上海安亭污水處理廠三期全地下式擴(kuò)建工程思考

上海安亭污水處理廠三期擴(kuò)建工程采用全地下一體化箱體建設(shè)形式，土建規(guī)模10萬m3/d，設(shè)備按5萬m3/d配置。污水處理采用AAO-MBR工藝，出水執(zhí)行《城市污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中NH3-N和TP執(zhí)行地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。通過系統(tǒng)回顧污水處理廠的建設(shè)歷程，分析總結(jié)了污水處理廠在處理工藝及排放標(biāo)準(zhǔn)方面的創(chuàng)新和發(fā)展，同時對全地下建設(shè)形式的選擇進(jìn)行分析論證，并就污水處理廠的全工況安穩(wěn)設(shè)計、近遠(yuǎn)期結(jié)合平衡設(shè)計等進(jìn)行探討。

01 安亭污水處理廠的發(fā)展歷程回顧

安亭廠始建于2003年，運行至今，已有近20年歷史，為地區(qū)污水處理和環(huán)境保護(hù)作出了重要的貢獻(xiàn)。2003年底，污水處理廠一期工程建成運行，規(guī)模為5萬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)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）中的二級排放標(biāo)準(zhǔn)；2009年底污水處理廠二期工程建成運行，規(guī)模5萬m3/d，污水處理采用AAO法工藝，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）二級標(biāo)準(zhǔn)；2017年底一、二期提標(biāo)改造工程完成通水，規(guī)模10萬m3/d，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 18918-2002一級A標(biāo)準(zhǔn)，提標(biāo)改造主要新建深度處理“高效沉淀池+過濾”設(shè)施，同時對污水處理廠除臭進(jìn)行全面升級改造。

2017年，伴隨提標(biāo)改造的順利完成，安亭污水處理廠三期擴(kuò)建工程啟動，新建增量污水處理設(shè)施，同時新建全廠污泥集中處理設(shè)施。采用全地下污水處理箱體布置形式，土建規(guī)模10萬m3/d，設(shè)備按5萬m3/d配置，污水處理采用AAO-MBR工藝，出水要求高于一級A標(biāo)準(zhǔn)；污泥處理采用脫水干化工藝，目標(biāo)含水率30%～40%，處理后污泥外運焚燒。

02 全地下建設(shè)形式的選擇

地下污水處理廠代表了一種技術(shù)的選擇，也提出了一系列的挑戰(zhàn)，包括預(yù)處理、生物處理、深度處理及污泥處理等諸多問題均應(yīng)進(jìn)行深入研究和探討。地下式污水處理廠建設(shè)符合城市的綠色發(fā)展方向，是生態(tài)文明建設(shè)的重大抓手。同時，也應(yīng)認(rèn)識到其運營難度大，運行成本高，選擇時應(yīng)綜合比較、綜合評估，爭取一次投入多重產(chǎn)出，多重效益。安亭污水處理廠三期擴(kuò)建工程全地下污水處理建設(shè)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)過充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比選而定。

（1）周邊高標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境要求。污水處理廠用地周邊居住區(qū)逐漸增多，最近約500 m；規(guī)劃賽車城配套商務(wù)區(qū)與污水處理廠僅一河之隔；距離高爾夫球場約700 m；距離國際賽車城約1 km。為盡量減少污水處理廠設(shè)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在環(huán)境友好方面有著十分獨特的優(yōu)勢，其封閉性強、無二次污染，對周邊居住區(qū)影響減到最??；地面空間可塑性大，可進(jìn)行綠化景觀、水景、公園、運動場以及辦公綜合樓等設(shè)置，不僅不會給周邊環(huán)境帶來不良影響，反而會提升周邊的環(huán)境質(zhì)量，對地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到助推作用。

