1 工程概況

泰和污水處理廠工程規劃規模為60×10⁴m3/d，本次一期工程規模為40×10⁴m3/d，是上海市全新建造的規模較大的全地下污水處理廠。該污水廠位于上海市寶山區，在污水系統上屬于中心市區北部的石洞口片區，與片區內的石洞口污水處理廠共同負擔整個石洞口片區的污水處理。泰和污水處理廠的服務范圍包括寶山區的中部及南部，以及靜安區和普陀區北部的少部分區域，總服務面積約145km²。泰和污水處理廠的工程建設內容包括新建泰和污水處理廠、新建1.8km的DN3000進廠管道以及一座容積15×10⁴m3的系統調蓄池。其中污水廠出水高位井、尾水排放管以及廠前區設施等按照遠期60×10⁴m3/d規模一次建成。本工程總投資約39億元，其中 部分工程費用約34.7億元。污水廠的單位經營成本約1.32元/m3。

2 建設標準

2.1 污水處理標準

上海市在2016年4月由市環保局和市水務局聯合發布了“關于全市污水處理廠新建、擴建和提標改造項目污染物排放標準有關事項的通知”，要求污水廠尾水排放不低于一級A標準，其中氨氮和總磷必須執行地表水Ⅳ類水標準。泰和污水處理廠的污水處理即執行該標準，設計進、出水水質如下表所示：

設計進、出水水質表（單位：mg/L）

2.2 污泥處理標準

污泥處理標準取決于污泥的處理處置出路。泰和污水廠污泥的處理處置出路是到石洞口污泥處理廠焚燒。對總處理成本、污泥處理熱量平衡和污泥運輸的環境影響等進行綜合技術經濟比較和論證后，確定泰和污水廠的污泥脫水干化至含水率≤40%后外運。

2.3 其他處理標準

本工程臭氣處理執行上海市地方標準《城鎮污水處理廠大氣污染物排放標準》（DB 31/982-2016）。廠界噪聲不超過《工業企業廠界環境噪聲排放標準》（GB 12348-2008）中相應功能區的排放限值。

3 工藝設計要點

3.1 總平面布置設計要點

泰和污水處理廠總用地面積27.28hm²，其中一期工程用地19.23hm²，二期工程用地8.05hm²。整個廠區被聯誼路分為南北兩個地塊，一期40×10⁴m3/d的地下箱體用地14.91hm²，位于聯誼路北側地塊。廠前區及調蓄池用地3.54hm²，出水區用地0.78hm²，二期工程預留用地8.05hm²，位于聯誼路南側地塊。污水廠綜合樓位于廠前區的北端，設置開放式的下沉式廣場，作為全廠的管理和集散中心，通過兩條地下聯絡通道分別與一、二期的地下箱體相接。一期40×10⁴m3/d的地下箱體平面尺寸349m×350m，在地下箱體的南北兩側各設置一個出入口與市政道路相接，箱體內道路呈環形布置，車行道路寬7m，轉彎半徑9m，滿足消防及運輸的相關需要。按不同功能，箱體內分為預處理區、泥處理區、二級主處理區和深度處理及出水區等區域，其中環境相對較差的預處理區和泥處理區在箱體西側集中布置，便于臭氣的集中收集和處理。處理構筑物總體上布置為4條線，單條線處理能力為10×10⁴m3/d，可分別獨立運行，事故保障率≥75%。地下箱體內部空間分為構筑物區和建筑物區。構筑物區共設置12個人員安全出入口直通地面。建筑物區按地下廠房設置，共設12個防火分區，每個防火分區面積≤2000m²，至少設置1個直通室外的獨立安全出入口，并利用防火墻上通向相鄰防火分區的甲級防火門作為第二安全出口。

3.2 豎向布置設計要點

項目前期研究中對泰和污水廠的豎向布置高程做了不同方案的技術經濟比選，采用箱體頂高出周邊道路1m的方案。地下箱體頂板設計 標高為5.5m，地下一層操作層設計標高為-1.0m，地下兩層為構筑物池體及管廊空間，底標高為-11.3～-13.0m。為確保地下箱體的安全，污水廠進水泵房設計水位為-2.20m。特殊情況下如進水水位超過設計水位，可首先溢流到調蓄池，調蓄池蓄滿后則關斷進水速閉閘門。在地下箱體的低處設置廠區污水及放空泵房，用于廠區污水的提升及池體的放空。地下箱體頂上覆土厚度1.5m，種植綠化后作為開放式的公園綠地。

