多維度“拷問”地下污水廠建設(shè)

在前不久舉辦的清華大學(xué)工程博士高峰論壇上，地下污水處理廠建設(shè)成為熱議話題。污水處理專家結(jié)合工程案例，從不同的角度分析了地下污水處理廠建設(shè)的利弊。

工藝：兼顧各專業(yè)需求

全地下式污水處理廠的操作層位于地下，布置緊湊、節(jié)省占地，地上景觀效果好，但現(xiàn)實問題不容回避，比如通風問題、消防問題、防洪問題、運輸問題、設(shè)備檢修以及以后改造擴建問題。北京市政設(shè)計研究總院有限公司副總工程師程樹輝認為，由于地下式污水處理廠的特點（投資高、實施難度大、運行管理不便、改擴建難度大），使得工藝之外的其他因素在設(shè)計中的權(quán)重大幅提升，需轉(zhuǎn)變以工藝專業(yè)為主導(dǎo)的設(shè)計理念，在保證工藝前提下，盡可能多地兼顧各專業(yè)需求。以地下式污水處理廠工藝設(shè)計來說，處理工藝是基礎(chǔ)，設(shè)計參數(shù)為核心，池型選擇做優(yōu)化，輔助系統(tǒng)求簡化。這類廠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管線密集，各專業(yè)在有限空間內(nèi)實現(xiàn)各自功能，不同于以往的專業(yè)配合，必須采用新的設(shè)計手段，也是適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的要求。比如豎向設(shè)計與平面布局要有機結(jié)合，同時注意防洪設(shè)計、通風設(shè)計、消防設(shè)計以及發(fā)生運行事故時的應(yīng)急處理。

鑒于地下式污水處理廠的特殊性，采用數(shù)字化的設(shè)計手段，對于提高設(shè)計效率、優(yōu)化設(shè)計成果、控制工程投資、指導(dǎo)施工監(jiān)理、方便運行管理都具有獨特的優(yōu)勢。多維的數(shù)據(jù)支持，特別適合集中化程度很高的地下式污水處理廠。如采用BIM+三維有限元結(jié)構(gòu)計算。地下式污水處理廠箱體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且工程混凝土用量巨大，采用傳統(tǒng)的拆分構(gòu)件的計算模式無法準確協(xié)調(diào)各相連構(gòu)件的互相影響，在構(gòu)件拆分和邊界條件的確定中也難以與實際受力情況協(xié)調(diào)一致，從而造成較大的設(shè)計誤差，可能存在部分構(gòu)件的受力考慮不足的現(xiàn)象，造成設(shè)計隱患。所以將整體模型導(dǎo)入三維有限元計算軟件進行三維整體計算，各結(jié)構(gòu)單元之間的內(nèi)力可以相互協(xié)調(diào)，避免傳統(tǒng)單獨構(gòu)件計算的種種弊端。此外通過CFD（計算流體動力學(xué)）模擬優(yōu)化，可以對池內(nèi)不同水深的流速分布進行分析，優(yōu)化攪拌器位置、功率，調(diào)整池體形狀，長寬比、減少污泥淤積。

出水：河流重要生態(tài)補水

中國水環(huán)境集團董事長侯峰認為，地下污水處理廠建設(shè)很好地體現(xiàn)了環(huán)境友好、土地節(jié)約和資源利用。高品質(zhì)出水是下沉式污水處理系統(tǒng)對水環(huán)境治理的重要作用。表現(xiàn)在除外源截污治污與內(nèi)源清淤外，可以向河流提供高質(zhì)量的生態(tài)補水且大幅削減外源污染負荷，解決臭氣、噪聲等問題，可與周邊城市建成區(qū)協(xié)調(diào)融合。

把一個穩(wěn)定的資源即處理后的城市污水，轉(zhuǎn)化成對河流生態(tài)修復(fù)、恢復(fù)自然凈化能力有用的水，這是不少城市污水處理廠應(yīng)該發(fā)揮的重要作用。以貴州省貴陽市青山下沉式再生水廠為例，它是南明河流域綜合整治配套工程，因選用下沉式模式，水廠造價比傳統(tǒng)地面廠高約80%，但因其環(huán)境友好、土地節(jié)約、資源利用的優(yōu)點，大大節(jié)省土地與管網(wǎng)費用，總投資較傳統(tǒng)地面廠節(jié)省3.32 億元。其出水水質(zhì)指標（COD、氨氮、總磷）達地表水IV類水體水質(zhì)標準，其余水質(zhì)指標達到一級A標準，尾水用于南明河河道景觀生態(tài)補水。節(jié)約衛(wèi)生防護帶用地207畝（按《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范(GB50318-2000)》300米防護距離），節(jié)省征地費用1.04 億元（按50萬元/畝）。地面置換一座景觀活水公園，提升了土地利用價值；污水就近收集處理、就地回用，與原規(guī)劃20公里外建設(shè)同等規(guī)模污水處理廠相比，節(jié)省污水收集管網(wǎng)投資2億元（按1000萬元/公里），節(jié)省再生水回用管網(wǎng)投資1.8億元（按900萬元/公里），同時也節(jié)省了再生水回用管網(wǎng)運行費用。

