污水处理厂地下空间消防设计与探究

刘祎 付强

摘 要：污水处理是关系到城市环境污染治理的重要环节，将污水处理厂修建在地下，已经成为城市发展的一种需求。然而目前并没有地下污水处理厂的单独设计指导规范，相关规范并不足以概括地下污水处理厂所面临的消防问题。文章以某地下污水处理厂的真实案例，对地下污水处理厂套用现行规范的消防设计问题做了分析和论述，对类似工程有较大的工程实用参考意义。

关键词：地下污水处理厂;消防设计;防火分区

前言

地下污水处理厂作为国内近年来出现的新型污水厂形式，符合中国城市的发展需要，受到各大城市的欢迎。越来越多的大型城市将地下污水厂作为其建设形式的首选。

地下污水处理厂的主要特点为：将传统污水处理厂原本分散设置的处理区域整合在相对集中的范围内。整体修建一栋包含污水处理各流程区域的处理车间（后统称为厂房箱体）。箱体一般分为上下两层，上层为操作层，主要为人工检修，设备运行使用。下层为池体层，主要为工艺所需的各种污水处理池。工程建设中，可将两层都埋入地下，也可只将池体层埋入地下。水处理业内习惯将这两种形式都称为地下污水处理厂。这跟建筑专业消防规范中对地上地下建筑概念的定义有一定出入。

地下污水处理厂在国内虽然算是新兴事物，但其在国外已有几十年的发展历史。采用地下建设形式的主要原因有两种：第一，避免当地极端天气，如严寒，对污水厂造成的影响（如挪威，芬兰）;第二，因场地条件受到限制，不得不将污水厂修建到地下（如新加坡，日本）。

地上污水处理厂，虽然能够完成净化污水的工作，但其在处理污水的过程中，本身也成为一个污染源。在实际运行中也会对周边环境造成不同程度的污染。主要表现为臭味和噪音。导致人们一提到污水处理厂就避而远之。周围地块也会因为此污水处理厂的存在，受到不同程度的影响。如降低地块商业价值，用地性质受限等一系列问題。

地下污水处理厂存在如下优点：

1、占用少

地下污水处理厂与地下污水处理厂设计布局对比发现：地下污水处理厂无需考虑单体建筑之间的防火距离，并采用上下两层相叠的空间形式，能使布局更加紧凑，降低了整个工程的占地面积。

2、噪音、臭气污染小

由于处在地下，运营中因设备运行而产生的噪音在地面几乎感受不到。另外利用除臭系统处理污水净化过程中产生的臭气，经处理过的气体不再有臭味。对周边环境以及生活人群的影响也相对更小。

3、高效利用土地资源

污水处理厂埋于地下后，地上空间就可以得到更大化的利用。可用于商业开发、公共市政景观绿化、健身设施等。地上空间合理利用之后，周围地块也不会因为污水处理厂的存在而贬值，降低商业价值。比如芬兰赫尔辛基污水处理厂只有办公室、职工活动中心、部分车间及能量生产站处于地上，其余节省下来的用地修建了一座8层住宅，总使用面积达到15x10㎡，可容纳3500人。

4、温度较恒定

地下建筑受外界环境因素小，热交换能量少，温度相对稳定。能够为生物处理环境提供更加有利地条件。

5、环境友好

地上污水处理厂因为建筑物及构筑物的自身特点，是很难满足环境友好相关要求的。而地下污水处理厂，避免了其对客观环境的不利影响。整个箱体埋入地下，视觉上是感受不到污水处理厂存在的，或者操作层露出地面，外立面也可以通过建筑手法的处理，弱化污水处理厂的感受，比如温州污水处理厂，外立面的造型给人的直观感受为商业综合体。贵阳青山污水处理厂，箱体埋入地下，屋顶结合周围环境，设计为一个市政公园。达到了污水处理功能和美化环境的双重效果。

正是因为地下污水处理厂的优势明显，所以地下污水处理厂已经成为一种发展趋势。而污水处理厂的相关规范还暂缺，目前设计也只能套用相关规范。现有规范不可避免的存在很多问题尚待解决。本文从消防设计的角度出发，探讨地下污水处理厂所存在的问题。地下污水处理厂的消防设计，主要依据的国家规范为现行的建筑设计防火规范 GB50016-2014（2018版）。但是该规范中对地下污水处理厂这种特殊（或者与其类似）的建设形式并没有针对性的指导意见，导致设计阶段存在一定的不确定性。本文以某地下污水处理厂为例，将在下面的章节中，探讨消防设计的问题。

一、工程介绍

本案例实际工程概况：处理规模为5万m?/d，总建筑面积27012.36㎡，含综合用房建筑面积2121.9㎡。箱体建筑面积为24890.46㎡。（箱体：指整个污水处理厂的使用空间）。其中池体层建筑面积为13029.03㎡。

