泰和全地下污水厂是如何建设的？
1泰和污水处理厂项目背景
根据上海市污水处理系统专业规划确定的目标，上海市第六轮环境保护和建设三年行动计划要求至2017年全市污水处理率要达到90%以上，随着宝山地区的发展和截污纳管率的不断提高，石洞口污水处理厂和竹园第一污水处理厂的污水处理量已经达到设计规模。为满足宝山地区污水量增长的需求，提高污水处理能力，减少污染物排放，改善蕰藻浜及其支流水质，泰和污水处理厂的建设提上了议事日程。
泰和污水处理厂位于上海市宝山区规划共富路、规划梅林路、泰联路、蕰藻浜北侧绿化带围合的区域内，污水厂规划总规模55~60万m3/d，本次一期工程建设规模40万m3/d，工程服务范围包括西至环西二大道、蕰川路，北到外环线、湄浦河，东至共和新路、北泗塘，南到走马塘、蕰藻浜所围区域，宝钢吴淞工业区和苏州河六支流服务范围，总服务面积约115km2。
由于项目地处上海市外环线(S20)内，属于上海市中心城区，周边又紧邻居民住宅区，最近的小区距离污水厂用地不足200m，因此为最大限度减少污水厂设施运行对周边环境的影响，同时亦满足用地规划的控制要求，泰和污水处理厂采用了全地下式的布置形式，并与地面公共绿地、水系、建筑有机融合，全力打造优宜的景观环境，成为真正意义上的“环境友好型”城市污水处理厂。
2项目建设规模及目标
泰和污水处理厂规划总规模为55~60万m3/d，本次一期工程建设规模为40万m3/d(其中污泥处理及尾水排放管的土建设施按远期规模一次建成)。为了减少雨季的溢流污染，同时也为满足污水厂检修及事故排放的调蓄要求，本工程还将新建一座容积为15万m3的系统调蓄池。
泰和污水处理厂出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级A标准，其中氨氮、总磷达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的Ⅳ类标准，尾水排入蕰藻浜;污泥处理至含水率小于等于40%后外运至石洞口污水厂集中处理处置;臭气处理执行上海市地方标准《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》(DB31/982—2016)中排气筒及厂界排放限值。
3泰和全地下污水厂的关键技术研究应用
泰和污水处理厂是目前上海建设标准最高、工程规模超大的全地下式污水处理厂，工程的建设项目总投资约40亿元。
立足污水厂高标准的建设目标及全地下式的布置形式，并充分考虑后期运维的相关需求和厂区用地的特殊复合属性，本项目在处理工艺选择、平面布置及竖向高程确定、地下空间适宜性深化设计、节能降耗和智能化运行系统设置等方面都进行了针对性的研究。
3.1处理工艺的选择
根据泰和污水处理厂的进水水质特点、污水处理要求及上海实际情况，污水厂的污水处理拟采用AAO工艺;污泥处理拟采用低温真空脱水干化工艺。
污水处理厂总体工艺处理流程如图1所示。
3.1.1污水处理工艺
本工程的污水处理工艺充分考虑技术的可靠性、运行的稳定性、经济的合理性、处理重点的强化性、对污水水质、水量、设施布置的适应性以及远期提标的预留空间等各种因素。经论证比较，泰和污水厂污水处理工艺路线采用预处理+二级生物处理+混凝沉淀+反硝化过滤工艺。
(1)预处理：增设了初沉池，当进水SS浓度较高时可截留部分无机物质，保证后续生物处理设施的正常运行，当进水SS浓度较低时，予以直接超越。
(2)二级生物处理：选用常用的AAO工艺，具体池型分区设计时通过生反池进水点、内回流点以及各点之间进水比例的调整，可实现常规AAO、倒置AAO和两段式AAO三种模式间的切换运行;二沉池采用矩形周进周出沉淀池，其设计表面负荷取值1.18m3/(m2˙h)，比常规的平流式沉淀池[一般设计表面负荷为0.9m3/(m2˙h)]，可节地约30%。
(3)深度处理：为确保污水厂出水稳定达到优于一级A的排放标准，深度处理环节近期需考虑强化对SS、氨氮和总磷的去除效果;远期还要考虑出水进一步提标的可能，需对总氮有进一步降解。针对上述需求，并结合地下式污水厂的特点，泰和污水处理厂深度处理采用水力负荷高、处理效率优、出水稳定、布置集约且近远期运行模式可应对需求转换的“高效沉淀池+反硝化深床滤池”的工艺。
(4)消毒处理：采用紫外线消毒为主，次氯酸钠消毒为辅的消毒方式，保证消毒效果。
3.1.2污泥处理工艺
