集约化污水处理厂的建设形式及思考

杨明轩

［上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092］

0 引言

污水处理厂作为城市基础设施建设的重要组成部分，对于改善地区排水情况，保护生态环境、保障生产和人民的正常生活，改善地区整体面貌和形象，具有重要作用。目前国内大多数污水处理厂均为常规地上式建设，常规地上式建设污水处理厂主要有工艺成熟，工程造价低等特点。但常规地上式建设污水处理厂仍存在占地面积大，浪费土地资源，景观较差等缺点。

在城市化进程的推动下，土地资源的高效利用以及建筑项目与其环境背景的和谐融合日益受到了广泛关注。建设“环境友好、土地集约、资源利用”的集约化污水处理设施已然成为城市基础设施建设的发展趋势和发展方向。

1 集约化污水处理厂的优点

相比常规地上分散式污水处理厂，集约化污水处理厂主要优点如下：①构筑物布局紧凑，节省了城市开发空间，助力周边地块的未来发展。②污水处理厂构筑物整体布局，美观性好，能与周边环境相协调，不会影响周边建筑的整体视觉效果。③池体全封闭，可以有效控制恶臭和隔绝噪声污染，与周围环境相协调，有效提升周边土地价值。④构筑物密闭性及保温性能好，污水生物处理工艺温度恒定、运行稳定。⑤全地下和半地下污水处理厂箱体顶部空间具有极高的开发潜力，这些区域可以用作城市公共设施，如绿化区、公园和运动场，也可以被考虑用于商业办公建筑的开发。

2 集约化污水处理厂的形式

通过对目前国内外在建和已建的集约化污水处理厂的设计形式进行分类总结，目前集约化污水处理厂建设形式主要分为集约化地上式污水处理厂、集约化双层加盖半地下式污水处理厂、集约化单层加盖半地下式污水处理厂、集约化全地下式污水处理厂4 种。

2.1 集约化地上式污水处理厂

集约化地上式污水处理厂也叫单层加盖地上式污水处理厂，即将传统分散式污水处理厂进行节约化整体布置，取消箱体加盖，构筑物顶板高出地面4.0～5.0m，操作层上无建筑物。箱体四周均设置道路。该方案建设成本最低，因基坑集约化布置，部分情况下造价甚至低于常规污水处理厂，但该方案设备起吊运输难度较常规厂大，且顶盖无法进行二次开发。目前国内案例有合肥市蔡田铺污水厂三期工程（规模为10 万m3/d）等。图1 为单层加盖地上式污水处理厂。

图1 单层加盖地上式污水处理厂

2.2 集约化双层加盖半地下式污水处理厂

图2为双层加盖半地下式污水处理厂。集约化双层加盖半地下式污水处理厂，即传统半地下式污水处理厂，污水厂操作层高度与室外地坪一致，对操作层箱体进行整体加盖，箱体覆土顶标高控制7.00m 左右（相对标高，厂区地坪标高为0.00m）。该方案建设成本、运行成本较大，但该种模式环境效益高，顶盖可供二次开发。目前国内已建设的案例有郑州市南三环污水处理厂工程（规模为10 万m3/d）、厦门市前埔污水处理厂三期工程（规模为20 万m3/d）等。

图2 双层加盖半地下式污水处理厂

2.3 集约化单层加盖半地下式污水处理厂

单层加盖半地下式污水厂，即在传统半地下式污水处理厂的基础上取消半地下箱体加盖，构筑物顶板高出地面0.3m，操作层上盖建筑物。箱体四周均设置道路，并由中部设置两个出入口直通操作层。该方案相较于传统半地下式污水厂，取消箱体加盖及箱体内的相应照明通风，建设运营成本有所降低，但顶盖无法进行二次开发。目前国内已建设案例有松江西部水环境有限公司三期工程（规模为10 万m3/d）、临港污水处理厂三期工程（规模为10 万m3/d）等。图3 为单层加盖半地下式污水处理厂。

图3 单层加盖半地下式污水处理厂

2.4 集约化全地下式污水处理厂

双层加盖全地下式，即全地下式污水处理厂，污水厂箱体覆土顶标高与室外地坪一致，箱体覆土顶标高采用0.00m，该方案箱体埋深过大，基坑支护费用极高，需设置进入地下箱体的专用通道，且运行难度、成本、风险最大。但该种模式环境效益最高，顶盖可供二次开发潜力最高，可以作为公园绿地、停车场、仓储用地或者商业开发[1]。目前国内已建设案例有泰和污水处理厂（规模为40 万m3/d，顶部开发建设公园），贵阳贵医污水处理厂（规模为5 万m3/d，顶部开发建设高层商业综合体）。图4 为双层加盖全地下式污水处理厂，表1 为集约化污水处理厂对比。

