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李必清

李必清，男，博士，广州净水有限公司高级工程师、总工程师。从事给排水专业设计工作12年，完成各类市政工程项目设计100余项； 参与广州污水处理系统建设和运营管理18年，项目投资超过100亿元； 主持和参与省、部、市级科研项目10项； 发表论文40余篇； 授权发明专利8项； 荣获2019年广州市“岭南英雄工程”称号； 荣获广东省、广州市科学技术奖3项； 荣获住房和城乡建设部中国建筑科学技术奖2项。

2010年，全国首座全地下式污水处理厂在广州市白云区靖西建成并投入运行。 占地仅27亩（1亩≈666.67平方米），可处理污水15万立方米/天。 实际出水量非常好。 符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）A级标准。 近年来，广州建成的8座污水处理厂均为地下污水处理厂，国内其他城市也相继建设了一批地下污水处理厂。 广州污水处理厂建设由地上转向地下的主要原因是：①由于城市的快速发展，城市市政设施用地越来越少； ②已建的传统污水处理厂占地面积大，无法进行地面建设综合开发； ③将“邻避效应”改为“邻里效益效应”。 地下污水处理厂的上层除少数管理楼外，大部分为绿化公园； ④建设地下污水处理厂，可以盘活土地增长利润，为城市污水处理可持续发展筹集资金。 地下污水处理厂巧妙布局地下空间，地面形成花园景观，化解了“邻避效应”。 图1为广州市地下污水处理厂分布情况，表1为广州市区地下污水处理厂综合开发面积统计。

图1 广州市地下污水处理厂分布

从表1可见，已开发的地下污水处理厂占地面积10.71万平方米，综合收入总额约410亿元。 广州城市土地价值仍在不断上涨，地下污水处理厂的地面开发为污水处理企业实现可持续发展提供了强有力的资金支持，为广州水环保产业园的建设提供了场地支撑。

表1 广州市地下污水处理厂综合开发面积统计

注：每吨水处理成本包括人工、化学品消耗、电耗、材料消耗等，不包括折旧和大中修费用。

一、广州地下污水处理厂设计规划亮点

广州地下污水处理厂规划设计采用地下建厂、地上建花园的理念。 建有地下污水处理厂9座，地下空间深度约17m。 负二层为进污水总管、粗格栅、提升泵房，二层为细格栅、生化池、过滤器、鼓风机、配电室。 设施设计在负一层，地下污水处理厂地面设计为绿色公园。 以广州石井净水厂设计图为例。 图2为石井净水厂平面图。 地面仅有少量管理用房，绿地和湿地覆盖率超过用地面积的65%。 图3为石井净水厂。 地面湿地公园。 龙归厂三期、江高厂、健康城厂、西朗厂二期、大沙地厂二期五个污水处理厂采用AAO+MBR膜技术； 3 大观厂、礼教厂三期、石井厂污水厂采用AAO+二沉池+V型滤池工艺。 图4为石井净水厂地下空间布局示意图。

图2 石井净水厂地面景观

图3 石井净水厂湿地公园

图4 石井净水厂地下空间布局示意图

广州地下污水处理厂的规划、设计和建设呈现出以下特点。

（1）各地下污水处理厂均采用EPC总承包模式。 地下污水处理厂建设和设计方实现无缝技术对接。 土建结构的设计和施工合理衔接机电设备的供货、安装和调试。

（2）重点优化和改进水泵、鼓风机、曝气系统、过滤器、消毒系统和MBR膜元件等重要设备的工艺参数。 例如，MBR膜的膜通量选择为18-25L/(m2·s)等。

（3）为保证地下污水处理厂检修间不停机、污水不外溢，地下污水处理厂生产线通过阀门、管道连接。 每条生产线均可独立运行，方便某条生产线的整体维护。 流量调度和分配。

（4）地下污水处理厂地下空间结构工程荷载设计与地面综合开发工程相衔接。

(5)配电室设计有专门的防水措施。

（6）施工作业高峰期，对所有进出工地的员工采取人脸扫描、佩戴头盔芯片跟踪所有员工行程等安全管理措施。

2、地下污水处理厂数字化建设

地下污水处理厂综合管理平台集中部署在公司总部云端。 具有作业调度、应急指挥、业务数据分析、综合展示、集中运维等功能，节省系统建设和运维成本。 广州地下污水处理厂的运行已基本实现智能化管理。

2.1 已建系统的联动与协作

将现有地下污水处理厂的精准曝气控制系统、智能加药控制系统、智能回流控制系统、智能地秤称重系统、员工生命安全监控系统、智能安防系统等进行联动和协调，为多功能对具有变量、非线性、大滞后等特点的污水处理系统进行稳定控制。 图5是智慧污水处理运营管理平台示意图。 从而实现对碳源、除磷剂、消毒剂投加量更加精准的智能控制，在满足出水水质标准的基础上，节省药剂成本。 系统的联动协作，解决了厂内信息数据无法互通、人员数据重复报送、设备缺乏管理台账、人员缺乏绩效管理等问题。