箱体共分为两层，下层为池体层，为各种永久性储水的污水处理池体以及各池体侧壁间形成的用作检修的通道;上层为操作管理层，主要为厂区工作人员对各池体及相关设备进行巡检、修理和对各设备进行检测控制的区域。

厂房箱体平面造型为长条矩形状，其布置结合了周边的自然地形标高。箱体的池体层埋入地下，操作层东侧立面完全露出地面，其余面均被土壤覆盖。屋顶种植屋面标高与四周（除东侧外）室外地面标高相同，东侧室外地面与操作层室内地面标高相同，如下图所示：

二、消防设计的探讨

此污水处理厂的生产工艺为污水处理，定为戊类厂房，满足《建筑设计防火规范》 GB50016-2014（2018年版）表3.1.1对火灾危险性为戊类的定义，“常温下使用或加工不燃烧物质的生产”。厂房耐火等级为一级。目前并没有单独的地下污水处理厂规范，只能套用建筑设计规范中的相关要求。

《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018年版）中3.3.1中的规定。一、二级戊类地下或半地下厂房每个防火分区的建筑面积不超过1000㎡。另外3.3.3条中规定，厂房内设置自动灭火系统时，每个防火分区的最大允许建筑面积可以按照3.3.1条的规定增加1倍。即为2000㎡。也就是说，地下戊类厂房防火分区的面积最大面积为2000㎡。以此项目为例，池体层扣除水池之后，需要做防火分区的面积为3606.30㎡，按照1000㎡（不做自动灭火系统）为一个防火分区计算，需要四个防火防火分区，按照2000㎡（做自动灭火系统）需要2个防火分区。但是实际情况是污水处理厂的火灾危险性低，水为不燃物质，并且还可以作为灭火剂。按照2000㎡加喷淋的设计增加了不必要的投资和将来的维护管理成本;另一方面，对于整个地下污水处理厂内部产生的布局及疏散楼梯的布置带来了很大的难度，而实际污水处理厂需要疏散的人数也较少，只是巡检和设备维修时工作人员到场。目前国内已建工程通常采用两种方式：一种是根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018年版）3.3.3条中采用自动灭火系统设计，则防火分区可以按照2000㎡/个;另一种方法根据具体的情况，做消防论证，采取一定的加强措施确保消防安全，如青岛高新区污水处理厂防火分区按照1400～3300㎡设计，郑州市南三环污水处理厂最大防火分区面积3924㎡。成都天府新区第一污水处理厂防火分区面积按2000～3500㎡设计。根据以上案例，存在很大一部分地下污水处理已突破规范，最大防火分区可以分到4000㎡。由此看来，地下污水处理厂的防火分区我们可以直接提高到4000㎡。

地下污水处理厂，存在其功能设置的特殊性。一，主体工程的构筑物为水池，水池中的介质本身为不燃材料。二，池体层的检修通道，都是检修所用，可认为是检修空间，基本无人员进入。并且进入池体层检修的为内部工作人员，熟悉水厂布局，在意外发生的情况下，能比普通人员更快速的找到逃生通道。三，地下污水处理厂随着生产工艺的不断改良，基本以机器处理为主，地下污水处理厂的工作人员人数较少，以五万吨的污水处理厂为例，工作人员3～10人。由此看来，目前的防火规范并没有对此特殊情况作单独的说明，现行规范，并不完全适用此情况。

消防安全中，担心污水处理过程中产生的气体会有火灾危险性，或者含，有毒物质。现对其生产过程中产生的气体做一个分析和论证。一般来说，市政污水处理过程中会产生的臭气中可燃气体成分有硫化氢、甲硫醇、硫化醇（甲硫醚）、二甲二硫、氨气等气体，另外，在部分特殊的污水处理环节中，还有可能产生甲烷这种虽然无色无味却具有可燃性的气体。以上气体均具有一定的燃烧极限，当浓度达到相当的范围时，在有明火条件下会发生爆炸。但从市政污水处理的实际情况来看，作业过程中可燃性气体的浓度水平相对于它们的燃烧爆炸极限值更低。存在于市政污水处理环节中的有害气体主要有硫化氢和氨气两种类型，其他的有害气体所造成的危害可作忽略处理。下表1是污水处理厂典型处理构筑物中发生的硫化氢和氨气的设计标准值，具有普遍的指导性意义。

另外，对于有较严重消防隐患的可燃性气体甲烷，在污水处理过程中在具备某种特定的条件下有可能产生。甲烷气体指标的具体含量和生成量主要与污水处理的工艺技术相关联。具体来讲，污泥的厌氧消化反应是产生甲烷的主要原因。在厌氧反应阶段，经历了水解、酸化等一系列的反应过程，反应质中会产生大量的甲烷细菌。这是产生甲烷氣体的条件。但地下环境不会为甲烷的产生创造环境，因此，不会带来这类污染。而且通过厂内的生物通风与除臭系统达标排出厂外。

