小型地下污水處理廠設計概要

趙越

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

小型地下污水處理廠設計概要

趙越

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092）

依托國內多個地下污水處理廠建設經驗，對小型地下污水處理廠的特點和設計要點進行探討。小型地下污水廠地面層面積小，地面設施和建筑占用率高，難以作為公共綠地使用，在設計中應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，發揮其規模小、靈活性高的優勢，采用合理加蓋形式降低地下結構埋深，提高集約化程度，統籌考慮地面建筑與景觀的關系，節約用地，減少造價，提高環境效益。

地下，污水處理廠，地下建筑

0 引言

近年來，隨著我國城鎮化進程和城市的快速擴張，以及城市水環境治理的要求不斷提高，各地均加快了污水處理廠的建設步伐，其中地下污水處理廠發展勢頭尤為迅猛。

1 地下污水處理廠的建設現狀

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，擁有對周邊環境影響小、景觀效果好、節約土地資源、不影響周邊土地價值等一系列優點。由于城市規模的不斷擴大，城市的邊界不斷向更遠郊擴展，使得過去曾經遙遠荒蕪的郊區成為新的商業區和住宅區，原先設在郊區的污水處理廠同時面臨著污水量增加、擴建土地匱乏或征地成本高昂、周邊居民對污水廠噪音、臭氣等投訴日漸增多等一系列困境。傳統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際上處于閑置狀態。在大城市土地資源愈加稀缺，土地價格不斷增長的大背景下，地下污水處理廠的建設獲得迅猛發展也就不難理解了。表1列舉了近年來國內建成通水的部分地下污水處理廠。

表1 近年來國內地下污水處理廠概況一覽表

由于污水處理廠的建設和運營同步帶來“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，國內許多大城市的污水處理廠建設都出現了集中化和大型化的趨勢，即廢除城區內歷史遺留的中小型污水處理廠，將污水長距離輸送至郊區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，減小其對城市環境的影響，但同時大大增加了回用再生水管網的敷設距離和運行費用，給再生水的利用帶來了不便。

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

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施置于地下，地面上沒有傳統地上污水處理廠所常見的眾多構筑物，大型地下污水處理廠一般將地面層用于建設綠化景觀、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。國外的大型地下污水處理廠還有將地面層建設為足球場等使用方式。

應當注意的是，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、消防等方面的必要設置，地下污水處理廠地下箱體結構的地面層仍然需要設置一系列地面設施，包括：通風井、排煙井、逃生通道、大型設備起吊孔、除臭系統排氣筒等。處于節約運行能耗的考慮，許多地下污水處理廠在設計時還會設置一些采光井，利用自然采光來減少地下操作層燈具的使用。

根據對部分已建成地下污水處理廠的統計，8萬m3/d以上規模的污水廠地下箱體結構上部設施（不計自然采光開孔）所占用的面積一般為箱體結構頂板面積的1.5%～3%；而3萬m3/d以下規模的污水廠地下箱體結構上部設施所占用面積可達箱體結構頂板面積的3.5%～5%（見表2）。尤其考慮到地下建筑的每一個防火分區均需設置排煙井和一個直通地面的逃生通道，以及通常每個防火分區都設有的進風井和排風井，地面設施的分布較分散，使得小型地下污水處理廠的地面層很難有大塊連續的綠地能夠在不影響污水處理廠運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計一覽表

2.2 輔助建筑物的布置

出于污水處理廠自身運行的安全性及便利性考慮，地下污水處理廠在設計中并不會將所有功能區塊都置于地下箱體結構中。通常會被考慮獨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）污泥處理設施：污泥運輸車操作的便利性、部分工藝的安全性；

（4）臭氧制備間：液氧儲存的安全性；

（5）存有易燃易爆物質的加藥間：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面積，放置于地面的輔助建筑不會顯著影響整個廠區的綠化率，而對于小型地下污水處理廠的設計而言，則需要盡可能地將輔助建筑合建于地下，這就需要發揮小型污水廠規模小、工藝靈活、污泥量少、藥劑使用量少的優勢。

2.3 工程造價的組成

根據劉亞麗[1]等的研究，地下污水處理廠的建設投資費用高于地面污水處理廠30%以上。在實際工程實踐中，地下污水處理廠相比地面形式所增加的建設投資除用于地下箱體結構自身的建造外，還包括用于地基處理、基坑圍護、進出通道的建設等。

相比大型地下污水廠，在小型地下污水處理廠的建設中，基坑圍護和進出通道等顯然要在項目工程費用中占據更高的比例。表3列舉了河南省某3萬m3/d地下污水處理廠設計方案中各項費用的占比，其中僅地下箱體進出通道、大型基坑、地下整體式箱體結構、地基處理4項就占據了工程投資39.7%。