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（2）有限的占地空間。安亭廠用地范圍有兩條規(guī)劃市政道路、一條規(guī)劃河道和一處高壓走廊穿越，廠區(qū)原先規(guī)整用地被分解，可供利用的整塊區(qū)域較少。如現(xiàn)狀二期被規(guī)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(guī)劃河道分割；規(guī)劃高架和規(guī)劃高壓走廊覆蓋了現(xiàn)狀廠前區(qū)、一期及提標(biāo)改造的的構(gòu)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(shè)標(biāo)準(zhǔn)》，安亭三期擴(kuò)建工程按規(guī)模劃分為Ⅳ類污水處理廠，“二級+深度”處理工藝用地指標(biāo)0.95～1.2 m2/(m3·d)，按遠(yuǎn)期10萬m3/d規(guī)模考慮，用地約9.5～12 hm2。本次三期擴(kuò)建用地面積僅5.02 hm2，顯然不能滿足常規(guī)地上式污水處理廠的用地需求，必須采取集約化的地下式污水處理廠布置形式。

地下式污水處理廠采用功能化組團(tuán)布局，池體共壁，能最大程度的減小占地，節(jié)約土地。本工程三期擴(kuò)建10萬m3/d全地下箱尺寸約180 m×140 m，占地僅2.52 hm2，為國家標(biāo)準(zhǔn)用地的四分之一，實現(xiàn)了高度集約化布置，極大的節(jié)約了土地資源。

03 全標(biāo)準(zhǔn)升級、全工況安穩(wěn)設(shè)計

3.1 全標(biāo)準(zhǔn)升級

總結(jié)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，各地為落實水污染物減排責(zé)任目標(biāo)和任務(wù)，污水處理設(shè)施的建設(shè)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(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)規(guī)?？焖僭鲩L；而后在“十二五”和“十三五”期間，城鎮(zhèn)污水處理廠的發(fā)展模式由量的增加逐步發(fā)展為質(zhì)的提升，污水處理廠的出水排放標(biāo)準(zhǔn)大幅度提升，一級A標(biāo)準(zhǔn)提標(biāo)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(shè)項目的重要內(nèi)容，同時也涌現(xiàn)了一大批污水處理新工藝、新技術(shù)，如各種高標(biāo)準(zhǔn)出水水質(zhì)的深度處理綜合工藝、地埋式污水處理廠大規(guī)模新建、集中式污泥干化焚燒項目的建設(shè)等。安亭污水處理廠四個發(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(biāo)準(zhǔn)和污水處理工藝的升級

安亭廠一期和二期的污水排放執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)，有機污染物（COD、BOD）和SS的去處是工藝設(shè)計的核心內(nèi)容，一期工程采用一段式曝氣池工藝，停留時間也較短（約6 h），二期工程從設(shè)計水質(zhì)上而言，脫氮除磷的要求很低，但在設(shè)計時已經(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(biāo)準(zhǔn)偏低，池體設(shè)計停留時間較短。一、二期提標(biāo)改造工程，出水執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn)，氮、磷的去處與碳源物質(zhì)的去除同樣重要，提標(biāo)改造通過投加生物填料的方案對一、二期生物處系統(tǒng)進(jìn)行了改造，同時應(yīng)對高標(biāo)準(zhǔn)的氮、磷排放要求，在生物處理段后面增設(shè)了“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。

本次三期擴(kuò)建工程污染物排放執(zhí)行國家一級A標(biāo)準(zhǔn)，其中氨氮和總磷執(zhí)行地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，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(nèi)實現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)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(jié)省、運行穩(wěn)定可靠、抗沖擊負(fù)荷能力強等優(yōu)點。在目前國內(nèi)已建和在建的全地下污水處理廠中，多數(shù)均采用 MBR工藝。本工程還針對性設(shè)計，使其更加靈活高效。采用多級漸減回流方式，以應(yīng)對大比例的回流對生化系統(tǒng)各段的DO值和MLSS濃度的影響；增加預(yù)缺氧段，對傳統(tǒng)AAO工藝進(jìn)行改良，充分應(yīng)對MBR膜池可能出現(xiàn)的溶解氧含量高等情況，確保缺氧段的反硝化環(huán)境；設(shè)置初沉池超越以保障進(jìn)水BOD5、SS較低時生反池碳源的充足等。

