1 工程概況

泰和污水處理廠工程規(guī)劃規(guī)模為60×10⁴m3/d，本次一期工程規(guī)模為40×10⁴m3/d，是上海市全新建造的規(guī)模較大的全地下污水處理廠。該污水廠位于上海市寶山區(qū)，在污水系統(tǒng)上屬于中心市區(qū)北部的石洞口片區(qū)，與片區(qū)內(nèi)的石洞口污水處理廠共同負(fù)擔(dān)整個(gè)石洞口片區(qū)的污水處理。泰和污水處理廠的服務(wù)范圍包括寶山區(qū)的中部及南部，以及靜安區(qū)和普陀區(qū)北部的少部分區(qū)域，總服務(wù)面積約145km²。泰和污水處理廠的工程建設(shè)內(nèi)容包括新建泰和污水處理廠、新建1.8km的DN3000進(jìn)廠管道以及一座容積15×10⁴m3的系統(tǒng)調(diào)蓄池。其中污水廠出水高位井、尾水排放管以及廠前區(qū)設(shè)施等按照遠(yuǎn)期60×10⁴m3/d規(guī)模一次建成。本工程總投資約39億元，其中 部分工程費(fèi)用約34.7億元。污水廠的單位經(jīng)營(yíng)成本約1.32元/m3。

2 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 污水處理標(biāo)準(zhǔn)

上海市在2016年4月由市環(huán)保局和市水務(wù)局聯(lián)合發(fā)布了“關(guān)于全市污水處理廠新建、擴(kuò)建和提標(biāo)改造項(xiàng)目污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)事項(xiàng)的通知”，要求污水廠尾水排放不低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中氨氮和總磷必須執(zhí)行地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。泰和污水處理廠的污水處理即執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如下表所示：

設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)表（單位：mg/L）

2.2 污泥處理標(biāo)準(zhǔn)

污泥處理標(biāo)準(zhǔn)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(duì)總處理成本、污泥處理熱量平衡和污泥運(yùn)輸?shù)沫h(huán)境影響等進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(yùn)。

2.3 其他處理標(biāo)準(zhǔn)

本工程臭氣處理執(zhí)行上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 31/982-2016）。廠界噪聲不超過(guò)《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 12348-2008）中相應(yīng)功能區(qū)的排放限值。

3 工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 總平面布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(gè)廠區(qū)被聯(lián)誼路分為南北兩個(gè)地塊，一期40×10⁴m3/d的地下箱體用地14.91hm²，位于聯(lián)誼路北側(cè)地塊。廠前區(qū)及調(diào)蓄池用地3.54hm²，出水區(qū)用地0.78hm²，二期工程預(yù)留用地8.05hm²，位于聯(lián)誼路南側(cè)地塊。污水廠綜合樓位于廠前區(qū)的北端，設(shè)置開(kāi)放式的下沉式廣場(chǎng)，作為全廠的管理和集散中心，通過(guò)兩條地下聯(lián)絡(luò)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(cè)各設(shè)置一個(gè)出入口與市政道路相接，箱體內(nèi)道路呈環(huán)形布置，車行道路寬7m，轉(zhuǎn)彎半徑9m，滿足消防及運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)需要。按不同功能，箱體內(nèi)分為預(yù)處理區(qū)、泥處理區(qū)、二級(jí)主處理區(qū)和深度處理及出水區(qū)等區(qū)域，其中環(huán)境相對(duì)較差的預(yù)處理區(qū)和泥處理區(qū)在箱體西側(cè)集中布置，便于臭氣的集中收集和處理。處理構(gòu)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(dú)立運(yùn)行，事故保障率≥75%。地下箱體內(nèi)部空間分為構(gòu)筑物區(qū)和建筑物區(qū)。構(gòu)筑物區(qū)共設(shè)置12個(gè)人員安全出入口直通地面。建筑物區(qū)按地下廠房設(shè)置，共設(shè)12個(gè)防火分區(qū)，每個(gè)防火分區(qū)面積≤2000m²，至少設(shè)置1個(gè)直通室外的獨(dú)立安全出入口，并利用防火墻上通向相鄰防火分區(qū)的甲級(jí)防火門作為第二安全出口。

