上海安亭污水處理廠(chǎng)三期全地下式擴建工程思考

上海安亭污水處理廠(chǎng)三期擴建工程采用全地下一體化箱體建設形式，土建規模10萬(wàn)m3/d，設備按5萬(wàn)m3/d配置。污水處理采用AAO-MBR工藝，出水執行《城市污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，其中NH3-N和TP執行地表Ⅳ類(lèi)水標準。通過(guò)系統回顧污水處理廠(chǎng)的建設歷程，分析總結了污水處理廠(chǎng)在處理工藝及排放標準方面的創(chuàng )新和發(fā)展，同時(shí)對全地下建設形式的選擇進(jìn)行分析論證，并就污水處理廠(chǎng)的全工況安穩設計、近遠期結合平衡設計等進(jìn)行探討。

01 安亭污水處理廠(chǎng)的發(fā)展歷程回顧

安亭廠(chǎng)始建于2003年，運行至今，已有近20年歷史，為地區污水處理和環(huán)境保護作出了重要的貢獻。2003年底，污水處理廠(chǎng)一期工程建成運行，規模為5萬(wàn)m3/d，污水處理采用生物接觸氧化法工藝，處理工藝采用出水水質(zhì)滿(mǎn)足《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中的二級排放標準；2009年底污水處理廠(chǎng)二期工程建成運行，規模5萬(wàn)m3/d，污水處理采用AAO法工藝，出水水質(zhì)執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918-2002）二級標準；2017年底一、二期提標改造工程完成通水，規模10萬(wàn)m3/d，出水水質(zhì)執行GB 18918-2002一級A標準，提標改造主要新建深度處理“高效沉淀池+過(guò)濾”設施，同時(shí)對污水處理廠(chǎng)除臭進(jìn)行全面升級改造。

2017年，伴隨提標改造的順利完成，安亭污水處理廠(chǎng)三期擴建工程啟動(dòng)，新建增量污水處理設施，同時(shí)新建全廠(chǎng)污泥集中處理設施。采用全地下污水處理箱體布置形式，土建規模10萬(wàn)m3/d，設備按5萬(wàn)m3/d配置，污水處理采用AAO-MBR工藝，出水要求高于一級A標準；污泥處理采用脫水干化工藝，目標含水率30%～40%，處理后污泥外運焚燒。

02 全地下建設形式的選擇

地下污水處理廠(chǎng)代表了一種技術(shù)的選擇，也提出了一系列的挑戰，包括預處理、生物處理、深度處理及污泥處理等諸多問(wèn)題均應進(jìn)行深入研究和探討。地下式污水處理廠(chǎng)建設符合城市的綠色發(fā)展方向，是生態(tài)文明建設的重大抓手。同時(shí)，也應認識到其運營(yíng)難度大，運行成本高，選擇時(shí)應綜合比較、綜合評估，爭取一次投入多重產(chǎn)出，多重效益。安亭污水處理廠(chǎng)三期擴建工程全地下污水處理建設形式的選擇綜合考慮了周邊環(huán)境要求、占地因素等，因地制宜，經(jīng)過(guò)充分的技術(shù)經(jīng)濟綜合比選而定。

（1）周邊高標準環(huán)境要求。污水處理廠(chǎng)用地周邊居住區逐漸增多，最近約500 m；規劃賽車(chē)城配套商務(wù)區與污水處理廠(chǎng)僅一河之隔；距離高爾夫球場(chǎng)約700 m；距離國際賽車(chē)城約1 km。為盡量減少污水處理廠(chǎng)設施運行對周邊的影響，環(huán)境友好是本工程整體布置及空間利用的首要考慮因素。

全地下式污水處理廠(chǎng)在環(huán)境友好方面有著(zhù)十分獨特的優(yōu)勢，其封閉性強、無(wú)二次污染，對周邊居住區影響減到最??；地面空間可塑性大，可進(jìn)行綠化景觀(guān)、水景、公園、運動(dòng)場(chǎng)以及辦公綜合樓等設置，不僅不會(huì )給周邊環(huán)境帶來(lái)不良影響，反而會(huì )提升周邊的環(huán)境質(zhì)量，對地區經(jīng)濟發(fā)展起到助推作用。

