全地下式泰和污水處理廠建設(shè)

韓 蒙

(上海城投水務(wù)工程項目管理有限公司，上海 200002)

1 項目背景

根據(jù)上海市污水處理系統(tǒng)專業(yè)規(guī)劃確定的目標(biāo)，上海市第六輪環(huán)境保護(hù)和建設(shè)三年行動計劃要求至2017年全市污水處理率達(dá)到90%以上。隨著寶山地區(qū)的發(fā)展和截污納管率的不斷提高，石洞口污水處理廠和竹園第一污水處理廠的污水處理量已經(jīng)達(dá)到設(shè)計規(guī)模。為滿足寶山地區(qū)污水量增長的需求，提高污水處理能力，減少污染物排放，改善蕰藻浜及其支流水質(zhì)，泰和污水處理廠的建設(shè)提上了議事日程。

泰和污水處理廠位于上海市寶山區(qū)規(guī)劃共富路、規(guī)劃梅林路、泰聯(lián)路、蕰藻浜北側(cè)綠化帶圍合的區(qū)域內(nèi)，污水廠規(guī)劃總規(guī)模為55～60萬m3/d，本次一期工程建設(shè)規(guī)模為40萬m3/d，工程服務(wù)范圍包括西至環(huán)西二大道、蕰川路，北到外環(huán)線、湄浦河，東至共和新路、北泗塘，南到走馬塘、蕰藻浜所圍區(qū)域，寶鋼吳淞工業(yè)區(qū)和蘇州河六支流服務(wù)范圍，總服務(wù)面積約115 km2。

由于項目地處上海市外環(huán)線(S20)內(nèi)，屬于上海市中心城區(qū)，周邊又緊鄰居民住宅區(qū)，最近的小區(qū)距離污水廠用地不足200 m，因此為最大限度減少污水廠設(shè)施運(yùn)行對周邊環(huán)境的影響，同時亦滿足用地規(guī)劃的控制要求，泰和污水處理廠采用了全地下式的布置形式，并與地面公共綠地、水系、建筑有機(jī)融合，全力打造優(yōu)宜的景觀環(huán)境，成為真正意義上的“環(huán)境友好型”城市污水處理廠。

2 建設(shè)規(guī)模及目標(biāo)

泰和污水處理廠規(guī)劃總規(guī)模為55～60萬m3/d，本次一期工程建設(shè)規(guī)模為40萬m3/d(其中污泥處理及尾水排放管的土建設(shè)施按遠(yuǎn)期規(guī)模一次建成)。為了減少雨季的溢流污染，同時也為滿足污水廠檢修及事故排放的調(diào)蓄要求，本工程還將新建一座容積為15萬m3的系統(tǒng)調(diào)蓄池。

泰和污水處理廠設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)如表1所示。出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中氨氮、總磷達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，尾水排入蕰藻浜；污泥處理至含水率≤ 40%后，外運(yùn)至石洞口污水廠集中處理處置；臭氣處理執(zhí)行上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/982—2016)中排氣筒及廠界排放限值。

表1 泰和污水處理廠設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)

3 關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用

泰和污水處理廠是目前上海建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最高、工程規(guī)模超大的全地下式污水處理廠，工程的建設(shè)項目總投資約40億元。

立足污水廠高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)目標(biāo)及全地下式的布置形式，并充分考慮后期運(yùn)維的相關(guān)需求和廠區(qū)用地的特殊復(fù)合屬性，本項目在處理工藝選擇、平面布置及豎向高程確定、地下空間適宜性深化設(shè)計、節(jié)能降耗和智能化運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置等方面都進(jìn)行了針對性的研究。

3.1 處理工藝的選擇

根據(jù)泰和污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)特點(diǎn)、污水處理要求及上海實(shí)際情況，污水廠的污水處理擬采用AAO工藝，污泥處理擬采用低溫真空脫水干化工藝。污水處理廠總體工藝處理流程如圖1所示。

