小型地下污水處理廠設(shè)計(jì)概要

趙越

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

小型地下污水處理廠設(shè)計(jì)概要

趙越

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

依托國(guó)內(nèi)多個(gè)地下污水處理廠建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)小型地下污水處理廠的特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。小型地下污水廠地面層面積小，地面設(shè)施和建筑占用率高，難以作為公共綠地使用，在設(shè)計(jì)中應(yīng)擺脫大型地下污水廠將地面層整體利用為綠化公園的思路，發(fā)揮其規(guī)模小、靈活性高的優(yōu)勢(shì)，采用合理加蓋形式降低地下結(jié)構(gòu)埋深，提高集約化程度，統(tǒng)籌考慮地面建筑與景觀的關(guān)系，節(jié)約用地，減少造價(jià)，提高環(huán)境效益。

地下，污水處理廠，地下建筑

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和城市的快速擴(kuò)張，以及城市水環(huán)境治理的要求不斷提高，各地均加快了污水處理廠的建設(shè)步伐，其中地下污水處理廠發(fā)展勢(shì)頭尤為迅猛。

1 地下污水處理廠的建設(shè)現(xiàn)狀

一般而言，地下污水處理廠由于集約化的布置形式和處于地下全封閉的狀態(tài)，擁有對(duì)周邊環(huán)境影響小、景觀效果好、節(jié)約土地資源、不影響周邊土地價(jià)值等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市的邊界不斷向更遠(yuǎn)郊擴(kuò)展，使得過去曾經(jīng)遙遠(yuǎn)荒蕪的郊區(qū)成為新的商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)，原先設(shè)在郊區(qū)的污水處理廠同時(shí)面臨著污水量增加、擴(kuò)建土地匱乏或征地成本高昂、周邊居民對(duì)污水廠噪音、臭氣等投訴日漸增多等一系列困境。傳統(tǒng)的地上污水處理廠一般均要求不少于200 m的隔離帶，這更使得一部分土地實(shí)際上處于閑置狀態(tài)。在大城市土地資源愈加稀缺，土地價(jià)格不斷增長(zhǎng)的大背景下，地下污水處理廠的建設(shè)獲得迅猛發(fā)展也就不難理解了。表1列舉了近年來(lái)國(guó)內(nèi)建成通水的部分地下污水處理廠。

表1 近年來(lái)國(guó)內(nèi)地下污水處理廠概況一覽表

由于污水處理廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)同步帶來(lái)“水、泥、氣、聲”等問題，也就是尾水的排放、污泥的處理、臭氣的處理和排放、以及噪音污染的治理，國(guó)內(nèi)許多大城市的污水處理廠建設(shè)都出現(xiàn)了集中化和大型化的趨勢(shì)，即廢除城區(qū)內(nèi)歷史遺留的中小型污水處理廠，將污水長(zhǎng)距離輸送至郊區(qū)大型及超大型污水處理廠集中處理排放。這樣做的好處是集中處理“水、泥、氣、聲”四大問題，減小其對(duì)城市環(huán)境的影響，但同時(shí)大大增加了回用再生水管網(wǎng)的敷設(shè)距離和運(yùn)行費(fèi)用，給再生水的利用帶來(lái)了不便。

因此本著就地收集、就地處理、就地回用，且不影響周邊環(huán)境的思路，小型地下污水處理廠成為許多北方水資源匱乏城市的解決這一矛盾的選擇。

2 小型地下污水處理廠的特點(diǎn)

雖然同為地下污水處理廠，但小型地下污水處理廠與大型地下污水處理廠在一些地方存在顯著的差異。

2.1 地面層的使用方式

由于地下污水處理廠將主要處理設(shè)施置于地下，地面上沒有傳統(tǒng)地上污水處理廠所常見的眾多構(gòu)筑物，大型地下污水處理廠一般將地面層用于建設(shè)綠化景觀、水景、公園等，其中大部分面積可向市民開放，成為城市公共空間。國(guó)外的大型地下污水處理廠還有將地面層建設(shè)為足球場(chǎng)等使用方式。