3 小型地下污水處理廠的設計要點

3.1 地面層的設計

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，對周圍環境影響小，上部空間可以作為公共開放區域的特點而獲得了更廣泛的應用。然而對于小型地下污水處理廠而言，因為其地下箱體開孔率高且總體占地小，地面層的空間通常無法作為公共空間開放，僅能用于廠區綠化使用。在這樣的前提下，地面層的設計則應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，如預處理、污泥處理、鼓風機房等采用全地下雙層加蓋；部分環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，減小構筑物和基坑深度，降低工程造價。

（2）盡量將地面附屬建筑物布置在地下箱體結構的正上方，統籌考慮地下箱體與上部建筑的設計。一方面能夠降低上部建筑自身的建設費用，節約工程占地，同時合并布置除臭排氣筒、通風井、逃生通道等設施，使廠區建筑更緊湊美觀；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，在保證廠區景觀效果的前提下減小地下箱體結構埋深，進而降低工程造價。

（3）由于地面結構和地面建筑在小型地下污水處理廠的廠區面積中占有更大的比重，這些建構筑物對整體景觀效果的影響不可忽視。應在地下箱體附屬結構及地面建筑物的設計中與廠區景觀統籌考慮，使這些附屬結構及地面建筑物本身成為景觀的一部分。例如圖4為法國馬賽Geolide污水處理廠將其地下部分的入口設計為玻璃穹頂。

圖4 Geolide污水處理廠的入口設計效果圖

3.2 輔助建筑物的設計

首先，在地下污水處理廠的設計中，考慮到污水處理廠管理工作的人性化和便利化，綜合樓一般會被放置于地面。同時，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險，出于增強供電安全性，增強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，則應考慮多重防止淹沒措施，包括：不限于多道進水閘門、進水速閉閘、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完成污泥濃縮脫水和處理處置，小型污水廠產泥量少，一般不作為獨立的污泥處理處置中心，因此污泥濃縮脫水后外運集中處理或在廠內采用板框脫水后外運進一步處理都是合理的方式。不論機械脫水或板框脫水，合建于地下都不存在安全性問題，是可以選擇的布置形式，但脫水機房需要的高度較高，設計中應注意脫水機房豎向空間的合理利用，如利用地面層造景的地形起伏，令脫水機房的頂板標高高于水處理區，在方便設備安裝及操作的同時控制底板深度，進而控制造價。

再次，在藥劑的選用上應優先考慮安全性，而不是成本。例如：當需要采用臭氧脫色工藝時，應優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施合建于地下。由于小型污水處理廠藥劑費用的絕對值較小，采用更加集約化的布置方式帶來的土地節約有利于工程的整體經濟性。

3.3 工程造價的控制

除了前述在廠區地面層設計中的合理布置實現對工程造價的控制外，還有一些措施應當在設計中被特別注意。

（1）對于地下污水處理廠而言，埋深是決定工程造價的重要因素。通常而言，埋深較深意味著更高的基坑圍護費用，導致地下箱體結構所需工程造價較高。但是在工程實踐中，可能出現地下箱體結構的設計底板標高與土地持力層標高接近的情況。在這種情況下，適當調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用，進而節約整個工程的造價，在高程設計中應予以注意。

（2）小型地下污水處理廠的地下結構相對于大型地下污水廠而言，擁有更大的周長面積比，意味著基坑圍護費用在工程整體造價中占有更高的比例。在設計小型地下污水廠時，應注意盡量采用有規則形狀的地下箱體，避免不規則形狀和長條形等周長、面積比較大的形式，以節約基坑圍護費用。

4 結語

隨著城市的不斷擴張，城市污水處理廠越來越面臨來水量增加，處理標準提高，新建和擴建土地資源有限和環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、環境要求高的城市中心區。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，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，其設計側重與大型地下污水處理廠有所不同，在設計中應尤其注意：（1）采用合理的加蓋形式；（2）強化構建筑物的集約化；（3）統籌考慮構建筑物與綠化景觀的關系；（4）通過各種手段合理控制工程造價。

[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模式探索，城市規劃，2013，12（6），3-6.

港珠澳大橋海底隧道全面貫通

世界最長、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55 km，是當今世界最長的跨海通道。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埋段和每節排水量達8萬t的33節預制沉管以及長約12 m重達6 500 t的“最終接頭”拼接而成，全長約6.7 km，與東西兩個人工島一起，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,設計時速100 km/h,設計使用壽命為120 a。下一步，港珠澳大橋建設者將加快海上東西人工島和隧道裝修工程的建設，力爭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，從事排水工程設計工作。