3.3 污水處理工藝設計

（1）預處理工藝段。

粗格柵進水泵房、中細格柵及曝氣沉砂池均1座，規模40×10⁴m3/d。粗格柵進水泵房分2組，共配置10臺進水泵（8用2備），單泵流量752L/s，揚程46kPa，功率60kW。共設置粗、中、細三道格柵。粗格柵配置4臺回轉式格柵除污機，柵隙20mm，格柵寬2m，功率2.2kW。中格柵配置8臺回轉式固液分離機，柵隙10mm，格柵寬1.8m，功率2.2kW。細格柵配置8臺內進流網板式格柵除污機，柵隙3mm，格柵寬1.5m，功率3.7kW。曝氣沉砂池設置4條渠道，高峰停留時間6.8min，配置4臺鏈板式刮砂機，功率1.5kW。曝氣風機采用噪聲更低的無油單螺桿風機，共5臺（4用1備），單機流量1100m3/h，風壓46kPa，功率26kW。

初沉池采用平流式，共2座，單座規模20×10⁴m3/d，每座又分2組，每組2渠，設計高峰負荷4.29m3/（m²·h），共配置8臺鏈板式刮泥機，單套B=8.9m，L=69.05m，功率0.55kW。初沉污泥泵房與初沉池合建，共配置12臺初沉污泥泵（8用4備），單泵流量43m3/h，揚程100kPa，功率4kW。

（2）二級處理工藝段。

AAO生物反應池2座，每座2組，每組可獨立運行，單組處理能力10×10⁴m3/d。AAO生物反應池設計水深9m，設計污泥濃度3.5g/L，采用改良五段式形式，總水力停留時間16h。厭缺氧區共配置132臺高速潛水攪拌機，功率7.5kW，好氧區共配置19444套管式微孔曝氣器，單根風量6m3/h。生化反應池內設置了 曝氣控制系統，配備了8套氣體流量計和流線型空氣調節閥。

二沉池采用矩形周進周出的形式，共2座，每座分2組，每組8條渠，單組可獨立運行，處理能力為10×10⁴m3/d。設計高峰負荷1.19m3/（m²·h），共配置32臺鏈板式刮泥刮渣機，單套B=6.25m，L=58.9m，功率2kW。共配置256套液壓排泥管及套筒閥，排泥管管徑DN250。

（3）深度處理及出水段。

中間提升泵房與高效沉淀池合建，共2座，單座規模20×10⁴m3/d。中間提升泵房單座配置5臺泵（4用1備），單泵流量752L/s，揚程60kPa，功率80kW。高效沉淀池設計高峰負荷17.6m3/（m²·h）。單座分4組，單座沉淀池直徑14m，配置中心傳動刮泥機，功率1.1kW。

反硝化深床濾池2座，單座20×10⁴m3/d，每座2組，每組7渠。設計高峰負荷6.76m3/（m²·h），共配置6臺反洗廢水泵（4用2備），單泵流量894m3/h，揚塵90kPa，功率37kW。共配置6臺反洗風機（4用2備），同樣采用無油單螺桿風機，單機風量90m3/min，風壓78.4kPa，功率132kW。

紫外消毒池2座，每座分2組，每組可獨立運行，單組處理能力10×10⁴m3/d。共配置4套紫外消毒成套設備，單套功率56kW。

出水泵房2座，單座處理能力20×10⁴m3/d。配置10臺出水泵（8用2備），單泵流量752L/s，揚程106kPa，功率130kW。

（4）輔助處理設施。

鼓風機房1座，規模40×10⁴m3/d，共配置8臺單級離心風機（6用2備），單機風量324m3/min，風壓105kPa，功率700kW。加藥間1座，規模40×10⁴m3/d，配置有PAC和PAM投加設備，投加至高效沉淀池。其中混凝劑隔膜計量泵10臺（8用2備），單泵Q=0～1400L/h，H=1MPa，功率3.0kW；PAM投加泵10臺（8用2備），單泵Q=0～1400L/h，H=400kPa，功率0.75kW。加氯及碳源投加間1座，規模40×10⁴m3/d，配置次氯酸鈉和乙酸鈉投加設備和儲罐，次氯酸鈉投加至消毒池，乙酸鈉投加至反消化深床濾池。