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（2）有限的占地空間。安亭廠(chǎng)用地范圍有兩條規劃市政道路、一條規劃河道和一處高壓走廊穿越，廠(chǎng)區原先規整用地被分解，可供利用的整塊區域較少。如現狀二期被規劃支路分解，剩下二期西北角三角形用地可用；一期和二期用地中間被規劃河道分割；規劃高架和規劃高壓走廊覆蓋了現狀廠(chǎng)前區、一期及提標改造的的構筑物單體?？晒┤诶玫拿娣e約5.02 hm2。

按照《城市污水處理工程項目建設標準》，安亭三期擴建工程按規模劃分為Ⅳ類(lèi)污水處理廠(chǎng)，“二級+深度”處理工藝用地指標0.95～1.2 m2/(m3·d)，按遠期10萬(wàn)m3/d規?？紤]，用地約9.5～12 hm2。本次三期擴建用地面積僅5.02 hm2，顯然不能滿(mǎn)足常規地上式污水處理廠(chǎng)的用地需求，必須采取集約化的地下式污水處理廠(chǎng)布置形式。

地下式污水處理廠(chǎng)采用功能化組團布局，池體共壁，能最大程度的減小占地，節約土地。本工程三期擴建10萬(wàn)m3/d全地下箱尺寸約180 m×140 m，占地僅2.52 hm2，為國家標準用地的四分之一，實(shí)現了高度集約化布置，極大的節約了土地資源。

03 全標準升級、全工況安穩設計

3.1 全標準升級

總結我國污水處理行業(yè)的發(fā)展，主要經(jīng)歷了幾大階段?！熬盼濉逼陂g，各地為落實(shí)水污染物減排責任目標和任務(wù)，污水處理設施的建設和運行成為主要途徑；“十五”和“十一五”期間，在國家政策和財政資金的大力支持下，城鎮污水處理設施建設規?？焖僭鲩L(cháng)；而后在“十二五”和“十三五”期間，城鎮污水處理廠(chǎng)的發(fā)展模式由量的增加逐步發(fā)展為質(zhì)的提升，污水處理廠(chǎng)的出水排放標準大幅度提升，一級A標準提標改造、污泥處理處置、水資源能源循環(huán)利用和環(huán)境友好成為工程建設項目的重要內容，同時(shí)也涌現了一大批污水處理新工藝、新技術(shù)，如各種高標準出水水質(zhì)的深度處理綜合工藝、地埋式污水處理廠(chǎng)大規模新建、集中式污泥干化焚燒項目的建設等。安亭污水處理廠(chǎng)四個(gè)發(fā)展階段與上述中國污水處理行業(yè)的發(fā)展脈絡(luò )基本吻合，是上海市乃至中國污水處理行業(yè)發(fā)展的歷史縮影。

3.1.1 污水排放標準和污水處理工藝的升級

安亭廠(chǎng)一期和二期的污水排放執行二級標準，有機污染物（COD、BOD）和SS的去處是工藝設計的核心內容，一期工程采用一段式曝氣池工藝，停留時(shí)間也較短（約6 h），二期工程從設計水質(zhì)上而言，脫氮除磷的要求很低，但在設計時(shí)已經(jīng)考慮脫氮除磷的需求，采用了具有脫氮除磷功能的AAO工藝，但因出水標準偏低，池體設計停留時(shí)間較短。一、二期提標改造工程，出水執行一級A標準，氮、磷的去處與碳源物質(zhì)的去除同樣重要，提標改造通過(guò)投加生物填料的方案對一、二期生物處系統進(jìn)行了改造，同時(shí)應對高標準的氮、磷排放要求，在生物處理段后面增設了“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。

本次三期擴建工程污染物排放執行國家一級A標準，其中氨氮和總磷執行地表水Ⅳ類(lèi)水標準，即氨氮1.5 mg/L（水溫＞12 ℃），3.0 mg/L（水溫≤12 ℃），總磷0.3 mg/L。為了在有限的用地范圍內實(shí)現高標準出水，工程選用AAO-MBR工藝，MBR工藝可高效地進(jìn)行固液分離、生物相豐富、膜的高效截留作用形成較為完成的微生物鏈，具有占地節省、運行穩定可靠、抗沖擊負荷能力強等優(yōu)點(diǎn)。在目前國內已建和在建的全地下污水處理廠(chǎng)中，多數均采用 MBR工藝。本工程還針對性設計，使其更加靈活高效。采用多級漸減回流方式，以應對大比例的回流對生化系統各段的DO值和MLSS濃度的影響；增加預缺氧段，對傳統AAO工藝進(jìn)行改良，充分應對MBR膜池可能出現的溶解氧含量高等情況，確保缺氧段的反硝化環(huán)境；設置初沉池超越以保障進(jìn)水BOD5、SS較低時(shí)生反池碳源的充足等。

