藝要求,結合進水的水質和水量波動實時動態地調節工藝設備的運行狀況,通過該系統對生化系統的曝氣、進水超越、內循環、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,能夠根據進水的水質和水量波動實時動態地調節工藝設備的運行狀況,并達到如下效果:

          污水處理藥劑的精確投加及優化控制,年藥劑節省量約為30%;

          生化處理系統運行效果的優化控制;

          在滿足工藝運行效果的前提下,污水處理設備用電量的節省,年鼓風曝氣設備電耗節省量約為25%;

          根據進水水質水量的波動,能夠智能化地調節污水處理單元的運行工況,確保出水穩定達標。

          本工程是一項保護環境、建設文明衛生城市,為子孫后代造福的公用事業工程,其社會效益明顯。

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

          (2)、該項目的建設,可改善區內投資環境,促進達州市經濟、貿易和旅游等全面發展。

          (3)、本工程是把達州市建設成為一座風景優美、經濟繁榮、社會穩定、生活方便的現代化城市的重要基礎設施,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,對下游地區的經濟發展、社會進步有促進作用,其社會效益巨大。

           效果圖

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          四川省優秀工程咨詢成果一等獎

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