3.2 豎向布置設(shè)計(jì)要點(diǎn)

項(xiàng)目前期研究中對(duì)泰和污水廠的豎向布置高程做了不同方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，采用箱體頂高出周邊道路1m的方案。地下箱體頂板設(shè)計(jì) 標(biāo)高為5.5m，地下一層操作層設(shè)計(jì)標(biāo)高為-1.0m，地下兩層為構(gòu)筑物池體及管廊空間，底標(biāo)高為-11.3～-13.0m。為確保地下箱體的安全，污水廠進(jìn)水泵房設(shè)計(jì)水位為-2.20m。特殊情況下如進(jìn)水水位超過(guò)設(shè)計(jì)水位，可首先溢流到調(diào)蓄池，調(diào)蓄池蓄滿后則關(guān)斷進(jìn)水速閉閘門。在地下箱體的低處設(shè)置廠區(qū)污水及放空泵房，用于廠區(qū)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(kāi)放式的公園綠地。

3.3 污水處理工藝設(shè)計(jì)

（1）預(yù)處理工藝段。

粗格柵進(jìn)水泵房、中細(xì)格柵及曝氣沉砂池均1座，規(guī)模40×10⁴m3/d。粗格柵進(jìn)水泵房分2組，共配置10臺(tái)進(jìn)水泵（8用2備），單泵流量752L/s，揚(yáng)程46kPa，功率60kW。共設(shè)置粗、中、細(xì)三道格柵。粗格柵配置4臺(tái)回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)，柵隙20mm，格柵寬2m，功率2.2kW。中格柵配置8臺(tái)回轉(zhuǎn)式固液分離機(jī)，柵隙10mm，格柵寬1.8m，功率2.2kW。細(xì)格柵配置8臺(tái)內(nèi)進(jìn)流網(wǎng)板式格柵除污機(jī)，柵隙3mm，格柵寬1.5m，功率3.7kW。曝氣沉砂池設(shè)置4條渠道，高峰停留時(shí)間6.8min，配置4臺(tái)鏈板式刮砂機(jī)，功率1.5kW。曝氣風(fēng)機(jī)采用噪聲更低的無(wú)油單螺桿風(fēng)機(jī)，共5臺(tái)（4用1備），單機(jī)流量1100m3/h，風(fēng)壓46kPa，功率26kW。

初沉池采用平流式，共2座，單座規(guī)模20×10⁴m3/d，每座又分2組，每組2渠，設(shè)計(jì)高峰負(fù)荷4.29m3/（m²·h），共配置8臺(tái)鏈板式刮泥機(jī)，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(tái)初沉污泥泵（8用4備），單泵流量43m3/h，揚(yáng)程100kPa，功率4kW。

（2）二級(jí)處理工藝段。

AAO生物反應(yīng)池2座，每座2組，每組可獨(dú)立運(yùn)行，單組處理能力10×10⁴m3/d。AAO生物反應(yīng)池設(shè)計(jì)水深9m，設(shè)計(jì)污泥濃度3.5g/L，采用改良五段式形式，總水力停留時(shí)間16h。厭缺氧區(qū)共配置132臺(tái)高速潛水?dāng)嚢铏C(jī)，功率7.5kW，好氧區(qū)共配置19444套管式微孔曝氣器，單根風(fēng)量6m3/h。生化反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置了 曝氣控制系統(tǒng)，配備了8套氣體流量計(jì)和流線型空氣調(diào)節(jié)閥。

