集約化污水處理廠的建設形式及思考

楊明軒

［上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092］

0 引言

污水處理廠作為城市基礎設施建設的重要組成部分，對于改善地區排水情況，保護生態環境、保障生產和人民的正常生活，改善地區整體面貌和形象，具有重要作用。目前國內大多數污水處理廠均為常規地上式建設，常規地上式建設污水處理廠主要有工藝成熟，工程造價低等特點。但常規地上式建設污水處理廠仍存在占地面積大，浪費土地資源，景觀較差等缺點。

在城市化進程的推動下，土地資源的高效利用以及建筑項目與其環境背景的和諧融合日益受到了廣泛關注。建設“環境友好、土地集約、資源利用”的集約化污水處理設施已然成為城市基礎設施建設的發展趨勢和發展方向。

1 集約化污水處理廠的優點

相比常規地上分散式污水處理廠，集約化污水處理廠主要優點如下：①構筑物布局緊湊，節省了城市開發空間，助力周邊地塊的未來發展。②污水處理廠構筑物整體布局，美觀性好，能與周邊環境相協調，不會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，與周圍環境相協調，有效提升周邊土地價值。④構筑物密閉性及保溫性能好，污水生物處理工藝溫度恒定、運行穩定。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潛力，這些區域可以用作城市公共設施，如綠化區、公園和運動場，也可以被考慮用于商業辦公建筑的開發。

2 集約化污水處理廠的形式

通過對目前國內外在建和已建的集約化污水處理廠的設計形式進行分類總結，目前集約化污水處理廠建設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，即將傳統分散式污水處理廠進行節約化整體布置，取消箱體加蓋，構筑物頂板高出地面4.0～5.0m，操作層上無建筑物。箱體四周均設置道路。該方案建設成本最低，因基坑集約化布置，部分情況下造價甚至低于常規污水處理廠，但該方案設備起吊運輸難度較常規廠大，且頂蓋無法進行二次開發。目前國內案例有合肥市蔡田鋪污水廠三期工程（規模為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，對操作層箱體進行整體加蓋，箱體覆土頂標高控制7.00m 左右（相對標高，廠區地坪標高為0.00m）。該方案建設成本、運行成本較大，但該種模式環境效益高，頂蓋可供二次開發。目前國內已建設的案例有鄭州市南三環污水處理廠工程（規模為10 萬m3/d）、廈門市前埔污水處理廠三期工程（規模為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，即在傳統半地下式污水處理廠的基礎上取消半地下箱體加蓋，構筑物頂板高出地面0.3m，操作層上蓋建筑物。箱體四周均設置道路，并由中部設置兩個出入口直通操作層。該方案相較于傳統半地下式污水廠，取消箱體加蓋及箱體內的相應照明通風，建設運營成本有所降低，但頂蓋無法進行二次開發。目前國內已建設案例有松江西部水環境有限公司三期工程（規模為10 萬m3/d）、臨港污水處理廠三期工程（規模為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高與室外地坪一致，箱體覆土頂標高采用0.00m，該方案箱體埋深過大，基坑支護費用極高，需設置進入地下箱體的專用通道，且運行難度、成本、風險最大。但該種模式環境效益最高，頂蓋可供二次開發潛力最高，可以作為公園綠地、停車場、倉儲用地或者商業開發[1]。目前國內已建設案例有泰和污水處理廠（規模為40 萬m3/d，頂部開發建設公園），貴陽貴醫污水處理廠（規模為5 萬m3/d，頂部開發建設高層商業綜合體）。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比。

表1 集約化污水處理廠對比

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計建議

（1）對于土地資源緊張區域的開發，建議采用集約化污水處理廠。若選址位于周邊環境敏感的城市核心區域，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，若周邊敏感目標較少，盡量采用單層加蓋地上式污水廠以節省投資。

（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筑物結構設計時，可結合箱體頂部的二次開發預留相應荷載。為合理利用后續可開發的面積，以區域的綜合開發為依托，采用產業鏈擴充、協作經營和組合開發的措施，促使經濟效益不高的生態管理項目與經濟回報較佳的相關產業有機融合，充分利用地面部分的商業價值。

（3）全地下或半地下污水廠設計過程建議考慮設置調蓄池，一方面針對雨污混接問題對雨季原系統的合流水溢流進行調蓄，減少系統的合流水溢流并為地區初雨處理創造條件。另一方面，在污水廠檢修及事故狀態時提供調蓄，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計時，除臭風機及通風需考慮備用，防止風機故障等突發情況對污水廠正常運維的影響。

（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備的尾氣作為曝氣使用，充分利用箱體通風換氣風量，節省能耗的同時[4]。

（6）建設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省用地指標時，宜選擇節地的工藝（MBR、一體化反應沉淀池），可減少地下基坑圍護及相應結構費用。

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

（8）地下式污水廠應在進水端設置兩道速閉閘，進水速閉閘與進水端液位聯動，當進水端液位較高或污水廠內運行不正常時時自動落閘，切斷進水，保證運行安全。為降低速閉閘的泄漏率，也可在箱體前的管道上設置閘閥提高保證率，避免特殊情況下污水淹沒箱體。

（9）建議消防部門對集約化污水廠項目進行專項設計評估，考慮到污水處理設施的運營特性，在確保安全的前提下適度增加防火區的面積，消防方案建議采用室內消火栓系統，有利于降低投資，方便施工及后期運維。

（10）污水處理廠尾水可通過中水回用系統，用于廠區沖洗及綠化澆灌。同時考慮設計水源熱泵系統，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，以減少空調系統的耗能量。

（11）為節約地下式污水處理廠運行費用，主體生化處理工藝采用多點進水多段式AAO 工藝，可以充分利用進水碳源，減少外加碳源投加量；設計過程中盡量采用智能加藥系統、精確曝氣系統等智慧化系統，精確控制處理過程的加藥量和鼓風機運行，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計，與常規污水處理廠相比，污水處理過程觀察難度較大，運維人員對于過程儀表的依賴性更強，建議增設過程儀表及相近位置進行聯鎖，防止儀表故障影響運維情況的判斷，如水泵采用浮球和液位計雙保險的設計。

（13）為方便后期運維，集約化雙層污水處理廠上下層盡量采用樓梯，避免設計直梯。

（14）設計過程要慎重考慮廠區選址及地坪標高設計，設計地坪標高在滿足城鎮防洪標準的基礎上適當提高，除此外進出口坡道上坡口處設置雨水溝且設置駝峰；進出口坡道下坡口處設置雨水溝，截留順著坡道流入箱體內的雨水，就近引入箱體進水泵房或箱體出水泵房強排[6]。

（15）建議廠區備用柴油發電機，當地下箱體因停電不能進水時，可保證排澇泵房內污水臨時排入受納水體，避免污水淹沒箱體。

4 結語

我國城鎮化的快速發展和未來城鎮日益緊張的土地資源催生出國家對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施發展的新趨勢。但現階段集約化污水處理廠數量較少，建設及運營時間較短，缺乏相關標準和規范，導致設計經驗不足，制約集約化污水廠的發展。設計人員后期應從各工藝段總結汲取經驗，提出完善設計階段需特別關注的設計細節，為設計建造出低碳高效的集約化污水處理廠提供參考。