3.4 污泥處理工藝設計要點

泰和污水處理廠一期設計污泥量為96tDS/d，遠期設計污泥量為131tDS/d。污泥處理工藝流程中：儲泥池1座，分4格，單格尺寸8.8m×9.1m，深4.5m，共配置4臺潛水攪拌機，功率7.5kW。污泥深度脫水機房共1座，包括污泥濃縮車間、深度脫水及干化車間等。污泥濃縮采用離心濃縮機，一期共配置9臺（8用1備），遠期增加1臺，單機處理能力100m3/h，功率129kW。污泥脫水干化采用低溫真空脫水干化工藝，一期共配置12臺低溫真空脫水干化一體機（10用2備），遠期增加3臺，單機處理能力10tDS/d，單機功率22kW。污泥采用板框壓濾脫水，干化采用熱水，并輔以抽真空。配置燃氣熱水鍋爐5臺（4用1備），單機額定熱功率4.2MW，0.7MPa，功率18.5kW；配置熱水箱3套，總容積250m3；配置真空泵12臺（10用2備），遠期增加3臺，單泵Q=51m3/min，15kPa，功率75kW。

3.5 除臭工藝設計要點

除臭設計范圍包括預處理區、生化反應池區和泥處理區三個區域。每個區域的除臭又包括池體及重點設備內高濃度臭氣源的除臭和大空間低濃度臭氣源的除臭兩部分。其中池體及重點設備內的高濃度臭氣經收集后，采用生物滴濾+改良式生物過濾+活性炭吸附的三級處理工藝進行處理，除臭總風量為49.1×10⁴m3/h。三個區域的箱體大空間區域，一方面通過離子送風系統向大空間內送離子新風，一方面對大空間內可能存在的低濃度臭氣進行收集處理，采用活性炭吸附處理工藝，其中離子新風的總送風量為68.5×10⁴m3/h，活性炭處理的總風量為84×10⁴m3/h。處理達標后的尾氣均通過排氣塔高空排放。

4 工藝設計特點

4.1 全工藝流程均位于地下箱體內

泰和污水處理廠是比較徹底的全地下污水處理廠。不同于很多全地下廠只是把水處理的主體構筑物設置在地下，其他諸如污泥處理、進水泵房、鼓風機房等輔助設施都做成地上的常規形式，泰和污水處理廠幾乎全部處理設施均設置在地下。其中污泥處理的低溫真空脫水干化處理設備在地下布置為兩層，地下一層布置污泥濃縮機以及污泥低溫真空脫水干化的主機等，地下二層布置干化污泥輸運設備、熱水水箱和抽真空設備等。干化污泥的出運采用成品污泥料箱接料，通過電動平車軌道運送至升降機內，再通過升降機升到地面的出泥車間，由配套的拉臂車將污泥料箱直接拉走。污泥出運系統共設置了2條線，每條線配2條軌道和2部升降機，一進一出，軌道上設置電動轉盤供平車轉向。電動轉盤、電動平車和升降機的載質量均為20t。污泥料箱和電動平車共配置了24臺，每臺脫水干化機對應2臺。電動平車單機功率2.2kW，污泥料箱容積15m3，升降機單機功率30kW。為污泥干化提供熱水的鍋爐房設置在地下一層，布置在污泥區靠箱體外邊的外側，按防爆要求設計，并在鍋爐房的一側設置了泄爆區。鼓風機房同樣布置在地下，配置了8臺單級離心風機，散熱方式以風冷為主，水冷為輔。

