广州市政总院王广华：地下式污水厂的建设与创新（一）关键技术创新

近年来，随着我国经济及城市化建设的飞速发展，国内经济较发达城市在2000年前后建设的数百座污水处理厂面临被城市发展区域包围，成为“城中厂”。同时，传统的地上式污水处理厂面临着占地面积大，臭气、噪声污染，对周边环境产生负面影响，降低土地综合价值等问题，污水厂选址建设成为了城市中心城区污水系统发展的瓶颈。

地下式污水厂应运而生

公共设施地下化是国际大城市规划发展的重要方向之一。污水处理厂的地下化构建了污水处理功能、生态功能和谐共存的综合体，将成为城市污水处理系统建设的新趋势和新需求，是解决地面式污水处理厂环境影响问题的有效途径。

目前，世界上10多个国家稳定运行的地下式污水处理厂有200余座，其中以芬兰、瑞典、韩国、日本等国家应用最多。

我国也有50多座地下式污水处理厂处于稳定运行中，取得了较好的社会、经济和环境效益。

地下式污水处理厂的特点

地下式污水处理厂的高性价比主要体现在集约用地，厂区景观好，对周边环境影响小等方面，是突破稀缺性土地资源的内在需要。

（1）占地小

例如京溪地下污水厂单位水量占地指标为0.18m²/m³，单位占地仅为传统地上式的1/5。

（2）隔臭

池体加盖除臭，再加之地下箱体密封，双重封闭隔离和多重除臭根本解决常规地面恶臭问题。

（3）隔音

双重封闭隔离，处理车间噪音得到控制。

（4）地面景观好

地面没有传统地上式所常见的众多污水池、构筑物，换之为园林、绿地、水景等花园环境，彻底颠覆人们对污水厂的表观认识。

（5）与周边环境协调

地面空气、噪音、景观环境大大改善，周边环境大大受益，实现污水处理市政设施与周边城市环境的最大相容性。

（6）提高区域整体开发综合价值

良好地面景观环境辐射周边土地受益，提升城市区域价值。地下、地面土地利用效率提升，大大加强人的参与性、亲和性，进而改善厂外周边环境，盘活周边土地价值。地下污水厂可以完全融入城市开发，与城市公园、市民休闲娱乐、运动场地、市政公交、社会停车等设施有机结合，彻底改变人们过去对污水处理厂避之不及的固有观念，利于城市区域整体开发，其综合价值远远超过传统污水处理厂本身的治污价值。

然而，地下式污水处理厂开挖基坑较深，施工难度也相对地上和半地下污水处理厂大，工程投资费用和运营费用也偏高。

因此，地下式污水处理厂适应于：

（1）适应于城市快速发展的土地稀缺城区必须“见缝插针”新增污水处理厂

发展迅猛、规划滞后造成城市上游必须新增污水处理厂，污水分散处理成为一种新的趋势，面对土地稀缺，“被动”采用地下污水厂方案可能是唯一选择。

（2）适应于城市新建高标准污水处理厂

地下污水厂建设将逐渐从“被动”发展到“主动”，包括城市规划层面提前谋划地下污水厂。预期未来，地下污水厂将从一种技术选择发展为一种发展趋势，是前瞻性建设高标准污水厂的体现。

（3）适应于城市综合体、CBD、住宅区等成片新建或改造中配套建设高标准污水处理厂

污水厂规划设计提升至城市经营的更高高度成为城市设计新的方向。与城市综合体、CBD、住宅区结合配套，提升区域整体标准和综合价值，地下污水厂大有作为。

（4）适应于城市公园、绿地等用地性质地块上新建污水处理厂

地下污水厂与城市公园、绿地有机结合，土地共享，实现资源更大利用价值。

（5）适应于结合停车场、运动场、公共休闲场地、道路、广场、公交站场、再生水厂等市政设施和其他地下空间合建多功能地下污水厂

与其他市政设施、公共设施结合，打造综合功能的“市政设施群”，实现城市用地性质的跨界和融合，是未来“城市精细化设计”的方向。

关键技术与创新

地下式污水处理厂由于空间结构的局限性和特殊性，在工艺、结构、消防、通风和除臭等方面的设计过程中与传统地上污水厂存在着诸多差异。

（一）建设模式创新

集约用地新模式，将污水处理厂与城市更新改造、生态景观营造相结合。

（二）总体布置创新

污水处理设施采用集约组团化地下式布置：地下污水厂多采用主体构筑物组团布局共壁合建的箱体式构筑物，改变常规的分散布局模式，将各种设备间、处理构筑物组团化、集成化，组拼成预处理区、泥区、生化区、膜区等多个矩形模块，中间保留必要的人行通道、检修通道、管线通道，各种构筑物和设备在不同的标高层垂直布置，充分利用空间以便节约用地。

（三）污水处理技术创新

MBR和MBBR工艺是目前地下式污水处理厂的主要工艺。膜生物反应器（MBR）工艺因出水水质好、占地面积小、剩余污泥排放少、抗水质冲击负荷能力强、自动化程度高等特点，利于设置于地下。

