臨平第二凈水廠工程設計分析

羅加騰

［上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092］

1 設計方案介紹

1.1 設計規模及水質

根據相關規劃及污水量預測結果，臨平第二凈水廠土建規模20 萬m3/d，近期設備規模10 萬m3/d，高峰系數為1.5。同時上蓋產業開發總建筑面積約14.2 萬m2。用地紅線范圍內布置內容主要包括全地下污水廠處理箱體、地面廠前區和上蓋開發相關建筑物。箱體頂部覆土0.70～1.60m。地面建筑由9 幢高層丙類廠房、1 幢多層辦公、一幢多層配套用房和一層地面停車庫及兩層地下停車庫組成，建筑層高7.2～49.95m。臨平第二凈水廠鳥瞰圖如圖1 所示。

圖1 臨平第二凈水廠鳥瞰圖

通過對現狀杭州市及臨平區污水處理廠以及泵站的設計或實際進水水質，本工程設計進水水質如表1 所示。

表1 設計進水水質

本工程臨平第二凈水廠出水水質執行浙江省《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169—2018）標準，其中未規定的污染物控制項目執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A 標準，設計出水水質如表2 所示。

表2 設計出水水質

1.2 工藝方案及流程

本工程污水及污泥處理工藝如下所示：①預處理。包括中格柵、曝氣沉砂池、細格柵。②二級處理。采用巴頓甫AAO+深度處理工藝。③消毒。采用紫外線/次氯酸鈉復合消毒。④污泥處理。污泥經機械離心濃縮脫水至含水率≤80%后外運處置。工藝流程如圖2 所示。

圖2 工藝流程

1.3 工程投資

本項目工程總投資約30 億元，其中第一部分工程費約24 億元。

2 設計難點及特點

2.1 出水標準高

本工程遵循浙江省《城鎮污水處理廠主要水污染物排放標準》（DB 33/2169—2018）的出水要求。對于該標準中未涉及的污染物控制項目，按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中的一級A 標準相關內容執行。經過綜合比較兩種工藝路線“二級生物處理+深度處理工藝”和“MBR 工藝”，AAO+深度處理主體工藝方案在運行的穩定性、管理的難易程度等方面具備顯著優勢[1]。同時，這一方案也符合浙江省級強制性地方標準及一級A 標準的要求，展現出其合理性和先進性。相比之下，雖然MBR 工藝在節約土地方面略有優勢，但考慮到國內多個案例顯示其運行管理難度和成本遠超AAO+深度處理工藝，且后期可能面臨諸多問題，因此我們最終推薦采用“巴頓甫AAO 生物反應池+深度處理”作為本次工程的主體工藝。

2.2 全地下集約化布置

針對傳統污水處理廠所面臨的用地緊張、環保挑戰等多重難題，地下污水處理廠提供了一種全新的視角和解決方案，甚至可能成為解決這些現實問題的唯一途徑。許多工程實踐已經驗證了地下污水處理廠建設的必要性和可行性。地下污水處理廠具有出色的防護、密閉和熱穩定性能，能夠有效解決污水處理車間在隔音、隔臭和隔熱（保溫）方面的挑戰。同時，這種建設方式還能最大限度地利用土地資源，與周邊環境和諧共生，實現經濟、社會和環境效益的共贏[2]。

地下式污水廠可根據不同需求分為半地下和全地下兩種形式。半地下污水處理廠的操作層位于地面之上，而水池則位于地下；而全地下污水處理廠則是將操作層和水池都置于地下。值得一提的是，這兩種形式的地下污水廠的頂蓋都可以作為對外開放和利用的空間，進一步提升了其土地利用效率和綜合價值[3]。

