大型地下式再生水厂的创新性设计探讨

大型地下式再生水厂的创新性设计探讨

刘思彤苏伟

中国市政工程西南设计研究总院有限公司四川成都610000

摘要：结合北京门头沟区第二再生水厂工程，探讨了在出水水质标准高､用地受限制､环境要求高等约束条件下再生水厂的设计｡该再生水厂采用A2O-AO/MBR+臭氧催化氧化工艺，为地下集约式布置，将主要处理构筑物置于地下一､二层，地面为生态活水景观公园，项目运行后，出水水质稳定达到北京市地方标准《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890—2012）中的A标准，社会､环境效益明显｡

关键词：大型地下式；再生水厂；创新性设计

引言

随着科技的不断进步，老一辈人们眼中的高科技早已在潜移默化中深入了现代生活的方方面面，且日益在人们的工作和生活中发挥着重要作用｡在工程建设领域，科技的发展使工程质量越来越好，施工的安全性也逐步提高｡

1､工程概况

北京市槐房再生水厂占地31.36hm2，设计规模为60万m3/d，是目前亚洲最大的地下式再生水厂｡污水处理采用预处理+MBR+臭氧+紫外线消毒工艺，污泥处理采用预脱水+热水解+厌氧消化+板框深度脱水工艺，脱水滤液采用厌氧氨氧化工艺进行处理｡槐房再生水厂设计出水水质达到北京市《城镇污水处理厂水污染物排放标准》（DB11/890-2012）中的B标准，出水主要用于河湖补水､绿化､市政杂用､工业冷却用水等，主要的设计进出水水质详见表1

表1槐房再生水厂设计进出水水质

地下式再生水厂在国内的应用较少､建设规模相对较小，缺少成熟的设计经验｡槐房再生水厂在设计过程中面临了很多难题和挑战，在安全水厂､绿色水厂､智慧水厂等做了一些创新性尝试，本文就此展开探讨｡

2､我国再生水利用现状

近年来，我国再生水利用量快速增长，从2009年的21.5亿m3，逐年增加到2016年的59.2亿m3，增长了2.8倍（见图1），我国的再生水处理设施建设处在较快的发展阶段，在再生水固定资产投资和设施建设方面，通过逐年的全国城市污水处理及再生水利用固定资产投资可以看出（见图2），从2009年开始，固定资产投资增长迅速，基本保持在很高的水平，其中城市再生水利用固定资产投资占城市污水处理及再生水利用固定资产投资比例有了较明显的提高，从2009年的5.7%增长到2015年的26.2%｡再生水日生产能力增长迅速，从2009年的1034万m3，增长到2016年的2762万m3，增长了2.7倍，再生水管道长度从2009年的2250km增长到2015年的8499km，增长了3.8倍｡2009—2015年，全国城市共完成再生水利用投资394亿元，其中北京市完成投资244.9亿元，占了62.2%，其他省份投资较少，其中上海､湖北､湖南､西藏等四个省份没有再生水利用固定资产投资｡总之，近年来，我国的再生水设施建设虽然有了较快的发展，但是总体情况极不平衡，部分省份投资建设积极性不高｡

图22009—2015年我国城市污水处理、再生水利用固定资产

投资及再生水管网长度

3､安全水厂

由于槐房再生水厂的核心处理设施和工作人员的巡检工作主要位于地下空间，具有地下空间大､房间多､层数多的特点，因此设计时保障水厂运行安全､保证操作人员生命安全的难度比传统地上水厂大，需要考虑的因素更多｡遵循以预防为主的原则，设计重点考虑了以下几个方面，即防淹泡措施､消防措施､通风除臭措施和进入地下空间的人员管理｡

3.1､防淹泡设计

地下空间污水跑冒会造成处理设施和管廊的淹泡，直接影响水厂的正常运行，严重时会导致整个水厂停产甚至工作人员伤亡，因此需要设置多级屏障防止地下空间的淹泡，并建立事故应急预案｡根据槐房再生水厂工艺流程､设备型式以及地下空间布置的特点分析，把防淹泡工作的重点关注区域放在粗格栅间及进水泵房､膜格栅和膜池等位置｡