3.1.2 污泥處理工藝和處理標準的升級

污泥處理工藝的選擇應污泥出路的需求而定，處置決定處理。安亭廠(chǎng)一期、二期工程污泥處理采用“脫水+好氧發(fā)酵”組合式工藝，其中，脫水過(guò)程實(shí)現污泥的減量化，兩段式好氧發(fā)酵實(shí)現了污泥的無(wú)害化，污泥出路按土地利用考慮。一二期提標改造期間，根據《上海市城鎮排水污泥處理處置規劃，2009年》（上海市水務(wù)局）的要求，嘉定安亭、嘉定新城、大眾污水處理廠(chǎng)污水水質(zhì)以生活污水為主，污泥泥質(zhì)較好，污泥出路仍以土地利用和填埋為主。提標高改造工程維持一二期污泥脫水+好氧發(fā)酵工藝，對廠(chǎng)區增量污泥采用“化學(xué)調理+板框壓濾”的應急預處理措施，污泥深度脫水至含水率60%，外運至填埋場(chǎng)填埋處置。

提標改造解決了增量污泥的處理，但這種處理僅僅是應對暫時(shí)性的污泥出路而選擇的。安亭廠(chǎng)乃至嘉定區目前幾座污水處理廠(chǎng)的污泥出路問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，填埋方案也逐漸不可行，垃圾填埋場(chǎng)已滿(mǎn)負荷甚至超負荷運行，污泥的出路將十分棘手，另一方面，安亭廠(chǎng)目前收集范圍內的工業(yè)廢水有所增加，污泥土地利用方案并非最優(yōu)化方案，工業(yè)廢水的納入可能會(huì )是的污泥中有毒有害物質(zhì)增加。

與中心城區相同，污泥獨立焚燒方案已成為上海市郊區污泥處理處置的最優(yōu)化方案。嘉定區目前已經(jīng)開(kāi)始規劃建設集中式污泥獨立焚燒廠(chǎng)站，為響應嘉定區污泥處理規劃要求，本次三期擴建工程以“獨立焚燒+建材利用”為污泥的最終出路，選取污泥處理工藝，污泥處理至含水率30%～40%。三期工程對全廠(chǎng)污泥處理系統進(jìn)行集中遷建，新建全廠(chǎng)污泥脫水干化設施。污泥處理工藝采用目前嘉定區幾座污水處理廠(chǎng)在用的脫水干化一體工藝，該工藝集脫水和干化于一體，具有比常規兩段式工藝占地少、投資省、運行成本低等優(yōu)點(diǎn)，可在較大范圍內應對進(jìn)泥量和進(jìn)泥含水率的變化，是較為適合本廠(chǎng)污泥的處理工藝。污泥處理系統設計，對過(guò)程中的機械濃縮、隔膜壓濾、干化蒸發(fā)等各階段均進(jìn)行了細化設計，充分考慮了各種不利工況，確保污泥處理出泥含水率達標。

3.1.3 臭氣處理系統的的優(yōu)化設計

安亭廠(chǎng)一二期建設時(shí)期，對于污水處理廠(chǎng)臭氣并未有明確的標準，因而工程也未設置臭氣收集處理系統。后期隨著(zhù)國家除臭標準的出臺，對一二期預處理區域的粗格柵進(jìn)水泵房、細格柵曝氣沉砂池及污泥處理區進(jìn)行了廠(chǎng)除臭設計，按國家二級標準進(jìn)行建設。一二期提標改造期間，根據上海地方標準的要求，對全廠(chǎng)除臭系統進(jìn)行了升級改造，其中對原除臭設施增設活性炭吸附段，對一、二期初沉池及生反池進(jìn)行加蓋或加罩，選用“生物除臭+活性炭除臭”組合技術(shù)。

