半地下式污水處理廠(chǎng)消防設(shè)施設(shè)計(jì)探究

張慧文 羅偉 龔本洲

（長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010）

1 引言

地下式和半地下式污水處理廠(chǎng)因節(jié)約土地資源、環(huán)境影響小、景觀(guān)好等特點(diǎn)，日漸興起和發(fā)展。然而污水廠(chǎng)地下箱體內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，熱量易積累，疏散困難，撲救難度大，其消防設(shè)計(jì)必須引起重視。為解決地下式和半地下式污水廠(chǎng)消防設(shè)施設(shè)計(jì)難題，以湖北省鄂州市某半地下式污水處理廠(chǎng)為例，通過(guò)分析地下箱體內(nèi)人員值守和可燃物特性，對(duì)其消防隱患進(jìn)行探討，結(jié)合現(xiàn)行消防規(guī)范，判定地下箱體火災(zāi)危險(xiǎn)性級(jí)別，提出箱體消防設(shè)施要求，并進(jìn)行實(shí)際工程的消防設(shè)施設(shè)計(jì)。

2 工程概況

湖北省鄂州市某污水處理廠(chǎng)三期新建工程采用人造坡地式地下污水處理廠(chǎng)形式，建設(shè)規(guī)模為4 萬(wàn)m3/d，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。污水處理主體工藝采用改良AAO 工藝，工藝流程如圖1 所示。主要新建建（構(gòu)）筑物有細(xì)格柵渠及曝氣沉砂池、水解酸化池、A/A/O 生化池、二沉池、污泥泵房、深度處理間、消毒間、巴氏計(jì)量槽、尾水提升泵房、配電間及鼓風(fēng)機(jī)房、生物除臭系統(tǒng)、加藥間、污泥處理間等。尾水通過(guò)尾水提升泵站排入長(zhǎng)江。

圖1 污水處理廠(chǎng)工藝流程

污水處理廠(chǎng)總用地面積33 329.3 m2，總建筑面積3 123.09 m2，計(jì)容建筑面積28 677.94 m2。除配水井、事故池、加氯間、綜合辦公樓等采用地上式建設(shè)以外，其他生產(chǎn)性建構(gòu)筑物均設(shè)于半地下式的箱體中。其中，所有污水池體設(shè)置于箱體地下一層，處理設(shè)備間位于箱體地面一層。箱體屋頂覆土1.5 m，進(jìn)行綠化種植并設(shè)置活動(dòng)場(chǎng)地。地下箱體建筑面積27 351.34 m2。箱體地下一層層高為8.2 m，地上一層層高為6.0 m，地上一層室內(nèi)地面高出室外地坪0.2 m。

由于本工程污水廠(chǎng)生產(chǎn)性建（構(gòu)）筑物均位于半地下式箱體中，僅有環(huán)形車(chē)道和疏散樓梯與外部相通，一旦發(fā)生火災(zāi)，熱量易積累，產(chǎn)生高溫濃煙，內(nèi)部疏散較為困難，外部撲救難度大，因此對(duì)消防設(shè)計(jì)提出了更高的要求［1］。

3 地下箱體火災(zāi)隱患分析

3.1 污水廠(chǎng)人員工作特點(diǎn)

本工程污水廠(chǎng)設(shè)綜合自動(dòng)控制系統(tǒng)，在地上綜合辦公樓內(nèi)設(shè)置中央監(jiān)控室，可以實(shí)現(xiàn)全廠(chǎng)范圍的全自動(dòng)化和全信息化的生產(chǎn)與管理，地下箱體內(nèi)各生產(chǎn)建（構(gòu)）筑物均無(wú)需人員值守，僅設(shè)置工作人員進(jìn)行定期場(chǎng)內(nèi)巡檢和維修。

3.2 地下箱體可燃性氣體特性及濃度水平分析

通常情況下，在污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生甲烷、氨氣、硫化氫、甲硫醇、二甲二硫、硫化醇（甲硫醚）等臭氣和可燃性氣體［2］。當(dāng)可燃性氣體濃度達(dá)到一定范圍，且有明火的條件下，會(huì)引發(fā)火災(zāi)危險(xiǎn)。各主要可燃性氣體的爆炸極限見(jiàn)表1。

