外水+內(nèi)水 全地下式污水廠防淹這樣做！

防淹設(shè)計是全地下式污水處理廠安全設(shè)計的重中之重，水淹風(fēng)險主要來自外水和內(nèi)水兩個方面。來自外水的風(fēng)險點(diǎn)包括雨水入侵、地下水入滲、管網(wǎng)超量來水和尾水排放河道的河水倒灌等。來自內(nèi)水的風(fēng)險點(diǎn)則主要是由于各種原因引起的二、三級泵房前池、細(xì)格柵前端、濾池進(jìn)水渠及其廢水池以及廠區(qū)污水及放空泵房前池的滿溢。結(jié)合上海40萬m3/d規(guī)模的泰和全地下式污水處理廠的設(shè)計，對全地下式污水處理廠防淹設(shè)計的要點(diǎn)進(jìn)行了有針對性的論述。

地下式污水處理廠由于其環(huán)境友好、節(jié)約用地、實現(xiàn)土地的綜合開發(fā)利用以及能較好地解決污水處理廠的鄰避效應(yīng)等顯著優(yōu)點(diǎn)在國內(nèi)得到了逐步的推廣和應(yīng)用。國內(nèi)第一批地下式污水處理廠于2010年前后建成投產(chǎn)，包括了廣州京溪污水處理廠、深圳布吉污水處理廠、深圳西麗污水處理廠、鄭州南三環(huán)污水處理廠等。隨著大量項目落地，地下式污水處理廠固有的一些風(fēng)險在設(shè)計和運(yùn)行過程中逐漸顯現(xiàn)，其中水淹事故是地下污水處理廠面臨的重大風(fēng)險之一，這樣的事故已有發(fā)生，會給污水處理廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險，因此在項目建設(shè)尤其是設(shè)計過程中要充分考慮可能存在的風(fēng)險點(diǎn)并事先采用相應(yīng)的防范措施。

1 全地下污水處理廠水淹的風(fēng)險點(diǎn)

1.1 水淹風(fēng)險的來源

地下式污水處理廠有全地下和半地下兩種形式。按照國內(nèi)約定俗成的定義，全地下式污水處理廠是指整個廠房埋于地下，廠房頂?shù)陀谥苓叺孛?，污水處理廠的生產(chǎn)管理在地下一層的操作空間內(nèi)進(jìn)行。半地下式污水處理廠是指僅水池等處理構(gòu)筑物埋于地下，廠房高出周邊地面，污水處理廠生產(chǎn)管理層的標(biāo)高與周邊地面標(biāo)高基本一致。

由于全地下污水處理廠地下操作層的標(biāo)高一般比周邊地面要低7~8m，低于地下水位和地面水體的水位，同時對進(jìn)水水位的控制有很高要求，相對于地下而言，更容易發(fā)生水淹風(fēng)險。由于全地下式污水處理廠的巡視人員和主要設(shè)備基本都集中在地下一層和二層，因此水淹風(fēng)險造成的危害也大大增加。帶來水淹風(fēng)險的水可大致分為外水和內(nèi)水兩個部分。

1.2 來自“外水”的水淹風(fēng)險點(diǎn)分析

這里所說的“外水”是指來自于污水處理廠地下箱體以外的水。通常包括雨水、地下水、管網(wǎng)的超量進(jìn)水以及污水處理廠尾水排放河道的河水等。

• 來自雨水的風(fēng)險點(diǎn)：雨水可能侵入污水處理廠地下箱體的地方主要是地下箱體的出入口、地下箱體頂部開設(shè)的各種吊裝孔、采光孔和通風(fēng)孔等。

• 來自地下水的風(fēng)險點(diǎn)：地下水對于污水處理廠地下箱體的風(fēng)險主要來自于箱體本身結(jié)構(gòu)和箱體進(jìn)出管道洞口的滲漏，地下水的滲入量可能不大，但具有持續(xù)性，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)也會給地下箱體內(nèi)的設(shè)備尤其是供配電設(shè)備帶來較大的危害。

• 來自管網(wǎng)超量進(jìn)水的風(fēng)險點(diǎn)：地下廠對進(jìn)水水位的控制有嚴(yán)格的要求，不能高于要求的安全水位。但管網(wǎng)來水量的波動不可避免，尤其在管網(wǎng)存在合流制系統(tǒng)或雨污分流不徹底的情況時，雨天往往會帶來超過旱天正常水量的沖擊負(fù)荷，處理不當(dāng)就可能會導(dǎo)致進(jìn)水泵房的水外溢至地下箱體內(nèi)。