地下污水處理廠節(jié)省廠區(qū)邊界環(huán)境衛(wèi)生防護距離（300米）的占地，且高品質(zhì)出水可就地河道補水，節(jié)省水資源費用與再生水管網(wǎng)敷設(shè)成本，地面景觀與商業(yè)協(xié)同，提升了區(qū)域環(huán)境質(zhì)量。但是地下污水處理廠建設(shè)目前還需要解決工藝優(yōu)化問題。侯峰認為，一要通過高效低成本的新技術(shù)新工藝的應(yīng)用，進一步縮小占地，節(jié)省投資，使其土地節(jié)約的特點更加突出，比傳統(tǒng)地面廠更具競爭力。二要解決污水處理系統(tǒng)的安全問題、防洪排澇問題、防爆問題，地面景觀公園等公共設(shè)施如何與生產(chǎn)設(shè)施進行人性化的有效隔離。三要盡快制定針對地下污水處理廠設(shè)計、施工、運營的相關(guān)標準、技術(shù)規(guī)范，如明確地下污水處理廠區(qū)消防標準等。

廠建：產(chǎn)學(xué)研用實踐創(chuàng)新平臺

根據(jù)城市污水處理廠提標、改擴建要求，要因地制宜采用不同的建設(shè)模式與技術(shù)路線。桑德國際執(zhí)行董事張景志認為，應(yīng)將地下污水廠作為產(chǎn)、學(xué)、研、用全方位聯(lián)合開發(fā)實踐平臺，強化工程性實驗研究，持續(xù)加大應(yīng)用性、改進型研究。

以肖家河污水處理廠為例，其建成于2002年，是北京市首家由民營企業(yè)投資建設(shè)的BOT項目。2013年，北京市“污水治理三年行動方案”正式發(fā)布，提出升級改造要求，即在不新增占地的情況下，將日處理規(guī)模由2萬噸提高到8萬噸，改造后出水水質(zhì)主要指標滿足地表水IV類水體標準，并提供優(yōu)質(zhì)、安全的再生水源，要實現(xiàn)“不增加一寸土地，處理能力增４倍，升級改造不停運”的目標。

該項目難點包括：污水處理廠占地面積小，僅為22000平方米，改造用地非常緊張；冬季水溫低，進水氨氮含量指標高、碳源較低，不利于脫氮，需考慮與原廠工藝銜接。如何盡可能利用原有設(shè)施，優(yōu)化改造設(shè)計是個很大的挑戰(zhàn)。為了改造期間不停水、保證污水處理廠的連續(xù)運行，減少改造期間的環(huán)境污染，污水處理廠改造采用半地下式，即污水處理系統(tǒng)的構(gòu)筑物均建于地下，生產(chǎn)性建筑物及辦公、生活區(qū)統(tǒng)一建于地上。

肖家河污水處理廠升級改造項目將處理水量從2萬噸/日提高到8萬噸/日，項目占地22000平方米，比標準占地節(jié)約了62000平方米，土地費用節(jié)約近10億元；項目采用自主研發(fā)的節(jié)能型MBR工藝，在保證處理效果與膜沖刷效果的前提下，可節(jié)省膜系統(tǒng)風機能耗30%~50％；出水采用臭氧紫外聯(lián)合氧化消毒方式，并設(shè)有臭氣收集與生物除臭裝置。項目建成投產(chǎn)后，為清河上游每天補給8萬噸再生水，為河道景觀和沿岸綠化等用水提供水源，并為周邊單位提供再生用水。由于該廠采用半地下式設(shè)計，所有構(gòu)筑物全封閉，對環(huán)境的有害影響降至最低，建成后廠區(qū)綠化率大于30%，環(huán)境優(yōu)美。該項目的建設(shè)為提標擴建需求迫切、但用地緊張的污水處理廠建設(shè)提供了一個樣本?？傊?，從技術(shù)角度看，城市地下式污水處理廠優(yōu)缺點并存，應(yīng)綜合各方面因素（土地價值、周邊環(huán)境等），在全地下、半地下、地埋等形式空間，尋找一個最佳方案。