《地下式城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)工(gōng)程技術(shù)指南(nán)》解讀(dú)

地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)具有土(tǔ)地集約、資源利用、環境友好的特點，可(kě)以有效釋放(fàng)地面空間， 解決鄰避問(wèn)題，實現污水資源化，近年(nián)來(lái)在我國(guó)得(de)到快(kuài)速發展。2019 年(nián) 12 月，我國(guó)首例針對 地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的技術(shù)标準《地下式城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)工(gōng)程技術(shù)指南(nán)》(T/CAEPI 23—2019) 正式發布。文章(zhāng)針對新發布的團體(tǐ)标準，詳細解讀(dú)了标準制定的背景、意義與作(zuò)用，重點分(fēn)析了标準的關鍵技術(shù)内容及參數要求，希望對該标準的理(lǐ)解、應用與推廣起到積極的推動作(zuò)用。

1 前言

污水處理(lǐ)廠(chǎng)是重要的城(chéng)鎮基礎設施，是生(shēng)态文明建設的重要保障。但(dàn)傳統的污水處理(lǐ)廠(chǎng)存在鄰避 效應等諸多問(wèn)題，因此制約了污水處理(lǐ)事(shì)業的發展。地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)具有土(tǔ)地集約、環境友好、資源利用等特點，可(kě)有效釋放(fàng)地面空間，解決鄰避問(wèn)題， 實現污水資源化，較傳統污水處理(lǐ)廠(chǎng)具有明顯的社會、經濟和環境優勢。據該标準編制組統計(jì)，“十二五” 期間地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)數量爲29座，處理(lǐ)水量爲319萬m³/d，然而至“十三五”期間(2016年(nián)1月～2019年(nián)2月)，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)數量已增長至70座，處理(lǐ)水量超 700萬m³/d。

作(zuò)爲一種新興的污水處理(lǐ)廠(chǎng)建設形式，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的設計(jì)、建設、運行維護缺乏針對性的技術(shù)規範和指引，目前暫時依據傳統城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)的标準規範體(tǐ)系。考慮到我國(guó)快(kuài)速增長的工(gōng)程實踐以及傳統标準體(tǐ)系已不能完全滿足地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的需求，迫切需要通過對實踐經驗的總結與規則的提煉， 推動地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的高質量發展。

基于此需求，2017年(nián)7月中國(guó)環境保護産業協會下達了“地下式城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)工(gōng)程技術(shù)指南(nán)”的立項通知。信開水環境投資有限公司作(zuò)爲主編單位承擔了該标準的編制工(gōng)作(zuò)，參編單位有清華大(dà)學、中國(guó)市政工(gōng)程西北設計(jì)研究院有限公司、北京碧水源科(kē)技股份有限公司、北控水務(中國(guó))投資有限公司、中國(guó)市政工(gōng)程東北設計(jì)研究總院有限公司、四川省科(kē)學城(chéng)天人(rén)環保有限公司。經過兩年(nián)多的努力，2019 年(nián)12月19日(rì)團體(tǐ)标準《地下式城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)工(gōng)程技術(shù)指南(nán)》(T/CAEPI 23 ― 2019)正式發布。

2 标準制定的背景、意義及作(zuò)用

2.1 地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)快(kuài)速發展，現有标準體(tǐ)系不能滿足發展需求

随着城(chéng)鎮化的快(kuài)速進程，城(chéng)區邊緣不斷向外擴張，原有的郊區逐漸變爲市區，相(xiàng)對滞後的城(chéng)市規劃使得(de)一些建設年(nián)代較早的污水處理(lǐ)廠(chǎng)被城(chéng)市包圍， “城(chéng)中廠(chǎng)”與周邊區域矛盾凸顯的情況在我國(guó)非常普遍。在新的社會需求下，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)應運而生(shēng)。相(xiàng)比于傳統的地上污水處理(lǐ)廠(chǎng)，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)具有節省土(tǔ)地資源、幾乎無臭味、無噪聲、可(kě)美化周圍環境等優勢，同時可(kě)以提升周圍土(tǔ)地的利用價值、拓展城(chéng)市發展空間。出水可(kě)就(jiù)近補充周邊水體(tǐ)， 還(hái)可(kě)降低污水及再生(shēng)水管網的建設成本。地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)已成爲順應生(shēng)态文明要求的可(kě)持續的綠色基礎設施。

