多维度“拷问”地下污水厂建设

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在最近举行的清华大学工程博士峰会上，地下污水处理厂的建设成为一个热门话题。结合工程案例，污水处理专家从不同角度分析了地下污水处理厂建设的利弊。

技术:考虑各种职业的需求

全地下污水处理厂的操作层位于地下，布局紧凑，节省占地，具有良好的地上景观效果。然而，实际问题是不可避免的，如通风、消防、防洪、运输、设备维护和未来的改扩建。北京市市政设计研究院有限公司副总工程师程认为，由于地下污水处理厂的特点(投资高、实施困难、运行管理不便、改扩建困难)，设计中其他因素的权重大大增加，因此有必要改变以技术专业为主的设计理念，在保证技术的前提下，尽可能考虑各专业的需求。地下污水处理厂的工艺设计，以处理工艺为基础，以设计参数为核心，优化池型，简化辅助系统。这种工厂结构复杂，管道密集，各专业在有限的空空间内实现各自的功能。与以往的专业合作不同，它必须采用新的设计手段，这也是适应大数据时代发展的要求。例如，竖向设计应与平面布局有机结合，并应注意防洪设计、通风设计、消防设计和操作事故的应急处理。

鉴于地下污水处理厂的特殊性，采用数字化设计手段在提高设计效率、优化设计结果、控制工程投资、指导施工监理、方便运行管理等方面具有独特的优势。多维数据支持尤其适用于高浓度的地下污水处理厂。如采用bim+ 3D有限元结构计算。地下污水处理厂箱型结构复杂，工程混凝土量巨大。传统的分体构件计算模型不能准确协调连接构件之间的相互影响，在构件的分体和边界条件的确定中难以与实际受力情况相协调，从而造成较大的设计误差，并且可能对部分构件的受力考虑不足，造成设计隐患。因此，将积分模型引入到三维有限元计算软件中进行三维积分计算，结构单元之间的内力可以相互协调，避免了传统单构件计算的缺点。此外，通过cfd (Computational Fluid Dynamics)模拟和优化，可以分析池内不同水深的速度分布，优化搅拌器位置和功率，调整池体形状，减少污泥沉积。

污水:河流重要的生态补充

中国水环境集团董事长风后认为，建设地下污水处理厂是环境友好、节约土地和资源利用的良好范例。优质出水是浸没式污水处理系统在水环境治理中的重要作用。它可以为河流提供高质量的生态供水，大大减少外部污染负荷，解决臭气和噪音问题，并与周围的城市建成区相协调。许多城市污水处理厂应该发挥重要作用，将稳定的资源(即处理过的城市污水)转化为对河流生态恢复和自然净化有用的水。以贵州省贵阳市青山下沉式再生水厂为例，该项目是南明河流域综合整治的配套工程。由于采用下沉方式，水厂的成本比传统的地面水厂高80%左右。然而，由于其环保、节地和资源利用的优势，大大节约了土地和管网的成本，总投资比传统地面工厂少3.32亿元。出水水质指标(cod、氨氮、总磷)达到四级地表水水质标准，其他水质指标达到一级甲等标准。尾水用于南明河景观的生态补水。卫生防护区节约用地207亩(根据《城市排水工程规划规范》(GB 50318-2000)中300米的防护距离)，节约征地费用1.04亿元(按50万元/亩)。用地面代替景观活水公园提高了土地利用价值；与原计划在20公里外建设一个同样规模的污水处理厂相比，污水就近收集处理，就地回用，污水收集管网节约2亿元(1000万元/公里)，中水回用管网节约1.8亿元(900万元/公里)，同时也节约了中水回用管网的运行费用。

地下污水处理厂节省了厂区边界环境卫生保护距离(300米)所占用的土地，高质量的出水可以就地向河流补水，从而节约了水资源成本和中水管网的铺设成本。地面景观与商业合作改善区域环境质量。然而，地下污水处理厂的建设仍然需要解决工艺优化的问题。风后认为，首先，通过应用高效、低成本的新技术和新工艺，应进一步减少土地占用，节约投资，使其节地特色更加突出，比传统的地面植物更具竞争力。第二，必须解决污水处理系统的安全问题、防洪排涝问题、防爆问题，以及如何人性化和有效地将地面景观公园等公共设施与生产设施隔离开来。第三，尽快制定地下污水处理厂设计、建设和运行的相关标准和技术规范，如规定地下污水处理厂的消防标准。

工厂建设:生产、教育和研究的实践创新平台

根据城市污水处理厂升级改造和扩建的要求，因地制宜地采用不同的建设模式和技术路线。桑德国际(Sander International)执行董事张敬之认为，地下污水处理厂应作为一个产学研用全方位联合开发的实践平台，以加强工程实验研究，不断增加应用和改进研究。

以2002年建成的小河边污水处理厂为例，这是北京市第一个由民营企业投资建设的bot项目。2013年，北京市《污水处理三年行动计划》正式发布，提出了升级改造的要求，即在不增加占地的情况下，日处理规模由2万吨提高到8万吨。改造后，出水水质主要指标达到地表水ⅳ类水体标准，并提供了优质安全的再生水源，实现了“不增加一寸土地，增加处理量四倍，不停止升级改造”的目标。

项目的难点包括:污水处理厂占地面积小，只有22000平方米，改造用地非常紧张；冬季水温低，进水氨氮含量指数高，碳源低，不利于脱氮，因此有必要考虑与原厂工艺衔接。如何充分利用现有设施，优化设计是一个巨大的挑战。为了保证污水处理厂的连续运行，减少改造过程中的环境污染，污水处理厂的改造采用半地下式，即污水处理系统的结构全部建在地下，生产建筑、办公和生活区全部建在地上。

肖家河污水处理厂升级改造工程将使处理水量从2万吨/日增加到8万吨/日。项目占地面积22000平方米，比标准用地面积节约62000平方米，节约土地成本近10亿元；本项目采用自主研发的节能型mbr工艺，在保证处理效果和膜清洗效果的前提下，可节省膜系统风机30% ~ 50%的能耗；出水经臭氧和紫外线联合氧化消毒，并配有臭气收集和生物除臭装置。项目建成投产后，每天将为清河上游提供8万吨再生水，为河流景观和海岸绿化提供水源，为周边单位提供再生水。由于工厂的半地下设计，所有的结构都是完全封闭的，对环境的有害影响降到最低。建成后，厂区绿化率达30%以上，环境优美。本项目的建设为急需升级扩建但缺乏土地的污水处理厂的建设提供了一个范例。总之，从技术角度来看，城市地下污水处理厂的优势和劣势并存，应综合各种因素(土地价值、周边环境等)在空所有地下、半地下和地下埋地形式中寻找最优方案。)。

由e20环境平台、上海市政工程设计研究院(集团)有限公司、上海城头污水处理有限公司联合主办的“2015(第七届)上海水热点论坛”将于9月11日至12日(周五、周六)在上海同济大学129礼堂举行。围绕“面向未来的污水污泥资源化途径”这一主题，邀请了技术领域的专家学者、相关政府部门、业主单位以及投融资领域的专家，与业内人士共同探讨“水十篇”之后，污水污泥领域技术企业应具备的面向未来的综合素质等话题。届时，地下污水处理厂的成功经验也将被分享。请注意。