圖1 泰和污水處理廠處理工藝流程圖Fig.1 Flow Chart of Treatment Process in Taihe WWTP

3.1.1 污水處理工藝

本工程的污水處理工藝充分考慮技術(shù)的可靠性、運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)的合理性、處理重點(diǎn)的強(qiáng)化性，對污水水質(zhì)、水量、設(shè)施布置的適應(yīng)性以及遠(yuǎn)期提標(biāo)的預(yù)留空間等各種因素。經(jīng)論證比較，泰和污水廠污水處理工藝路線采用“預(yù)處理+二級生物處理+混凝沉淀+反硝化過濾”工藝。

(1)預(yù)處理：增設(shè)了初沉池，當(dāng)進(jìn)水SS濃度較高時，可截留部分無機(jī)物質(zhì)，保證后續(xù)生物處理設(shè)施的正常運(yùn)行；當(dāng)進(jìn)水SS濃度較低時，予以直接超越。

(2)二級生物處理：選用常用的AAO工藝，具體池型分區(qū)設(shè)計時通過生反池進(jìn)水點(diǎn)、內(nèi)回流點(diǎn)以及各點(diǎn)之間進(jìn)水比例的調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)常規(guī)AAO、倒置AAO和兩段式AAO三種模式間的切換運(yùn)行；二沉池采用矩形周進(jìn)周出沉淀池，其設(shè)計表面負(fù)荷取值為1.18 m3/(m2·h)，與常規(guī)的平流式沉淀池相比[一般設(shè)計表面負(fù)荷為0.9 m3/(m2·h)]，可節(jié)地約30%。

(3)深度處理：為確保污水廠出水穩(wěn)定達(dá)到優(yōu)于一級A的排放標(biāo)準(zhǔn)，深度處理環(huán)節(jié)近期需考慮強(qiáng)化對SS、氨氮和總磷的去除效果；遠(yuǎn)期還要考慮出水進(jìn)一步提標(biāo)的可能，需對總氮有進(jìn)一步降解。針對上述需求，并結(jié)合地下式污水廠的特點(diǎn)，泰和污水處理廠深度處理采用水力負(fù)荷高、處理效率優(yōu)、出水穩(wěn)定、布置集約，且近遠(yuǎn)期運(yùn)行模式可應(yīng)對需求轉(zhuǎn)換的“高效沉淀池+反硝化深床濾池”工藝。

(4)消毒處理：采用紫外線消毒為主、次氯酸鈉消毒為輔的消毒方式，保證消毒效果。

3.1.2 污泥處理工藝

泰和污水處理廠產(chǎn)生的污泥最終運(yùn)至石洞口污水廠進(jìn)行干化焚燒處置，廠內(nèi)污泥處理采用低溫真空脫水干化工藝，污泥含水率降至40%以下后集中外運(yùn)。該工藝是一種集污泥深度脫水和低溫真空干化于一體的新型污泥干化專利技術(shù)，與其他干化技術(shù)相比具有節(jié)能、集約化、臭氣排放少、運(yùn)行管理簡單等綜合優(yōu)勢，出泥量小、出泥含水率低，相對于常規(guī)污水處理廠80%的出泥含水率，減少了約67%的污泥外運(yùn)量，對環(huán)境的影響亦大大減小。

3.2 平面及豎向布置的優(yōu)化

泰和污水處理廠位于規(guī)劃共富路、規(guī)劃梅林路、泰聯(lián)路、蕰藻浜北側(cè)綠化帶圍合的區(qū)域內(nèi)，規(guī)劃總用地面積約2.728×105m2，近期工程用地約1.923×105m2。污水廠以聯(lián)誼路劃分為南北兩個片區(qū)，根據(jù)規(guī)劃，聯(lián)誼路以北的污水廠建設(shè)用地為公共綠地和環(huán)衛(wèi)設(shè)施綜合用地的復(fù)合屬性，地下污水廠上部擬建設(shè)公共綠地，項目用地外沿還有規(guī)劃“9”字型圍場河，因此在污水廠平面及豎向布置時，需充分考慮與上部空間各系統(tǒng)的融合。

