上海安亭污水處理廠三期全地下式擴建工程思考

上海安亭污水處理廠三期擴建工程采用全地下一體化箱體建設形式，土建規模10萬m3/d，設備按5萬m3/d配置。污水處理采用AAO-MBR工藝，出水執行《城市污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，其中NH3-N和TP執行地表Ⅳ類水標準。通過系統回顧污水處理廠的建設歷程，分析總結了污水處理廠在處理工藝及排放標準方面的創新和發展，同時對全地下建設形式的選擇進行分析論證，并就污水處理廠的全工況安穩設計、近遠期結合平衡設計等進行探討。

01 安亭污水處理廠的發展歷程回顧

安亭廠始建于2003年，運行至今，已有近20年歷史，為地區污水處理和環境保護作出了重要的貢獻。2003年底，污水處理廠一期工程建成運行，規模為5萬m3/d，污水處理采用生物接觸氧化法工藝，處理工藝采用出水水質滿足《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）中的二級排放標準；2009年底污水處理廠二期工程建成運行，規模5萬m3/d，污水處理采用AAO法工藝，出水水質執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）二級標準；2017年底一、二期提標改造工程完成通水，規模10萬m3/d，出水水質執行GB 18918-2002一級A標準，提標改造主要新建深度處理“高效沉淀池+過濾”設施，同時對污水處理廠除臭進行全面升級改造。

2017年，伴隨提標改造的順利完成，安亭污水處理廠三期擴建工程啟動，新建增量污水處理設施，同時新建全廠污泥集中處理設施。采用全地下污水處理箱體布置形式，土建規模10萬m3/d，設備按5萬m3/d配置，污水處理采用AAO-MBR工藝，出水要求高于一級A標準；污泥處理采用脫水干化工藝，目標含水率30%～40%，處理后污泥外運焚燒。

02 全地下建設形式的選擇

地下污水處理廠代表了一種技術的選擇，也提出了一系列的挑戰，包括預處理、生物處理、深度處理及污泥處理等諸多問題均應進行深入研究和探討。地下式污水處理廠建設符合城市的綠色發展方向，是生態文明建設的重大抓手。同時，也應認識到其運營難度大，運行成本高，選擇時應綜合比較、綜合評估，爭取一次投入多重產出，多重效益。安亭污水處理廠三期擴建工程全地下污水處理建設形式的選擇綜合考慮了周邊環境要求、占地因素等，因地制宜，經過充分的技術經濟綜合比選而定。

（1）周邊高標準環境要求。污水處理廠用地周邊居住區逐漸增多，最近約500 m；規劃賽車城配套商務區與污水處理廠僅一河之隔；距離高爾夫球場約700 m；距離國際賽車城約1 km。為盡量減少污水處理廠設施運行對周邊的影響，環境友好是本工程整體布置及空間利用的首要考慮因素。

全地下式污水處理廠在環境友好方面有著十分獨特的優勢，其封閉性強、無二次污染，對周邊居住區影響減到最小；地面空間可塑性大，可進行綠化景觀、水景、公園、運動場以及辦公綜合樓等設置，不僅不會給周邊環境帶來不良影響，反而會提升周邊的環境質量，對地區經濟發展起到助推作用。

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（2）有限的占地空間。安亭廠用地范圍有兩條規劃市政道路、一條規劃河道和一處高壓走廊穿越，廠區原先規整用地被分解，可供利用的整塊區域較少。如現狀二期被規劃支路分解，剩下二期西北角三角形用地可用；一期和二期用地中間被規劃河道分割；規劃高架和規劃高壓走廊覆蓋了現狀廠前區、一期及提標改造的的構筑物單體。可供三期利用的面積約5.02 hm2。

按照《城市污水處理工程項目建設標準》，安亭三期擴建工程按規模劃分為Ⅳ類污水處理廠，“二級+深度”處理工藝用地指標0.95～1.2 m2/(m3·d)，按遠期10萬m3/d規模考慮，用地約9.5～12 hm2。本次三期擴建用地面積僅5.02 hm2，顯然不能滿足常規地上式污水處理廠的用地需求，必須采取集約化的地下式污水處理廠布置形式。

地下式污水處理廠采用功能化組團布局，池體共壁，能最大程度的減小占地，節約土地。本工程三期擴建10萬m3/d全地下箱尺寸約180 m×140 m，占地僅2.52 hm2，為國家標準用地的四分之一，實現了高度集約化布置，極大的節約了土地資源。

