楊明軒

［上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092］

0 引言

污水處理廠作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，對(duì)于改善地區(qū)排水情況，保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障生產(chǎn)和人民的正常生活，改善地區(qū)整體面貌和形象，具有重要作用。目前國內(nèi)大多數(shù)污水處理廠均為常規(guī)地上式建設(shè)，常規(guī)地上式建設(shè)污水處理廠主要有工藝成熟，工程造價(jià)低等特點(diǎn)。但常規(guī)地上式建設(shè)污水處理廠仍存在占地面積大，浪費(fèi)土地資源，景觀較差等缺點(diǎn)。

在城市化進(jìn)程的推動(dòng)下，土地資源的高效利用以及建筑項(xiàng)目與其環(huán)境背景的和諧融合日益受到了廣泛關(guān)注。建設(shè)“環(huán)境友好、土地集約、資源利用”的集約化污水處理設(shè)施已然成為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)展方向。

1 集約化污水處理廠的優(yōu)點(diǎn)

相比常規(guī)地上分散式污水處理廠，集約化污水處理廠主要優(yōu)點(diǎn)如下：①構(gòu)筑物布局緊湊，節(jié)省了城市開發(fā)空間，助力周邊地塊的未來發(fā)展。②污水處理廠構(gòu)筑物整體布局，美觀性好，能與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)，不會(huì)影響周邊建筑的整體視覺效果。③池體全封閉，可以有效控制惡臭和隔絕噪聲污染，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，有效提升周邊土地價(jià)值。④構(gòu)筑物密閉性及保溫性能好，污水生物處理工藝溫度恒定、運(yùn)行穩(wěn)定。⑤全地下和半地下污水處理廠箱體頂部空間具有極高的開發(fā)潛力，這些區(qū)域可以用作城市公共設(shè)施，如綠化區(qū)、公園和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，也可以被考慮用于商業(yè)辦公建筑的開發(fā)。

2 集約化污水處理廠的形式

通過對(duì)目前國內(nèi)外在建和已建的集約化污水處理廠的設(shè)計(jì)形式進(jìn)行分類總結(jié)，目前集約化污水處理廠建設(shè)形式主要分為集約化地上式污水處理廠、集約化雙層加蓋半地下式污水處理廠、集約化單層加蓋半地下式污水處理廠、集約化全地下式污水處理廠4 種。

2.1 集約化地上式污水處理廠

集約化地上式污水處理廠也叫單層加蓋地上式污水處理廠，即將傳統(tǒng)分散式污水處理廠進(jìn)行節(jié)約化整體布置，取消箱體加蓋，構(gòu)筑物頂板高出地面4.0～5.0m，操作層上無建筑物。箱體四周均設(shè)置道路。該方案建設(shè)成本最低，因基坑集約化布置，部分情況下造價(jià)甚至低于常規(guī)污水處理廠，但該方案設(shè)備起吊運(yùn)輸難度較常規(guī)廠大，且頂蓋無法進(jìn)行二次開發(fā)。目前國內(nèi)案例有合肥市蔡田鋪污水廠三期工程（規(guī)模為10 萬m3/d）等。圖1 為單層加蓋地上式污水處理廠。

圖1 單層加蓋地上式污水處理廠

2.2 集約化雙層加蓋半地下式污水處理廠

圖2為雙層加蓋半地下式污水處理廠。集約化雙層加蓋半地下式污水處理廠，即傳統(tǒng)半地下式污水處理廠，污水廠操作層高度與室外地坪一致，對(duì)操作層箱體進(jìn)行整體加蓋，箱體覆土頂標(biāo)高控制7.00m 左右（相對(duì)標(biāo)高，廠區(qū)地坪標(biāo)高為0.00m）。該方案建設(shè)成本、運(yùn)行成本較大，但該種模式環(huán)境效益高，頂蓋可供二次開發(fā)。目前國內(nèi)已建設(shè)的案例有鄭州市南三環(huán)污水處理廠工程（規(guī)模為10 萬m3/d）、廈門市前埔污水處理廠三期工程（規(guī)模為20 萬m3/d）等。