(1)平面布置的合理布局

泰和污水處理廠以聯(lián)誼路為界劃分為南北兩個片區(qū)，聯(lián)誼路北側(cè)為近期工程生產(chǎn)區(qū)，主要布置污水廠的地下一體化箱體，所有污水處理設(shè)施均集約化設(shè)置于其中，箱體頂部加蓋，上部建設(shè)公共綠地。北側(cè)近期一體化箱體平面尺寸約349 m×350 m，由西向東依次為預(yù)處理區(qū)及污泥處理區(qū)、生物處理區(qū)和深度處理區(qū)，分區(qū)清晰。根據(jù)污水廠一體化箱體人員及車輛進(jìn)出、設(shè)備起吊、通風(fēng)、逃生及運(yùn)行管理等的相關(guān)需求，在地面布置相應(yīng)的附屬設(shè)施，為避免交叉影響，集中廠房建筑區(qū)域及箱體主通道出入口設(shè)置為4個獨(dú)立的區(qū)域，與公共綠地進(jìn)行分隔。9字型規(guī)劃河道圍繞污水廠一體化箱體四周布設(shè)，交通由4座橋梁與周邊市政道路相接。

聯(lián)誼路南側(cè)為污水廠廠前生產(chǎn)管理區(qū)、出水區(qū)和遠(yuǎn)期工程預(yù)留用地。廠前區(qū)位于聯(lián)誼路西南角，南臨蕰藻浜，衛(wèi)生條件及景觀效果均較好；污水廠擬建的系統(tǒng)調(diào)蓄池也位于該區(qū)域，采用地下式的布置形式；出水區(qū)位于最南側(cè)，處理尾水就近排放蕰藻浜。污水廠具體的平面布置圖如圖2所示。

圖2 泰和污水處理廠平面布置圖Fig.2 Layout of Taihe WWTP

(2)豎向布置的平衡優(yōu)化

泰和污水處理廠一體化箱體的豎向布置標(biāo)高綜合考慮工程投資、工程安全、進(jìn)出水水力銜接、環(huán)境協(xié)調(diào)和綠化景觀等方面的需求。污水廠周邊市政道路的設(shè)計地面標(biāo)高約4.50 m，一體化箱體的豎向布置采用箱體頂標(biāo)高高于周邊道路1 m的方案(箱體內(nèi)操作層標(biāo)高為-1.00 m；箱體頂板標(biāo)高為5.50 m)，箱體分兩層，地下二層為水處理層，主要為鋼筋混凝土水池結(jié)構(gòu)；地下一層為操作層，主要為框架結(jié)構(gòu)，箱體頂部覆土厚度為1.5 m，實(shí)施綠化。污水廠的這個高程布置方案在滿足綠化景觀建設(shè)要求的前提下，通過適當(dāng)抬升豎向布置高程，既節(jié)省了工程造價，也在一定程度提升了工程實(shí)施及運(yùn)行的安全性。污水廠整體豎向布置如圖3所示。

圖3 污水廠豎向布置示意圖Fig.3 Vertical Layout of Taihe WWTP

3.3 地下空間適宜性的細(xì)化設(shè)計

(1)除臭通風(fēng)

泰和污水處理廠臭氣處理執(zhí)行上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 31/982—2016)，為確保除臭系統(tǒng)滿足工程要求，保證周邊環(huán)境達(dá)標(biāo)，也保證地下式污水廠操作層良好的運(yùn)行環(huán)境，本工程根據(jù)不同構(gòu)筑物所產(chǎn)生臭氣的特點(diǎn)、濃度情況，采用不同的除臭處理工藝。對于較高濃度的臭氣，如粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、平流式初沉池、AAO生物反應(yīng)池、儲泥池、污泥深度脫水機(jī)房及料倉等，選用“生物滴濾+改良式生物過濾+活性炭吸附”組合式除臭工藝；系統(tǒng)調(diào)蓄池為間歇運(yùn)行，其臭氣濃度相對較低，透氣井處設(shè)置活性炭吸附除臭設(shè)備，調(diào)蓄池水泵區(qū)域設(shè)置離子法除臭設(shè)備。構(gòu)筑物區(qū)操作層空間由蓋板處外溢出的臭氣通過“區(qū)域隔斷+合理的氣流組織(離子送風(fēng)+活性炭吸附)”進(jìn)行控制。

一體化箱體操作層大空間采用全面機(jī)械通風(fēng)，換氣次數(shù)不小于6次/h，事故狀態(tài)下滿足12次/h的通風(fēng)要求。由于泰和污水廠地下空間體積大，通風(fēng)換氣量亦大，為達(dá)到通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能降耗的目的，污水廠設(shè)計專門配置有一套智能通風(fēng)系統(tǒng)。