03 全標準升級、全工況安穩設計

3.1 全標準升級

總結我國污水處理行業的發展，主要經歷了幾大階段。“九五”期間，各地為落實水污染物減排責任目標和任務，污水處理設施的建設和運行成為主要途徑；“十五”和“十一五”期間，在國家政策和財政資金的大力支持下，城鎮污水處理設施建設規模快速增長；而后在“十二五”和“十三五”期間，城鎮污水處理廠的發展模式由量的增加逐步發展為質的提升，污水處理廠的出水排放標準大幅度提升，一級A標準提標改造、污泥處理處置、水資源能源循環利用和環境友好成為工程建設項目的重要內容，同時也涌現了一大批污水處理新工藝、新技術，如各種高標準出水水質的深度處理綜合工藝、地埋式污水處理廠大規模新建、集中式污泥干化焚燒項目的建設等。安亭污水處理廠四個發展階段與上述中國污水處理行業的發展脈絡基本吻合，是上海市乃至中國污水處理行業發展的歷史縮影。

3.1.1 污水排放標準和污水處理工藝的升級

安亭廠一期和二期的污水排放執行二級標準，有機污染物（COD、BOD）和SS的去處是工藝設計的核心內容，一期工程采用一段式曝氣池工藝，停留時間也較短（約6 h），二期工程從設計水質上而言，脫氮除磷的要求很低，但在設計時已經考慮脫氮除磷的需求，采用了具有脫氮除磷功能的AAO工藝，但因出水標準偏低，池體設計停留時間較短。一、二期提標改造工程，出水執行一級A標準，氮、磷的去處與碳源物質的去除同樣重要，提標改造通過投加生物填料的方案對一、二期生物處系統進行了改造，同時應對高標準的氮、磷排放要求，在生物處理段后面增設了“高效沉淀池+濾布濾池”組合工藝。

本次三期擴建工程污染物排放執行國家一級A標準，其中氨氮和總磷執行地表水Ⅳ類水標準，即氨氮1.5 mg/L（水溫＞12 ℃），3.0 mg/L（水溫≤12 ℃），總磷0.3 mg/L。為了在有限的用地范圍內實現高標準出水，工程選用AAO-MBR工藝，MBR工藝可高效地進行固液分離、生物相豐富、膜的高效截留作用形成較為完成的微生物鏈，具有占地節省、運行穩定可靠、抗沖擊負荷能力強等優點。在目前國內已建和在建的全地下污水處理廠中，多數均采用 MBR工藝。本工程還針對性設計，使其更加靈活高效。采用多級漸減回流方式，以應對大比例的回流對生化系統各段的DO值和MLSS濃度的影響；增加預缺氧段，對傳統AAO工藝進行改良，充分應對MBR膜池可能出現的溶解氧含量高等情況，確保缺氧段的反硝化環境；設置初沉池超越以保障進水BOD5、SS較低時生反池碳源的充足等。

3.1.2 污泥處理工藝和處理標準的升級

污泥處理工藝的選擇應污泥出路的需求而定，處置決定處理。安亭廠一期、二期工程污泥處理采用“脫水+好氧發酵”組合式工藝，其中，脫水過程實現污泥的減量化，兩段式好氧發酵實現了污泥的無害化，污泥出路按土地利用考慮。一二期提標改造期間，根據《上海市城鎮排水污泥處理處置規劃，2009年》（上海市水務局）的要求，嘉定安亭、嘉定新城、大眾污水處理廠污水水質以生活污水為主，污泥泥質較好，污泥出路仍以土地利用和填埋為主。提標高改造工程維持一二期污泥脫水+好氧發酵工藝，對廠區增量污泥采用“化學調理+板框壓濾”的應急預處理措施，污泥深度脫水至含水率60%，外運至填埋場填埋處置。

提標改造解決了增量污泥的處理，但這種處理僅僅是應對暫時性的污泥出路而選擇的。安亭廠乃至嘉定區目前幾座污水處理廠的污泥出路問題仍然沒有解決，填埋方案也逐漸不可行，垃圾填埋場已滿負荷甚至超負荷運行，污泥的出路將十分棘手，另一方面，安亭廠目前收集范圍內的工業廢水有所增加，污泥土地利用方案并非最優化方案，工業廢水的納入可能會是的污泥中有毒有害物質增加。