表1 集约化污水处理厂对比

图4 双层加盖全地下式污水处理厂

3 集约化污水处理厂的设计建议

（1）对于土地资源紧张区域的开发，建议采用集约化污水处理厂。若选址位于周边环境敏感的城市核心区域，建议采用双层加盖半地下式污水厂或双层加盖全地下式污水厂，若周边敏感目标较少，尽量采用单层加盖地上式污水厂以节省投资。

（2）全地下污水处理厂和半地下双层加盖污水处理厂在地下箱体构筑物结构设计时，可结合箱体顶部的二次开发预留相应荷载。为合理利用后续可开发的面积，以区域的综合开发为依托，采用产业链扩充、协作经营和组合开发的措施，促使经济效益不高的生态管理项目与经济回报较佳的相关产业有机融合，充分利用地面部分的商业价值。

（3）全地下或半地下污水厂设计过程建议考虑设置调蓄池，一方面针对雨污混接问题对雨季原系统的合流水溢流进行调蓄，减少系统的合流水溢流并为地区初雨处理创造条件。另一方面，在污水厂检修及事故状态时提供调蓄，并避免旱季的污水溢流[3]。

（4）全地下污水处理厂和半地下双层加盖污水处理厂在地下箱体设计时，除臭风机及通风需考虑备用，防止风机故障等突发情况对污水厂正常运维的影响。

（5）全地下污水处理厂和半地下双层加盖污水处理厂可考虑利用除臭设备的尾气作为曝气使用，充分利用箱体通风换气风量，节省能耗的同时[4]。

（6）建设全地下污水处理厂和半地下双层加盖污水处理厂需考虑节省用地指标时，宜选择节地的工艺（MBR、一体化反应沉淀池），可减少地下基坑围护及相应结构费用。

（7）地下污水厂通常缺少日光和自然光，可通过应用光导照明技术，在白天基本取代了电力照明，降低了污水厂内部的白天照明能耗[5]。

（8）地下式污水厂应在进水端设置两道速闭闸，进水速闭闸与进水端液位联动，当进水端液位较高或污水厂内运行不正常时时自动落闸，切断进水，保证运行安全。为降低速闭闸的泄漏率，也可在箱体前的管道上设置闸阀提高保证率，避免特殊情况下污水淹没箱体。

（9）建议消防部门对集约化污水厂项目进行专项设计评估，考虑到污水处理设施的运营特性，在确保安全的前提下适度增加防火区的面积，消防方案建议采用室内消火栓系统，有利于降低投资，方便施工及后期运维。

（10）污水处理厂尾水可通过中水回用系统，用于厂区冲洗及绿化浇灌。同时考虑设计水源热泵系统，通过利用尾水水温与室外温差，将尾水作为综合楼在夏季空调制冷过程中的冷却水和冬季供暖过程中的冷冻水，以减少空调系统的耗能量。

（11）为节约地下式污水处理厂运行费用，主体生化处理工艺采用多点进水多段式AAO 工艺，可以充分利用进水碳源，减少外加碳源投加量；设计过程中尽量采用智能加药系统、精确曝气系统等智慧化系统，精确控制处理过程的加药量和鼓风机运行，降低能耗药耗。

（12）集约化污水处理厂基本为全混凝土加盖设计，与常规污水处理厂相比，污水处理过程观察难度较大，运维人员对于过程仪表的依赖性更强，建议增设过程仪表及相近位置进行联锁，防止仪表故障影响运维情况的判断，如水泵采用浮球和液位计双保险的设计。

（13）为方便后期运维，集约化双层污水处理厂上下层尽量采用楼梯，避免设计直梯。

（14）设计过程要慎重考虑厂区选址及地坪标高设计，设计地坪标高在满足城镇防洪标准的基础上适当提高，除此外进出口坡道上坡口处设置雨水沟且设置驼峰；进出口坡道下坡口处设置雨水沟，截留顺着坡道流入箱体内的雨水，就近引入箱体进水泵房或箱体出水泵房强排[6]。

（15）建议厂区备用柴油发电机，当地下箱体因停电不能进水时，可保证排涝泵房内污水临时排入受纳水体，避免污水淹没箱体。

4 结语

我国城镇化的快速发展和未来城镇日益紧张的土地资源催生出国家对于集约化污水处理厂的迫切需求，目前集约化污水厂已成为城市污水处理设施发展的新趋势。但现阶段集约化污水处理厂数量较少，建设及运营时间较短，缺乏相关标准和规范，导致设计经验不足，制约集约化污水厂的发展。设计人员后期应从各工艺段总结汲取经验，提出完善设计阶段需特别关注的设计细节，为设计建造出低碳高效的集约化污水处理厂提供参考。