• 來自尾水排放河道河水的風(fēng)險點(diǎn)：地下污水處理廠處理后的尾水通常通過出水泵提升外排河道，在河道水位處于高水位、同時發(fā)生出水泵停泵故障且止回裝置出現(xiàn)問題時，河水可能會通過出水管倒灌回地下箱體。

1.3 來自“內(nèi)水”的水淹風(fēng)險點(diǎn)分析

這里所說的“內(nèi)水”是指已經(jīng)正常進(jìn)入污水處理廠地下箱體、在各個構(gòu)筑物池體內(nèi)處理的水。內(nèi)水外溢淹沒地下箱體的事在地下污水處理廠中也時有發(fā)生，引發(fā)的原因各種各樣。

• 二、三級泵房的風(fēng)險點(diǎn)：地下污水處理廠一般有進(jìn)水泵房、中間提升泵房和出水泵房共三級泵房。當(dāng)污水廠進(jìn)水量波動，加減泵時如各級泵房之間響應(yīng)不及時，或者某些故障情況下出現(xiàn)某一級泵房掉電停泵，就很容易發(fā)生泵房前池滿溢的危險。

• 格柵的風(fēng)險點(diǎn)：污水處理廠進(jìn)水細(xì)格柵處是一個容易被忽視的風(fēng)險點(diǎn)?，F(xiàn)在污水處理廠設(shè)計中，進(jìn)水細(xì)格柵的柵隙通常選用3~6mm，當(dāng)采用膜處理工藝時，柵隙會選用1mm。當(dāng)進(jìn)水柵渣量較大時，容易引起細(xì)格柵的堵塞；或者來水中有較大的垃圾時，會引起格柵的卡阻進(jìn)而引起停機(jī)保護(hù)導(dǎo)致進(jìn)一步加劇格柵的堵塞，這時格柵之前的渠道就容易發(fā)生溢出的風(fēng)險。

• 濾池的風(fēng)險點(diǎn)：污水處理廠深度處理段的濾池也是容易發(fā)生溢出事故的地方。在濾池發(fā)生堵塞沒有及時反沖洗，或者是濾池自控系統(tǒng)出現(xiàn)故障影響到正常出水時，濾池的進(jìn)水渠道處也會發(fā)生溢出的風(fēng)險。

• 廠區(qū)污水及放空泵房的風(fēng)險點(diǎn)：地下污水處理廠通常要設(shè)置廠區(qū)污水及放空泵房，將污水和污泥處理過程中排放的廢水以及池體檢修放空的水提升到污水處理廠最前端。廠區(qū)污水及放空泵房通常設(shè)置在地下箱體的最低處，當(dāng)各種原因出現(xiàn)進(jìn)、出水量不匹配時，該泵房前池也極易發(fā)生滿溢的危險。

• 其他風(fēng)險點(diǎn)：一般來講污水處理廠各工藝環(huán)節(jié)之間的水流靠重力流動的，則總體來講相對安全。如果要靠泵或其他設(shè)備來控制的，則風(fēng)險度相對較高。如采用MBR工藝時，該工藝段的出水需要依靠產(chǎn)水泵，在產(chǎn)水泵出現(xiàn)故障或產(chǎn)水能力出現(xiàn)下降而前端工藝未及時減量時，膜池就有滿溢的風(fēng)險。

2 全地下污水處理廠防淹設(shè)計要點(diǎn)及實例

以下結(jié)合上海40萬m3/d規(guī)模的泰和全地下式污水處理廠設(shè)計對全地下箱體的防淹設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行闡述。上海泰和污水處理廠地下一體化箱體平面尺寸約350m×350m，采用全地下布置形式，污水處理廠地下一體化箱體的豎向布置如圖1所示，地下一層操作層的設(shè)計絕對標(biāo)高-1.0m，低于周邊地面標(biāo)高5.5m。

2.1 針對外水的防淹設(shè)計要點(diǎn)