泰和污水处理厂产生的污泥最终运至石洞口污水厂进行干化焚烧处置，厂内污泥处理采用低温真空脱水干化工艺，污泥含水率降至40%以下后集中外运。该工艺是一种集污泥深度脱水和低温真空干化于一体的新型污泥干化专利技术，与其它干化技术相比具有节能、集约化、臭气排放少和运行管理简单等综合优势，出泥量小、出泥含水率低，相对于常规污水处理厂80%的出泥含水率，减少了约67%的污泥外运量，对环境的影响亦大大减小。
3.2平面及竖向布置的优化
泰和污水处理厂位于规划共富路、规划梅林路、泰联路、蕰藻浜北侧绿化带围合的区域内，规划总用地面积约2.728×105m2，近期工程用地约1.923×105m2。污水厂以联谊路划分为南北两个片区，根据规划，联谊路以北的污水厂建设用地为公共绿地和环卫设施综合用地的复合属性，地下污水厂上部拟建设公共绿地，项目用地外沿还有规划“9”字型围场河，因此在污水厂平面及竖向布置时，需充分考虑与上部空间各系统的融合。
(1)平面布置的合理布局
泰和污水处理厂以联谊路为界划分为南北两个片区，联谊路北侧为近期工程生产区，主要布置污水厂的地下一体化箱体，所有污水处理设施均集约化设置于其中，箱体顶部加盖，上部建设公共绿地。北侧近期一体化箱体平面尺寸约349m×350m，由西向东依次为预处理区及污泥处理区、生物处理区和深度处理区，分区清晰;根据污水厂一体化箱体人员及车辆进出、设备起吊、通风、逃生及运行管理等的相关需求，在地面布置相应的附属设施，为避免交叉影响，集中厂房建筑区域及箱体主通道出入口设置为4个独立的区域，与公共绿地进行分隔;9字型规划河道围绕污水厂一体化箱体四周布设，交通由4座桥梁与周边市政道路相接。
联谊路南侧为污水厂厂前生产管理区、出水区和远期工程预留用地。厂前区位于联谊路西南角，南临蕰藻浜，卫生条件及景观效果均较好;污水厂拟建的系统调蓄池也位于该区域，采用地下式的布置形式;出水区位于最南侧，处理尾水就近排放蕰藻浜。
(2)竖向布置的平衡优化
泰和污水处理厂一体化箱体的竖向布置标高综合考虑工程投资、工程安全、进出水水力衔接、环境协调和绿化景观等方面的需求。污水厂周边市政道路的设计地面标高约4.50m，一体化箱体的竖向布置采用箱体顶标高高于周边道路1m的方案(箱体内操作层标高-1.00m;箱体顶板标高5.50m)，箱体分两层，地下二层为水处理层，主要为钢筋混凝土水池结构;地下一层为操作层，主要为框架结构，箱体顶部覆土厚度1.5m实施绿化。污水厂的这个高程布置方案在满足绿化景观建设要求的前提下，通过适当抬升竖向布置高程，既节省了工程造价，也一定程度提升了工程实施及运行的安全性。污水厂整体竖向布置如图3所示。
3.3地下空间适宜性的细化设计
不同于常规地上污水厂，全地下式污水厂其构筑物池体以及操作平台空间都为相对封闭的环境，为保证后期运维安全，也体现高标准的建设目标，泰和污水厂在除臭通风、采光照明、消防安全、防腐等方面都作了针对性的细化设计。
(1)除臭通风
泰和污水处理厂臭气处理执行上海市地方标准《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》(DB31/982—2016)，为确保除臭系统满足工程要求，保证周边环境达标，也保证地下式污水厂操作层良好的运行环境，本工程根据不同构筑物所产生臭气的特点、浓度情况，采用不同的除臭处理工艺。对于较高浓度臭气，例如粗格栅及进水泵房、细格栅及曝气沉砂池、平流式初沉池、AAO生物反应池、储泥池、污泥深度脱水机房及料仓等选用生物滴滤+改良式生物过滤+活性炭吸附组合式除臭工艺;系统调蓄池为间歇运行，其臭气浓度相对较低，透气井处设置活性炭吸附除臭设备，调蓄池水泵区域设置离子法除臭设备。构筑物区操作层空间由盖板处外溢出的臭气采取区域隔断+合理的气流组织(离子送风+活性炭吸附)进行控制。
一体化箱体操作层大空间采用全面机械通风，换气次数不小于6次/h，事故状态下满足12次/h的通风要求。由于泰和污水厂地下空间体积大，通风换气量亦大，为达到通风系统节能降耗的目的，污水厂设计专门配置有一套智能通风系统。
(2)采光照明
针对污水厂地下式布置的特点，本工程在地下箱体便于自然采光的区域，考虑充分利用室外自然光线，即设置采光井;局部设置光导照明装置将自然光均匀高效地导入室内作为人工光源的补充，光导照明的设置与地面绿化景观密切配合，同时也与照明系统控制相结合，在白天可关闭相应区域人工照明设施，以节省能源。
本工程在地下箱体区域设置智能照明控制系统，既能优化能源的利用，又可最大限度地节约电能。此外，针对应急照明，在必要场所均设置备用照度不低于正常照度的应急照明、疏散指示标志灯等设施，备用时间不低于90min。