本次三期擴建工程，除臭標準執行上海市地標《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（DB 31/982-2016）中惡臭污染物排氣筒排放標準值和廠(chǎng)界標準值。除臭設計選擇生物法為主，結合化學(xué)洗滌及活性炭吸附（或干化學(xué)）的三段組合式工藝。在臭氣收集方面進(jìn)行了精細化的設計，如污水處理操作層參觀(guān)通道、污泥干化車(chē)間大空間設置離子送風(fēng)裝置，確保操作及參觀(guān)空間舒適性；除常規設計外，本工程根據需除臭構（建）筑物位置、臭源特性，對各需除臭區域進(jìn)行系統分區控制，對其中環(huán)境相對較差的預處理區和初級處理集中布置，二次封閉，對不同區域采用區別化的換氣風(fēng)量參數及換氣次數，分量收集，針對性的設計在高效環(huán)保的前提下最大化的保障處理效果。

3.2 全工況安穩設計

地下式污水處理廠(chǎng)整體位于地下，其應對突發(fā)事件的能力相對地上式污水處理廠(chǎng)需要大大加強。在設計階段應充分考慮，通過(guò)設置相應的技術(shù)措施，以應對正常工況、檢修維護工況、事故工況、應急工況等各種工況的發(fā)生，最大程度的確保運行安全。

3.2.1 應對進(jìn)水水量變化的設計考量

本次安亭廠(chǎng)三期擴建土建按遠期10萬(wàn)m3/d建設，設備按近期5萬(wàn)m3/d配置，根據目前廠(chǎng)區運行水量進(jìn)行預估，待三期建成后，水量估計難以立即達到5萬(wàn)m3/d的規模，旱季小水量的工況需予以考慮；另一方面，根據廠(chǎng)區運行數據，雨季來(lái)水量增加較明顯，雨季大水量的工況也必須予以考慮。在設計時(shí)應從土建和設備兩方面綜合考慮了來(lái)水量的波動(dòng)，主要有以下幾方面：

總變化系數Kz取值：總變化系數方面，根據《上海市污水處理系統及污泥處理處置專(zhuān)業(yè)規劃（2017-2035）》，要求污水處理廠(chǎng)規模應滿(mǎn)足15倍日均污水量穩定達標，結合本廠(chǎng)實(shí)際運行下水量的波動(dòng)情況，本此三期擴建總變化系數Kz取值1.5。

進(jìn)水泵房大小泵搭配：近期配置4臺進(jìn)水臺升泵，兩臺大泵579 L/s，兩臺小泵289 L/s。如此，旱季小流量時(shí)可開(kāi)啟289 L/s小泵1臺，另1臺備用；5萬(wàn)m3/d平均規模下，可開(kāi)啟 1臺579 L/s提升泵，另1臺備用；短時(shí)高峰進(jìn)水，即KZ=1.5時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟1臺大泵和1臺小泵，另2臺泵在線(xiàn)備用。

生物處理系統流程分組：10萬(wàn)m3/d土建規模生物反應系統整體分兩組進(jìn)行設置，每組5萬(wàn)m3/d，其中5萬(wàn)m3/d又進(jìn)行兩組分割，可實(shí)現完全獨立運行，實(shí)際AAO-MBR生物反應系統按2.5萬(wàn)m3/d進(jìn)行流程分組。

3.2.2 防汛防淹設計

全地下廠(chǎng)若臨時(shí)停電或出現緊急故障后，以及汛期來(lái)水量不可控時(shí)，容易被來(lái)水淹沒(méi)。秉持安全第一的理念，本工程擬采用多道措施進(jìn)行防淹設計。

進(jìn)水端速閉閘門(mén)：于進(jìn)水端設置1道斷電速閉式閘門(mén)，升高此閘門(mén)前的進(jìn)水井頂部標高，高于河道洪水水位4.0 m。若發(fā)生緊急情況，速閉閘門(mén)能夠及時(shí)隔斷來(lái)水，避免地下箱體被污水淹沒(méi)。

進(jìn)水泵房放淹設計：在實(shí)際運行匯總，考慮速閉閘門(mén)的維護檢修及老化的情況，此時(shí)，來(lái)水進(jìn)入提升泵房前池，通過(guò)提升泵連通至后端處理構筑物，箱體仍然存在一定的淹沒(méi)風(fēng)險。在進(jìn)水端速閉閘門(mén)后考慮設置第二道防護措施。即整體抬高進(jìn)水泵房區域操作層標高，至約4.0 m，高于河道常水位2.5 m；同時(shí)在進(jìn)水提升泵出水管上設置電動(dòng)閘閥。當速閉閘門(mén)未能有效隔斷來(lái)水時(shí)，來(lái)水僅儲存于進(jìn)水泵房前池區域，與后續處理構筑物區隔斷，確保整個(gè)箱體的安全。

