临平第二净水厂工程设计分析

罗加腾

［上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092］

1 设计方案介绍

1.1 设计规模及水质

根据相关规划及污水量预测结果，临平第二净水厂土建规模20 万m3/d，近期设备规模10 万m3/d，高峰系数为1.5。同时上盖产业开发总建筑面积约14.2 万m2。用地红线范围内布置内容主要包括全地下污水厂处理箱体、地面厂前区和上盖开发相关建筑物。箱体顶部覆土0.70～1.60m。地面建筑由9 幢高层丙类厂房、1 幢多层办公、一幢多层配套用房和一层地面停车库及两层地下停车库组成，建筑层高7.2～49.95m。临平第二净水厂鸟瞰图如图1 所示。

图1 临平第二净水厂鸟瞰图

通过对现状杭州市及临平区污水处理厂以及泵站的设计或实际进水水质，本工程设计进水水质如表1 所示。

表1 设计进水水质

本工程临平第二净水厂出水水质执行浙江省《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018）标准，其中未规定的污染物控制项目执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A 标准，设计出水水质如表2 所示。

表2 设计出水水质

1.2 工艺方案及流程

本工程污水及污泥处理工艺如下所示：①预处理。包括中格栅、曝气沉砂池、细格栅。②二级处理。采用巴顿甫AAO+深度处理工艺。③消毒。采用紫外线/次氯酸钠复合消毒。④污泥处理。污泥经机械离心浓缩脱水至含水率≤80%后外运处置。工艺流程如图2 所示。

图2 工艺流程

1.3 工程投资

本项目工程总投资约30 亿元，其中第一部分工程费约24 亿元。

2 设计难点及特点

2.1 出水标准高

本工程遵循浙江省《城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》（DB 33/2169—2018）的出水要求。对于该标准中未涉及的污染物控制项目，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中的一级A 标准相关内容执行。经过综合比较两种工艺路线“二级生物处理+深度处理工艺”和“MBR 工艺”，AAO+深度处理主体工艺方案在运行的稳定性、管理的难易程度等方面具备显著优势[1]。同时，这一方案也符合浙江省级强制性地方标准及一级A 标准的要求，展现出其合理性和先进性。相比之下，虽然MBR 工艺在节约土地方面略有优势，但考虑到国内多个案例显示其运行管理难度和成本远超AAO+深度处理工艺，且后期可能面临诸多问题，因此我们最终推荐采用“巴顿甫AAO 生物反应池+深度处理”作为本次工程的主体工艺。

2.2 全地下集约化布置

针对传统污水处理厂所面临的用地紧张、环保挑战等多重难题，地下污水处理厂提供了一种全新的视角和解决方案，甚至可能成为解决这些现实问题的唯一途径。许多工程实践已经验证了地下污水处理厂建设的必要性和可行性。地下污水处理厂具有出色的防护、密闭和热稳定性能，能够有效解决污水处理车间在隔音、隔臭和隔热（保温）方面的挑战。同时，这种建设方式还能最大限度地利用土地资源，与周边环境和谐共生，实现经济、社会和环境效益的共赢[2]。

地下式污水厂可根据不同需求分为半地下和全地下两种形式。半地下污水处理厂的操作层位于地面之上，而水池则位于地下；而全地下污水处理厂则是将操作层和水池都置于地下。值得一提的是，这两种形式的地下污水厂的顶盖都可以作为对外开放和利用的空间，进一步提升了其土地利用效率和综合价值[3]。

