王子軒

（蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州）

引言

近年來(lái)，國(guó)家對(duì)城建方面加強(qiáng)重視，污水處理廠(chǎng)建設(shè)已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成。在城市污水處理廠(chǎng)工程建設(shè)中，應(yīng)用海綿城市的理念能夠發(fā)揮其重要的作用。在按制功能方面，海綿設(shè)施不僅可以提高雨水下滲的能力，從而達(dá)到蓄水和凈水效果。利用高透水性材料，在降雨下滲過(guò)程中把污水中的重大粒子以及其他固體污染物和水面完全隔離，以證明物理水處理的優(yōu)勢(shì)。在接下來(lái)的研究中，以某城市一大型污水處理廠(chǎng)為例，通過(guò)在污水處理廠(chǎng)建設(shè)中應(yīng)用到海綿設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)該污水處理廠(chǎng)在處理污水時(shí)獲得更好經(jīng)濟(jì)價(jià)值，營(yíng)造更綠色的環(huán)境[1]。結(jié)合某一污水處理廠(chǎng)擴(kuò)建工程，并經(jīng)具體規(guī)劃，將海綿設(shè)施有效應(yīng)用到污水處理廠(chǎng)擴(kuò)建工程中，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)建廠(chǎng)區(qū)海綿城試點(diǎn)項(xiàng)目，有效落實(shí)雨水調(diào)蓄按制量和年度污染按制量。

1 工程概況

某市一大型污水處理廠(chǎng)總占地面積八萬(wàn)立方米，由于城市發(fā)展需求，現(xiàn)需對(duì)該工廠(chǎng)進(jìn)行擴(kuò)建，該污水處理廠(chǎng)處于沿海區(qū)域，該地年降水量較高，降雨頻率較大，年平均氣溫為二十五度，因此需考慮不影響沿海水域。在該工程中采用粗砂隔和沉砂池等設(shè)備，均按照城市污水處理規(guī)范進(jìn)行?？紤]到該工程施工時(shí)處于降雨高發(fā)期，采用防水材料進(jìn)行。該工廠(chǎng)內(nèi)大多數(shù)為綠樹(shù)植被，因此在施工時(shí)應(yīng)盡量保護(hù)植被完整，在不破壞綠植的前提下進(jìn)行施工。由于該地附近污水量在近幾年逐步增加，并在一年后進(jìn)行二次擴(kuò)建，在此次擴(kuò)建中，主要對(duì)海綿設(shè)施進(jìn)行應(yīng)用，并按照海綿城市規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，接下來(lái)對(duì)該工程內(nèi)二次擴(kuò)建中海綿設(shè)施的應(yīng)用進(jìn)行施工。

2 海綿設(shè)施在污水處理廠(chǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 功能區(qū)污染程度分析

某市污水處理廠(chǎng)由兩方面構(gòu)成，分別為處理區(qū)和附著區(qū)。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活，又分為預(yù)處理區(qū)、主體工藝區(qū)(生化處理和深度處理區(qū))、污泥處理區(qū)和辦公生活區(qū)等幾個(gè)功能區(qū)域。

其中城市下墊面中，居民區(qū)、道路、公園等城市地下污染主要是人為活動(dòng)造成的，由于污水處理廠(chǎng)一般情況下處于封閉狀態(tài)，其人員以及車(chē)輛流動(dòng)情況較小。而在污水處理廠(chǎng)內(nèi)部，由于一些生產(chǎn)生活而排放出的污染物，也會(huì)導(dǎo)致其廠(chǎng)區(qū)內(nèi)部污染程度加深。

由于一些工廠(chǎng)內(nèi)生產(chǎn)方式不同，因此污染程度也會(huì)存在不同。在正常情況下，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)污水處理廠(chǎng)下墊面污染程度為污泥區(qū)明顯高于預(yù)處理區(qū)域。其中當(dāng)污泥區(qū)污染物含量為八百毫克每升時(shí)，預(yù)處理區(qū)域的污染物含量?jī)H為100 毫克每升。但經(jīng)過(guò)一定量降水后，下墊面雨水會(huì)經(jīng)海綿設(shè)施使其污染物濃度降低，其主要原因是，在該污水處理廠(chǎng)一般為兩條“線(xiàn)”，分別為水線(xiàn)和泥線(xiàn)[2]。其中水線(xiàn)主要由礫石罐砂粒的厚細(xì)網(wǎng)格和爐渣構(gòu)成，其對(duì)應(yīng)區(qū)域?yàn)轭A(yù)處理區(qū)域。而泥線(xiàn)主要來(lái)源于脫水機(jī)房及其支撐結(jié)構(gòu)的污染物，由此導(dǎo)致泥線(xiàn)區(qū)域的污染物程度明顯比其他區(qū)域復(fù)雜。