2.1.1 雨水侵入的防范措施

在泰和污水處理廠的設(shè)計中，廠區(qū)設(shè)計地坪標(biāo)高比周邊市政道路路面高出約50cm，以避免市政道路雨水排放不暢出現(xiàn)積水時倒灌進(jìn)污水處理廠。地下箱體的進(jìn)出道路在出入口處進(jìn)一步設(shè)置了一段15cm高的逆坡避免道路雨水進(jìn)入地下箱體。地下箱體進(jìn)出坡道全線設(shè)置了輕質(zhì)遮雨棚，并在坡道的入口和坡腳處各設(shè)置了一道400mm×400mm斷面的橫截溝攔截可能進(jìn)入的雨水，其中入口處的橫截溝通過雨水管接入廠區(qū)雨水井，坡腳處的橫截溝就近接入污水處理池，進(jìn)出坡道設(shè)計如圖2所示。地下箱體出露地面的設(shè)施中，風(fēng)井的進(jìn)出風(fēng)口均設(shè)置防雨百葉，人員疏散樓梯間出口的標(biāo)高均高出周邊地坪30cm，設(shè)備起吊孔都加設(shè)了輕質(zhì)防雨罩等。

2.1.2 地下水入滲的防范措施

泰和污水處理廠地下箱體按防水等級一級的要求設(shè)計，采取多道防水措施，具體做法包括：箱體側(cè)墻為疊合式雙層墻，圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu)的一部分，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，墻厚1 000mm，抗?jié)B等級P10，內(nèi)襯墻體厚度600~800mm，抗?jié)B等級P8。地下連續(xù)墻與內(nèi)襯墻之間采用水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料，在干作業(yè)區(qū)內(nèi)襯墻內(nèi)側(cè)另外設(shè)置一道水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料層。箱體底板厚度1 400~1 600mm，抗?jié)B等級P8，底板下層設(shè)置高分子自粘膠膜防水卷材。干作業(yè)區(qū)底板上層設(shè)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料層。箱體頂板厚度250mm，抗?jié)B等級P8，頂板下層設(shè)置水性滲透結(jié)晶型涂料防水層，上層設(shè)置聚脲彈性防水防腐涂料以及SBS改性瀝青耐根穿刺防水卷材。

2.1.3 來自管網(wǎng)超量進(jìn)水的防范措施

泰和污水處理廠設(shè)計中對于管網(wǎng)可能出現(xiàn)的超量來水采取了被動防范和主動防范兩種措施。被動防范措施是在來水超量、污水處理廠進(jìn)水泵房前池液位超過最高報警液位有溢出風(fēng)險時，進(jìn)水速閉閘門迅速關(guān)斷，污水處理廠停止進(jìn)水以確保安全。污水處理廠進(jìn)水井的設(shè)計如圖3所示，為確保安全，進(jìn)水井頂板做到箱體的頂板高度，即使進(jìn)水水位超出地下操作層標(biāo)高也不會溢出。另外，在速閉閘門之后還設(shè)置了一道電動閘門，即使在速閉閘門故障的情下，還能通過電動閘門關(guān)斷進(jìn)水。主動防范措施則是通過工程手段和管理手段，對污水處理廠的進(jìn)水流量進(jìn)行調(diào)控，最大程度地避免污水處理廠進(jìn)水泵房前池液位的劇烈波動。工程手段是在污水處理廠的進(jìn)水端設(shè)置了一個系統(tǒng)調(diào)蓄池，調(diào)蓄池容積15萬m3。調(diào)蓄池進(jìn)水渠道內(nèi)設(shè)置有水平格柵及液動閘門，液動閘門的開啟高度可調(diào)。當(dāng)污水處理廠進(jìn)水量超過設(shè)計規(guī)模，進(jìn)水水位超過溢流液位時，超量的水會首先溢流進(jìn)入調(diào)蓄池，從而保證進(jìn)水水位的穩(wěn)定和地下箱體的安全。系統(tǒng)調(diào)蓄的設(shè)計如圖4所示。管理手段則是通過系統(tǒng)的聯(lián)動調(diào)度，調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)各污水處理廠之間的流量分配來達(dá)到水量調(diào)控的目的。泰和污水處理廠屬于上海石洞口污水系統(tǒng)，與石洞污水處理廠共用新西干線一根系統(tǒng)總管（見圖5）。當(dāng)泰和污水處理廠進(jìn)水出現(xiàn)高水位風(fēng)險時，可通過系統(tǒng)調(diào)度，加大月羅泵站向石洞口污水處理廠的輸送水量。極端情況下還可以減小上游新薀藻浜泵站的輸送水量，通過系統(tǒng)調(diào)度向其他污水片區(qū)進(jìn)行分流。

圖3 進(jìn)水井設(shè)計

圖5 片區(qū)污水系統(tǒng)

