设计案例 | 污水厂“突围”——地下式集约化污水厂关键问题设计
随着我国城市化水平和居民环境要求的提高，已建污水厂周边被居住区逐渐“包围”，厂群矛盾日益扩大。能够与周边环境协调、封闭程度高、二次污染少的地下式污水处理厂正在逐渐成为城市污水治理工程建设的新思路，近年来逐渐在各地兴起。
地下式污水厂的优势
与传统地上式污水厂相比，地下式污水厂优势明显。
（1）环境、噪音污染几乎消除：厂区生产构筑物全封闭管理，可以对产生的臭气进行全面的收集处理，主要产噪设备均处于地下封闭箱体，可有效避免臭气及噪声对地面建筑和居民生活和工作的影响。
（2）结构紧凑、土地利用率高：在构筑物形式选取及结构设计上采用布局紧凑的“模块化”设计，相比于地面式污水厂，可大大降低占地面积及所需的卫生防护距离，提升周边土地利用率。通过调研，地上污水厂占地指标一般为8 000~10 000 m²/(104m³∙d)，而地下式污水厂占地指标为3 000~5 000 m²/(104m³∙d)，用地可节省37%~60%。
（3）水温稳定、出水保证率高：箱体下沉并封闭，水温比较恒定，有利于生物处理工艺的稳定运行；同时，主要处理构筑物及设备可有效避免恶劣天气的不利影响，水厂整体运行稳定。
（4）景观效果好，环境融入度高：箱体顶部进行覆土绿化，可以将污水厂打造成一个亲民的、受大众欢迎的科教宣传基地或生态公园，充分融入周边环境，实现环境和谐统一。
地下式污水厂设计的关键技术问题
相比传统地面式污水厂，地下式污水厂不仅需要各专业采用针对性的设计，还需要各专业之间紧密配合，实现系统性融合。
（1）箱体下沉并高度集约化，建设费用高，在选择稳定可靠工艺的前提下，应合理选择构筑物形式，并选择低能耗、低声噪、高效率、便检修、故障率低的设备；合理选择配电、照明、通风方式，实现节能低耗，运行稳定的目标。
（2）为便于结构专业开挖支护、地基处理及抗浮的设计，箱体总体布置上，尽量将埋设深度相近的构筑物集中设置，实现“共底板”，避免高程错落。
（3）应充分利用下沉箱体的平面、竖向空间。箱体平面布置紧凑集约；通过合理布排电缆桥架、工艺管道、消防通风、电子巡检设备等实现操作层净空的最大化，以降低箱体结构尺寸和埋深。
（4）箱体消防设计是地下式污水厂的重点内容，防火分区的布置直接影响了箱体操作层的划分以及地面逃生口及景观的布置，但国内尚无专门的规范作为设计依据，《建筑设计防火规范》对地下厂房防火分区的规定并不完全适用于地下式污水处理厂消防设计，应根据操作层及水池功能分区，对其消防设计予以适当简化。如昆明第十一污水处理厂、南三环污水处理厂、昆明十四厂最大防火分区面积为3 900~4 000 m²。
钱江地下式污水处理厂设计案例
钱江污水处理厂位于萧山科技城，始建于1997年，经提标改造后，目前已实现全厂总规模34×104 m³/d。然而，随着萧山城市规模的不断扩大及经济的快速发展，片区内的污水量增长较快，已满负荷运行。为缓解污水处理厂的运行压力，满足区域经济发展的需要，2020年启动四期扩建工程，设计规模为40×104m³/d，出执行一级A标准。
厂区周边环境敏感度较高，可用地面积仅为98 700 m²，本着提倡“节约用地，减小污水处理厂对周边建设用地的环境影响，还周边市民一个优美的休闲环境”的设计理念，并考虑投资成本控制，污水厂建设形式采用地下式双层加盖形式，上方覆土绿化，打造成景观公园及生态停车场。
主体工艺采用以五段Bardenpho为主体的生物脱氮除磷工艺。五段Bardenpho工艺是基于AAO工艺衍化而来的工艺，具有成熟可靠、操作管理简单、运营成本较低等多项优点，是目前国内工程实例最多的工艺。