經過多年(nián)發展，傳統的城(chéng)鎮污水處理(lǐ)廠(chǎng)在設計(jì)建設、運行維護等方面已經具備完善的标準規範，形成了有章(zhāng)可(kě)依、有據可(kě)循的規範化模式。然而地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)與傳統的地上污水處理(lǐ)廠(chǎng)在工(gōng)藝選擇、建築結構、通風(fēng)除臭、運行維護等方面均存在較大(dà)差異， 傳統地上污水處理(lǐ)廠(chǎng)的标準規範尚不能完全滿足地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的要求，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的設計(jì)、建設、運行維護的規範化、标準化需求十分(fēn)迫切。

2.2 制定技術(shù)标準，爲提升設計(jì)建設水平、降低投資提供支撐

由于地下單體(tǐ)建設的投資普遍高于地上廠(chǎng)，其設計(jì)建設通常需要重點統籌考慮工(gōng)藝處理(lǐ)效果、占地面積等指标。因此，進行地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)設計(jì)建設時， 要通過工(gōng)藝設計(jì)規範化、豎向設計(jì)合理(lǐ)化、建築結構設計(jì)優化等方式，盡可(kě)能降低建設投資。近年(nián)來(lái)的快(kuài)速發展已經積累了較爲豐富的業内工(gōng)程實踐案例，苦于缺乏适用的标準規範體(tǐ)系，許多先進設計(jì)建設經驗得(de)不到總結利用，不利于地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的推廣發展。

作(zuò)爲地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的指導性文件(jiàn)，該标準的編制與發布能夠規範地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的設計(jì)建設與運行維護，對于推動地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)高質量發展具有重要意義。

3 主要技術(shù)内容及說(shuō)明

3.1 地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的定義

目前，英國(guó)、荷蘭、挪威、瑞典、法國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家均建有地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)，中國(guó)、日(rì)本、韓國(guó)、馬來(lái)西亞等亞洲國(guó)家的建設數量較多，美國(guó)也有少量建設。綜合全球地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的建設特點， 标準編制組提煉出了地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的核心技術(shù)特征 ：1)水處理(lǐ)構築物位于地面以下，這是地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的基本特征。2)設備操作(zuò)層封閉，減少臭氣、 噪聲等傳統污水處理(lǐ)廠(chǎng)的二次污染。3)地面層進行綜合利用，充分(fēn)發揮綜合效益。同時，根據建設項目的不同，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)可(kě)因地制宜地建成全地下、 半地下等形式。

圖 1 上海嘉定南(nán)翔再生(shēng)水廠(chǎng)

圖 2 大(dà)理(lǐ)洱海雙廊再生(shēng)水廠(chǎng)

3.2 建設地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的條件(jiàn)

正如(rú)所有的新技術(shù)、新工(gōng)藝一樣，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)同樣存在最佳的适用範圍，即所謂的利基市場(Niche Market)。經過多年(nián)的實踐，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的優勢和特點逐步明确，因此該标準提出“位于用地緊張地區、人(rén)口稠密地區或環境敏感區等的建設項目宜選擇建設地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)，并應結合投資成本、占地指标、生(shēng)态環境要求、水資源綜合利用等綜合考慮”。

當前，我國(guó)城(chéng)鎮化的整體(tǐ)戰略是“兩橫三縱”， 即以中心城(chéng)市引領城(chéng)市群發展，推動中心城(chéng)市工(gōng)業化進程和城(chéng)鎮化進程，增強中心城(chéng)市的輻射帶動作(zuò)用， 使中心城(chéng)市成爲高質量發展的重要助推器。首先，京津冀地區、長江三角洲城(chéng)市群和粵港澳大(dà)灣區依舊是我國(guó)城(chéng)市群建設的重中之重;其次是位于西部地區的成渝城(chéng)市群，其将是我國(guó)繼京津冀地區、長三角和粵港澳之後的第四大(dà)經濟增長極 ;長江中遊城(chéng)市群和江淮地區是未來(lái)中部發展的核心，将起到區域經濟發動機(jī)的作(zuò)用，黔中和滇中地區則是西南(nán)發展的核心。這些地區是目前地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)建設的主要集中區域，也是未來(lái)地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)發展的重點區域。

地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)既可(kě)獨立建設，也可(kě)與城(chéng)市水環境綜合治理(lǐ)工(gōng)程、生(shēng)态綜合體(tǐ)等結合建設。由于地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的選址更爲容易，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)利于污水的适當分(fēn)散處理(lǐ)，有助于實現就(jiù)近處理(lǐ)、就(jiù)地回用，從(cóng)而可(kě)以減少管網投資和運行成本，同時充分(fēn)發揮城(chéng)市第二水源的作(zuò)用。通過地面層景觀生(shēng)态、 公共服務、能源綜合回收等多種綜合利用模式的實施， 能夠達到美化廠(chǎng)區環境、服務周邊社會、節約能源的目的，對治理(lǐ)黑(hēi)臭水體(tǐ)、增加生(shēng)态産品供給具有重要 的現實意義。