與中心城區相同，污泥獨立焚燒方案已成為上海市郊區污泥處理處置的最優化方案。嘉定區目前已經開始規劃建設集中式污泥獨立焚燒廠站，為響應嘉定區污泥處理規劃要求，本次三期擴建工程以“獨立焚燒+建材利用”為污泥的最終出路，選取污泥處理工藝，污泥處理至含水率30%～40%。三期工程對全廠污泥處理系統進行集中遷建，新建全廠污泥脫水干化設施。污泥處理工藝采用目前嘉定區幾座污水處理廠在用的脫水干化一體工藝，該工藝集脫水和干化于一體，具有比常規兩段式工藝占地少、投資省、運行成本低等優點，可在較大范圍內應對進泥量和進泥含水率的變化，是較為適合本廠污泥的處理工藝。污泥處理系統設計，對過程中的機械濃縮、隔膜壓濾、干化蒸發等各階段均進行了細化設計，充分考慮了各種不利工況，確保污泥處理出泥含水率達標。

3.1.3 臭氣處理系統的的優化設計

安亭廠一二期建設時期，對于污水處理廠臭氣并未有明確的標準，因而工程也未設置臭氣收集處理系統。后期隨著國家除臭標準的出臺，對一二期預處理區域的粗格柵進水泵房、細格柵曝氣沉砂池及污泥處理區進行了廠除臭設計，按國家二級標準進行建設。一二期提標改造期間，根據上海地方標準的要求，對全廠除臭系統進行了升級改造，其中對原除臭設施增設活性炭吸附段，對一、二期初沉池及生反池進行加蓋或加罩，選用“生物除臭+活性炭除臭”組合技術。

本次三期擴建工程，除臭標準執行上海市地標《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（DB 31/982-2016）中惡臭污染物排氣筒排放標準值和廠界標準值。除臭設計選擇生物法為主，結合化學洗滌及活性炭吸附（或干化學）的三段組合式工藝。在臭氣收集方面進行了精細化的設計，如污水處理操作層參觀通道、污泥干化車間大空間設置離子送風裝置，確保操作及參觀空間舒適性；除常規設計外，本工程根據需除臭構（建）筑物位置、臭源特性，對各需除臭區域進行系統分區控制，對其中環境相對較差的預處理區和初級處理集中布置，二次封閉，對不同區域采用區別化的換氣風量參數及換氣次數，分量收集，針對性的設計在高效環保的前提下最大化的保障處理效果。

3.2 全工況安穩設計

地下式污水處理廠整體位于地下，其應對突發事件的能力相對地上式污水處理廠需要大大加強。在設計階段應充分考慮，通過設置相應的技術措施，以應對正常工況、檢修維護工況、事故工況、應急工況等各種工況的發生，最大程度的確保運行安全。

3.2.1 應對進水水量變化的設計考量

本次安亭廠三期擴建土建按遠期10萬m3/d建設，設備按近期5萬m3/d配置，根據目前廠區運行水量進行預估，待三期建成后，水量估計難以立即達到5萬m3/d的規模，旱季小水量的工況需予以考慮；另一方面，根據廠區運行數據，雨季來水量增加較明顯，雨季大水量的工況也必須予以考慮。在設計時應從土建和設備兩方面綜合考慮了來水量的波動，主要有以下幾方面：

總變化系數Kz取值：總變化系數方面，根據《上海市污水處理系統及污泥處理處置專業規劃（2017-2035）》，要求污水處理廠規模應滿足15倍日均污水量穩定達標，結合本廠實際運行下水量的波動情況，本此三期擴建總變化系數Kz取值1.5。

進水泵房大小泵搭配：近期配置4臺進水臺升泵，兩臺大泵579 L/s，兩臺小泵289 L/s。如此，旱季小流量時可開啟289 L/s小泵1臺，另1臺備用；5萬m3/d平均規模下，可開啟 1臺579 L/s提升泵，另1臺備用；短時高峰進水，即KZ=1.5時，同時開啟1臺大泵和1臺小泵，另2臺泵在線備用。

生物處理系統流程分組：10萬m3/d土建規模生物反應系統整體分兩組進行設置，每組5萬m3/d，其中5萬m3/d又進行兩組分割，可實現完全獨立運行，實際AAO-MBR生物反應系統按2.5萬m3/d進行流程分組。