2.1.4 河水倒灌的防范措施

主要有兩個措施，一是在出水泵后的管路上設(shè)置可靠的止回裝置，即使在出水泵事故停泵、河道水位高企的情況下也能阻止河水倒灌回地下箱體內(nèi)。二是在出水高位井內(nèi)再設(shè)置一道閘門，在全廠停運(yùn)、事故檢修或其他特殊工況下，可關(guān)斷該閘門切斷與河道的聯(lián)系從而確保污水處理廠地下箱體的安全。

2.2 針對內(nèi)水的防淹設(shè)計要點(diǎn)

2.2.1 二、三級泵房滿溢的防范措施

泰和污水廠設(shè)計中，首先，為防止各級泵房之間水泵流量的不匹配導(dǎo)致加減泵時出現(xiàn)水位的大幅波動，進(jìn)水泵房（一級泵房）、中間提升泵房（二級泵房）和出水泵房（三級泵房）的水泵都按照8用2備的相同數(shù)量進(jìn)行配置，單泵流量也相同。運(yùn)行時各級泵房依次同步開停，從而保持前后流量的匹配和穩(wěn)定。其次，各級泵房前池均設(shè)置了液位計和浮球開關(guān)，水泵也配置了變頻裝置，運(yùn)行時根據(jù)泵房前池液位的變化可增減水泵或變頻運(yùn)行。第三，在二、三級泵房前池設(shè)置了溢流管，管徑DN500，管口標(biāo)高高出前池最高設(shè)計液位50cm，這樣在前池水位非正常波動的情況下，超量來水可以通過溢流管溢流進(jìn)入廠區(qū)污水系統(tǒng)而不至于發(fā)生池體滿溢。第四，建立各級泵站之間的聯(lián)動控制機(jī)制，在后一級泵站出現(xiàn)掉電或故障停泵時，前端泵站自動關(guān)停。另外，有條件的情況下宜適當(dāng)加大二、三級泵房前池的設(shè)計池容，通過增加調(diào)節(jié)容積來盡量減小池內(nèi)的水位波動。

2.2.2 格柵前滿溢的防范措施

針對污水處理廠細(xì)格柵攔截壓力大，容易堵塞的問題，泰和污水廠設(shè)計中在常規(guī)配置粗、細(xì)兩道格柵的基礎(chǔ)上，增設(shè)了一道中格柵。其中粗格柵采用回轉(zhuǎn)式格柵，柵條間隙20mm，中格柵采用回轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)，柵條間隙10mm，細(xì)格柵采用內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式格柵，柵條間隙3mm。三道格柵的設(shè)置可減輕細(xì)格柵的截污壓力，緩解因細(xì)格柵堵塞而造成格柵前端污水冒溢的風(fēng)險。其次，建立格柵前液位和進(jìn)水水泵聯(lián)動調(diào)控的機(jī)制，設(shè)置中、細(xì)格柵前報警水位。其中中格柵前池頂板標(biāo)高0.80m，設(shè)計水位-0.20m，設(shè)定報警水位0.30m；細(xì)格柵前池頂板標(biāo)高0.30m，設(shè)計水位-0.50m，設(shè)定報警水位0.00m。當(dāng)格柵前水位超過報警水位則依次關(guān)停進(jìn)水泵，避免造成格柵前污水冒溢。另外，在中、細(xì)格柵前也可以設(shè)置溢流管或超越渠道，事故情況下可通過溢流管讓污水回流到進(jìn)水泵房前池或通過超越渠道實現(xiàn)事故超越。

2.2.3 濾池滿溢的防范措施

濾池是污水處理廠中自控程度和管理要求都相對較高的一個處理構(gòu)筑物。容易發(fā)生滿溢的風(fēng)險點(diǎn)一是濾池的進(jìn)水渠，可能會因為濾池堵塞或誤操作等原因發(fā)生滿溢；還有就是濾池的反洗廢水池，容易因為廢水泵故障、控制系統(tǒng)問題或濾池進(jìn)水漏進(jìn)廢水池等原因發(fā)生滿溢。而設(shè)計的防范措施除可靠的自控報警系統(tǒng)外，設(shè)置溢流管是一種最簡單有效的措施，在濾池進(jìn)水渠和廢水池內(nèi)均宜設(shè)置溢流管，管口標(biāo)高位于設(shè)計水位和池頂板之間，溢流管道接入廠區(qū)污水管。