3.1.2 污泥處理工藝和處理標(biāo)準(zhǔn)的升級

污泥處理工藝的選擇應(yīng)污泥出路的需求而定，處置決定處理。安亭廠一期、二期工程污泥處理采用“脫水+好氧發(fā)酵”組合式工藝，其中，脫水過程實現(xiàn)污泥的減量化，兩段式好氧發(fā)酵實現(xiàn)了污泥的無害化，污泥出路按土地利用考慮。一二期提標(biāo)改造期間，根據(jù)《上海市城鎮(zhèn)排水污泥處理處置規(guī)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(biāo)高改造工程維持一二期污泥脫水+好氧發(fā)酵工藝，對廠區(qū)增量污泥采用“化學(xué)調(diào)理+板框壓濾”的應(yīng)急預(yù)處理措施，污泥深度脫水至含水率60%，外運至填埋場填埋處置。

提標(biāo)改造解決了增量污泥的處理，但這種處理僅僅是應(yīng)對暫時性的污泥出路而選擇的。安亭廠乃至嘉定區(qū)目前幾座污水處理廠的污泥出路問題仍然沒有解決，填埋方案也逐漸不可行，垃圾填埋場已滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運行，污泥的出路將十分棘手，另一方面，安亭廠目前收集范圍內(nèi)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)廢水的納入可能會是的污泥中有毒有害物質(zhì)增加。

與中心城區(qū)相同，污泥獨立焚燒方案已成為上海市郊區(qū)污泥處理處置的最優(yōu)化方案。嘉定區(qū)目前已經(jīng)開始規(guī)劃建設(shè)集中式污泥獨立焚燒廠站，為響應(yīng)嘉定區(qū)污泥處理規(guī)劃要求，本次三期擴(kuò)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%。三期工程對全廠污泥處理系統(tǒng)進(jìn)行集中遷建，新建全廠污泥脫水干化設(shè)施。污泥處理工藝采用目前嘉定區(qū)幾座污水處理廠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(guī)兩段式工藝占地少、投資省、運行成本低等優(yōu)點，可在較大范圍內(nèi)應(yīng)對進(jìn)泥量和進(jìn)泥含水率的變化，是較為適合本廠污泥的處理工藝。污泥處理系統(tǒng)設(shè)計，對過程中的機械濃縮、隔膜壓濾、干化蒸發(fā)等各階段均進(jìn)行了細(xì)化設(shè)計，充分考慮了各種不利工況，確保污泥處理出泥含水率達(dá)標(biāo)。

3.1.3 臭氣處理系統(tǒng)的的優(yōu)化設(shè)計

安亭廠一二期建設(shè)時期，對于污水處理廠臭氣并未有明確的標(biāo)準(zhǔn)，因而工程也未設(shè)置臭氣收集處理系統(tǒng)。后期隨著國家除臭標(biāo)準(zhǔn)的出臺，對一二期預(yù)處理區(qū)域的粗格柵進(jìn)水泵房、細(xì)格柵曝氣沉砂池及污泥處理區(qū)進(jìn)行了廠除臭設(shè)計，按國家二級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)。一二期提標(biāo)改造期間，根據(jù)上海地方標(biāo)準(zhǔn)的要求，對全廠除臭系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造，其中對原除臭設(shè)施增設(shè)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(kuò)建工程，除臭標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行上海市地標(biāo)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/982-2016）中惡臭污染物排氣筒排放標(biāo)準(zhǔn)值和廠界標(biāo)準(zhǔn)值。除臭設(shè)計選擇生物法為主，結(jié)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(xì)化的設(shè)計，如污水處理操作層參觀通道、污泥干化車間大空間設(shè)置離子送風(fēng)裝置，確保操作及參觀空間舒適性；除常規(guī)設(shè)計外，本工程根據(jù)需除臭構(gòu)（建）筑物位置、臭源特性，對各需除臭區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)控制，對其中環(huán)境相對較差的預(yù)處理區(qū)和初級處理集中布置，二次封閉，對不同區(qū)域采用區(qū)別化的換氣風(fēng)量參數(shù)及換氣次數(shù)，分量收集，針對性的設(shè)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(wěn)設(shè)計