應(yīng)當(dāng)注意的是，由于污水處理廠自身功能的需要，以及作為大型地下建筑在通風(fēng)、消防等方面的必要設(shè)置，地下污水處理廠地下箱體結(jié)構(gòu)的地面層仍然需要設(shè)置一系列地面設(shè)施，包括：通風(fēng)井、排煙井、逃生通道、大型設(shè)備起吊孔、除臭系統(tǒng)排氣筒等。處于節(jié)約運(yùn)行能耗的考慮，許多地下污水處理廠在設(shè)計(jì)時(shí)還會(huì)設(shè)置一些采光井，利用自然采光來(lái)減少地下操作層燈具的使用。

根據(jù)對(duì)部分已建成地下污水處理廠的統(tǒng)計(jì)，8萬(wàn)m3/d以上規(guī)模的污水廠地下箱體結(jié)構(gòu)上部設(shè)施（不計(jì)自然采光開孔）所占用的面積一般為箱體結(jié)構(gòu)頂板面積的1.5%～3%；而3萬(wàn)m3/d以下規(guī)模的污水廠地下箱體結(jié)構(gòu)上部設(shè)施所占用面積可達(dá)箱體結(jié)構(gòu)頂板面積的3.5%～5%（見表2）。尤其考慮到地下建筑的每一個(gè)防火分區(qū)均需設(shè)置排煙井和一個(gè)直通地面的逃生通道，以及通常每個(gè)防火分區(qū)都設(shè)有的進(jìn)風(fēng)井和排風(fēng)井，地面設(shè)施的分布較分散，使得小型地下污水處理廠的地面層很難有大塊連續(xù)的綠地能夠在不影響污水處理廠運(yùn)行檢修的前提下開放給公眾作為公園使用。

表2 部分地下污水處理廠開孔率統(tǒng)計(jì)一覽表

2.2 輔助建筑物的布置

出于污水處理廠自身運(yùn)行的安全性及便利性考慮，地下污水處理廠在設(shè)計(jì)中并不會(huì)將所有功能區(qū)塊都置于地下箱體結(jié)構(gòu)中。通常會(huì)被考慮獨(dú)立放置于地面的輔助建筑物包括：

（1）綜合樓：便利性；

（2）主配電間；安全性；

（3）污泥處理設(shè)施：污泥運(yùn)輸車操作的便利性、部分工藝的安全性；

（4）臭氧制備間：液氧儲(chǔ)存的安全性；

（5）存有易燃易爆物質(zhì)的加藥間：安全性；

（6）其他。

由于大型地下污水處理廠通常擁有較大的廠區(qū)面積，放置于地面的輔助建筑不會(huì)顯著影響整個(gè)廠區(qū)的綠化率，而對(duì)于小型地下污水處理廠的設(shè)計(jì)而言，則需要盡可能地將輔助建筑合建于地下，這就需要發(fā)揮小型污水廠規(guī)模小、工藝靈活、污泥量少、藥劑使用量少的優(yōu)勢(shì)。

2.3 工程造價(jià)的組成

根據(jù)劉亞麗[1]等的研究，地下污水處理廠的建設(shè)投資費(fèi)用高于地面污水處理廠30%以上。在實(shí)際工程實(shí)踐中，地下污水處理廠相比地面形式所增加的建設(shè)投資除用于地下箱體結(jié)構(gòu)自身的建造外，還包括用于地基處理、基坑圍護(hù)、進(jìn)出通道的建設(shè)等。

相比大型地下污水廠，在小型地下污水處理廠的建設(shè)中，基坑圍護(hù)和進(jìn)出通道等顯然要在項(xiàng)目工程費(fèi)用中占據(jù)更高的比例。表3列舉了河南省某3萬(wàn)m3/d地下污水處理廠設(shè)計(jì)方案中各項(xiàng)費(fèi)用的占比，其中僅地下箱體進(jìn)出通道、大型基坑、地下整體式箱體結(jié)構(gòu)、地基處理4項(xiàng)就占據(jù)了工程投資39.7%。

3 小型地下污水處理廠的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 地面層的設(shè)計(jì)

地下污水處理廠常用的布局有三種，即全地下式雙層加蓋、半地下式雙層加蓋、和全地下式單層加蓋（見圖1～圖3）。

其中全地下式雙層加蓋的布局由于其密封性能好，景觀效果好，對(duì)周圍環(huán)境影響小，上部空間可以作為公共開放區(qū)域的特點(diǎn)而獲得了更廣泛的應(yīng)用。然而對(duì)于小型地下污水處理廠而言，因?yàn)槠涞叵孪潴w開孔率高且總體占地小，地面層的空間通常無(wú)法作為公共空間開放，僅能用于廠區(qū)綠化使用。在這樣的前提下，地面層的設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮采取與大型地下污水處理廠不同策略，包括：