(3)消防安全
相比于传统的地上污水处理厂，地下式污水处理厂的消防问题有其独有的特点，一方面是其风险性较大，因空间相对封闭，若发生火灾，人员疏散较困难;另一方面是其发生概率较低，主要是水池构筑物，只有定期巡视和取样人员在内部作短暂停留。因此，泰和污水厂地下箱体的防火分区及其面积控制进行了适宜的区分确定，其中初沉池、生反池和二沉池水处理构筑物部分按构筑物考虑，设置必要的人员安全出入口;除此以外的均按地下厂房考虑，共设12个防火分区，每个防火分区面积不大于2000m2，设置喷淋系统，并设有两个以上安全出口，其中一个能直通室外;锅炉房单独设置一个防火分区，并考虑泄爆通道。消防采用室内消火栓系统+自动喷淋系统+防火分隔水幕相结合的方式;地下空间内的电缆均采用了阻燃电缆，风管采用了难燃玻璃钢。
一体化箱体在南北两侧各设一个车行出口，从地下一层操作层出地面后分别与共富路和联谊路相接，厂房内部也设置纵横贯通的车行道路，车行道路宽为7m，转弯半径为9m，满足消防要求。
(4)构筑物耐久性设计和设备防腐
地下式污水处理厂空间密闭，如果通风效果不佳，内部湿热的环境容易加重设备设施的腐蚀，因此防腐问题一直是地下污水厂建设设计需要重点考虑的。本工程中针对不同构筑物涉及介质的腐蚀性差异采取不同的防腐措施，其中预处理、生物处理、泥处理部分构筑物采用铝酸盐无机砂浆防腐;深度处理构筑物采用聚氨酯或环氧防腐涂料。所有设备均要求能适用于地下污水厂的腐蚀环境，污泥管和空气管均采用不锈钢。
(5)防淹保障措施
为避免水淹风险，泰和污水处理厂在总体竖向高程确定、场地系统完善、设施设备配套等方面均采取了一定措施，包括合理确定全厂水力高程布置、保证地下箱体操作层标高与各处理构筑物控制水位有足够的超高，以提高安全性;全厂进水端设置速闭闸门，当进水异常或污水厂遭遇突然失电时，可瞬时切断进水，避免污水内部冒溢;出水端设置高位井及闸门，防止外河水体倒灌;整个污水厂厂区地坪要高于周边0.5~2.5m，并设置完善的雨污水排除系统，避免雨水汇流并可得到有效排放;所有通往地面的连通口(车辆出入口、人员出入口、通风井、采光井等)均考虑挡水高度和设置挡水设施，以阻挡缓解雨水的漫入，同时箱体内部分散设置多处集水井，其容积及配泵均满足规范相关要求，如有积水可及时清排。
3.4节能降耗与智能化运行
作为近年来新兴的污水处理厂建设模式，地下式污水处理厂的节能降耗和智能化运行管理的需求较常规污水厂有更高的要求，本次泰和污水处理厂工程拟建设一套污水厂综合信息自动化系统。
整个系统包括多层次各环节的控制管理，以实现对污水处理厂运行状况的实时感知、对重要工艺环节及主要耗能设备的智能化高级控制(例如精确曝气)、生产运行智能辅助决策、智能照明(例如实现单点、多点、区域、群组控制、场景设置、定时开关、亮度自动调节、红外线探测、集中监控等不同模式下的照明控制效果)及智能通风(例如分区式通风控制、基于气体分析测定仪表的通风闭环控制)、公共安全管理(包括安保、入侵报警、出入口控制、火灾自动报警等)及内部信息设施(包括视频监视、移动巡检、人员定位、移动通讯室内分布等系统)的完善等等，保证地下式污水处理厂的安全稳定运行，提升污水处理厂自动化运行管理水平。
3.5新建调蓄池
本工程在厂前区新建一座调蓄池，调蓄池容积15万m3，其主要包括两方面功能：一是在雨季时可对污水厂服务范围内的初期雨水及合流污水进行调蓄，从而有效地缓解雨季合流污水溢流情况的发生，雨后蓄存的合流污水可通过污水厂全流程处理后达标排放;二是在污水厂检修及事故状态时对污水进行调蓄，避免排河污染，同时亦可通过系统连通管道平衡石洞口区域其它污水厂在非正常工况时的水量调配要求，提高整个石洞口区域污水厂平稳运行能力。
新建调蓄池采用地下式的布置形式，考虑与泰和污水厂竖向布置和运行水位的配合，调蓄池进出水方式均采用重力+水泵强排的方式。为充分利用空间，调蓄池构筑物基本为全封闭结构，不具备人员经常进出和开大型设备吊装孔的条件，因此在设备选型方面采用机械程度高、运行操作便捷的门式自冲洗系统。
4结论
随着城市化的发展，土地资源的集约利用及建设项目的环境相容性越来越被重视，占用空间少、节省土地、综合影响小，并能与周边环境相协调的地下式污水处理厂已经成为一种趋势和需求。泰和污水处理厂是上海市建设的第一批地下式污水厂，项目立足高标准的建设定位，方案充分考虑了多方面的应对和优化，力争打造先进、高效、节能的典范工程。
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