應急及防汛設施：在地下箱體內設置應急池，應對短時(shí)高峰沖擊流量；設置防汛泵房，采用強排模式排除地下可能的積水，確保整個(gè)地下空間的排澇安全，防洪防淹。

04 近遠期結合，立足全廠(chǎng)平衡設計

4.1 箱體的二次建設方案

本次安亭三期污水處理廠(chǎng)擴建場(chǎng)地位于原垃圾處理廠(chǎng)位置，垃圾廠(chǎng)已拆除，但保留了變電所和污泥脫水系統，其中變電所帶有提標改造部分用電，污泥脫水系統為目前廠(chǎng)區現狀污泥處理系統，目前均在使用。三期待建場(chǎng)地上的污泥系統設施包括：1座儲泥池、1座污泥脫水機房和1處污泥深度處理區。

水處理箱體工程建設前，需要提前遷建配電間和污泥處理設施，以騰出施工場(chǎng)地。配電間位于場(chǎng)地中間，必須在三期開(kāi)展前提前遷建。而污泥設施相對位于邊角，如果在完全建成新的污泥干化脫水系統后，再拆除現狀污泥設施，然后再開(kāi)展三期污水處理箱體的建設，則會(huì )大大延長(cháng)整個(gè)項目工期，對整個(gè)項目的推進(jìn)相當不利。為此，本次提出了手槍型箱體建設方案。

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箱體需要二次實(shí)施，在保留現狀污泥設施的前提下，先實(shí)施“手槍型”的全地下箱體，包括了預處理、初沉池和生物處理主要構筑物。隨后，在新的污泥系統投產(chǎn)后，將現狀污泥廠(chǎng)房拆除，再建設箱體的剩余部分，主要是加藥間、管理用房和附屬用房。如此，在保持現狀污泥處理設施正常運行的情況下，同步建設三期全地下箱體和全場(chǎng)污泥處理設施，幾乎做到了無(wú)縫銜接，保證了污水和污泥處理的按時(shí)投產(chǎn)運行。

4.2 污水處理廠(chǎng)遠期改造的統籌考慮

根據現狀水量的統計分析，同時(shí)結合嘉定區污水規劃，安亭廠(chǎng)近期2020污水量預測約為13萬(wàn)～14萬(wàn)m3/d，在2025年前后達到約15萬(wàn)m3/d規模；遠期2035年污水量約為19萬(wàn)～20萬(wàn)m3/d。同時(shí)，根據安亭廠(chǎng)用地布局規劃，規劃高架路和高壓走廊覆蓋了現狀廠(chǎng)前區綜合樓、一期及提標改造的的構筑物單體，因而污水處理廠(chǎng)遠期翻建的可能性很大?；谏鲜鰞牲c(diǎn)因素的考量，結合目前的用地條件，本次三期擴建提出了土建按遠期10萬(wàn)m3/d一次建成，設備按近期5萬(wàn)m3/d配置，遠期擴容僅增加設備。

首先，從客觀(guān)條件上說(shuō)，三期擴建廠(chǎng)地面積小，僅5.02 hm2，不能滿(mǎn)足兩座獨立5萬(wàn)m3/d規模箱體的建設需求。若按近遠期獨立建設兩座5萬(wàn)m3/d的地下箱體，遠期建設箱體與近期建設箱體保持至少10 m以上的安全施工保護距離，再加上進(jìn)出口通道及輔助用房等的建設，占地面積將遠大于一次建設用地面積。再者，土建10萬(wàn)m3/d一次實(shí)施可以大大減小污水處理廠(chǎng)建設總投資，簡(jiǎn)化建設程序，縮短建設周期。另一個(gè)重要方面，三期擴建按土建按遠期10萬(wàn)m3/d規模一次實(shí)施，留有5萬(wàn)m3/d規模設施余量，為一、二期的翻建提供運行調度空間，可實(shí)現不停水改造，極大提高安亭污水處理廠(chǎng)運行的靈活性和穩定性。

來(lái)源：給水排水  作者：周友飛

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