在前不久舉辦的清華大學工程博士高峰論壇上， 地下污水處理廠建設成為熱議話題。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)實問題不容回避， 比如通風問題、消防問題、防洪問題、運輸問題、設備檢修以及以后改造擴建問題。北京市政設計研究總院有限公司副總工程師程樹輝認為， 由于地下式污水處理廠的特點（投資高、實施難度大、運行管理不便、改擴建難度大）， 使得工藝之外的其他因素在設計中的權(quán)重大幅提升， 需轉(zhuǎn)變以工藝專業(yè)為主導的設計理念， 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計來說， 處理工藝是基礎， 設計參數(shù)為核心， 池型選擇做優(yōu)化， 輔助系統(tǒng)求簡化。這類廠結(jié)構(gòu)復雜、管線密集， 各專業(yè)在有限空間內(nèi)實現(xiàn)各自功能， 不同于以往的專業(yè)配合， 必須采用新的設計手段， 也是適應大數(shù)據(jù)時代發(fā)展的要求。比如豎向設計與平面布局要有機結(jié)合， 同時注意防洪設計、通風設計、消防設計以及發(fā)生運行事故時的應急處理。
鑒于地下式污水處理廠的特殊性， 采用數(shù)字化的設計手段， 對于提高設計效率、優(yōu)化設計成果、控制工程投資、指導施工監(jiān)理、方便運行管理都具有獨特的優(yōu)勢。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)計算。地下式污水處理廠箱體結(jié)構(gòu)較為復雜且工程混凝土用量巨大， 采用傳統(tǒng)的拆分構(gòu)件的計算模式無法準確協(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際受力情況協(xié)調(diào)一致， 從而造成較大的設計誤差， 可能存在部分構(gòu)件的受力考慮不足的現(xiàn)象， 造成設計隱患。所以將整體模型導入三維有限元計算軟件進行三維整體計算， 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)單獨構(gòu)件計算的種種弊端。此外通過CFD （計算流體動力學） 模擬優(yōu)化， 可以對池內(nèi)不同水深的流速分布進行分析， 優(yōu)化攪拌器位置、功率， 調(diào)整池體形狀， 長寬比、減少污泥淤積。
出水： 河流重要生態(tài)補水
中國水環(huán)境集團董事長侯鋒認為， 地下污水處理廠建設很好地體現(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)補水且大幅削減外源污染負荷， 解決臭氣、噪聲等問題， 可與周邊城市建成區(qū)協(xié)調(diào)融合。把一個穩(wěn)定的資源即處理后的城市污水， 轉(zhuǎn)化成對河流生態(tài)修復、恢復自然凈化能力有用的水， 這是不少城市污水處理廠應該發(fā)揮的重要作用。以貴州省貴陽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， 大大節(jié)省土地與管網(wǎng)費用， 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（COD、氨氮、總磷） 達地表水IV 類水體水質(zhì)標準， 其余水質(zhì)指標達到一級A 標準， 尾水用于南明河河道景觀生態(tài)補水。節(jié)約衛(wèi)生防護帶用地207 畝（按《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范（GB50318-2000）》300 米防護距離）， 節(jié)省征地費用1.04 億元（按50 萬元/畝）。地面置換一座景觀活水公園， 提升了土地利用價值； 污水就近收集處理、就地回用， 與原規(guī)劃20 公里外建設同等規(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 萬元/公里）， 節(jié)省再生水回用管網(wǎng)投資1.8 億元（按900萬元/公里）， 同時也節(jié)省了再生水回用管網(wǎng)運行費用。
地下污水處理廠節(jié)省廠區(qū)邊界環(huán)境衛(wèi)生防護距離（300 米） 的占地， 且高品質(zhì)出水可就地河道補水， 節(jié)省水資源費用與再生水管網(wǎng)敷設成本， 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目前還需要解決工藝優(yōu)化問題。侯鋒認為， 一要通過高效低成本的新技術新工藝的應用， 進一步縮小占地， 節(jié)省投資， 使其土地節(jié)約的特點更加突出， 比傳統(tǒng)地面廠更具競爭力。二要解決污水處理系統(tǒng)的安全問題、防洪排澇問題、防爆問題， 地面景觀公園等公共設施如何與生產(chǎn)設施進行人性化的有效隔離。三要盡快制定針對地下污水處理廠設計、施工、運營的相關標準、技術規(guī)范， 如明確地下污水處理廠區(qū)消防標準等。
廠建： 產(chǎn)學研用實踐創(chuàng)新平臺
根據(jù)城市污水處理廠提標、改擴建要求， 要因地制宜采用不同的建設模式與技術路線。桑德國際執(zhí)行董事張景志認為， 應將地下污水廠作為產(chǎn)、學、研、用全方位聯(lián)合開發(fā)實踐平臺， 強化工程性實驗研究， 持續(xù)加大應用性、改進型研究。
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企業(yè)投資建設的BOT項目。2013 年， 北京市“污水治理三年行動方案” 正式發(fā)布， 提出升級改造要求， 即在不新增占地的情況下， 將日處理規(guī)模由2 萬噸提高到8萬噸， 改造后出水水質(zhì)主要指標滿足地表水IV類水體標準， 并提供優(yōu)質(zhì)、安全的再生水源， 要實現(xiàn)“不增加一寸土地， 處理能力增４ 倍， 升級改造不停運” 的目標。
該項目難點包括： 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， 進水氨氮含量指標高、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施， 優(yōu)化改造設計是個很大的挑戰(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改造項目將處理水量從2 萬噸/日提高到8 萬噸/日， 項目占地22000平方米， 比標準占地節(jié)約了62000 平方米， 土地費用節(jié)約近10 億元； 項目采用自主研發(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)風機能耗30%~50％； 出水采用臭氧紫外聯(lián)合氧化消毒方式， 并設有臭氣收集與生物除臭裝置。項目建成投產(chǎn)后， 為清河上游每天補給8 萬噸再生水， 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計， 所有構(gòu)筑物全封閉， 對環(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。該項目的建設為提標擴建需求迫切、但用地緊張的污水處理廠建設提供了一個樣本。總之， 從技術角度看， 城市地下式污水處理廠優(yōu)缺點并存， 應綜合各方面因素（土地價值、周邊環(huán)境等）， 在全地下、半地下、地埋等形式空間， 尋找一個最佳方案。
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