表3 某地下污水處理廠工程造價(jià)組成一覽表

圖1 全地下式雙層加蓋示意圖

圖2 半地下式雙層加蓋示意圖

圖3 全地下式單層加蓋示意圖

（1）部分臭氣濃度較大和噪聲影響較高的處理單元，如預(yù)處理、污泥處理、鼓風(fēng)機(jī)房等采用全地下雙層加蓋；部分環(huán)境影響較小的處理單元，如深度處理等可采用全地下單層加蓋，在保證密閉性能的同時(shí)，減小構(gòu)筑物和基坑深度，降低工程造價(jià)。

（2）盡量將地面附屬建筑物布置在地下箱體結(jié)構(gòu)的正上方，統(tǒng)籌考慮地下箱體與上部建筑的設(shè)計(jì)。一方面能夠降低上部建筑自身的建設(shè)費(fèi)用，節(jié)約工程占地，同時(shí)合并布置除臭排氣筒、通風(fēng)井、逃生通道等設(shè)施，使廠區(qū)建筑更緊湊美觀；另一方面由于這樣的布置將更多的地下箱體上部面積留給建筑物而不是綠化，地下箱體頂部的覆土要求降低，可以采取地下箱體頂部薄覆土種植草皮，周邊空地種植高大喬木的綠化形式，在保證廠區(qū)景觀效果的前提下減小地下箱體結(jié)構(gòu)埋深，進(jìn)而降低工程造價(jià)。

（3）由于地面結(jié)構(gòu)和地面建筑在小型地下污水處理廠的廠區(qū)面積中占有更大的比重，這些建構(gòu)筑物對(duì)整體景觀效果的影響不可忽視。應(yīng)在地下箱體附屬結(jié)構(gòu)及地面建筑物的設(shè)計(jì)中與廠區(qū)景觀統(tǒng)籌考慮，使這些附屬結(jié)構(gòu)及地面建筑物本身成為景觀的一部分。例如圖4為法國(guó)馬賽Geolide污水處理廠將其地下部分的入口設(shè)計(jì)為玻璃穹頂。

圖4 Geolide污水處理廠的入口設(shè)計(jì)效果圖

3.2 輔助建筑物的設(shè)計(jì)

首先，在地下污水處理廠的設(shè)計(jì)中，考慮到污水處理廠管理工作的人性化和便利化，綜合樓一般會(huì)被放置于地面。同時(shí)，由于地下污水處理廠的空間布置形式具有在極端天氣情況下或事故工況下被淹沒的風(fēng)險(xiǎn)，出于增強(qiáng)供電安全性，增強(qiáng)事故處理保障性及減小事故損失的考慮，主配電間放置于地面也是被推薦的布置方案。如必須考慮將主配電間合建于地下，則應(yīng)考慮多重防止淹沒措施，包括：不限于多道進(jìn)水閘門、進(jìn)水速閉閘、雨水泵井和大功率排水泵、水密門等。

其次，不同于大型污水處理廠需要在廠內(nèi)完成污泥濃縮脫水和處理處置，小型污水廠產(chǎn)泥量少，一般不作為獨(dú)立的污泥處理處置中心，因此污泥濃縮脫水后外運(yùn)集中處理或在廠內(nèi)采用板框脫水后外運(yùn)進(jìn)一步處理都是合理的方式。不論機(jī)械脫水或板框脫水，合建于地下都不存在安全性問題，是可以選擇的布置形式，但脫水機(jī)房需要的高度較高，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意脫水機(jī)房豎向空間的合理利用，如利用地面層造景的地形起伏，令脫水機(jī)房的頂板標(biāo)高高于水處理區(qū)，在方便設(shè)備安裝及操作的同時(shí)控制底板深度，進(jìn)而控制造價(jià)。

再次，在藥劑的選用上應(yīng)優(yōu)先考慮安全性，而不是成本。例如：當(dāng)需要采用臭氧脫色工藝時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇安全性佳的空氣制備，而不是液氧制備。這樣能夠壓縮或消除防爆距離的限制，并盡可能地將加藥設(shè)施合建于地下。由于小型污水處理廠藥劑費(fèi)用的絕對(duì)值較小，采用更加集約化的布置方式帶來(lái)的土地節(jié)約有利于工程的整體經(jīng)濟(jì)性。