圖2 雙層加蓋半地下式污水處理廠

2.3 集約化單層加蓋半地下式污水處理廠

單層加蓋半地下式污水廠，即在傳統(tǒng)半地下式污水處理廠的基礎(chǔ)上取消半地下箱體加蓋，構(gòu)筑物頂板高出地面0.3m，操作層上蓋建筑物。箱體四周均設(shè)置道路，并由中部設(shè)置兩個(gè)出入口直通操作層。該方案相較于傳統(tǒng)半地下式污水廠，取消箱體加蓋及箱體內(nèi)的相應(yīng)照明通風(fēng)，建設(shè)運(yùn)營成本有所降低，但頂蓋無法進(jìn)行二次開發(fā)。目前國內(nèi)已建設(shè)案例有松江西部水環(huán)境有限公司三期工程（規(guī)模為10 萬m3/d）、臨港污水處理廠三期工程（規(guī)模為10 萬m3/d）等。圖3 為單層加蓋半地下式污水處理廠。

圖3 單層加蓋半地下式污水處理廠

2.4 集約化全地下式污水處理廠

雙層加蓋全地下式，即全地下式污水處理廠，污水廠箱體覆土頂標(biāo)高與室外地坪一致，箱體覆土頂標(biāo)高采用0.00m，該方案箱體埋深過大，基坑支護(hù)費(fèi)用極高，需設(shè)置進(jìn)入地下箱體的專用通道，且運(yùn)行難度、成本、風(fēng)險(xiǎn)最大。但該種模式環(huán)境效益最高，頂蓋可供二次開發(fā)潛力最高，可以作為公園綠地、停車場(chǎng)、倉儲(chǔ)用地或者商業(yè)開發(fā)[1]。目前國內(nèi)已建設(shè)案例有泰和污水處理廠（規(guī)模為40 萬m3/d，頂部開發(fā)建設(shè)公園），貴陽貴醫(yī)污水處理廠（規(guī)模為5 萬m3/d，頂部開發(fā)建設(shè)高層商業(yè)綜合體）。圖4 為雙層加蓋全地下式污水處理廠，表1 為集約化污水處理廠對(duì)比。

表1 集約化污水處理廠對(duì)比

圖4 雙層加蓋全地下式污水處理廠

3 集約化污水處理廠的設(shè)計(jì)建議

（1）對(duì)于土地資源緊張區(qū)域的開發(fā)，建議采用集約化污水處理廠。若選址位于周邊環(huán)境敏感的城市核心區(qū)域，建議采用雙層加蓋半地下式污水廠或雙層加蓋全地下式污水廠，若周邊敏感目標(biāo)較少，盡量采用單層加蓋地上式污水廠以節(jié)省投資。

（2）全地下污水處理廠和半地下雙層加蓋污水處理廠在地下箱體構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可結(jié)合箱體頂部的二次開發(fā)預(yù)留相應(yīng)荷載。為合理利用后續(xù)可開發(fā)的面積，以區(qū)域的綜合開發(fā)為依托，采用產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)充、協(xié)作經(jīng)營和組合開發(fā)的措施，促使經(jīng)濟(jì)效益不高的生態(tài)管理項(xiàng)目與經(jīng)濟(jì)回報(bào)較佳的相關(guān)產(chǎn)業(yè)有機(jī)融合，充分利用地面部分的商業(yè)價(jià)值。

（3）全地下或半地下污水廠設(shè)計(jì)過程建議考慮設(shè)置調(diào)蓄池，一方面針對(duì)雨污混接問題對(duì)雨季原系統(tǒng)的合流水溢流進(jìn)行調(diào)蓄，減少系統(tǒng)的合流水溢流并為地區(qū)初雨處理創(chuàng)造條件。另一方面，在污水廠檢修及事故狀態(tài)時(shí)提供調(diào)蓄，并避免旱季的污水溢流[3]。

（4）全地下污水處理廠和半地下雙層加蓋污水處理廠在地下箱體設(shè)計(jì)時(shí)，除臭風(fēng)機(jī)及通風(fēng)需考慮備用，防止風(fēng)機(jī)故障等突發(fā)情況對(duì)污水廠正常運(yùn)維的影響。

（5）全地下污水處理廠和半地下雙層加蓋污水處理廠可考慮利用除臭設(shè)備的尾氣作為曝氣使用，充分利用箱體通風(fēng)換氣風(fēng)量，節(jié)省能耗的同時(shí)[4]。