地下式污水處理廠整體位于地下，其應(yīng)對突發(fā)事件的能力相對地上式污水處理廠需要大大加強。在設(shè)計階段應(yīng)充分考慮，通過設(shè)置相應(yīng)的技術(shù)措施，以應(yīng)對正常工況、檢修維護(hù)工況、事故工況、應(yīng)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(yīng)對進(jìn)水水量變化的設(shè)計考量

本次安亭廠三期擴(kuò)建土建按遠(yuǎn)期10萬m3/d建設(shè)，設(shè)備按近期5萬m3/d配置，根據(jù)目前廠區(qū)運行水量進(jìn)行預(yù)估，待三期建成后，水量估計難以立即達(dá)到5萬m3/d的規(guī)模，旱季小水量的工況需予以考慮；另一方面，根據(jù)廠區(qū)運行數(shù)據(jù)，雨季來水量增加較明顯，雨季大水量的工況也必須予以考慮。在設(shè)計時應(yīng)從土建和設(shè)備兩方面綜合考慮了來水量的波動，主要有以下幾方面：

總變化系數(shù)Kz取值：總變化系數(shù)方面，根據(jù)《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置專業(yè)規(guī)劃（2017-2035）》，要求污水處理廠規(guī)模應(yīng)滿足15倍日均污水量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，結(jié)合本廠實際運行下水量的波動情況，本此三期擴(kuò)建總變化系數(shù)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，旱季小流量時可開啟289 L/s小泵1臺，另1臺備用；5萬m3/d平均規(guī)模下，可開啟 1臺579 L/s提升泵，另1臺備用；短時高峰進(jìn)水，即KZ=1.5時，同時開啟1臺大泵和1臺小泵，另2臺泵在線備用。

生物處理系統(tǒng)流程分組：10萬m3/d土建規(guī)模生物反應(yīng)系統(tǒng)整體分兩組進(jìn)行設(shè)置，每組5萬m3/d，其中5萬m3/d又進(jìn)行兩組分割，可實現(xiàn)完全獨立運行，實際AAO-MBR生物反應(yīng)系統(tǒng)按2.5萬m3/d進(jìn)行流程分組。

3.2.2 防汛防淹設(shè)計

全地下廠若臨時停電或出現(xiàn)緊急故障后，以及汛期來水量不可控時，容易被來水淹沒。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(shè)計。

進(jìn)水端速閉閘門：于進(jìn)水端設(shè)置1道斷電速閉式閘門，升高此閘門前的進(jìn)水井頂部標(biāo)高，高于河道洪水水位4.0 m。若發(fā)生緊急情況，速閉閘門能夠及時隔斷來水，避免地下箱體被污水淹沒。

進(jìn)水泵房放淹設(shè)計：在實際運行匯總，考慮速閉閘門的維護(hù)檢修及老化的情況，此時，來水進(jìn)入提升泵房前池，通過提升泵連通至后端處理構(gòu)筑物，箱體仍然存在一定的淹沒風(fēng)險。在進(jìn)水端速閉閘門后考慮設(shè)置第二道防護(hù)措施。即整體抬高進(jìn)水泵房區(qū)域操作層標(biāo)高，至約4.0 m，高于河道常水位2.5 m；同時在進(jìn)水提升泵出水管上設(shè)置電動閘閥。當(dāng)速閉閘門未能有效隔斷來水時，來水僅儲存于進(jìn)水泵房前池區(qū)域，與后續(xù)處理構(gòu)筑物區(qū)隔斷，確保整個箱體的安全。

