槐房再生水厂是目前国内最大的主体处理工艺全部处于地下的再生水厂,其突破传统的设计及建设理念,采用先进的MBR工艺全地下布置,配套设计有污泥处理、臭气处理、园林景观等设施。槐房再生水厂将主要处理构筑物布置在地下,地面设计为湿地保护区,生态景观与污水处理构筑物融为一体。水厂全地埋结构整体为230m×650m×19m深基坑,竖向分为地面层、地下一层、地下二层。根据处理工艺流程合理布置地下污水处理和再生水生产设施,改变常规分散式布局模式,将各种设备间、处理构筑物集成化、模块化,节地效果明显。槐房再生水厂采用单体设备封闭、空间全封闭等多级气体封闭措施,将产生的臭气经密闭管道输送至除臭设施处理达到排放一级标准后通过排放塔排放,杜绝了对周边环境的不利影响。

　　 槐房再生水厂位于北京市丰台区槐房村,占地面积约31.36hm²,规划流域面积约120.6km²。再生水厂建设规模为60万m³/d,设计出水水质达到《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(DB 11/890-2012)中B标准的要求,出水主要用于河湖补水、绿化、市政杂用、工业冷却用水等,设计进出水水质详见表1。

　　 近几年针对污水处理厂选址难、用地紧张等现状,我国相继建成深圳布吉、广州京溪、昆明、烟台等地下式污水处理厂。地下式污水处理厂突破了传统污水处理厂用地观念,科学合理地利用地下空间,在一定程度上节约了土地资源。且由于处于地下全封闭状态,地上还可结合周边环境进行美化,外观形象好,对周围环境的影响大幅度降低。

　　 槐房再生水厂在初期选址阶段,因受到用地紧张等多种因素影响,几易厂址,最终将厂址确定在槐房。

　　 厂址西侧为现况槐新公园,东侧为桃苑公园,南侧为城市绿地,水厂污水处理区主要构筑物采用全地下式布置,不适宜布置于地下的污水处理区加药系统、污泥处理区及综合楼等附属设施则布置于地上。地下空间位于地下1.5~20m处,可以做到“既隔音又隔臭”;地上部分利用槐房再生水厂得天独厚的再生水源,结合周边环境,修建人工湿地,形成一个令人赏心悦目的生态景观。

　　 虽然地下式布置有很多优点,但笔者认为,是否采用地下式的处理厂,需要结合多种因素进行分析判断,而不是“为地下而地下”。表2是常规地上式处理厂和地下式处理厂的几点对比,供设计人员参考。

　　 本工程在水处理工艺选择上,受规划用地面积偏小的因素影响,需选用占地小的处理工艺。同时结合进水水质特点、出水水质要求、国内外的应用情况等条件,本工程的污水及再生水处理部分工艺采用预处理+MBR+臭氧+紫外工艺(见图1),各处理工段有针对性地去除氮、磷、悬浮物、有机物等各种污染物,同时改善出水色度并进行消毒。

　　 污水进入厂区首先经两道粗格栅初步去除较大漂浮物;然后进入进水泵房,污水经提升后进入到细格栅,进一步去除污水中的丝状、带状漂浮物;然后进入曝气沉砂池,将污水中密度较大的无机颗粒沉淀并排除;再经初沉池去除部分悬浮物后进入膜格栅进一步去除纤维类杂质,而后进入膜生物反应器,完成有机物、氮、磷等污染物的去除。为确保再生水出水总磷及总氮达标,在生物池投加除磷药剂进行化学辅助除磷,同时设置外碳源投加系统。MBR出水进入臭氧接触池,投加臭氧进行脱色;然后进入紫外消毒渠消毒;紫外消毒后出水可排至小龙河或进入清水池。进入清水池前后均可投加次氯酸钠溶液抑制细菌滋生并保证再生水输送的余氯要求,再生水通过配水泵房输送至再生水管网。

　　 本着污泥稳定化、减量化、无害化、资源化的基本原则,结合槐房再生水厂规模较大,污泥中有机质含量高的特性,确定污泥处理为预脱水+热水解+厌氧消化+深度脱水工艺(见图1),对于脱水滤液采用厌氧氨氧化工艺进行处理后再进入污水处理流程。同时,槐房再生水厂的污泥处理区还可以承接部分外来污泥进行处理。

　　 剩余污泥经过浓缩机浓缩后,与经过除砂的初沉污泥混合,利用预脱水机脱水,并与外厂输送的脱水污泥混合后进入热水解系统。热水解处理后的出泥调整到合适的含水率和温度后,进入污泥消化池进行厌氧消化。消化后的污泥进入压滤脱水机房深度脱水,出泥含水率降至60%以下。最终处置阶段根据污泥处理后的性质,主要进行土地利用,同时可以满足应急填埋。

　　 槐房再生水厂总占地面积为31.36hm²,其中地下部分占地约13hm²。考虑到本工程再生水主要处理构筑物在地下,再生水加药系统、污泥处理构筑物及综合楼均在地上的特点,在总平面布置中,按照合理组织地上、地下的人流物流,与周边环境有机结合及合理用地的原则,将再生水厂划分为三个分区:厂前区及部分生产区(厂区中东部地上部分)、地下水处理区(厂区中、南部地下部分)、污泥处理区和部分水处理区及生产附属区(厂区北部地上部分),详见图2。