图5 地下污水处理厂管理平台示意图

2.2 资产数据可视化

污水处理厂智能化管理，实现污水处理厂结构、管道、控制、电气等专业图纸的数字化、三维化，提高工厂结构、管道、配电自动控制等维护和故障排除的效率.，完成数据资产的继承和管理。 和分析。 图6为优化前地下空间管道布置图，图7为优化后地下空间管道布置图，图8为地下空间智能维护管理图，图9为地下空间泵BIM模型房间。

图6 优化前地下空间管线布置

图7 地下空间管线优化布置

图8 地下空间智能化维护管理

图9 地下空间泵房BIM模型

2.3 运营管理数字化

建立污水处理厂运行关键绩效指标评价机制，定期从管理质量、能耗分析、设备运行效率、运行流程等方面对污水处理厂运行状况进行综合评估实现基于控制中心的参数智能评估。 管理扁平高效。 工单涵盖日常检查、测试、工艺调整、安全控制等。 图10为地下污水处理厂日常巡检示意图。 自动化智能报表只需填写一次，消除二次录入，实现数据高效流动和业务全融合，为工厂无纸化办公提供支撑。 建立完善的设备运维管理体系，利用人机协作解决设备运维、维修标准化、规范化问题，实现各类业务的在线执行和管理。

图10 地下污水处理厂日常巡检示意图

2.4 广州地下污水厂控制系统优化

(1)旋流沉砂池的控制与鼓风机、气升阀、气冲阀、砂水分离器的周期运行装置联锁，增加了智能控制功能。

（2）为了提高二沉池的沉淀效果，在二沉池配水池前端安装了高清摄像头。 值班人员可以通过实时图像观察分配池污泥絮凝状况。 当发现异常情况时，可以及时调整相关设备的运行参数，减少漂浮污泥进入清洗池。 水箱，降低过滤器压力，将手动阀改为电动阀，优化控制程序，实现污泥阀周期性、顺序排放污泥，防止二沉池污泥浓度过高，保证二沉池水质稳定。 同时，在二沉池末端清水池中增设SS浓度检测仪器，与自动控制系统连接，并设置报警限值，当浓度过高时报警，保证正常运行。过滤器的操作。

(3)生化池在线控制

在地下污水处理厂生化池缺氧区与好氧区交界处安装在线氨氮、硝态氮、磷酸盐检测仪，分析厌氧前段硝态氮和厌氧前段氨氮、硝态氮。无氧结束。 通过监测缺氧区氮、终磷浓度，可全面监测生化池内反硝化除磷效果，形成污水生化处理过程5~6小时的预警诊断机制。 生化池在线仪表检测值指导智能系统调节内外回流比、溶解氧、曝气量、碳源投加量、化学除磷剂投加量，确保出水水质稳定达标。

（四）建立完善的报警系统

一旦检测到仪器或设备的报警信号，即可将报警信息通知给中央控制室、值班室人员以及与报警信息相关的人员。 对存在H2S、NH3泄漏隐患的车间等涉及人员安全的点设有声光报警提醒。 PC端和移动端同时记录并显示报警信息。 如果用户点击任何报警信息，系统屏幕将自动定位相应问题所在污水处理厂的实际位置。

(5)设备管理

实现设备的快速搜索定位，实时监测设备的温度、频率、电流、电压等，并生成曲线。 当监控数据超限报警时，系统结合经验模型，自动判断产生报警的故障部件。 基于零件级设备模型，关联并突出可能出现故障的零件，并提供有针对性的维护建议。

(6)管道管理

以三维形式完整、直观地展示隐蔽工程中各种工艺管道的布置情况，提高管道检查和维护的效率。 系统按类型分层展示管网，可控制显示或隐藏，详细展示各维度的管道属性、关联性、维护井分布位置以及统计信息和物联网监测数据。

3、地下污水处理厂运行实践

3.1高效污泥处理处置技术

污水处理厂污泥处理处置一直是社会各界关注的环境问题。 广州地下污水处理厂的污泥处理处置工艺由污水进出水水质、地下空间大小、处理时间、处理温度、处理压力、臭气收集去除等因素综合确定。 表2为广州市所有地下污水处理厂的情况。 污泥处理运行成本比较。

表2 广州市地下污水处理厂污泥处理运行成本

表3 靖西净水厂改进泵房异味处理效果

污泥进厂干化后，主要指标应符合以下标准：①5

3.2 地埋式污水除臭技术

广州的地下污水处理厂几乎被大型住宅区或商业区包围。 地下污水处理厂臭气处理效果直接关系到工程建设和运营的成败。 地下污水处理厂的臭气主要来源于入口粗筛、沉砂池、细筛、生化池、二沉池、污泥处理车间等工艺环节。 恶臭的主要成分为H 2 S、NH 3 和CH 4 等。地下污水处理厂恶臭处理设计时应考虑以下几点。

