地下式污水处理厂具有环境友好、土地集约等诸多优点,近年来在国内得到快速发展,已成为现阶段城市污水处理设施建设的重要选择。本文针对地下式污水厂建设投资较高、标准规范缺失、地上利用形式单一等问题,从节地型工艺、运营维护、建设模式等关键环节切入,结合本人主持实施的二十多座地下式污水处理厂,开展技术研究与工程实践,推动地下式污水处理厂的整体提升和良性发展。针对地下式污水处理厂的节地需求,分别开展了生化工艺和沉淀池的优化研究。对主流生化工艺进行优化,提出“多级AO+优化二次沉淀池+深度处理”优化工艺路线,并进行了工程实践。开展高填充率FBBR(Fixed Bed BioReactor)工艺的小试和中试试验研究,结果表明COD、SS、氨氮和总氮去除效果良好,出水可略过二沉池直接进入深度处理。金百污水厂(处理规模3万m~3/d)的设计方案对比表明,FBBR与AAO工艺相比,处理负荷显著提高。为了进一步提高矩形周进周出沉淀池的处理效果,通过中试试验和数值模拟,对影响配水和和颗粒物沉降的结构参数进行了优化,工程应用表明矩形周进周出沉淀池出水效果良好,表面负荷可达到1.5 m~3/(m~2·h)以上。对地下式污水处理厂设计运行的关键问题,预处理除砂、通风除臭、采光照明等进行系统研究,在此基础上对地下式污水处理厂工程技术规范的编制进行了初步探索。较为系统地研究了进水砂的组成,并通过优化曝气沉砂池气水比,将细砂去除率提升10.3%,减少了细砂对生化段处理效率的影响;系统考察了通风除臭系统正常运行和停机后的厂区及地面臭气浓度,为通风除臭系统的设计和事故处置提供依据;对地下式污水处理厂不同区域照明需求进行了系统分析,提出并应用了自然采光带与光反射系统相结合的照明系统,工程实践表明可节省照明能耗41.7%。分别从区域和流域角度对地下式污水处理厂的综合价值进行量化研究。采用大数据技术,应用双重差分法评价了北京地区地上和地下污水厂对土地价值的影响;结合南明河流域水环境综合治理项目,对地下式污水处理厂规划布局的综合经济优势进行定量分析。在此基础上,提出了集成多种公共服务功能的城市生态综合体,以及地上空间与区域产业协同开发的两种创新模式,开展了工程实践,为地上空间充分利用和综合价值提升提供指导。