（6）建設(shè)全地下污水處理廠和半地下雙層加蓋污水處理廠需考慮節(jié)省用地指標(biāo)時(shí)，宜選擇節(jié)地的工藝（MBR、一體化反應(yīng)沉淀池），可減少地下基坑圍護(hù)及相應(yīng)結(jié)構(gòu)費(fèi)用。

（7）地下污水廠通常缺少日光和自然光，可通過應(yīng)用光導(dǎo)照明技術(shù)，在白天基本取代了電力照明，降低了污水廠內(nèi)部的白天照明能耗[5]。

（8）地下式污水廠應(yīng)在進(jìn)水端設(shè)置兩道速閉閘，進(jìn)水速閉閘與進(jìn)水端液位聯(lián)動(dòng)，當(dāng)進(jìn)水端液位較高或污水廠內(nèi)運(yùn)行不正常時(shí)時(shí)自動(dòng)落閘，切斷進(jìn)水，保證運(yùn)行安全。為降低速閉閘的泄漏率，也可在箱體前的管道上設(shè)置閘閥提高保證率，避免特殊情況下污水淹沒箱體。

（9）建議消防部門對(duì)集約化污水廠項(xiàng)目進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)評(píng)估，考慮到污水處理設(shè)施的運(yùn)營特性，在確保安全的前提下適度增加防火區(qū)的面積，消防方案建議采用室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，有利于降低投資，方便施工及后期運(yùn)維。

（10）污水處理廠尾水可通過中水回用系統(tǒng)，用于廠區(qū)沖洗及綠化澆灌。同時(shí)考慮設(shè)計(jì)水源熱泵系統(tǒng)，通過利用尾水水溫與室外溫差，將尾水作為綜合樓在夏季空調(diào)制冷過程中的冷卻水和冬季供暖過程中的冷凍水，以減少空調(diào)系統(tǒng)的耗能量。

（11）為節(jié)約地下式污水處理廠運(yùn)行費(fèi)用，主體生化處理工藝采用多點(diǎn)進(jìn)水多段式AAO 工藝，可以充分利用進(jìn)水碳源，減少外加碳源投加量；設(shè)計(jì)過程中盡量采用智能加藥系統(tǒng)、精確曝氣系統(tǒng)等智慧化系統(tǒng)，精確控制處理過程的加藥量和鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，降低能耗藥耗。

（12）集約化污水處理廠基本為全混凝土加蓋設(shè)計(jì)，與常規(guī)污水處理廠相比，污水處理過程觀察難度較大，運(yùn)維人員對(duì)于過程儀表的依賴性更強(qiáng)，建議增設(shè)過程儀表及相近位置進(jìn)行聯(lián)鎖，防止儀表故障影響運(yùn)維情況的判斷，如水泵采用浮球和液位計(jì)雙保險(xiǎn)的設(shè)計(jì)。

（13）為方便后期運(yùn)維，集約化雙層污水處理廠上下層盡量采用樓梯，避免設(shè)計(jì)直梯。

（14）設(shè)計(jì)過程要慎重考慮廠區(qū)選址及地坪標(biāo)高設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)地坪標(biāo)高在滿足城鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高，除此外進(jìn)出口坡道上坡口處設(shè)置雨水溝且設(shè)置駝峰；進(jìn)出口坡道下坡口處設(shè)置雨水溝，截留順著坡道流入箱體內(nèi)的雨水，就近引入箱體進(jìn)水泵房或箱體出水泵房強(qiáng)排[6]。

（15）建議廠區(qū)備用柴油發(fā)電機(jī)，當(dāng)?shù)叵孪潴w因停電不能進(jìn)水時(shí)，可保證排澇泵房?jī)?nèi)污水臨時(shí)排入受納水體，避免污水淹沒箱體。

4 結(jié)語

我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和未來城鎮(zhèn)日益緊張的土地資源催生出國家對(duì)于集約化污水處理廠的迫切需求，目前集約化污水廠已成為城市污水處理設(shè)施發(fā)展的新趨勢(shì)。但現(xiàn)階段集約化污水處理廠數(shù)量較少，建設(shè)及運(yùn)營時(shí)間較短，缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，導(dǎo)致設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，制約集約化污水廠的發(fā)展。設(shè)計(jì)人員后期應(yīng)從各工藝段總結(jié)汲取經(jīng)驗(yàn)，提出完善設(shè)計(jì)階段需特別關(guān)注的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，為設(shè)計(jì)建造出低碳高效的集約化污水處理廠提供參考。