3.3 系統優化，實現地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)高效節地

地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)并不是把地上的污水處理(lǐ)廠(chǎng) “簡單下沉”，而是重新統籌污水處理(lǐ)廠(chǎng)的功能分(fēn)區， 充分(fēn)考慮各類安全風(fēng)險，提出涵蓋工(gōng)藝優化、組團共壁、通風(fēng)除臭、應急處理(lǐ)等方面的全套集成技術(shù)。地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)應采用分(fēn)層布置形式，在豎向布置上可(kě)分(fēn)爲水處理(lǐ)構築物層、設備操作(zuò)層和地面層。結合實際工(gōng)程建設方案，通過平面、豎向和工(gōng)藝三個維度的優化，形成節地組合技術(shù)。

3.3.1 平面優化節地技術(shù)

平面優化節地技術(shù)主要通過工(gōng)藝流程布置、單元組團、單元優化或優化污水處理(lǐ)功能區占地等方式來(lái)實現節地。按照(zhào)從(cóng)整體(tǐ)到局部的思路(lù)，該标準提出了多項不同的平面優化節地技術(shù)，包括構(建)築物平面優化組團技術(shù)、矩形周進周出二沉池流态優化技術(shù)等。

平行或功能相(xiàng)連單元共壁是實現組團節地布置的關鍵。以矩形池爲基礎，通過采用位置相(xiàng)鄰、功能相(xiàng)連的污水處理(lǐ)構(建)築物合并、共用池壁等平面布置方式，可(kě)實現組團節地的目的，常見(jiàn)的共壁設計(jì)有占地面積最大(dà)的生(shēng)化反應池和二沉池共壁組團等。

對于矩形二沉池的流态優化，編制組對國(guó)内運行較好的單層矩形二沉池進行調研總結，明确提出 “單層矩形二次沉澱池的進出水布置方式宜爲周邊進水、周邊出水，表面水力負荷宜爲1.2~1.6m3/(m2·h)，污泥固體(tǐ)負荷不宜大(dà)于200kg/(m2·d)，有效水深宜爲4.0～4.5m，池寬宜爲6.0～10.0m，池長不宜大(dà)于80m”。以貴陽新莊污水處理(lǐ)廠(chǎng)一期、二期實際工(gōng)程爲例(見(jiàn)圖 3)，兩者處理(lǐ)規模均爲 25 萬 t/d，按照(zhào)傳統輻流式沉澱池設計(jì)時(新莊一期)，其占地面積爲2.9 萬m2，而采用矩形周進周出二沉池組團平面布置時(新莊二期)，其占地面積僅爲1.3 萬m2。有效提高了土(tǔ)地利用效率。

(a)傳統二沉池(占地面積 2.9 萬 m2)

(b)矩形周進周出二沉池(占地面積 1.3 萬 m2)

(貴陽新莊污水處理(lǐ)廠(chǎng)，25 萬 t/d)

圖3 不同二沉池形式的占地面積比較

3.3.2 豎向優化節地技術(shù)

豎向優化節地技術(shù)是指通過構(建)築物整體(tǐ)或局部疊加，強化空間利用效率，減少污水處理(lǐ)廠(chǎng)整體(tǐ)占地面積或某些污水處理(lǐ)功能區占地面積的節地方式。

一方面，适當增加生(shēng)化池的有效水深可(kě)達到豎向優化節地效果 ：傳統地上廠(chǎng)生(shēng)化池水深一般爲5.0～6.0m，該标準提出“生(shēng)物反應池水深一般宜爲7.0～8.0m，也可(kě)适當加深，具體(tǐ)深度應綜合考慮地質條件(jiàn)、曝氣設備性能确定”。另一方面，二沉池的豎向疊加也可(kě)達到明顯的節地效果：通過設置雙層沉澱池，使單位用地的沉澱面積大(dà)幅度增加，從(cóng)而減小二沉池的占地。

3.3.3 工(gōng)藝優化節地技術(shù)

工(gōng)藝優化節地技術(shù)指通過優化工(gōng)藝參數或采用特殊池型及高效設備，以提高處理(lǐ)效率，減少水力停留時間，進而減少用地面積的節地設計(jì)方法。