3.1.1､粗格栅间及进水泵房

对于进水泵房，主要是要考虑有效保证上游污水在任何时候都是在受控状态下进入位于地下的处理设施｡设计中通过采用限流设施､溢流装置､闸门､速闭闸门和水泵来进行调控｡水厂设计中，在进水格栅渠道设速闭闸，当进水泵房断电时速闭闸关闭，保证水厂安全；进水格栅渠道的进水板闸与进水泵房水位联锁，当进水泵房水位超过设定的上限时，中控室内声光报警，自动关闭格栅渠道的进水板闸；进水泵井设置液位计和低液位保护浮球；所有进水提升泵停止运行时，关闭全部进水板闸和进水泵出口阀门｡

3.1.2､膜格栅槐房

再生水厂采用的膜格栅为水平转鼓式格运时，中控室内即启动声光报警，由控制人员介入调整；必要时可以控制直接关闭粗格栅渠道的进水板闸，停止进水提升泵运行，关闭水泵出口阀门；膜格栅溢流渠道内设排水泵及液位计，在发生溢流､溢流液位到达进入溢流水池以及高液位时分别报警，上传到中控室｡

3.1.3､MBR池

膜系统通过抽吸泵产水，为避免设备故障导致的淹泡，在膜池进水渠道设置液位计和高液位报警开关｡可以在液位过高时，控制关闭对应系列进口闸门或阀门，进水系统相应减小进水泵提升水量｡

3.2､环境保护设计的优化

为彻底解决污水厂气味､噪声等对厂区周边环境的影响，地面层进行活水景观绿化公园的建设；对地下层的构筑物及设备所产生的臭气进行生物除臭处理｡具体措施：①将预处理､生物池､MBR膜池､脱水系统等构筑物及设备进行密闭处理，以减少异味散发；②鉴于全过程不可能做到绝对全封闭，对密闭构筑物空间和设备进行臭气抽吸，使之处于微负压状态；③对收集的臭气进行集中生物除臭处理，处理达标后的气体经一座景观排气装置排出｡除臭设备集中设置于负一层生物池混凝土盖板上｡地面层绿化的设计按现代园林景观考虑｡合理利用各分区高差，做到高低结合､点面结合，与建筑物､广场､道路协调搭配｡同时根据构筑物和道路的几何形状，考虑防尘､防晒及隔音的不同防护要求，并配以花坛､草地､活水水景､休闲场所，将地面层打造成活水景观绿化公园，美化周边环境｡

3.3､地下空间消防

地下处理空间占地面积近14hm2，目前尚未颁布与地下水厂消防相关的规范｡在充分学习现行的《建筑设计防火规范》和《地铁设计规范》（GB50157-2013）等相关规范的基础上，通过与公安消防部门多次沟通并达成一致意见，结合槐房再生水厂的特点，制定了地下空间的消防方案，做到重点部位重点设防｡地下空间建筑耐火等级为一级，火灾危险性类别为戊类厂房，耐火等级为二级｡整个地下空间共分为51个防火分区，消防系统的设置包括消火栓给水系统､自动喷水灭火系统､气体灭火系统､建筑灭火器系统和防排烟系统｡地下空间主通道处作为安全逃生通道，通道各处门均采用甲级防火门｡除主要通道外，生物池上部､细格栅及曝气沉砂池､初沉池及膜格栅区域的防火分区最远点到安全出口的距离均小于100m；MBR膜池､加药间､膜擦洗鼓风机间､分变电室等区域的防火分区最远点到安全出口的距离均小于60m｡每个防火分区至少设有2个安全出口，且至少有一个直通地面｡

4､推动我国再生水利用的总体思路和政策建议

4.1､推动我国再生水利用的总体思路

我国的再生水利用要充分考虑国情，因地制宜的推动再生水利用工作，根据当地水资源现状､城市整体规划､地方经济实力等实际情况，研究出台可操作可落实的再生水利用政策措施｡由于再生水利用巨大的社会效益和环境效益，一要明确政府是城市再生水利用工作的主要承担者和推动者，不能把主要的负担留给社会企业；二是再生水应当优先考虑城市景观水体､工业用水大户､城市绿化､道路洒扫等利用潜力最大领域；三是直接生产符合用户要求的再生水，提高再生水利用的便捷性，而不用再经用户二次处理生产再生水；四是努力简化和回避再生水复杂输送管网的建设难题，以最小的改变，实现再生水利用效率的最大提高｡