表1 可燃性氣體的性質(zhì)［2］

上述可燃性氣體中，甲烷氣體的火災(zāi)隱患最為突出。甲烷的產(chǎn)生通常是在厭氧環(huán)境下，由厭氧菌將污水或污泥中的有機(jī)物分解為無(wú)機(jī)物，產(chǎn)生甲烷的同時(shí)，生成二氧化碳及少量硫化氫、氨氣［3］。本工程污水處理廠(chǎng)地下箱體內(nèi)僅有AAO 生物池存在厭氧區(qū)，均已加蓋密封，并設(shè)有全面的生物除臭設(shè)施進(jìn)行負(fù)壓抽吸，箱體內(nèi)亦設(shè)置強(qiáng)制性機(jī)械通風(fēng)換氣系統(tǒng)，因此無(wú)法滿(mǎn)足甲烷大量生成和聚集的必要環(huán)境條件。僅有的微量濃度可通過(guò)通風(fēng)除臭系統(tǒng)排出廠(chǎng)外，由此確保箱體內(nèi)甲烷濃度水平遠(yuǎn)低于燃燒和爆炸極限。

在污水處理廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的氨氣和硫化氫濃度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2［4］。由表2 可知，氨氣和硫化氫均無(wú)法達(dá)到其燃燒和爆炸需要的極限濃度。

表2 市政污水處理廠(chǎng)典型處理構(gòu)筑物硫化氫和氨氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值mg/m3

綜上可知，污水處理廠(chǎng)地下箱體內(nèi)可燃性氣體的濃度水平遠(yuǎn)低于其燃燒和爆炸極限，且本工程全廠(chǎng)采用機(jī)械通風(fēng)和生物除臭系統(tǒng)，可間接消除由可燃性氣體帶來(lái)的消防安全隱患。

4 工程與現(xiàn)行消防規(guī)范的銜接

指導(dǎo)消防設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)規(guī)范主要為GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版），對(duì)于污水處理廠(chǎng)這種“地下空間（主體構(gòu)筑物）”布置形式尚無(wú)可以完全對(duì)號(hào)入座的規(guī)范和相應(yīng)條款，較接近的有GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）第3章“廠(chǎng)房和倉(cāng)庫(kù)”，根據(jù)該規(guī)范第3.1.1 條和3.1.3 條，常溫下使用、加工、儲(chǔ)存不燃燒物質(zhì)的廠(chǎng)房或倉(cāng)庫(kù)，火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)為戊類(lèi)。本工程污水處理廠(chǎng)的生產(chǎn)對(duì)象為不燃燒物質(zhì)，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生極少量易燃、易爆物質(zhì)。結(jié)合前文分析，地下箱體內(nèi)可燃性氣體濃度水平極低，生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)明火，無(wú)值班人員長(zhǎng)時(shí)間值守。由此判定本工程半地下式箱體的生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性級(jí)別為戊類(lèi)。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）第8.1.2 條和8.2.1 條，地下箱體應(yīng)設(shè)置室外消火栓和室內(nèi)消火栓系統(tǒng)［5］。

需注意的是，本工程柴油發(fā)電機(jī)房位于箱體地面一層，建筑面積41.76 m2，同時(shí)設(shè)有3.42 m2儲(chǔ)油間，儲(chǔ)油量小于1 m3。柴油發(fā)電機(jī)房與儲(chǔ)油間及其他房間之間均采用耐火極限不低于2 h 的防火墻和甲級(jí)防火門(mén)?？紤]到一旦停電，污水處理廠(chǎng)停止生產(chǎn)，將嚴(yán)重影響上游工廠(chǎng)生產(chǎn)和居民生活，且箱體地下一層有被污水淹沒(méi)的風(fēng)險(xiǎn)，因此判定柴油發(fā)電機(jī)房及儲(chǔ)油間屬于特殊重要設(shè)備室。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）第8.3.9 條，應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，并宜采用氣體滅火系統(tǒng)［5］。

5 消防給水及消防設(shè)施設(shè)計(jì)

5.1 消防用水量

根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，本工程同一時(shí)間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)為一次。室外消防水量按需水量最大的一座建筑物計(jì)算。本工程箱體建筑地下建筑部分體積超過(guò)50 000 m3，考慮其他地上建筑，綜合確定本工程室外消火栓用水量為30 L/s，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)水量為40 L/s?；馂?zāi)延續(xù)時(shí)間2 h［6］。