MBBR工艺通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。技术关键在于选用比重接近于水的填料。

反硝化滤池工艺具有生物脱氮除磷和物理过滤功能 ，同步去除TN、TP和SS，提高出水水质标准。相比常规的三级处理工艺，反硝化滤池流程短、占地面积小、系统稳定、处理效率高、设备维护简单、抗水质冲击负荷能力强、自动化程度高的特点，同样适用于地下式污水处理厂。

（四）通风、除臭系统创新

通风：一般来说，污水厂地下空间、综合楼需按《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)的要求设置相应的防排烟措施。地下各构筑物除恶臭系统与通风系统要分开设置，以减少设备容量以及便于运营管理。有人出入的空间均采用机械进风、机械排风的方式进行室内通风换气，保证室内空气质量。综合楼中控室采用分体式空调器调节室内空气温度，以满足人员舒适性和设备环境要求。

除臭：各臭气源构筑物进行加盖密封并设置除恶臭抽吸系统。各构建筑物的气体经收集系统单独收集后送到生物除臭装置集中处理。预处理间、装泥间和脱水机房在设置除臭系统的同时，还设置负氧离子送风系统。

（五）消防系统创新

地下空间建筑消防：建筑防火分类为二类建筑，耐火等级：地下室为一级；生产火灾危险性防火分类为：戊类。地下空间按照每个分区面积不大于2000平方米划分为若干个防火分区，每个防火分区均设单独的安全出入口，各个分区之间以防火卷帘及防火墙相分隔。

地下空间水消防：设置水喷淋、消火栓、手提灭火器等消防设施，配电房设置气体灭火系统。

地下空间防排烟：负二层管廊和负一层污水处理设备操作区按防火分区设置机械排烟系统及补风系统。

火灾自动报警系统：按一级保护对象设计，采用消防控制中心报警系统，消防控制中心设置在综合楼首层。对火灾自动报警系统、火灾事故广播，消防通信系统、防排烟系统、消防水泵等进行集中管理、监测和控制。

（六）防涝体系创新

进水闸门：进水两道闸门、其中一道速闭闸；

排空泵房：地下负二层设排空泵房，以排除地下空间突发水淹；

供电电源：二级负荷，两回路供电电源，速闭闸、消防水泵、消防风机、消防风阀、事故排空泵等消防负荷设备用发电机组供电。

（七）地下箱体结构设计及施工技术创新

主体结构设计：地下主体结构为箱体结构，主要由底板、中板、顶板、壁板、中柱组成。：底板、外墙、顶板的防水混凝土强度等级为C35，抗渗等级为P8，中板混凝土强度等级为C30；地上部分结构：混凝土强度等级为C30。

超长结构裂缝控制措施：

根据“抗放兼施，先放后抗”的设计原则，采用横向“跳仓法”、纵向“后浇带”的方法，将地下超长结构分成一个个块；

设置变形缝，在水池以上结构设置变形缝，缝宽100mm；

尽量使用中低强度混凝土（C30和C35），加入合适的掺合料，优化砼的配合比设计，适当提高地下室底板、侧壁、顶板的配筋率，增加构造配筋；

地下室底板、壁板、顶板，增加控制裂缝宽度性能较好的变形钢筋，钢筋按照“宁细勿粗，宁密勿疏”的原则配置，双层双向拉通布置。

（八）监控及运行管理系统创新

根据工艺特点和构筑物的平面布置，设置中控室、PLC现场控制站、远程I/O站。运行管理主要集中于地面层中控室、地下空间一般操作人员。监控计算机、现场LCU控制站通过光纤接口，构成了工业以太光纤环网。PLC现场控制站与远程I/O、设备控制单元之间以标准工业以太网相连。现场LCU控制站或远程I/O与现场仪表通过现场总线、硬接线连接。

广州市市政工程设计研究总院有限公司在保持传统污水处理厂优势的同时，积极探索实践全地下式污水处理厂形式，于2010年设计建成了全国首座全地埋式膜生物反应器（MBR）污水处理厂——京溪地下污水处理厂。截止至2019年，广州市政院已承接了16座地下污水处理厂的设计任务，总设计规模达276万m³/d。

下一期我们将通过地下污水处理厂工程实例了解广州市政院在地下式污水处理厂建设与创新方面的探索。

广州市市政工程设计研究总院有限公司是国家建设部早期核准的市政公用甲级勘察设计单位，全国首批百强勘察设计院之一，广东省高新技术企业。近年来，在城市快速路、综合交通枢纽和生态道路、城市给水排水系统工程、水污染治理工程及城市排水内涝防治工程、海绵城市、地下综合管廊设计及研究方面，形成了多项核心技术，并处于国际先进、国内领先水平。总院积极注重新工艺、新材料、新技术的运用，多次在国内取得创新性成就，由我院主持设计的多个工程项目属于国内首创项目，包括全国第一座全地埋式MBR工艺污水处理厂—广州京溪污水处理厂等。