① 对地下空间一、二层进行气流分布和扩散模拟，绘制气流云图，利用空气动力学模型的计算结果，科学合理地布置臭气收集口、臭气管道收集系统、离子输送风系统。

② 多个组合工艺串联，提高臭气处理效果。

③粗筛、沉砂池、细筛、生化池、污泥脱水干燥区、污泥库区、污泥卸料区密封负压运行。

④污泥调节区、污泥输送区、密封盖周围、污泥仓区、污泥卸料区、离子风源设备区的换气次数应严格按照设计标准或优于设计标准。

⑤处理后废气排放塔高度为15m。

广州9座地下污水处理厂除臭采用生物法+化学法+催化氧化法+活性炭吸附法等不同工艺的系列组合，使厂区散发的臭气达到并远优于《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）标准和广东省地方排放标准《城镇地下污水处理设施通风及恶臭处理技术标准》（DBJ/T 15-202-2020），有效解决污水处理厂的“邻避效应”问题。

以靖西净水厂为例，靖西净水厂提升泵房臭气处理采用等离子技术+气动乳化技术+生物除臭技术的三级串联工艺。 表3为靖西净水厂提升泵房。 异味处理效果。 低温等离子体主要由气体放电产生。 它利用高频流光放电等离子体的特性，在废气中产生等离子体电离电场。 电离氧化、裂解有害气体，达到分解废气中有害物质的目的。 经等离子装置处理后的废气进入气动乳化塔，通过乳化塔内的乳化器进行气液交换净化。 净化后的气体然后进入生物塔。 根据生产过程中产生的有机废气量、温度、浓度、废气成分、负荷变化及环保排放指标，设计各工艺环节的参数。

3.3 再生水利用

2021年，广州9座地下污水处理厂经过AAO+MBR膜或AAO+砂滤主要工艺后，出水CODCr质量浓度为7～20mg/L，SS质量浓度为1～5mg/L /L，氨氮质量浓度0.10~0.50 mg/L，总氮质量浓度5~12 mg/L，总磷质量浓度0.1~0.5 mg/L。 地下污水处理厂出水已形成广州沙河孔、石井河、海珠湖等城市河流、湖泊的稳定水源，城市水环境质量全面改善。 广州城市再生水还广泛用于城市道路环卫和园林绿地用水、地下污水处理厂车间用水、建筑工地用水和洗车用水等。

2021年，广州再生水使用量达到5.9×108 m 3 。城市用水不仅减少了对自然水体的取水量，也减少了排入珠江的污染物量。 同时，广州市再生水利用还需解决几个问题：①制定出台工业、农业、商业和城市生活再生水使用价格制度； ②专项城市规划必须有完整的自来水系统规划、污水系统规划和雨水系统规划。 系统规划还应包括完整的再生水系统规划，城市道路应预留再生水管道空间； ③污水处理厂区应预留发展再生水设施的空间； ④政府部门和社会各界广泛参与和支持。

4.建议

广州地下污水处理厂建设运营已十余年。 地下污水处理厂的建成，解决了城镇污水处理厂建设、运行和维护的难题。 广州地下污水处理厂每天处理污水总量181万立方米，为广州打赢黑臭水体攻坚战的历史性成果，为弥补污水处理能力短板提供了基础支撑。 但研发工作仍需在以下几个方面开展。

（1）研究低碳源消耗的生物除磷新技术，精准控制碳源供应，筛选优势聚磷菌群，实现生物除磷反硝化系统减碳。 探索微生物群落细胞生产力低、碳源利用率高和硝酸盐呼吸能力强的特点，形成在线控制脱氮除磷的关键技术体系。

（2）开展污水处理厂污泥固碳技术研究，利用污水处理厂污泥生产生物质碳、园林绿化有机肥、土壤改良剂、海绵土、吸附剂和燃料等。

（3）开发高效除臭微生物菌群，保证地下污水处理厂联合工艺的整体除臭效果。

（4）开发污泥调理剂配方，为污泥脱水、干化和资源化利用创造良好条件。

（五）优先采用水泵、鼓风机、MBR膜组件、消毒设备等国产优良设备，使国产环保产业装备成为我国水环保产业的主力军。

（6）地下污水处理厂通过数字化信息模拟模拟工厂运行管理的全部真实信息，构建基于三维呈现的在线虚拟污水处理厂。 数字孪生污水处理厂将全方位采集污水处理厂区域内的人、事、物的动、静态信息，并可回溯过去、展示现在、预测地下污水运行状况未来的污水处理厂，形成物理与虚拟实体的联动与协作，实现实体污水处理厂的智能化管理和运营。

推荐参考

本文发表于《净水技术》2022年第8期“大家的话”栏目，欢迎水行业学者、科研人员和技术人员参考引用。 文献引用格式如下：

李碧清，唐霞，蔡赟，等。 广州地下污水处理厂数字化建设及运营实践探讨[J]. 水净化技术，2022，41（8）：1-7。

李宝清，唐旭，蔡勇，等。 广州市地下污水处理厂数字化建设与运营探讨[J]. 水净化技术，2022，41（8）：1-7。