大(dà)量研究表明，我國(guó)污水處理(lǐ)廠(chǎng)進水中的無機(jī)砂粒含量較高，且平均粒徑小于 0.2mm不能被傳統沉砂池有效去(qù)除的細砂占比較高。由于地下空間内清砂、清淤相(xiàng)對困難，該标準提出設計(jì)時應考慮采用新型高效的除砂設備，以提高沉砂池的去(qù)除粒徑，尤其是強化對0.1～0.2mm細砂的去(qù)除效果。

對于主體(tǐ)生(shēng)化工(gōng)藝，标準編制組的調研顯示我國(guó)現有地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)中超過一半的地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)采用基于AAO的各種改良工(gōng)藝(如(rú)多級AO工(gōng)藝)作(zuò)爲主體(tǐ)生(shēng)化工(gōng)藝 ;有超過 1/4 的地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)選擇采用膜生(shēng)物反應器 ;高效生(shēng)物膜工(gōng)藝在地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)中也有運用。

對于污泥處理(lǐ)工(gōng)藝，由于地下空間内安全及占地問(wèn)題較爲突出，因此需将工(gōng)藝安全及占地面積作(zuò)爲工(gōng)藝選擇的首要因素。污泥濃縮脫水建議(yì)選擇一體(tǐ)化設備以節約占地面積，同時設備的安全性也應着重考慮。當需要在地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)區内将污泥脫水至 80% 含水率時，常用的污泥機(jī)械濃縮脫水設備一般爲帶式濃縮脫水一體(tǐ)機(jī)或離(lí)心式濃縮脫水一體(tǐ)機(jī)。當需要在地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)區内将污泥進一步脫水至30% ～ 60% 含水率時，宜選用安全性及工(gōng)作(zuò)效率較高、占地面積較少的污泥低溫幹化工(gōng)藝。

綜上，通過平面、豎向和工(gōng)藝的優化及系統集成，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)單位處理(lǐ)規模用地面積可(kě)達到0.3～0.5m2/(m3·d)，遠(yuǎn)低于國(guó)家建設用地指标基準值，社會、經濟和環境效益顯著。

3.4 臭氣等二次污染的控制

傳統的地上污水處理(lǐ)廠(chǎng)的臭氣無組織逸散，易對周邊環境産生(shēng)二次污染。相(xiàng)比之下，地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)的臭氣經收集處理(lǐ)後有組織排放(fàng)，既是地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)區正常運營的需要，也有利于提升水廠(chǎng)周邊空氣環境質量。

該标準提出地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)“除臭系統宜與通風(fēng)系統統籌、系統設計(jì)”的原則，同時提出了臭氣收集處理(lǐ)的技術(shù)要求和措施，以避免二次污染。污水處理(lǐ)廠(chǎng)各工(gōng)段均會産生(shēng)一定濃度的臭氣，包括預處理(lǐ)段(提升泵房(fáng)、粗細格栅、沉砂池)、生(shēng)化反應段(各類厭(yàn)氧、缺氧、好氧反應池)、污泥處理(lǐ)段(污泥濃縮池、貯存池、脫水間等)，其中預處理(lǐ)段和污泥處理(lǐ)段是臭氣控制的重點區域。硫化氫和氨氣是污水處理(lǐ)廠(chǎng)惡臭的特征污染物，其濃度受污水水質、處理(lǐ)工(gōng)藝、運行工(gōng)況、氣候條件(jiàn)等因素影(yǐng)響而存在一定的差别。對全國(guó)污水處理(lǐ)廠(chǎng)的調研測試表明，預處理(lǐ)段硫化氫和氨的濃度範圍分(fēn)别大(dà)緻爲0～10mg/m3(密封狀态下甚至可(kě)達幾百mg/m3)與0.5～5mg/m3，污泥處理(lǐ)段硫化氫和氨的濃度範圍分(fēn)别爲5～30mg/m3與1～10mg/m3。污染物濃度較大(dà)且人(rén)員(yuán)操作(zuò)較頻繁的區域是臭氣控制的重點環節，如(rú)粗格栅間、進水泵站(zhàn)、細格栅間以及污泥脫水間等區域，因此在設計(jì)時不僅要考慮設備以及池體(tǐ)的除臭，而且需要考慮整體(tǐ)空間的除臭。所有與除臭相(xiàng)關的構築物及設備必須加蓋封閉，并設置臭氣收集點，同時需要保證構築物及設備内部始終爲微負壓狀态，以防止臭氣外洩。

（a）吸氣式負壓收集

（b）生(shēng)物除臭裝置

圖 4 地下式污水處理(lǐ)廠(chǎng)臭氣收集與處理(lǐ)裝置