4.2､节地设计

随着城市的快速发展，城市用地日益紧张，槐房再生水厂在设计过程中贯彻节地思想，将绝大部分水区构筑物紧凑布置并建于地下，在地下空间的上部建设湿地公园，美化环境｡水厂处理规模为60万m3/d，占地仅31.36hm2，为同规模现况再生水厂占地面积的65%｡在紧凑的用地条件下，合理布置全部MBR工艺污水处理设施，并实现热水解+厌氧消化工艺的复杂污泥处理设施｡

4.3､加强再生水利用的规划建设建议

在水资源匮乏城市加强非常规水源利用的长期规划，对再生水利用的可行性和整体规划进行分析和研究，在充分调查研究及论证的基础上，制订出科学合理的中长期规划和落实措施｡尤其在再生水厂建设､再生水管网建设､再生水用户的预估等方面都要预留足够的发展余量，以避免发展到一定阶段，输水管网建设成为主要的制约因素｡在地方的水利发展五年规划中明确再生水利用任务，责任部门出台短期可实施可落地可实现的行动方案｡北京市从2013年开始连续出台了两次三年行动方案，任务分工明确，考核指标清晰，尤其在建设，运营，融资方面有非常明确的实施计划和激励政策｡

结束语

大型地下式再生水厂在国内的应用尚未成熟，在设计过程中可参考的经验较少｡在保证水厂出水水质达标的前提下，在设计过程中从安全､绿色和智慧等方面做了创新性的探索，优化设计，为打造样板工程奠定了坚实的基础｡

参考文献：

[1]刘议安，冯凌溪，王平，冯凯.高出水标准下北京门头沟地下式再生水厂的设计[J].中国给水排水，2018，34（02）：73-75+90.

[2]任亮，晏清洪，张小会，刘杰.推动我国再生水利用的政策措施建议[J].水利发展研究，2018，18（01）：25-28+50.

[3]邹春华，张江龙，张仲宇，任玮.BIM技术在再生水厂中的应用[J].市政技术，2018，36（01）：147-150.

[4]钟志鹏.A/A/O生物池+砂滤池/全封闭加盖工艺用于再生水厂[J].中国给水排水，2017，33（24）：67-70.

[5]钟志鹏，陈怡.清河第二再生水厂污泥厌氧消化设计探讨[J].给水排水，2017，53（12）：30-34.

[6]白俊.新疆某地再生水厂工程设计[D].吉林大学，2017.

[7]冯硕，李振川，吴巍，李艺.大型地下式再生水厂的创新性设计探讨[J].给水排水，2017，53（11）：51-54.

[8]张盛楠，郑波，李瑞贤，吴贝.全地下式MBR-纳滤工艺再生水厂工程设计[J].工业用水与废水，2017，48（05）：83-86.

[9]杜蓉，贾秀明，刘牡，史彦伟，刘思沂.多段进水A～2O工艺用于再生水厂高品质出水提标改造[J].中国给水排水，2017，33（20）：53-56.

[10]邬甘霖，任翔宇，吴光学.某再生水厂反硝化滤池脱氮性能与生物膜特征解析[J].中国给水排水，2017，33（19）：21-27.

[11]赵雪.挣值法在再生水厂建设项目集成管理的应用研究[D].中国科学院大学（中国科学院工程管理与信息技术学院），2017.

[12]张攀，文湘华，王波，俞开昌，薛涛.纳滤生产再生水示范工程运行效果分析[J].环境工程学报，2017，11（09）：4985-4992.

[13]李国礼.阜阳市区污水再生利用方案研究[J].治淮，2017（08）：28-29.

[14]周楠.某地下再生水厂MBR生物池设计简介[J].市政技术，2016，34（04）：111-113+144.

[15]温爱东，王海波，李振川，李艺.大型地下式MBR工艺设计重难点分析[J].给水排水，2016，52（06）：27-30.