多維度“拷問(wèn)”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(shí)問(wèn)題不容回避，比如通風(fēng)問(wèn)題、消防問(wèn)題、防洪問(wèn)題、運(yùn)輸問(wèn)題、設(shè)備檢修以及以后改造擴(kuò)建問(wèn)題。北京市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司副總工程師程樹(shù)輝認(rèn)為，由于地下式污水處理廠的特點(diǎn)（投資高、實(shí)施難度大、運(yùn)行管理不便、改擴(kuò)建難度大），使得工藝之外的其他因素在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)來(lái)說(shuō)，處理工藝是基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)參數(shù)為核心，池型選擇做優(yōu)化，輔助系統(tǒng)求簡(jiǎn)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(shí)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(jì)手段，也是適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展的要求。比如豎向設(shè)計(jì)與平面布局要有機(jī)結(jié)合，同時(shí)注意防洪設(shè)計(jì)、通風(fēng)設(shè)計(jì)、消防設(shè)計(jì)以及發(fā)生運(yùn)行事故時(shí)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(jì)手段，對(duì)于提高設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化設(shè)計(jì)成果、控制工程投資、指導(dǎo)施工監(jiān)理、方便運(yùn)行管理都具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。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(jì)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(jì)算模式無(wú)法準(zhǔn)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(shí)際受力情況協(xié)調(diào)一致，從而造成較大的設(shè)計(jì)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(jì)隱患。所以將整體模型導(dǎo)入三維有限元計(jì)算軟件進(jìn)行三維整體計(jì)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(dú)構(gòu)件計(jì)算的種種弊端。此外通過(guò)CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）模擬優(yōu)化，可以對(duì)池內(nèi)不同水深的流速分布進(jìn)行分析，優(yōu)化攪拌器位置、功率，調(diào)整池體形狀，長(zhǎng)寬比、減少污泥淤積。

出水：河流重要生態(tài)補(bǔ)水

中國(guó)水環(huán)境集團(tuán)董事長(zhǎng)侯峰認(rèn)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(duì)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(bǔ)水且大幅削減外源污染負(fù)荷，解決臭氣、噪聲等問(wèn)題，可與周邊城市建成區(qū)協(xié)調(diào)融合。

把一個(gè)穩(wěn)定的資源即處理后的城市污水，轉(zhuǎn)化成對(duì)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(yáng)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(jià)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(diǎn)，大大節(jié)省土地與管網(wǎng)費(fèi)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(biāo)（COD、氨氮、總磷）達(dá)地表水IV類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，尾水用于南明河河道景觀生態(tài)補(bǔ)水。節(jié)約衛(wèi)生防護(hù)帶用地207畝（按《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范(GB50318-2000)》300米防護(hù)距離），節(jié)省征地費(fèi)用1.04 億元（按50萬(wàn)元/畝）。地面置換一座景觀活水公園，提升了土地利用價(jià)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(wàn)元/公里），節(jié)省再生水回用管網(wǎng)投資1.8億元（按900萬(wàn)元/公里），同時(shí)也節(jié)省了再生水回用管網(wǎng)運(yùn)行費(fèi)用。

地下污水處理廠節(jié)省廠區(qū)邊界環(huán)境衛(wèi)生防護(hù)距離（300米）的占地，且高品質(zhì)出水可就地河道補(bǔ)水，節(jié)省水資源費(fèi)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(wèn)題。侯峰認(rèn)為，一要通過(guò)高效低成本的新技術(shù)新工藝的應(yīng)用，進(jìn)一步縮小占地，節(jié)省投資，使其土地節(jié)約的特點(diǎn)更加突出，比傳統(tǒng)地面廠更具競(jìng)爭(zhēng)力。二要解決污水處理系統(tǒng)的安全問(wèn)題、防洪排澇問(wèn)題、防爆問(wèn)題，地面景觀公園等公共設(shè)施如何與生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行人性化的有效隔離。三要盡快制定針對(duì)地下污水處理廠設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范，如明確地下污水處理廠區(qū)消防標(biāo)準(zhǔn)等。

廠建：產(chǎn)學(xué)研用實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)

根據(jù)城市污水處理廠提標(biāo)、改擴(kuò)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(guó)際執(zhí)行董事張景志認(rèn)為，應(yīng)將地下污水廠作為產(chǎn)、學(xué)、研、用全方位聯(lián)合開(kāi)發(fā)實(shí)踐平臺(tái)，強(qiáng)化工程性實(shí)驗(yàn)研究，持續(xù)加大應(yīng)用性、改進(jìn)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(yíng)企業(yè)投資建設(shè)的BOT項(xiàng)目。2013年，北京市“污水治理三年行動(dòng)方案”正式發(fā)布，提出升級(jí)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(wàn)噸提高到8萬(wàn)噸，改造后出水水質(zhì)主要指標(biāo)滿足地表水IV類水體標(biāo)準(zhǔn)，并提供優(yōu)質(zhì)、安全的再生水源，要實(shí)現(xiàn)“不增加一寸土地，處理能力增４倍，升級(jí)改造不停運(yùn)”的目標(biāo)。

該項(xiàng)目難點(diǎn)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(jìn)水氨氮含量指標(biāo)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(jì)是個(gè)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(yùn)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(jí)改造項(xiàng)目將處理水量從2萬(wàn)噸/日提高到8萬(wàn)噸/日，項(xiàng)目占地22000平方米，比標(biāo)準(zhǔn)占地節(jié)約了62000平方米，土地費(fèi)用節(jié)約近10億元；項(xiàng)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(fēng)機(jī)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(xiàng)目建成投產(chǎn)后，為清河上游每天補(bǔ)給8萬(wàn)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(jì)，所有構(gòu)筑物全封閉，對(duì)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(xiàng)目的建設(shè)為提標(biāo)擴(kuò)建需求迫切、但用地緊張的污水處理廠建設(shè)提供了一個(gè)樣本。總之，從技術(shù)角度看，城市地下式污水處理廠優(yōu)缺點(diǎn)并存，應(yīng)綜合各方面因素（土地價(jià)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(gè)最佳方案。