經過比較發現，盡管從工程投資和處理成本的角度來看，半地下建設具有一定的優勢，但在整體景觀效果和環境效果上，它相較于全地下建設形式卻稍顯遜色?？紤]到本工程所處地塊周邊多為居民區以及商業辦公，土地價值高，對環境的要求較高。因此，本次臨平第二凈水廠采用全地下建設形式，上部進行產業開發。除凈水廠配套輔助用房、35kV 降壓站、10kV 變電所和門衛外，其余凈水廠部分生產性建、構筑物均設置于地下凈水廠箱體內部，其中包括中格柵渠、曝氣沉砂池及細格柵、巴頓甫AAO 生物反應池、二沉池、中間提升泵房及磁混凝高效沉淀池、反硝化深床濾池及紫外消毒渠、加氯接觸池及出水泵房、鼓風機房、加藥間、儲泥池、污泥濃縮脫水機房等。一體化箱體內水處理構筑物均進行混凝土加蓋，局部開設蓋板，盡量減少臭氣外溢。一體化箱體尺寸為278m×169.5m～278m×195.5m，整個箱體操作層設置環通通道，方便車輛進出。

2.3 復合建設形式

本工程地下為20 萬m3/d 全地埋式凈水廠，上部為14.2 萬m2的產業園區?！叭芈駜羲畯S+上蓋產業園區”的復合建設形式走在國內凈水廠建設的前列，因此可供參考的內容較少。上下結構的結合，除臭等子項設計均需要妥善考慮。

2.4 除臭設計

本工程地面上為對外開放的產業園區，除臭效果的好壞直接關系未來地上產業園區的命運。因此，本工程除臭內控指標為臭氣濃度執行排氣筒臭氣濃度≤100（無量綱），廠界臭氣濃度≤10（無量綱）。

在地埋式污水處理廠中，除臭通風設計的核心挑戰在于構建一個高效的臭氣收集系統。為確保臭氣不會外泄，并降低區域內臭氣總量，關鍵在于對需要除臭的構筑物或設備進行嚴密的密封，同時確保收集系統能夠均勻、有效地收集臭氣，保持構筑物內部微負壓狀態[4]。傳統的臭氣收集系統常面臨以下問題。

（1）臭氣區域密閉性不足。污水處理廠的預處理系統，是臭氣濃度較高的區域，且普遍存在設備位于池面以上，雖然考慮了池面和設備的密封，但設備和池體之間未設置密封膠條，空隙較大；或采用不便于觀察的密封方式，導致頻繁掀開密封裝置。另外，柵渣的收集和運輸，也是臭氣源之一。

（2）臭氣收集不均勻。在除臭管路的吸風口處未設置調節風閥，導致臭氣收集過程中出現不均勻的現象。具體表現為，靠近風機的區域由于局部壓力損失較小，實際臭氣收集量遠超過設計預期；而遠離風機的區域則因局部壓力損失較大，實際臭氣收集量遠遠不足于設計值。這種不均衡的收集情況可能導致部分構筑物內部出現正壓狀態，進一步影響臭氣的有效控制和處理。

（3）系統能耗過大。除臭系統由于上述問題，盲目加大換氣次數，效果也不一定理想，臭氣仍會源源不斷的散逸，通風系統和除臭系統既相互分離，又相互聯系，臭氣排風量加大，導致通風系統送風量也加大，造成不必要的成本和能源的浪費。

（4）收集管路冷凝水問題嚴重。從設備或池體收集的臭氣含有高濕度，接近飽和狀態。當這些臭氣在管道中傳輸時，由于溫度的變化，會產生大量的冷凝水。這些冷凝水的聚集不僅會對管道造成腐蝕，還可能從管路接口處滲漏出來，對環境和使用安全構成威脅。

因此，本工程開展針對性研究，充分考慮本工程地埋式污水廠的特點和地面上蓋需產業開發利用的需求，分析不同區域產生的臭氣類型、濃度，選擇合適的除臭工藝，優化通風、除臭系統設計，確保實現臭氣的全收集和充分處理，確保臭氣不對地下箱體內生產環境、地上產業園區造成不利影響，實現環境、社會和經濟效益綜合最優。

3 設計要點

3.1 高程布置要點

臨平第二凈水廠選址范圍北側望梅路現狀地面高程5.97～6.31m，周邊規劃道路設計標高按6.50m 控制?？紤]防澇及與周邊道路、地塊的銜接，本工程出入口處設計地坪標高為6.80m；同時考慮整個上蓋建筑整體方案及停車需求，內部設計地坪標高7.70～8.50m。