2.2 海綿設(shè)施分區(qū)

基于設(shè)計(jì)目標(biāo)，海綿設(shè)施的建設(shè)可以區(qū)分每個(gè)目標(biāo)值，對(duì)場(chǎng)地的下墊面進(jìn)行分類(lèi)和匯總，在大面積上對(duì)特征相同、污染程度基本相同的下墊面進(jìn)行分類(lèi)，這將有利于LID 設(shè)施的選擇和存儲(chǔ)量的計(jì)算。在明確分區(qū)時(shí)，可將相關(guān)的室外池塘劃分為單獨(dú)的區(qū)域，利用水面的吸力功能，達(dá)到減少特定區(qū)域流量的目的；將下水道廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)周?chē)木G地與廠(chǎng)前的綠地和一些輔助生產(chǎn)建筑（構(gòu)筑物）一起創(chuàng)建，設(shè)施內(nèi)的混凝土路面和其他不透水區(qū)域也可以劃分為該區(qū)域，通過(guò)增設(shè)設(shè)備與海綿設(shè)施相結(jié)合，以達(dá)到海綿城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中工廠(chǎng)中的道路分區(qū)可以通過(guò)實(shí)現(xiàn)海綿城市設(shè)計(jì)目標(biāo)的難易程度來(lái)確定。

基于上述對(duì)各下墊面污染程度的分析，根據(jù)本項(xiàng)目污水處理廠(chǎng)的項(xiàng)目特點(diǎn)，需要確定擴(kuò)建廠(chǎng)區(qū)域的結(jié)構(gòu)布局、綠色布局方案、道路方向等。擴(kuò)建廠(chǎng)的面積，以有效利用污水處理廠(chǎng)廢水處理廠(chǎng)的容量，保證年總流量和按制擴(kuò)建廠(chǎng)土地區(qū)域內(nèi)的流量污染[3]。建議將其完全組合。根據(jù)地面高度、道路坡度、總體平面布局、道路高度以及廠(chǎng)區(qū)場(chǎng)地按制和管線(xiàn)布局，將其分為十九個(gè)區(qū)域。其中A1 到A4 為擴(kuò)建區(qū)域，可接納一定量降水量；A5 為高腐蝕性集水區(qū)域；S1 到S13 為下點(diǎn)面區(qū)域，其中包括綠地和屋頂?shù)?，作為海綿設(shè)施施工地點(diǎn)；S14 為該污水處理廠(chǎng)新建道路區(qū)域，此地區(qū)暫未進(jìn)行海綿設(shè)施施工。其中十九個(gè)分區(qū)具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 污水處理廠(chǎng)海綿設(shè)施分區(qū)情況

2.3 調(diào)蓄容積計(jì)算

在進(jìn)行海綿設(shè)施分區(qū)后，對(duì)區(qū)域內(nèi)調(diào)蓄容積進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算前，所有準(zhǔn)備工作均按照城市排水規(guī)劃施工標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，并在計(jì)算中各指標(biāo)也均符合標(biāo)準(zhǔn)。其中海綿設(shè)施分區(qū)后調(diào)蓄容積計(jì)算一般按下式來(lái)計(jì)算：

式中：V 為海綿設(shè)施分區(qū)后調(diào)蓄容積，單位為m3；H 為雨水深度，單位為mm；φ為綜合雨水徑流系數(shù)；F 為雨水分支面積，單位為m2。