2.2.4 廠區(qū)污水及放空泵房滿溢的防范措施

污水處理廠正常運(yùn)行情況下，撇渣排出的污水、垃圾壓榨和砂水分離的污水、污泥脫水的污水、濾池反洗廢水以及除臭系統(tǒng)排出的廢水等均最終匯集到廠區(qū)污水及放空泵房。構(gòu)筑物檢修情況下，檢修構(gòu)筑物的放空水也會匯集到廠區(qū)污水及放空泵房，因此該泵房是地下污水處理廠內(nèi)排水壓力很大的一個點(diǎn)。在設(shè)計該泵房時，需按照正常運(yùn)行工況、正常運(yùn)行疊加一組生反池放空的工況來分別計算和校核。按照正常運(yùn)行疊加放空的不利工況來確定泵房的規(guī)模，水泵配置數(shù)量需要滿足不同流量情況下靈活調(diào)度的需求。另外，由于該泵房的重要性很高，因此泵房前池宜盡量設(shè)計大一些以提供足夠安全的調(diào)節(jié)容積。泰和污水處理廠設(shè)計中，在一體化箱體的地下二層設(shè)置了廠區(qū)污水及放空泵房，泵房前池容積約4 500m3，配置了3臺潛污泵，2用1庫備，單泵參數(shù)Q=501 L/s，H=17.3m，P=120 kW。

2.3 其他設(shè)計要點(diǎn)

除以上主要節(jié)點(diǎn)以外，在全地下污水處理廠的防淹設(shè)計中，還有以下注意事項：

• 雙電源供電：污水廠需要有兩路獨(dú)立的供電電源，在一路電源停電的情況下能自動切換到另一路電源，確保供電的安全。

• 完善的自控系統(tǒng)及報警系統(tǒng)：污水處理廠內(nèi)有水位控制需求的點(diǎn)都需要設(shè)置液位計，重要的地方如廠區(qū)污水及放空泵房前池甚至可以設(shè)置雙液位計以提高安全性。廠內(nèi)要有完善的自控系統(tǒng)實現(xiàn)各處理環(huán)節(jié)之間的聯(lián)動控制，還要有完善的報警系統(tǒng)，在區(qū)域停電、設(shè)備非正常停機(jī)、液位超限以及其他事故情況下能迅速報警，提示管理人員及時處理。

• 積水排出設(shè)施的設(shè)置：在地下箱體內(nèi)如地下管廊等低處，需通長設(shè)置集水邊溝，并每隔適當(dāng)距離設(shè)集水坑并安裝存水泵，以備在有局部管道泄漏時能將積水及時排出。泰和污水處理廠在一體化箱體內(nèi)沿底板邊緣均設(shè)置了200mm×200mm的排水溝、匯入800mm×800mm×800mm的集水坑，坑內(nèi)設(shè)置了固定安裝的存水泵。整個箱體內(nèi)共設(shè)置了10處集水坑，存水泵單泵參數(shù)Q=25 m3/h，H=12m，P=1.5 kW。

• 設(shè)備要有足夠的備用率：按設(shè)計規(guī)范配置備用設(shè)備的基礎(chǔ)上，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)備備用率可適當(dāng)提高。

另外應(yīng)急設(shè)備的庫備也要充分考慮，如水淹事故發(fā)生后的應(yīng)急排水水泵、箱體入口的應(yīng)急防汛擋板以及其他防汛物資等。

3 結(jié) 語

安全設(shè)計是全地下污水處理廠設(shè)計考慮的重中之重。相對于常規(guī)的地上式污水處理廠，全地下污水處理廠要復(fù)雜得多，對設(shè)計和運(yùn)行管理的精細(xì)化都提出了更高的要求。雖然近年來國內(nèi)的全地下式污水處理廠建設(shè)呈爆發(fā)式增長，但大部分項目都是2015年后才開始啟動立項和建設(shè)的。國內(nèi)全地下污水處理廠的設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗也就十來年時間，應(yīng)該說經(jīng)驗還是相對缺乏。這些年來已建成運(yùn)行的全地下污水處理廠中，大大小小的水淹事故也有發(fā)生，有設(shè)計考慮不周的原因、有運(yùn)行管理疏忽的原因、也有設(shè)備系統(tǒng)各種故障引發(fā)的原因。總之，還需要在今后項目的實際運(yùn)行中不斷發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)經(jīng)驗，才能有效地化解已知和未知的各種風(fēng)險，更好地確保全地下式污水處理廠的安全，從而更好地發(fā)揮全地下式污水處理廠的綜合效益。