應(yīng)急及防汛設(shè)施：在地下箱體內(nèi)設(shè)置應(yīng)急池，應(yīng)對短時高峰沖擊流量；設(shè)置防汛泵房，采用強排模式排除地下可能的積水，確保整個地下空間的排澇安全，防洪防淹。

04 近遠(yuǎn)期結(jié)合，立足全廠平衡設(shè)計

4.1 箱體的二次建設(shè)方案

本次安亭三期污水處理廠擴(kuò)建場地位于原垃圾處理廠位置，垃圾廠已拆除，但保留了變電所和污泥脫水系統(tǒng)，其中變電所帶有提標(biāo)改造部分用電，污泥脫水系統(tǒng)為目前廠區(qū)現(xiàn)狀污泥處理系統(tǒng)，目前均在使用。三期待建場地上的污泥系統(tǒng)設(shè)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(qū)。

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

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箱體需要二次實施，在保留現(xiàn)狀污泥設(shè)施的前提下，先實施“手槍型”的全地下箱體，包括了預(yù)處理、初沉池和生物處理主要構(gòu)筑物。隨后，在新的污泥系統(tǒng)投產(chǎn)后，將現(xiàn)狀污泥廠房拆除，再建設(shè)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(xiàn)狀污泥處理設(shè)施正常運行的情況下，同步建設(shè)三期全地下箱體和全場污泥處理設(shè)施，幾乎做到了無縫銜接，保證了污水和污泥處理的按時投產(chǎn)運行。

4.2 污水處理廠遠(yuǎn)期改造的統(tǒng)籌考慮

根據(jù)現(xiàn)狀水量的統(tǒng)計分析，同時結(jié)合嘉定區(qū)污水規(guī)劃，安亭廠近期2020污水量預(yù)測約為13萬～14萬m3/d，在2025年前后達(dá)到約15萬m3/d規(guī)模；遠(yuǎn)期2035年污水量約為19萬～20萬m3/d。同時，根據(jù)安亭廠用地布局規(guī)劃，規(guī)劃高架路和高壓走廊覆蓋了現(xiàn)狀廠前區(qū)綜合樓、一期及提標(biāo)改造的的構(gòu)筑物單體，因而污水處理廠遠(yuǎn)期翻建的可能性很大?；谏鲜鰞牲c因素的考量，結(jié)合目前的用地條件，本次三期擴(kuò)建提出了土建按遠(yuǎn)期10萬m3/d一次建成，設(shè)備按近期5萬m3/d配置，遠(yuǎn)期擴(kuò)容僅增加設(shè)備。

首先，從客觀條件上說，三期擴(kuò)建廠地面積小，僅5.02 hm2，不能滿足兩座獨立5萬m3/d規(guī)模箱體的建設(shè)需求。若按近遠(yuǎn)期獨立建設(shè)兩座5萬m3/d的地下箱體，遠(yuǎn)期建設(shè)箱體與近期建設(shè)箱體保持至少10 m以上的安全施工保護(hù)距離，再加上進(jìn)出口通道及輔助用房等的建設(shè)，占地面積將遠(yuǎn)大于一次建設(shè)用地面積。再者，土建10萬m3/d一次實施可以大大減小污水處理廠建設(shè)總投資，簡化建設(shè)程序，縮短建設(shè)周期。另一個重要方面，三期擴(kuò)建按土建按遠(yuǎn)期10萬m3/d規(guī)模一次實施，留有5萬m3/d規(guī)模設(shè)施余量，為一、二期的翻建提供運行調(diào)度空間，可實現(xiàn)不停水改造，極大提高安亭污水處理廠運行的靈活性和穩(wěn)定性。

來源：給水排水  作者：周友飛

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