5.2 消防水源

廠(chǎng)區(qū)從市政道路引入2 根DN200 mm 的給水管，經(jīng)水表計(jì)量后，在廠(chǎng)區(qū)內(nèi)連接成環(huán)，室外消防給水與生活、生產(chǎn)給水合用。

在箱體地下一層設(shè)置消防泵房及消防水池，消防水池有效容積288 m3，作為室內(nèi)消防水源。

5.3 室外消防

室外消火栓直接從給水環(huán)網(wǎng)接出，最不利點(diǎn)的消火栓水壓不低于10 m，最大消防用水量為30 L/s。采用SS150/65 型室外地上式消火拴，消火栓間距小于120 m。廠(chǎng)區(qū)設(shè)有完整的污水管網(wǎng)和雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，消防水可以就近排入廠(chǎng)區(qū)雨、污水管網(wǎng)。

5.4 室內(nèi)消防

室內(nèi)消火栓采用臨時(shí)高壓系統(tǒng)，在箱體地下一層設(shè)置288 m3消防水池1 座，泵房地面與室外地面高差為7.2 m。消防泵房?jī)?nèi)設(shè)消防泵2 臺(tái)（1 用1 備，Q＝40 L/s，H＝0.44 MPa，N＝30 kW，含電控柜及巡檢裝置）；并設(shè)消防穩(wěn)壓泵2 臺(tái)（1 用1 備，Q＝1 L/s，H＝0.28 MPa，N＝2.2 kW，含電控柜及巡檢裝置）及穩(wěn)壓罐1 臺(tái)（總?cè)莘e1 000 L，調(diào)節(jié)容積150 L），用以保證平時(shí)消防管網(wǎng)壓力。消防水池設(shè)有各種報(bào)警水位，其最低有效水位滿(mǎn)足消防泵自灌要求，水池為鋼凝土水池。

5.5 建筑滅火器配置

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）中第8.1.6 條，除住宅外的民用建筑、廠(chǎng)房（倉(cāng)庫(kù)）、儲(chǔ)罐（區(qū)）、堆場(chǎng)應(yīng)設(shè)置滅火器［5］。

根據(jù)GB 50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，本工程箱體配電間、柴油發(fā)電機(jī)房、機(jī)柜間按E 類(lèi)火災(zāi)中危險(xiǎn)級(jí)設(shè)手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器配置級(jí)別為2A（MF/ABC4），滅火器的最大保護(hù)距離為20 m，充裝量4 kg［7］。

污水廠(chǎng)箱體其他位置均按A 類(lèi)火災(zāi)輕危險(xiǎn)級(jí)設(shè)手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器配置級(jí)別為1A（MF/ABC4），滅火器的最大保護(hù)距離為25 m，充裝量4 kg。

5.6 柴油發(fā)電機(jī)房及儲(chǔ)油間氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于本工程柴油發(fā)電機(jī)房、儲(chǔ)油間與其他房間之間均采用耐火極限不低于2 h 的防火墻和甲級(jí)防火門(mén)，且儲(chǔ)油間儲(chǔ)油量小、危險(xiǎn)性不高，因此在滿(mǎn)足自動(dòng)滅火需求的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡(jiǎn)化消防設(shè)施設(shè)計(jì)。在柴油發(fā)電機(jī)房及儲(chǔ)油間設(shè)有懸掛式干粉罐，干粉罐的規(guī)格、滅火等級(jí)、保護(hù)半徑和懸掛間距等滿(mǎn)足自動(dòng)滅火需求。

5.7 消防排水

箱體內(nèi)的消防排水與箱體其他地面排水共用排水溝及廢水提升泵，提升后進(jìn)入箱體外地上事故池及污水工藝處理系統(tǒng)。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)污水廠(chǎng)地下箱體內(nèi)人員值守情況和可燃物的特性，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，判定地下箱體火災(zāi)危險(xiǎn)性級(jí)別為戊類(lèi)。

（2）地下箱體應(yīng)設(shè)置完善的室外消防系統(tǒng)和室內(nèi)消防系統(tǒng)及手提式建筑滅火器。

（3）對(duì)于特殊的柴油發(fā)電機(jī)房、儲(chǔ)油量較小的儲(chǔ)油間，設(shè)置懸掛式干粉罐，滿(mǎn)足自動(dòng)滅火需求。