3.2.2 防汛防淹設計

全地下廠若臨時停電或出現緊急故障后，以及汛期來水量不可控時，容易被來水淹沒。秉持安全第一的理念，本工程擬采用多道措施進行防淹設計。

進水端速閉閘門：于進水端設置1道斷電速閉式閘門，升高此閘門前的進水井頂部標高，高于河道洪水水位4.0 m。若發生緊急情況，速閉閘門能夠及時隔斷來水，避免地下箱體被污水淹沒。

進水泵房放淹設計：在實際運行匯總，考慮速閉閘門的維護檢修及老化的情況，此時，來水進入提升泵房前池，通過提升泵連通至后端處理構筑物，箱體仍然存在一定的淹沒風險。在進水端速閉閘門后考慮設置第二道防護措施。即整體抬高進水泵房區域操作層標高，至約4.0 m，高于河道常水位2.5 m；同時在進水提升泵出水管上設置電動閘閥。當速閉閘門未能有效隔斷來水時，來水僅儲存于進水泵房前池區域，與后續處理構筑物區隔斷，確保整個箱體的安全。

應急及防汛設施：在地下箱體內設置應急池，應對短時高峰沖擊流量；設置防汛泵房，采用強排模式排除地下可能的積水，確保整個地下空間的排澇安全，防洪防淹。

04 近遠期結合，立足全廠平衡設計

4.1 箱體的二次建設方案

本次安亭三期污水處理廠擴建場地位于原垃圾處理廠位置，垃圾廠已拆除，但保留了變電所和污泥脫水系統，其中變電所帶有提標改造部分用電，污泥脫水系統為目前廠區現狀污泥處理系統，目前均在使用。三期待建場地上的污泥系統設施包括：1座儲泥池、1座污泥脫水機房和1處污泥深度處理區。

水處理箱體工程建設前，需要提前遷建配電間和污泥處理設施，以騰出施工場地。配電間位于場地中間，必須在三期開展前提前遷建。而污泥設施相對位于邊角，如果在完全建成新的污泥干化脫水系統后，再拆除現狀污泥設施，然后再開展三期污水處理箱體的建設，則會大大延長整個項目工期，對整個項目的推進相當不利。為此，本次提出了手槍型箱體建設方案。

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箱體需要二次實施，在保留現狀污泥設施的前提下，先實施“手槍型”的全地下箱體，包括了預處理、初沉池和生物處理主要構筑物。隨后，在新的污泥系統投產后，將現狀污泥廠房拆除，再建設箱體的剩余部分，主要是加藥間、管理用房和附屬用房。如此，在保持現狀污泥處理設施正常運行的情況下，同步建設三期全地下箱體和全場污泥處理設施，幾乎做到了無縫銜接，保證了污水和污泥處理的按時投產運行。

4.2 污水處理廠遠期改造的統籌考慮

根據現狀水量的統計分析，同時結合嘉定區污水規劃，安亭廠近期2020污水量預測約為13萬～14萬m3/d，在2025年前后達到約15萬m3/d規模；遠期2035年污水量約為19萬～20萬m3/d。同時，根據安亭廠用地布局規劃，規劃高架路和高壓走廊覆蓋了現狀廠前區綜合樓、一期及提標改造的的構筑物單體，因而污水處理廠遠期翻建的可能性很大。基于上述兩點因素的考量，結合目前的用地條件，本次三期擴建提出了土建按遠期10萬m3/d一次建成，設備按近期5萬m3/d配置，遠期擴容僅增加設備。

首先，從客觀條件上說，三期擴建廠地面積小，僅5.02 hm2，不能滿足兩座獨立5萬m3/d規模箱體的建設需求。若按近遠期獨立建設兩座5萬m3/d的地下箱體，遠期建設箱體與近期建設箱體保持至少10 m以上的安全施工保護距離，再加上進出口通道及輔助用房等的建設，占地面積將遠大于一次建設用地面積。再者，土建10萬m3/d一次實施可以大大減小污水處理廠建設總投資，簡化建設程序，縮短建設周期。另一個重要方面，三期擴建按土建按遠期10萬m3/d規模一次實施，留有5萬m3/d規模設施余量，為一、二期的翻建提供運行調度空間，可實現不停水改造，極大提高安亭污水處理廠運行的靈活性和穩定性。

來源：給水排水  作者：周友飛

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