由此可见，在污水处理过程中产生的具有可燃性并发出恶臭的气体在浓度水平上既不能达到爆炸极限，也无法达到燃烧条件。所以我们不必要担心污水处理厂内产生的气体会有爆炸危险，和含有毒物质。

另外地下污水处理厂都会做除臭处理，以文中所提的项目为例，讲一下污水处理厂的除臭情况。污水处理中产生刺鼻气味气体的情况是非常常见的。不同处理单元产生的臭气类型和浓度也存在差异，为达到除臭效果，采用分区除臭方式，粗格栅及提升泵房位于箱体外，单独设置除臭系统;预处理单元、污泥处理系统联合设置除臭系统;生化池单独设置除臭系统。

该项目所用药品：

PAC（聚合氯化铝）：采用商品液，混凝剂，投加至高效沉淀池混合区

PAM固体（聚丙烯酰胺）：絮凝剂，投加至高效沉淀池絮凝区，熔点>300摄氏度，

乙酸钠液体：采用商品液，向深床反硝化滤池中投加，补充碳源进行反硝化，向生化池最后一级缺氧区投加，补充碳源。

次氯酸钠液体：采用商品液，辅助紫外线消毒，进一步保证出水水质，投加至尾水区

本项目在具体建设中所用应的除臭方式为微生物降解方式，是通过降解的途径将氨气、硫化氢等有刺鼻气味的物质进行处理，消除其刺鼻气味。这种方法在具体发挥作时可实现硫化氢物质的自行吸收。将其先溶解到水中，随后在达到降解的效果。常规的降解除臭方法是不需要使用专门的药剂的。而且也不存在对外部能量的消耗。主要依靠生物自身的繁殖、排泄过程中的能力达到除臭的效果。可去除的有害气体以硫化物为主。从主要优势的角度分析，这种去除方式不仅能够获得良好的去除效果。在整体成本支出和实际操作环节中的便捷性也更强。是解决 H 2 S 等恶臭气体污染，进而保护大气环境的理想净化技术。

厂界臭气污染物的排放标准值符合《城镇再生水厂污染物排放标准》GB18918厂界一级标准的规定，厂区内臭气污染物处理后高空排放源的排放限值符合《恶臭污染物排放标准》GB14554的规定（氨气排放浓度低于1.0mg/m?，硫化氢排放浓度低于0.03mg/m?，其他臭气浓度（无量纲）低于10mg/m?）。

结合数据分析结果可知，污水处理所产生的可燃性气体所达到的浓度相对规范中的要求更低，低于其燃点和爆炸点的额度达到了上千倍。并且在除臭系统以及污水处理厂内通风系统的作用下，场内臭气及可燃性气体将维持在一个相当更低的浓度水平以及趋近于零，完全满足国家大气标准，因此隐患较低。在具体生产环节中，臭气经过生物过滤可符合排放标准，生产类别较之戊类更低。厂房内湿度较大，装修材料主要采用A级材料。全厂实施自动化管理，生产构筑物无需人员值班，在办公楼或中央控制室值班监控。这些措施都进一步降低了火灾隐患。

由以上探讨的情况分析得出，戊类地下厂房的最大单个防火分区面积为2000㎡（设置自动灭火系统），将该规定直接作为污水处理厂处理车间的地下室的消防设计原则的做法值得商榷，其可行性较差且不符合实际情况：首先，污水厂的生产工艺要求了污水厂需要大面积的开阔空间来放置设备、生产操作，每1000㎡就需设置一个防火分区（或设置喷淋后每2000㎡设置）的要求与工艺要求相抵触。同时，大量的防火墙隔断也破坏了工艺设计的连续性，增加了设计难度。其次，无法直通室外的防火分区还需设置疏散楼梯通向上层的种植屋面作为安全出口，大量的出屋面楼梯间会严重破坏上层市政公园的整体景观效果。更为重要的，作为生活污水处理厂，厂房内存在大量的水汽，最主要的生产原料即为不燃的生活污水，且厂房内已设置了满足标注的通风、除臭系统，发生火灾的几率极小，无论是设置自动喷淋系统亦或是设置大量的防火墙均是对资源使用造成了浪费，与政府修建污水处理厂本身的环保意识的初衷不相符合。

结论：通过对污水处理厂本身特殊工艺的分析，和现状污水处理技术的分析，得出在没有现有规范的情况下，套用目前的规范-《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018版）。并不能完全用于现有污水处理厂。防火分区是可以扩大到4000㎡一个防火分区，能提高设计效率，节约用地资源，更好的服务与工艺流程需求。节约投资。

参考文献

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