二沉池采用矩形周進(jìn)周出的形式，共2座，每座分2組，每組8條渠，單組可獨(dú)立運(yùn)行，處理能力為10×10⁴m3/d。設(shè)計(jì)高峰負(fù)荷1.19m3/（m²·h），共配置32臺(tái)鏈板式刮泥刮渣機(jī)，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(guī)模20×10⁴m3/d。中間提升泵房單座配置5臺(tái)泵（4用1備），單泵流量752L/s，揚(yáng)程60kPa，功率80kW。高效沉淀池設(shè)計(jì)高峰負(fù)荷17.6m3/（m²·h）。單座分4組，單座沉淀池直徑14m，配置中心傳動(dòng)刮泥機(jī)，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(shè)計(jì)高峰負(fù)荷6.76m3/（m²·h），共配置6臺(tái)反洗廢水泵（4用2備），單泵流量894m3/h，揚(yáng)塵90kPa，功率37kW。共配置6臺(tái)反洗風(fēng)機(jī)（4用2備），同樣采用無(wú)油單螺桿風(fēng)機(jī)，單機(jī)風(fēng)量90m3/min，風(fēng)壓78.4kPa，功率132kW。

紫外消毒池2座，每座分2組，每組可獨(dú)立運(yùn)行，單組處理能力10×10⁴m3/d。共配置4套紫外消毒成套設(shè)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(tái)出水泵（8用2備），單泵流量752L/s，揚(yáng)程106kPa，功率130kW。

（4）輔助處理設(shè)施。

鼓風(fēng)機(jī)房1座，規(guī)模40×10⁴m3/d，共配置8臺(tái)單級(jí)離心風(fēng)機(jī)（6用2備），單機(jī)風(fēng)量324m3/min，風(fēng)壓105kPa，功率700kW。加藥間1座，規(guī)模40×10⁴m3/d，配置有PAC和PAM投加設(shè)備，投加至高效沉淀池。其中混凝劑隔膜計(jì)量泵10臺(tái)（8用2備），單泵Q=0～1400L/h，H=1MPa，功率3.0kW；PAM投加泵10臺(tái)（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(guī)模40×10⁴m3/d，配置次氯酸鈉和乙酸鈉投加設(shè)備和儲(chǔ)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(shè)計(jì)要點(diǎn)

泰和污水處理廠一期設(shè)計(jì)污泥量為96tDS/d，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)污泥量為131tDS/d。污泥處理工藝流程中：儲(chǔ)泥池1座，分4格，單格尺寸8.8m×9.1m，深4.5m，共配置4臺(tái)潛水?dāng)嚢铏C(jī)，功率7.5kW。污泥深度脫水機(jī)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(jī)，一期共配置9臺(tái)（8用1備），遠(yuǎn)期增加1臺(tái)，單機(jī)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(tái)低溫真空脫水干化一體機(jī)（10用2備），遠(yuǎn)期增加3臺(tái)，單機(jī)處理能力10tDS/d，單機(jī)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?xì)鉄崴仩t5臺(tái)（4用1備），單機(jī)額定熱功率4.2MW，0.7MPa，功率18.5kW；配置熱水箱3套，總?cè)莘e250m3；配置真空泵12臺(tái)（10用2備），遠(yuǎn)期增加3臺(tái)，單泵Q=51m3/min，15kPa，功率75kW。

3.5 除臭工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

除臭設(shè)計(jì)范圍包括預(yù)處理區(qū)、生化反應(yīng)池區(qū)和泥處理區(qū)三個(gè)區(qū)域。每個(gè)區(qū)域的除臭又包括池體及重點(diǎn)設(shè)備內(nèi)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(diǎn)設(shè)備內(nèi)的高濃度臭氣經(jīng)收集后，采用生物滴濾+改良式生物過(guò)濾+活性炭吸附的三級(jí)處理工藝進(jìn)行處理，除臭總風(fēng)量為49.1×10⁴m3/h。三個(gè)區(qū)域的箱體大空間區(qū)域，一方面通過(guò)離子送風(fēng)系統(tǒng)向大空間內(nèi)送離子新風(fēng)，一方面對(duì)大空間內(nèi)可能存在的低濃度臭氣進(jìn)行收集處理，采用活性炭吸附處理工藝，其中離子新風(fēng)的總送風(fēng)量為68.5×10⁴m3/h，活性炭處理的總風(fēng)量為84×10⁴m3/h。處理達(dá)標(biāo)后的尾氣均通過(guò)排氣塔高空排放。

4 工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)