经过比较发现，尽管从工程投资和处理成本的角度来看，半地下建设具有一定的优势，但在整体景观效果和环境效果上，它相较于全地下建设形式却稍显逊色。考虑到本工程所处地块周边多为居民区以及商业办公，土地价值高，对环境的要求较高。因此，本次临平第二净水厂采用全地下建设形式，上部进行产业开发。除净水厂配套辅助用房、35kV 降压站、10kV 变电所和门卫外，其余净水厂部分生产性建、构筑物均设置于地下净水厂箱体内部，其中包括中格栅渠、曝气沉砂池及细格栅、巴顿甫AAO 生物反应池、二沉池、中间提升泵房及磁混凝高效沉淀池、反硝化深床滤池及紫外消毒渠、加氯接触池及出水泵房、鼓风机房、加药间、储泥池、污泥浓缩脱水机房等。一体化箱体内水处理构筑物均进行混凝土加盖，局部开设盖板，尽量减少臭气外溢。一体化箱体尺寸为278m×169.5m～278m×195.5m，整个箱体操作层设置环通通道，方便车辆进出。

2.3 复合建设形式

本工程地下为20 万m3/d 全地埋式净水厂，上部为14.2 万m2的产业园区。“全地埋净水厂+上盖产业园区”的复合建设形式走在国内净水厂建设的前列，因此可供参考的内容较少。上下结构的结合，除臭等子项设计均需要妥善考虑。

2.4 除臭设计

本工程地面上为对外开放的产业园区，除臭效果的好坏直接关系未来地上产业园区的命运。因此，本工程除臭内控指标为臭气浓度执行排气筒臭气浓度≤100（无量纲），厂界臭气浓度≤10（无量纲）。

在地埋式污水处理厂中，除臭通风设计的核心挑战在于构建一个高效的臭气收集系统。为确保臭气不会外泄，并降低区域内臭气总量，关键在于对需要除臭的构筑物或设备进行严密的密封，同时确保收集系统能够均匀、有效地收集臭气，保持构筑物内部微负压状态[4]。传统的臭气收集系统常面临以下问题。

（1）臭气区域密闭性不足。污水处理厂的预处理系统，是臭气浓度较高的区域，且普遍存在设备位于池面以上，虽然考虑了池面和设备的密封，但设备和池体之间未设置密封胶条，空隙较大；或采用不便于观察的密封方式，导致频繁掀开密封装置。另外，栅渣的收集和运输，也是臭气源之一。

（2）臭气收集不均匀。在除臭管路的吸风口处未设置调节风阀，导致臭气收集过程中出现不均匀的现象。具体表现为，靠近风机的区域由于局部压力损失较小，实际臭气收集量远超过设计预期；而远离风机的区域则因局部压力损失较大，实际臭气收集量远远不足于设计值。这种不均衡的收集情况可能导致部分构筑物内部出现正压状态，进一步影响臭气的有效控制和处理。

（3）系统能耗过大。除臭系统由于上述问题，盲目加大换气次数，效果也不一定理想，臭气仍会源源不断的散逸，通风系统和除臭系统既相互分离，又相互联系，臭气排风量加大，导致通风系统送风量也加大，造成不必要的成本和能源的浪费。

（4）收集管路冷凝水问题严重。从设备或池体收集的臭气含有高湿度，接近饱和状态。当这些臭气在管道中传输时，由于温度的变化，会产生大量的冷凝水。这些冷凝水的聚集不仅会对管道造成腐蚀，还可能从管路接口处渗漏出来，对环境和使用安全构成威胁。

因此，本工程开展针对性研究，充分考虑本工程地埋式污水厂的特点和地面上盖需产业开发利用的需求，分析不同区域产生的臭气类型、浓度，选择合适的除臭工艺，优化通风、除臭系统设计，确保实现臭气的全收集和充分处理，确保臭气不对地下箱体内生产环境、地上产业园区造成不利影响，实现环境、社会和经济效益综合最优。

3 设计要点

3.1 高程布置要点

临平第二净水厂选址范围北侧望梅路现状地面高程5.97～6.31m，周边规划道路设计标高按6.50m 控制。考虑防涝及与周边道路、地块的衔接，本工程出入口处设计地坪标高为6.80m；同时考虑整个上盖建筑整体方案及停车需求，内部设计地坪标高7.70～8.50m。