3.3 工程造價(jià)的控制

除了前述在廠區(qū)地面層設(shè)計(jì)中的合理布置實(shí)現(xiàn)對(duì)工程造價(jià)的控制外，還有一些措施應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中被特別注意。

（1）對(duì)于地下污水處理廠而言，埋深是決定工程造價(jià)的重要因素。通常而言，埋深較深意味著更高的基坑圍護(hù)費(fèi)用，導(dǎo)致地下箱體結(jié)構(gòu)所需工程造價(jià)較高。但是在工程實(shí)踐中，可能出現(xiàn)地下箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)底板標(biāo)高與土地持力層標(biāo)高接近的情況。在這種情況下，適當(dāng)調(diào)整甚至加深地下箱體的埋深能夠大幅度地減少地基處理費(fèi)用，進(jìn)而節(jié)約整個(gè)工程的造價(jià)，在高程設(shè)計(jì)中應(yīng)予以注意。

（2）小型地下污水處理廠的地下結(jié)構(gòu)相對(duì)于大型地下污水廠而言，擁有更大的周長(zhǎng)面積比，意味著基坑圍護(hù)費(fèi)用在工程整體造價(jià)中占有更高的比例。在設(shè)計(jì)小型地下污水廠時(shí)，應(yīng)注意盡量采用有規(guī)則形狀的地下箱體，避免不規(guī)則形狀和長(zhǎng)條形等周長(zhǎng)、面積比較大的形式，以節(jié)約基坑圍護(hù)費(fèi)用。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市的不斷擴(kuò)張，城市污水處理廠越來(lái)越面臨來(lái)水量增加，處理標(biāo)準(zhǔn)提高，新建和擴(kuò)建土地資源有限和環(huán)境影響要求提高等多重困境。地下污水處理廠由于充分利用地下空間、良好的密閉性、特別適合于土地資源高度緊張、環(huán)境要求高的城市中心區(qū)。小型地下污水處理廠由于其就地處理污水，就地再生水回用的特點(diǎn)，尤其適合于北方水資源匱乏的城市。

小型地下污水處理廠由于其自身特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)側(cè)重與大型地下污水處理廠有所不同，在設(shè)計(jì)中應(yīng)尤其注意：（1）采用合理的加蓋形式；（2）強(qiáng)化構(gòu)建筑物的集約化；（3）統(tǒng)籌考慮構(gòu)建筑物與綠化景觀的關(guān)系；（4）通過各種手段合理控制工程造價(jià)。

[1]劉亞麗，羅翔，陳治剛，范海英，吳君煒，楊毅，山地城市地下污水處理廠建設(shè)模式探索，城市規(guī)劃，2013，12（6），3-6.

港珠澳大橋海底隧道全面貫通

世界最長(zhǎng)、埋水最深的海底隧道——港珠澳大橋海底隧道近日全面貫通。

港珠澳大橋全長(zhǎng)55 km，是當(dāng)今世界最長(zhǎng)的跨海通道。因海面航道通航的需要和受空中航道限高的影響，其中的海底隧道被深埋在位于伶仃洋航道的東西人工島之間48 m深的海底。

該隧道由東西島頭的隧道預(yù)埋段和每節(jié)排水量達(dá)8萬(wàn)t的33節(jié)預(yù)制沉管以及長(zhǎng)約12 m重達(dá)6 500 t的“最終接頭”拼接而成，全長(zhǎng)約6.7 km，與東西兩個(gè)人工島一起，被稱為港珠澳大橋核心控制性工程，也被稱為交通工程中的珠穆朗瑪峰。

該隧道雙向6車道,設(shè)計(jì)時(shí)速100 km/h,設(shè)計(jì)使用壽命為120 a。下一步，港珠澳大橋建設(shè)者將加快海上東西人工島和隧道裝修工程的建設(shè)，力爭(zhēng)年底大橋具備通車條件。

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1009-7716（2017）08-0112-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.035

2017-06-05

趙越（1983-），男，江蘇南京人，碩士，工程師，從事排水工程設(shè)計(jì)工作。