4.1 全工藝流程均位于地下箱體內(nèi)

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(gòu)筑物設(shè)置在地下，其他諸如污泥處理、進(jìn)水泵房、鼓風(fēng)機(jī)房等輔助設(shè)施都做成地上的常規(guī)形式，泰和污水處理廠幾乎全部處理設(shè)施均設(shè)置在地下。其中污泥處理的低溫真空脫水干化處理設(shè)備在地下布置為兩層，地下一層布置污泥濃縮機(jī)以及污泥低溫真空脫水干化的主機(jī)等，地下二層布置干化污泥輸運(yùn)設(shè)備、熱水水箱和抽真空設(shè)備等。干化污泥的出運(yùn)采用成品污泥料箱接料，通過(guò)電動(dòng)平車軌道運(yùn)送至升降機(jī)內(nèi)，再通過(guò)升降機(jī)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(yùn)系統(tǒng)共設(shè)置了2條線，每條線配2條軌道和2部升降機(jī)，一進(jìn)一出，軌道上設(shè)置電動(dòng)轉(zhuǎn)盤供平車轉(zhuǎn)向。電動(dòng)轉(zhuǎn)盤、電動(dòng)平車和升降機(jī)的載質(zhì)量均為20t。污泥料箱和電動(dòng)平車共配置了24臺(tái)，每臺(tái)脫水干化機(jī)對(duì)應(yīng)2臺(tái)。電動(dòng)平車單機(jī)功率2.2kW，污泥料箱容積15m3，升降機(jī)單機(jī)功率30kW。為污泥干化提供熱水的鍋爐房設(shè)置在地下一層，布置在污泥區(qū)靠箱體外邊的外側(cè)，按防爆要求設(shè)計(jì)，并在鍋爐房的一側(cè)設(shè)置了泄爆區(qū)。鼓風(fēng)機(jī)房同樣布置在地下，配置了8臺(tái)單級(jí)離心風(fēng)機(jī)，散熱方式以風(fēng)冷為主，水冷為輔。

4.2 地下箱體內(nèi)為遠(yuǎn)期提標(biāo)回用做了適當(dāng)預(yù)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(jié)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(huì)布置得非常緊湊，并且不會(huì)在箱體內(nèi)預(yù)留多余的后續(xù)發(fā)展空間。該特點(diǎn)就注定了如果后續(xù)有進(jìn)一步的提示改造需求，其改造難度將會(huì)很大。國(guó)內(nèi)早些時(shí)間建造的全地下污水處理廠，這兩年已經(jīng)有開(kāi)始考慮提標(biāo)或擴(kuò)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(nèi)建設(shè)提標(biāo)改造設(shè)施，但不可避免地會(huì)涉及原有地下箱體的改造，管道穿進(jìn)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(shè)計(jì)中，在地下箱體內(nèi)南北兩側(cè)的深度處理區(qū)域各預(yù)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(nèi)污泥干化的冷凝器冷卻換熱、格柵等設(shè)備沖洗、除臭設(shè)備噴淋等。今后隨著對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和資源化利用的要求越來(lái)越高，必然會(huì)對(duì)污水廠尾水回用的比例和水質(zhì)提出更高的要求，因此，在泰和污水廠地下箱體的設(shè)計(jì)中做了適當(dāng)?shù)目臻g預(yù)留，用于今后增設(shè)膜處理設(shè)備，并在進(jìn)出水渠道布置和閘門切換上做了充分的考慮，能實(shí)現(xiàn)不停水的提標(biāo)改造，這將為今后污水廠更高標(biāo)準(zhǔn)的尾水回用提供極大便利。

4.3 污水廠進(jìn)水的大體量調(diào)蓄

全地下污水處理廠的防汛安全是設(shè)計(jì)考慮的重中之重。污水廠雨天時(shí)的進(jìn)水量大于晴天時(shí)在國(guó)內(nèi)是一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象，即使污水廠所在的排水系統(tǒng)是分流制系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)總會(huì)或多或少地存在一些混接的現(xiàn)象，導(dǎo)致雨天時(shí)來(lái)水量增大，這對(duì)于全地下污水處理廠的防汛安全來(lái)說(shuō)尤其是一個(gè)考驗(yàn)。泰和污水廠在進(jìn)水泵房前設(shè)置了一個(gè)容積為15×10⁴m3的系統(tǒng)調(diào)蓄池，主要包括三方面功能：