　　 厂区北部地上部分,按功能又可分为水处理区及污泥处理区。水处理区位于北部地上部分的西侧,主要布置有臭氧系统(包括臭氧制备间、氧气制备车间及液氧储罐)、甲醇加药系统(包括甲醇加药间、甲醇储罐区、泡沫消防泵房及加压水泵房)、总变电室、次氯酸钠加药间及储罐棚(包括次氯酸钠、PAC及柠檬酸储罐)、粗格栅间及进水泵房、鼓风机房。污泥处理区位于北部地上部分的东侧,主要布置有储气柜、储泥池、污泥浓缩预脱水机房、热水解及热交换车间、污泥消化池、污泥板框脱水机房、沼气锅炉房、厌氧氨氧化系统、沼气脱硫系统、废气燃烧装置等。

　　 厂区中、南部地下部分为水处理区,分为地下两层局部三层布置。地下一层主要为工艺设备操作检修平台及附属生产区,主要包括生物除臭设备、配电室等,在地下一层有贯穿整个地下空间的车行道,并且分别在东、西设立2个出入口,以满足设备维修、安装、消防及栅渣外运的需求。地下二层及局部的地下三层,主要布置各生产构筑物及管廊。地下区布置的处理构筑物主要有细格栅、曝气沉砂池、初沉池、膜格栅、MBR生物池。

　　 厂区中东部分为厂前区及部分生产区,主要建筑物为综合楼(下部为清水池),机修间、仓库、热泵机房及车库(下部为配水泵房),紫外消毒车间及臭氧接触池。

　　 各区之间以道路、绿化分隔,可自成体系;建、构筑物周围设置绿化带,种植树木花草,营造良好的环境氛围。再生水厂的建筑及景观风格是以与区域环境相协调为原则,它体现在地上建筑摆脱工业厂房的外观,具有亲和感。建筑表面附加一些寓意着水流动的柔美曲线的檐口,或附加一些象征着水波纹的装饰线条。在地下空间的上方构建人工湿地公园、配以木屋、栈桥、水车等田园风格的景观,创造了宜人的环境,使其与城市绿地更加融洽。

　　 与常规处理厂的设计相比较,除了地下空间的综合布置利用、结构型式的确定、柱距的合理选择等难点外,对于消防分区如何设置、消防型式和设备如何确定,除臭范围和工艺如何确定,全面机械通风与除臭如何结合,如何降低全面机械通风的投资和运行费用,如何降低地下处理厂被淹泡的概率等,都是需要在设计中予以认真考虑的。下面仅针对槐房再生水厂设计中消防分区和消防设施的确定,以及通风系统设计的要点进行简单介绍。

　　 槐房再生水厂地下空间部分总建筑面积约13hm²,如此大规模的再生水厂如果按照《建筑设计防火规范》中对常规地下厂房的规定,将要设置140个以上的防火分区,即使采用自动灭火系统也需设置70个以上的防火分区。这将对工艺流程布置、管线布置、人员巡视路线确定、以及设备和栅渣的运输等带来极大不便。并且每个防火分区通向地面的疏散口均位于地下空间上部的湿地区域,过多的疏散口分散在地面,不仅给上部的景观设计带来很大影响,也增加了以后的运行管理难度。

　　 基于上述情况,在设计前期就与北京市公安消防局就消防分区的划分原则进行了沟通,针对污水处理厂的处理工艺、布置形式、设备类型、人员活动特点等进行分析,对防火分区的划分力争做到客观地理解区域性质、重点部位重点设防。

　　 地下空间内大面积的水池顶盖部分空间,由于设备较少、基本无可燃物,防火分区划分可以依据工艺流程分系列划分,面积可以适当突破。对于位于地下空间内的分变电室,以及设备集中的车间划分为单独的防火分区,分区面积应执行防火规范的相应要求。各机械送排风机房也设置为独立的防火分隔。每个防火分区均设有直接通往地面的疏散出口,以及通往相邻防火分区的安全出口。

　　 地下空间主通道以及各分区车间内设置室内消火栓系统;变配电室均设置无管网自动气体灭火系统;主通道同时设置自动喷水灭火系统。

　　 需要说明的是,上面所述的地下空间消防设计原则只针对槐房再生水厂工程,每个工程都必须征得当地消防审批部门的批准,或单独进行消防性能化设计。

　　 地下部分属于散发热、湿及臭气的车间,由于面积、高度较大,采用机械送风、机械排风的全面通风方式。

　　 所有容易散发臭气的渠道、水面、设备均进行封闭,设抽气点排气,形成负压状态,防止臭气外溢。抽出的臭气送到相应的除臭系统进行处理,对于预处理部分的臭气采用三级化学除臭装置进行处理;对于生物池和膜池部分的废气,采用生物除臭系统进行处理。处理后的废气通过3座15m高的排放塔进行排放。

　　 对容易受到臭气污染车间的排风分成两部分,一部分送到除臭系统进行处理,对于相对清洁的部分,则转移至工艺曝气用气,减少除臭气量。

　　 各车间均送新风,风量与臭气量平衡。新风为直流送风,清洁区域的空气向污染区域转移,如通道空气向膜格栅间、初沉池间、生物池、膜池转移。对于人员不经常到达的地下二三层管廊区域,在设计中与地下一层通道进行换风,在管道维护期间或由运行管理人员根据需要开启。

　　 地下再生水厂的建设,突破了传统污水处理厂用地观念,科学合理地利用地下空间,且由于处于地下全封闭状态,可以做到“既隔音又隔臭”;地上部分可结合周边环境进行美化,对周围环境的影响大幅度降低,在一定程度上可以缓解近几年污水处理厂选址难的现状,同时节约了土地资源。但是是否采用地下式的处理厂,需要结合多种因素进行分析判断,而不应为了建地下式处理厂而建。