考虑地下厂整体布局，二沉池设计一般以矩形沉淀池为主，且通常选用周进周出和双层平流沉淀池等水力负荷和固体负荷较高池型。本工程可用地较小，双层沉淀池具有结构紧凑、占地面积小且能够实现与前端生反池“共底板”的特点，因此，本工程采用双层二沉池。双层沉淀池在苏州新区地下厂，深圳布吉污水厂均有较好的应用效果。
为实现出水TP≤0.5 mg/L，采用化学除磷深度处理。高效沉淀池表面负荷及污染物去除率较高，池体集约紧凑；转盘滤池具有出水水质稳定、占地省、水头损失小、运行管理简单、投资适中等优点。高效沉淀池和转盘滤池更适合本工程的应用。污泥处理采用占地面积小、密闭性较强的污泥浓缩脱水一体机，将污泥含水率将至≤80%后外运处置
箱体平面及竖向布置
地下式污水厂总平面图布置受风向影响较小，因此，平面布置时主要考虑进出水方向和用地等情况。本工程进水管道自南侧进入，北侧出水。平面布置时采用“顺流程”布置，沉砂池和初沉池等预处理设施集中置于箱体西南角，便于臭气的收集处理，沿箱体南北向布置中央巡视通道，并在通道东西两侧对称布置2座生物反应池，每组处理规模为20万m³/d，在箱体西北侧布置二沉池，处理规模为40万m³/d，在箱体东北侧布置高效沉淀池、滤布滤池、加氯接触池及出水泵房及加药间等设施。各构筑物之间通过渠道连接，箱体布置紧凑，土地利用率较高。
水厂采用地下二层建设形式，为满足顶部绿化及景观需求，上方覆土控制在0.5~1.5 m；地下一层为操作层及设备层，结构净空需满足设备起吊以及风管、电缆、除臭管道等敷设要求，本工程取4.0~4.5 m；地下二层为盛水层，构筑物之间通过渠道紧凑布置，能够有效减低水头损失。同时辅助用房置于盛水层上方，大大提高了箱体的平面及竖向空间利用率。
景观及海绵城市设计
结合地下箱体，打造集休闲公园与生态停车场于一体的“生态低碳绿顶、错层退台花园”式地面景观，三季有花、四季常绿。充分融入周边环境，总体绿化面积为60 200 m²，厂区绿化率达60%，通过植草沟、雨水花园、透水铺装等措施，实现年径流总量控制率达到75%。
（1）生物反应池
新建五段Bardenpho生物反应池2座4池，单座平面尺寸为124.6 m×168.8 m，有效水深为8.8 m，总停留时间为20.1 h，其中厌氧段为1.0 h；第一缺氧段为6.5 h；第一好氧段为8.6 h；第二缺氧段为3 h；第二好氧段为1.0 h。污泥浓度为3.5 g/L，总泥龄为30.6 d，硝化段泥龄为13.1 d，污泥负荷为0.055 kg BOD/（kg MLSS），设计气水比为5∶1。内回流比为300%，外回流比为100%。
（2）二沉池
新建16格二沉池，采用双层二沉池，高峰流量时设计表面负荷为1.15 m³/(m²·h)，单格尺寸79.0 m×9.7 m，单层有效水深为4.0 m，沉淀时间为3.48 h。
（3）高效沉淀池
新建高效沉淀池8座，每座处理流量为5万m³/d，座沉淀池尺寸为：16.0m ×16.0m ，有效水深为6.5 m，混凝时间为3 min，混合池G值取500~1 000s-1，絮凝时间为25 min, 絮凝区G值为100~500s-1，沉淀区表面负荷10.58 m³/(m²·h)，回流污泥比取10%。除磷药剂选用市售10%聚合氯化铝溶液，投加过量系数1.5。助凝剂采用PAM，投加量为1 mg/L。
（4）滤布滤池
新建滤布滤池共2座,共分8格，单格滤池尺寸为13.4 m×4.0 m。平均滤速为5.51 m/h，最大滤速为7.16 m/h。
钱江地下式污水处理厂通过构筑物地下式集约化布置形式，合理解决平面及立体空间布局，极大的节约占地面积，实现用地指标为2 500 m²/（104 m³∙d），本工程为厂区周边景观要求高且用地紧张地区的污水处理厂设计提供了相当的参考和借鉴价值。
作者简介：
王雅楠（1987- ），男，河北唐山人，硕士研究生，就职于上海市政院第四设计院，从事给排水及污水处理设计工作。