4.2 地下箱體內為遠期提標回用做了適當預留

全地下污水處理廠都是集約一體化的布置形式，通常從節約工程投資的角度考慮，全地下污水處理廠的地下箱體都會布置得非常緊湊，并且不會在箱體內預留多余的后續發展空間。該特點就注定了如果后續有進一步的提示改造需求，其改造難度將會很大。國內早些時間建造的全地下污水處理廠，這兩年已經有開始考慮提標或擴容改造的案例。通常的做法是要在原有地下箱體外新征一塊地，在新地塊內建設提標改造設施，但不可避免地會涉及原有地下箱體的改造，管道穿進穿出等，不僅改造難度大，而且水流組織往往也不合理。泰和污水處理廠設計中，在地下箱體內南北兩側的深度處理區域各預留了一處箱體空間，平面尺寸約44m×41m，位于反硝化深床濾池和紫外消毒池之間。目前泰和污水廠的回用水量約（3～4）×10⁴m3/d，直接利用利用污水廠出水，主要用于廠內污泥干化的冷凝器冷卻換熱、格柵等設備沖洗、除臭設備噴淋等。今后隨著對循環經濟和資源化利用的要求越來越高，必然會對污水廠尾水回用的比例和水質提出更高的要求，因此，在泰和污水廠地下箱體的設計中做了適當的空間預留，用于今后增設膜處理設備，并在進出水渠道布置和閘門切換上做了充分的考慮，能實現不停水的提標改造，這將為今后污水廠更高標準的尾水回用提供極大便利。

4.3 污水廠進水的大體量調蓄

全地下污水處理廠的防汛安全是設計考慮的重中之重。污水廠雨天時的進水量大于晴天時在國內是一個較為普遍的現象，即使污水廠所在的排水系統是分流制系統，系統內總會或多或少地存在一些混接的現象，導致雨天時來水量增大，這對于全地下污水處理廠的防汛安全來說尤其是一個考驗。泰和污水廠在進水泵房前設置了一個容積為15×10⁴m3的系統調蓄池，主要包括三方面功能：

（1）針對雨污混接問題對雨季原系統的合流水溢流進行調蓄，減少系統的合流水溢流。

（2）保障石洞口區域污水廠平穩運行，在污水廠檢修及事故狀態時提供調蓄，并避免旱季的污水溢流。

（3）為地區初雨處理創造條件。

在調蓄池進水渠道內設置有4套水平格柵及液動閘門，水平格柵尺寸7000mm×1500mm，柵隙6mm，功率7.5kW，液動閘門的開啟高度可調，當污水廠進水量超過設計規模，進水水位超過溢流液位時，超量的水會首先溢流進入調蓄池，從而保證污水廠進水水位的穩定和地下箱體的安全。調蓄池進、出水均采用重力進水+水泵提升相結合的方式，共配備4大2小6臺泵，大泵單泵Q=3000L/s、H=38～62kPa、功率250kW，小泵單泵Q=1500L/s、H=14～103kPa、功率205kW。調蓄池采用門式自沖洗的沖洗方式，設置30條廊道，配置30套門式水力沖洗系統，門寬2800mm，功率0.37kW。

4.4 工藝設計考慮了不同運行工況的應對措施

污水廠工藝設計的要點無非是確保效果穩定、管理方便、運行成本低、抗沖擊能力強等幾個方面。為實現以上目標，泰和污水處理廠的工藝設計做了以下考慮：

（1）AAO生化反應池采用改良五段式形式，厭氧加兩段缺氧好氧，充分利用進水中的碳源強化總氮的去除，必要時還可在第二段缺氧段補充碳源。

（2）選用深床濾池應對進水水質和處理標準的變化，近期對出水總氮沒有特別要求的情況下可按常規濾池的模式運行，今后對出水總氮要求進一步提高的情況下可按反硝化的模式運行。

（3）臭氣處理在常規生物處理的基礎上增加了活性炭吸附段，能更有效地保障尾氣排放的達標，同時對重點惡臭源采取了多重加罩的措施，保證了地下箱體內良好的空氣環境。

（4）基于BIM三維信息模型，采用CFD軟件對污水廠各重點構筑物內的水流流態、配水均勻性以及除臭系統的氣流組織等進行了模擬和驗證，為工藝設計的優化提供了有力的支撐。

5 運行效果

泰和污水廠一期工程已于2019年底建成并進入調試及試運行，目前處于試運行階段。污水廠現已接近滿負荷運行，各項處理指標均達到了設計標準，試運行期間的進、出水水質指標見下表所示：

6 結語

在長江大保護的背景下，泰和污水廠二期工程目前也已啟動立項，擴建規模20×10⁴m3/d，屆時泰和全地下污水廠的處理規模將達到60×10⁴m3/d。后續將結合一期工程實際運行情況的全面反饋，對原設計進行總結并在二期工程的設計中進行相應的優化和完善，力爭把泰和污水處理廠打造為地下式污水處理廠的樣板工程。