一体化箱体设计为两层结构，其中地下一层用作操作层，而地下二层则作为水池层。为了确保操作空间的舒适性，主要区域的操作层净高被控制在5m。同时，为了促进地上绿化种植的正常生长并优化整体景观布局，本工程将箱体顶标高设定为6.70m。这一设计选择不仅有助于在一定程度上减少全地下箱体的整体埋深，还有利于节约工程造价。

3.2 复合建设形式要点

在平面布置设计当中，尽量使得上部建筑与地下净水厂柱网能够一致，避免设置结构转换层导致开挖深度加大及投资增加。同时地下箱体疏散楼梯尽量结合上部建筑内楼梯间统一设置。在消防与除臭等子项设计上也需特别考虑。

3.3 除臭设计要点

3.3.1 设计原则

（1）针对不同区域不同的臭气浓度和组分特点，采用分区分质、精准除臭的设计原则，按不同区域、不同组分、不同浓度，采用针对性的组合工艺精准除臭，打破单一处理工艺的“一竿子”处理理念。

（2）臭气较易逸散的预处理区，新风系统中增加离子发生器，改善空气质量。

3.3.2 收集系统重难点解决对策

（1）臭气区域密闭性不足。尽量采用混凝土封闭，如曝气沉砂池、生化池、储泥池顶部等区域。对于格栅等位于池面以上的设备，单独采用钢化玻璃或PC 板加罩的形式密封。因操作、检修需求，确需开出的孔洞，采用盖板密封。空隙较大处采用橡胶条密封，确保无大的漏气点。

（2）臭气收集不均匀。采用分区收集、就近处理的模式。避免收集风管过长，以减少管道阻力损失。过长的收集风管可能导致臭气收集不均匀，增加能耗，并影响整体除臭效果。

（3）系统能耗过大。引入恶臭气体实时在线监测系统，该系统能够全天候24h 不间断地进行气体浓度的监测。其配备了高性能的气体传感器，能够实时显示硫化氢、氨等特定气体的浓度值，或者根据用户的需求监测其他恶臭污染物的浓度。此外，该系统还能够自动监测温度、相对湿度等环境参数。采集到的数据实时传输到现场控制柜以及中控室，以便能够实时监控和控制组合生物除臭设备的运行状态和相关参数，确保对除臭设备的管理更为精确和高效。同时能够根据实时的臭气指标，智能调节风机频率，从而在保证除臭效果的同时，最大程度地减少能源消耗，实现节能减排的目标[5]。

（4）收集管路冷凝水问题严重。设备适当位置设置除雾器，避免冷凝水管道聚集。管路安装时设置坡度，同时在合理的位置设置冷凝水排放点。

3.3.3 除臭工艺选择

考虑预处理区臭气浓度高、处理难度大、总风量小，此区域采用投资较大的两级生物法（滴滤+洗涤）+分子筛吸附再生工艺。臭气浓度较低的AAO 生物反应池区域采用一级生物法（滴滤）+活性炭吸附（可超越），臭气量大、浓度较低、臭气成分复杂的污泥车间使用二级生物除臭（滴滤+洗涤）+活性炭吸附工艺（可超越），运行中根据实际臭气浓度灵活运行并考虑活性炭再生进一步降低运行成本。

同时考虑确保臭气稳定达标，在操作层上可预留后续段除臭设备安装空间，进一步降低臭气浓度。

4 结语

（1）为了应对严格的出水标准，本工程选定了“巴顿甫AAO+深度处理”这一成熟稳定的工艺作为临平第二净水厂的核心处理工艺，旨在确保出水水质持续、有效地达到预定标准。

（2）在竖向设计方面，本工程充分考虑了现有地形条件和地下箱体高程需求，不仅减少了埋设深度，还显著降低了投资成本。

（3）本工程采用全地下建设模式，旨在最大限度地节约土地资源。同时，结合上盖产业开发，使土地资源得到更高效、全面的利用，进而实现土地价值的最大化。

（4）通过结合上盖产业开发与全地下净水厂的建设模式，本工程不仅展示了创新的工程技术，还为国内类似工程提供了思路和案例参考，推动行业的技术进步和可持续发展。