（1）針對(duì)雨污混接問(wèn)題對(duì)雨季原系統(tǒng)的合流水溢流進(jìn)行調(diào)蓄，減少系統(tǒng)的合流水溢流。

（2）保障石洞口區(qū)域污水廠平穩(wěn)運(yùn)行，在污水廠檢修及事故狀態(tài)時(shí)提供調(diào)蓄，并避免旱季的污水溢流。

（3）為地區(qū)初雨處理創(chuàng)造條件。

在調(diào)蓄池進(jìn)水渠道內(nèi)設(shè)置有4套水平格柵及液動(dòng)閘門，水平格柵尺寸7000mm×1500mm，柵隙6mm，功率7.5kW，液動(dòng)閘門的開(kāi)啟高度可調(diào)，當(dāng)污水廠進(jìn)水量超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)模，進(jìn)水水位超過(guò)溢流液位時(shí)，超量的水會(huì)首先溢流進(jìn)入調(diào)蓄池，從而保證污水廠進(jìn)水水位的穩(wěn)定和地下箱體的安全。調(diào)蓄池進(jìn)、出水均采用重力進(jìn)水+水泵提升相結(jié)合的方式，共配備4大2小6臺(tái)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(diào)蓄池采用門式自沖洗的沖洗方式，設(shè)置30條廊道，配置30套門式水力沖洗系統(tǒng)，門寬2800mm，功率0.37kW。

4.4 工藝設(shè)計(jì)考慮了不同運(yùn)行工況的應(yīng)對(duì)措施

污水廠工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)無(wú)非是確保效果穩(wěn)定、管理方便、運(yùn)行成本低、抗沖擊能力強(qiáng)等幾個(gè)方面。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，泰和污水處理廠的工藝設(shè)計(jì)做了以下考慮：

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

（2）選用深床濾池應(yīng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)和處理標(biāo)準(zhǔn)的變化，近期對(duì)出水總氮沒(méi)有特別要求的情況下可按常規(guī)濾池的模式運(yùn)行，今后對(duì)出水總氮要求進(jìn)一步提高的情況下可按反硝化的模式運(yùn)行。

（3）臭氣處理在常規(guī)生物處理的基礎(chǔ)上增加了活性炭吸附段，能更有效地保障尾氣排放的達(dá)標(biāo)，同時(shí)對(duì)重點(diǎn)惡臭源采取了多重加罩的措施，保證了地下箱體內(nèi)良好的空氣環(huán)境。

（4）基于BIM三維信息模型，采用CFD軟件對(duì)污水廠各重點(diǎn)構(gòu)筑物內(nèi)的水流流態(tài)、配水均勻性以及除臭系統(tǒng)的氣流組織等進(jìn)行了模擬和驗(yàn)證，為工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化提供了有力的支撐。

5 運(yùn)行效果

泰和污水廠一期工程已于2019年底建成并進(jìn)入調(diào)試及試運(yùn)行，目前處于試運(yùn)行階段。污水廠現(xiàn)已接近滿負(fù)荷運(yùn)行，各項(xiàng)處理指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，試運(yùn)行期間的進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)下表所示：

6 結(jié)語(yǔ)

在長(zhǎng)江大保護(hù)的背景下，泰和污水廠二期工程目前也已啟動(dòng)立項(xiàng)，擴(kuò)建規(guī)模20×10⁴m3/d，屆時(shí)泰和全地下污水廠的處理規(guī)模將達(dá)到60×10⁴m3/d。后續(xù)將結(jié)合一期工程實(shí)際運(yùn)行情況的全面反饋，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)并在二期工程的設(shè)計(jì)中進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和完善，力爭(zhēng)把泰和污水處理廠打造為地下式污水處理廠的樣板工程。