一體化箱體設計為兩層結構，其中地下一層用作操作層，而地下二層則作為水池層。為了確保操作空間的舒適性，主要區域的操作層凈高被控制在5m。同時，為了促進地上綠化種植的正常生長并優化整體景觀布局，本工程將箱體頂標高設定為6.70m。這一設計選擇不僅有助于在一定程度上減少全地下箱體的整體埋深，還有利于節約工程造價。

3.2 復合建設形式要點

在平面布置設計當中，盡量使得上部建筑與地下凈水廠柱網能夠一致，避免設置結構轉換層導致開挖深度加大及投資增加。同時地下箱體疏散樓梯盡量結合上部建筑內樓梯間統一設置。在消防與除臭等子項設計上也需特別考慮。

3.3 除臭設計要點

3.3.1 設計原則

（1）針對不同區域不同的臭氣濃度和組分特點，采用分區分質、精準除臭的設計原則，按不同區域、不同組分、不同濃度，采用針對性的組合工藝精準除臭，打破單一處理工藝的“一竿子”處理理念。

（2）臭氣較易逸散的預處理區，新風系統中增加離子發生器，改善空氣質量。

3.3.2 收集系統重難點解決對策

（1）臭氣區域密閉性不足。盡量采用混凝土封閉，如曝氣沉砂池、生化池、儲泥池頂部等區域。對于格柵等位于池面以上的設備，單獨采用鋼化玻璃或PC 板加罩的形式密封。因操作、檢修需求，確需開出的孔洞，采用蓋板密封?？障遁^大處采用橡膠條密封，確保無大的漏氣點。

（2）臭氣收集不均勻。采用分區收集、就近處理的模式。避免收集風管過長，以減少管道阻力損失。過長的收集風管可能導致臭氣收集不均勻，增加能耗，并影響整體除臭效果。

（3）系統能耗過大。引入惡臭氣體實時在線監測系統，該系統能夠全天候24h 不間斷地進行氣體濃度的監測。其配備了高性能的氣體傳感器，能夠實時顯示硫化氫、氨等特定氣體的濃度值，或者根據用戶的需求監測其他惡臭污染物的濃度。此外，該系統還能夠自動監測溫度、相對濕度等環境參數。采集到的數據實時傳輸到現場控制柜以及中控室，以便能夠實時監控和控制組合生物除臭設備的運行狀態和相關參數，確保對除臭設備的管理更為精確和高效。同時能夠根據實時的臭氣指標，智能調節風機頻率，從而在保證除臭效果的同時，最大程度地減少能源消耗，實現節能減排的目標[5]。

（4）收集管路冷凝水問題嚴重。設備適當位置設置除霧器，避免冷凝水管道聚集。管路安裝時設置坡度，同時在合理的位置設置冷凝水排放點。

3.3.3 除臭工藝選擇

考慮預處理區臭氣濃度高、處理難度大、總風量小，此區域采用投資較大的兩級生物法（滴濾+洗滌）+分子篩吸附再生工藝。臭氣濃度較低的AAO 生物反應池區域采用一級生物法（滴濾）+活性炭吸附（可超越），臭氣量大、濃度較低、臭氣成分復雜的污泥車間使用二級生物除臭（滴濾+洗滌）+活性炭吸附工藝（可超越），運行中根據實際臭氣濃度靈活運行并考慮活性炭再生進一步降低運行成本。

同時考慮確保臭氣穩定達標，在操作層上可預留后續段除臭設備安裝空間，進一步降低臭氣濃度。

4 結語

（1）為了應對嚴格的出水標準，本工程選定了“巴頓甫AAO+深度處理”這一成熟穩定的工藝作為臨平第二凈水廠的核心處理工藝，旨在確保出水水質持續、有效地達到預定標準。

（2）在豎向設計方面，本工程充分考慮了現有地形條件和地下箱體高程需求，不僅減少了埋設深度，還顯著降低了投資成本。

（3）本工程采用全地下建設模式，旨在最大限度地節約土地資源。同時，結合上蓋產業開發，使土地資源得到更高效、全面的利用，進而實現土地價值的最大化。

（4）通過結合上蓋產業開發與全地下凈水廠的建設模式，本工程不僅展示了創新的工程技術，還為國內類似工程提供了思路和案例參考，推動行業的技術進步和可持續發展。