其中上式（1）中提到的綜合徑流系數(shù)計(jì)算方式為：

式中：Q 為每項(xiàng)徑流系數(shù)；S'為每項(xiàng)面積；S 為總面積。

以S12 分區(qū)為例，計(jì)算分區(qū)徑流系數(shù)數(shù)值為：

廠(chǎng)區(qū)綜合徑流系數(shù)計(jì)算為：

所需調(diào)蓄容積按V=10HφF 進(jìn)行計(jì)算：

通過(guò)計(jì)算得到調(diào)蓄容積具體數(shù)值后，根據(jù)各區(qū)具體情況進(jìn)行海綿排水設(shè)施的構(gòu)建。

2.4 污水廠(chǎng)海綿排水

通過(guò)計(jì)算分區(qū)內(nèi)調(diào)蓄容積，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理排水。由于該污水處理廠(chǎng)為半地下式，其中屋頂排水設(shè)計(jì)需結(jié)合相關(guān)技術(shù)和各個(gè)分支連接關(guān)系，以完成整個(gè)排水海綿排水系統(tǒng)的形成。該大型污水處理廠(chǎng)中屋頂雨水排水設(shè)計(jì)中分為屋頂?shù)孛媾潘到y(tǒng)和屋面蓄排水層排水系統(tǒng)兩部分。該排水點(diǎn)內(nèi)集水溝增設(shè)穿孔管用來(lái)收集雨水，雨水可以通過(guò)集水溝內(nèi)排水渠管道流入到地面排水系統(tǒng)中。當(dāng)降雨停止時(shí)，由于降雨初期儲(chǔ)存在屋頂土壤和屋頂空隙中的雨水經(jīng)屋頂排水系統(tǒng)自動(dòng)流入到系統(tǒng)中排水口，多余水量沿排水層的蓄水池和坡度收集在箱外邊緣的集水口，并通過(guò)穿孔管流入到地面排水系統(tǒng)。

該污水處理廠(chǎng)地面總面積為兩公頃，正常情況下污水處理系統(tǒng)應(yīng)安裝在南北方向，但考慮到該污水處理廠(chǎng)位置特殊且南北方向空間狹小，選擇安裝在東西方向上。其中該污水處理廠(chǎng)東側(cè)下凹綠地約占一千六百平方米，西側(cè)下凹綠地面積約占七百平方米，下凹綠地總蓄水容積約為六百零五立方米，平均蓄水深度約為二十五厘米。以上數(shù)據(jù)均符合城市規(guī)劃施工標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。在降雨初始階段，將屋頂排水系統(tǒng)集水槽承裝的雨水經(jīng)過(guò)管道流入下凹綠地中，將地面排水系統(tǒng)承裝的雨水經(jīng)過(guò)植草溝流入下凹綠地中。經(jīng)時(shí)間雨水累積量增加，最終形成蓄水池。景觀(guān)帶和植草溝流入到下凹綠地的雨水排入到污水處理廠(chǎng)專(zhuān)設(shè)排水池中。當(dāng)降雨停止時(shí)，下凹綠地所積累的雨水會(huì)出現(xiàn)下滲現(xiàn)象，并通過(guò)排水井管道流入到地面污水排水系統(tǒng)中。地面污水排水系統(tǒng)收集雨水后，通過(guò)雨水滲透和地表徑流排出地表綠地，將地表徑流收集在沿人行道創(chuàng)建的接力型草坪種植園的溝渠中，最后通過(guò)下凹綠地排出[7]。在硬質(zhì)鋪裝收集雨水后，將其從副石中的收集井流入到地表排水系統(tǒng)。

3 結(jié)果與討論

在經(jīng)過(guò)上述海綿設(shè)施的設(shè)計(jì)，污水處理廠(chǎng)在對(duì)建設(shè)后對(duì)污染按制率進(jìn)行比較記錄，見(jiàn)表1。

表1 污染按制率

由表1 可知，下凹式綠地在經(jīng)過(guò)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)處理后污染物去除率為85%，植草溝經(jīng)過(guò)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)處理后污染物去除率為90%，普通綠地經(jīng)過(guò)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)處理后污染物去除率為95%，屋面經(jīng)過(guò)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)處理后污染物去除率為95%，硬質(zhì)鋪裝過(guò)海綿設(shè)施設(shè)計(jì)處理后污染物去除率為80%。并通過(guò)計(jì)算可以得出分區(qū)S12 的分區(qū)污染物去除率為75.05%，符合污染物去除標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

上述某市一污水處理廠(chǎng)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用海綿設(shè)施的設(shè)計(jì)，對(duì)該廠(chǎng)進(jìn)行污染程度分析后對(duì)其進(jìn)行海綿設(shè)施分區(qū)設(shè)計(jì)。并根據(jù)計(jì)算得出分區(qū)調(diào)蓄容積，最后實(shí)施海綿排水，污水處理廠(chǎng)的合理排水目前是企業(yè)發(fā)展的最重要一項(xiàng)，并通過(guò)本研究的施工設(shè)計(jì)可以合理提高污染物去除率。