(2)采光照明

針對污水廠地下式布置的特點(diǎn)，本工程在地下箱體便于自然采光的區(qū)域，充分利用室外自然光線，即設(shè)置采光井；局部設(shè)置光導(dǎo)照明裝置，將自然光均勻高效地導(dǎo)入室內(nèi)作為人工光源的補(bǔ)充，光導(dǎo)照明的設(shè)置與地面綠化景觀密切配合，同時也與照明系統(tǒng)控制相結(jié)合，白天可關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的人工照明設(shè)施，以節(jié)省能源。

本工程在地下箱體區(qū)域設(shè)置智能照明控制系統(tǒng)，既能優(yōu)化能源的利用，又可最大限度地節(jié)約電能。此外，針對應(yīng)急照明，在必要場所均設(shè)置備用照度不低于正常照度的應(yīng)急照明、疏散指示標(biāo)志燈等設(shè)施，備用時間不低于90 min。

(3)消防安全

相比于傳統(tǒng)的地上污水處理廠，地下式污水處理廠的消防問題有其獨(dú)有的特點(diǎn)。一方面是其風(fēng)險性較大，因空間相對封閉，若發(fā)生火災(zāi)，人員疏散較困難；另一方面是其發(fā)生概率較低，主要是水池構(gòu)筑物，只有定期巡視和取樣人員在內(nèi)部作短暫停留。因此，對泰和污水廠地下箱體的防火分區(qū)及其面積控制進(jìn)行了適宜的區(qū)分。其中初沉池、生反池和二沉池水處理構(gòu)筑物部分按構(gòu)筑物考慮，設(shè)置必要的人員安全出入口；除此以外均按地下廠房考慮，共設(shè)12個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)面積不大于2 000 m2，設(shè)置噴淋系統(tǒng)，并設(shè)有兩個以上的安全出口，其中一個能直通室外；鍋爐房單獨(dú)設(shè)置一個防火分區(qū)，并考慮泄爆通道。消防采用“室內(nèi)消火栓系統(tǒng)+自動噴淋系統(tǒng)+防火分隔水幕”相結(jié)合的方式，地下空間內(nèi)的電纜均采用阻燃電纜，風(fēng)管采用了難燃玻璃鋼。

一體化箱體在南北兩側(cè)各設(shè)一個車行出口，從地下一層操作層出地面后，分別與共富路和聯(lián)誼路相接，廠房內(nèi)部也設(shè)置縱橫貫通的車行道路，車行道路寬為7 m，轉(zhuǎn)彎半徑為9 m，滿足消防要求。

王維嘗試著回到朝廷施展自己的才華，但這一次他所追求的理想，與初入官場時不同了，尤其是當(dāng)他看到李林甫取代自己最敬重的張九齡做了丞相之后，更是心灰意冷。四十歲那年，王維又接連失去了他生命中的三位摯友——崔希逸、孟浩然、張九齡。這一連串的打擊，使他開始看透一切，真正成為“詩佛”。

(4)構(gòu)筑物耐久性設(shè)計和設(shè)備防腐

地下式污水處理廠空間密閉，如果通風(fēng)效果不佳，內(nèi)部濕熱的環(huán)境容易加重設(shè)備設(shè)施的腐蝕，因此防腐問題一直是地下污水廠建設(shè)設(shè)計需要考慮的重點(diǎn)。本工程針對不同腐蝕性的構(gòu)筑物涉及介質(zhì)，采取不同的防腐措施，其中預(yù)處理、生物處理、泥處理部分構(gòu)筑物采用鋁酸鹽無機(jī)砂漿；深度處理構(gòu)筑物采用聚氨酯或環(huán)氧防腐涂料。所有設(shè)備均要求能適用于地下污水廠的腐蝕環(huán)境，污泥管和空氣管均采用不銹鋼。

