多维度“拷问”地下污水厂建设

在前不久举办的清华大学工程博士高峰论坛上，地下污水处理厂建设成为热议话题。污水处理专家结合工程案例，从不同的角度分析了地下污水处理厂建设的利弊。

工艺：兼顾各专业需求

全地下式污水处理厂的操作层位于地下，布置紧凑、节省占地，地上景观效果好，但现实问题不容回避，比如通风问题、消防问题、防洪问题、运输问题、设备检修以及以后改造扩建问题。北京市政设计研究总院有限公司副总工程师程树辉认为，由于地下式污水处理厂的特点（投资高、实施难度大、运行管理不便、改扩建难度大），使得工艺之外的其他因素在设计中的权重大幅提升，需转变以工艺专业为主导的设计理念，在保证工艺前提下，尽可能多地兼顾各专业需求。以地下式污水处理厂工艺设计来说，处理工艺是基础，设计参数为核心，池型选择做优化，辅助系统求简化。这类厂结构复杂、管线密集，各专业在有限空间内实现各自功能，不同于以往的专业配合，必须采用新的设计手段，也是适应大数据时代发展的要求。比如竖向设计与平面布局要有机结合，同时注意防洪设计、通风设计、消防设计以及发生运行事故时的应急处理。

鉴于地下式污水处理厂的特殊性，采用数字化的设计手段，对于提高设计效率、优化设计成果、控制工程投资、指导施工监理、方便运行管理都具有独特的优势。多维的数据支持，特别适合集中化程度很高的地下式污水处理厂。如采用BIM+三维有限元结构计算。地下式污水处理厂箱体结构较为复杂且工程混凝土用量巨大，采用传统的拆分构件的计算模式无法准确协调各相连构件的互相影响，在构件拆分和边界条件的确定中也难以与实际受力情况协调一致，从而造成较大的设计误差，可能存在部分构件的受力考虑不足的现象，造成设计隐患。所以将整体模型导入三维有限元计算软件进行三维整体计算，各结构单元之间的内力可以相互协调，避免传统单独构件计算的种种弊端。此外通过CFD（计算流体动力学）模拟优化，可以对池内不同水深的流速分布进行分析，优化搅拌器位置、功率，调整池体形状，长宽比、减少污泥淤积。

出水：河流重要生态补水

中国水环境集团董事长侯峰认为，地下污水处理厂建设很好地体现了环境友好、土地节约和资源利用。高品质出水是下沉式污水处理系统对水环境治理的重要作用。表现在除外源截污治污与内源清淤外，可以向河流提供高质量的生态补水且大幅削减外源污染负荷，解决臭气、噪声等问题，可与周边城市建成区协调融合。

把一个稳定的资源即处理后的城市污水，转化成对河流生态修复、恢复自然净化能力有用的水，这是不少城市污水处理厂应该发挥的重要作用。以贵州省贵阳市青山下沉式再生水厂为例，它是南明河流域综合整治配套工程，因选用下沉式模式，水厂造价比传统地面厂高约80%，但因其环境友好、土地节约、资源利用的优点，大大节省土地与管网费用，总投资较传统地面厂节省3.32 亿元。其出水水质指标（COD、氨氮、总磷）达地表水IV类水体水质标准，其余水质指标达到一级A标准，尾水用于南明河河道景观生态补水。节约卫生防护带用地207亩（按《城市排水工程规划规范(GB50318-2000)》300米防护距离），节省征地费用1.04 亿元（按50万元/亩）。地面置换一座景观活水公园，提升了土地利用价值；污水就近收集处理、就地回用，与原规划20公里外建设同等规模污水处理厂相比，节省污水收集管网投资2亿元（按1000万元/公里），节省再生水回用管网投资1.8亿元（按900万元/公里），同时也节省了再生水回用管网运行费用。

地下污水处理厂节省厂区边界环境卫生防护距离（300米）的占地，且高品质出水可就地河道补水，节省水资源费用与再生水管网敷设成本，地面景观与商业协同，提升了区域环境质量。但是地下污水处理厂建设目前还需要解决工艺优化问题。侯峰认为，一要通过高效低成本的新技术新工艺的应用，进一步缩小占地，节省投资，使其土地节约的特点更加突出，比传统地面厂更具竞争力。二要解决污水处理系统的安全问题、防洪排涝问题、防爆问题，地面景观公园等公共设施如何与生产设施进行人性化的有效隔离。三要尽快制定针对地下污水处理厂设计、施工、运营的相关标准、技术规范，如明确地下污水处理厂区消防标准等。

厂建：产学研用实践创新平台

根据城市污水处理厂提标、改扩建要求，要因地制宜采用不同的建设模式与技术路线。桑德国际执行董事张景志认为，应将地下污水厂作为产、学、研、用全方位联合开发实践平台，强化工程性实验研究，持续加大应用性、改进型研究。

以肖家河污水处理厂为例，其建成于2002年，是北京市首家由民营企业投资建设的BOT项目。2013年，北京市“污水治理三年行动方案”正式发布，提出升级改造要求，即在不新增占地的情况下，将日处理规模由2万吨提高到8万吨，改造后出水水质主要指标满足地表水IV类水体标准，并提供优质、安全的再生水源，要实现“不增加一寸土地，处理能力增４倍，升级改造不停运”的目标。

该项目难点包括：污水处理厂占地面积小，仅为22000平方米，改造用地非常紧张；冬季水温低，进水氨氮含量指标高、碳源较低，不利于脱氮，需考虑与原厂工艺衔接。如何尽可能利用原有设施，优化改造设计是个很大的挑战。为了改造期间不停水、保证污水处理厂的连续运行，减少改造期间的环境污染，污水处理厂改造采用半地下式，即污水处理系统的构筑物均建于地下，生产性建筑物及办公、生活区统一建于地上。

肖家河污水处理厂升级改造项目将处理水量从2万吨/日提高到8万吨/日，项目占地22000平方米，比标准占地节约了62000平方米，土地费用节约近10亿元；项目采用自主研发的节能型MBR工艺，在保证处理效果与膜冲刷效果的前提下，可节省膜系统风机能耗30%~50％；出水采用臭氧紫外联合氧化消毒方式，并设有臭气收集与生物除臭装置。项目建成投产后，为清河上游每天补给8万吨再生水，为河道景观和沿岸绿化等用水提供水源，并为周边单位提供再生用水。由于该厂采用半地下式设计，所有构筑物全封闭，对环境的有害影响降至最低，建成后厂区绿化率大于30%，环境优美。该项目的建设为提标扩建需求迫切、但用地紧张的污水处理厂建设提供了一个样本。总之，从技术角度看，城市地下式污水处理厂优缺点并存，应综合各方面因素（土地价值、周边环境等），在全地下、半地下、地埋等形式空间，寻找一个最佳方案。