(5)防淹保障措施

為避免水淹，泰和污水處理廠在總體豎向高程確定、場地系統(tǒng)完善、設(shè)施設(shè)備配套等方面均采取了一定的措施，包括合理確定全廠水力高程布置，保證地下箱體操作層標(biāo)高與各處理構(gòu)筑物控制水位有足夠的超高，以提高安全性；全廠進(jìn)水端設(shè)置速閉閘門，當(dāng)進(jìn)水異?；蛭鬯畯S遭遇突然失電時，可瞬時切斷進(jìn)水，避免污水內(nèi)部冒溢；出水端設(shè)置高位井及閘門，防止外河水體倒灌；整個污水廠廠區(qū)地坪要高于周邊0.5～2.5 m，并設(shè)置完善的雨污水排除系統(tǒng)，避免雨水匯流，并得到有效排放；所有通往地面的連通口(車輛出入口、人員出入口、通風(fēng)井、采光井等)均考慮擋水高度并設(shè)置擋水設(shè)施，以阻擋或緩解雨水的漫入，同時箱體內(nèi)部分散設(shè)置多處集水井，其容積及配泵均滿足規(guī)范相關(guān)要求，如有積水可及時清排。

3.4 節(jié)能降耗與智能化運(yùn)行

作為近年來新興的污水處理廠建設(shè)模式，地下式污水處理廠的節(jié)能降耗和智能化運(yùn)行管理較常規(guī)污水廠有更高的要求，本次泰和污水處理廠工程擬建設(shè)一套污水廠綜合信息自動化系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)包括多層次各環(huán)節(jié)的控制管理，以實(shí)現(xiàn)對污水處理廠運(yùn)行狀況的實(shí)時感知，對重要工藝環(huán)節(jié)及主要耗能設(shè)備的智能化高級控制(如精確曝氣)，生產(chǎn)運(yùn)行智能輔助決策，智能照明(如實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)、多點(diǎn)、區(qū)域、群組控制、場景設(shè)置、定時開關(guān)、亮度自動調(diào)節(jié)、紅外線探測、集中監(jiān)控等不同模式下的照明控制效果)及智能通風(fēng)(如分區(qū)式通風(fēng)控制、基于氣體分析測定儀表的通風(fēng)閉環(huán)控制)，公共安全管理(包括安保、入侵報警、出入口控制、火災(zāi)自動報警等)及內(nèi)部信息設(shè)施(包括視頻監(jiān)視、移動巡檢、人員定位、移動通訊室內(nèi)分布等系統(tǒng))的完善等，保證地下式污水處理廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升污水處理廠自動化運(yùn)行管理水平。

3.5 新建調(diào)蓄池

本工程在廠前區(qū)新建一座調(diào)蓄池，調(diào)蓄池容積為15萬m3，其主要包括兩方面功能：一是在雨季時可對污水廠服務(wù)范圍內(nèi)的初期雨水及合流污水進(jìn)行調(diào)蓄，從而有效地緩解雨季合流污水溢流情況的發(fā)生，雨后蓄存的合流污水可通過污水廠全流程處理后達(dá)標(biāo)排放；二是在污水廠檢修及事故狀態(tài)時對污水進(jìn)行調(diào)蓄，避免排河污染，同時，亦可通過系統(tǒng)連通管道，平衡石洞口區(qū)域其他污水廠在非正常工況時的水量調(diào)配要求，提高整個石洞口區(qū)域污水廠平穩(wěn)運(yùn)行的能力。

新建調(diào)蓄池采用地下式的布置形式，考慮與泰和污水廠豎向布置和運(yùn)行水位的配合，調(diào)蓄池進(jìn)出水方式均采用重力+水泵強(qiáng)排。為充分利用空間，調(diào)蓄池構(gòu)筑物基本為全封閉結(jié)構(gòu)，不具備人員經(jīng)常進(jìn)出和開大型設(shè)備吊裝孔的條件，因此在設(shè)備選型方面采用機(jī)械程度高、運(yùn)行操作便捷的門式自沖洗系統(tǒng)。

4 結(jié)論

隨著城市化的發(fā)展，土地資源的集約利用及建設(shè)項目的環(huán)境相容性越來越被重視，占用空間少、節(jié)省土地、綜合影響小，并能與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的地下式污水處理廠已然成為一種趨勢和需求。泰和污水處理廠是上海市建設(shè)的第一批地下式污水廠，項目立足高標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)定位，方案充分考慮了多方面的應(yīng)對和優(yōu)化，力爭打造先進(jìn)、高效、節(jié)能的典范工程。