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 部分工程費用約34.7億元。污水廠的單位經(jīng)營成本約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、擴建和提標(biāo)改造項目污染物排放標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)事項的通知”，要求污水廠尾水排放不低于一級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)計進、出水水質(zhì)如下表所示：

設(shè)計進、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。對總處理成本、污泥處理熱量平衡和污泥運輸?shù)沫h(huán)境影響等進行綜合技術(shù)經(jīng)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(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《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)計要點

3.1 總平面布置設(shè)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(qū)被聯(lián)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(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(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，可分別獨立運行，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個防火分區(qū)，每個防火分區(qū)面積≤2000m²，至少設(shè)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(qū)的甲級防火門作為第二安全出口。

3.2 豎向布置設(shè)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(shù)經(jīng)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(shè)計 標(biāo)高為5.5m，地下一層操作層設(shè)計標(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，污水廠進水泵房設(shè)計水位為-2.20m。特殊情況下如進水水位超過設(shè)計水位，可首先溢流到調(diào)蓄池，調(diào)蓄池蓄滿后則關(guān)斷進水速閉閘門。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，種植綠化后作為開放式的公園綠地。

3.3 污水處理工藝設(shè)計

（1）預(yù)處理工藝段。

粗格柵進水泵房、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(shè)置粗、中、細(xì)三道格柵。粗格柵配置4臺回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)式固液分離機，柵隙10mm，格柵寬1.8m，功率2.2kW。細(xì)格柵配置8臺內(nèi)進流網(wǎng)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(shè)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(fēng)機采用噪聲更低的無油單螺桿風(fēng)機，共5臺（4用1備），單機流量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)計高峰負(fù)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(yīng)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(yīng)池設(shè)計水深9m，設(shè)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(qū)共配置132臺高速潛水?dāng)嚢铏C，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套氣體流量計和流線型空氣調(diào)節(jié)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(shè)計高峰負(fù)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(guī)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(shè)計高峰負(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(shè)計高峰負(fù)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(fēng)機（4用2備），同樣采用無油單螺桿風(fēng)機，單機風(fēng)量90m3/min，風(fēng)壓78.4kPa，功率132kW。

紫外消毒池2座，每座分2組，每組可獨立運行，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(shè)施。

鼓風(fēng)機房1座，規(guī)模40×10⁴m3/d，共配置8臺單級離心風(fēng)機（6用2備），單機風(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(guī)模40×10⁴m3/d，配置次氯酸鈉和乙酸鈉投加設(shè)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(shè)計要點

泰和污水處理廠一期設(shè)計污泥量為96tDS/d，遠(yuǎn)期設(shè)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?dāng)嚢铏C，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(yuǎn)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(yuǎn)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?xì)鉄崴仩t5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?cè)莘e250m3；配置真空泵12臺（10用2備），遠(yuǎn)期增加3臺，單泵Q=51m3/min，15kPa，功率75kW。

3.5 除臭工藝設(shè)計要點

除臭設(shè)計范圍包括預(yù)處理區(qū)、生化反應(yīng)池區(qū)和泥處理區(qū)三個區(qū)域。每個區(qū)域的除臭又包括池體及重點設(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+改良式生物過濾+活性炭吸附的三級處理工藝進行處理，除臭總風(fēng)量為49.1×10⁴m3/h。三個區(qū)域的箱體大空間區(qū)域，一方面通過離子送風(fēng)系統(tǒng)向大空間內(nèi)送離子新風(fēng)，一方面對大空間內(nèi)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(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)后的尾氣均通過排氣塔高空排放。

4 工藝設(shè)計特點

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、進水泵房、鼓風(fēng)機房等輔助設(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(shè)備、熱水水箱和抽真空設(shè)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(nèi)，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(tǒng)共設(shè)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(shè)置電動轉(zhuǎn)盤供平車轉(zhuǎn)向。電動轉(zhuǎn)盤、電動平車和升降機的載質(zhì)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(yīng)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(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，并在鍋爐房的一側(cè)設(shè)置了泄爆區(qū)。鼓風(fēng)機房同樣布置在地下，配置了8臺單級離心風(fēng)機，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布置得非常緊湊，并且不會在箱體內(nèi)預(yù)留多余的后續(xù)發(fā)展空間。該特點就注定了如果后續(xù)有進一步的提示改造需求，其改造難度將會很大。國內(nèi)早些時間建造的全地下污水處理廠，這兩年已經(jīng)有開始考慮提標(biāo)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(nèi)建設(shè)提標(biāo)改造設(shè)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(shè)計中，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。今后隨著對循環(huán)經(jīng)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(zhì)提出更高的要求，因此，在泰和污水廠地下箱體的設(shè)計中做了適當(dāng)?shù)目臻g預(yù)留，用于今后增設(shè)膜處理設(shè)備，并在進出水渠道布置和閘門切換上做了充分的考慮，能實現(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(nèi)是一個較為普遍的現(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)總會或多或少地存在一些混接的現(xiàn)象，導(dǎo)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(shè)置了一個容積為15×10⁴m3的系統(tǒng)調(diào)蓄池，主要包括三方面功能：

（1）針對雨污混接問題對雨季原系統(tǒng)的合流水溢流進行調(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)運行，在污水廠檢修及事故狀態(tài)時提供調(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)蓄池進水渠道內(nèi)設(shè)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(diào)，當(dāng)污水廠進水量超過設(shè)計規(guī)模，進水水位超過溢流液位時，超量的水會首先溢流進入調(diào)蓄池，從而保證污水廠進水水位的穩(wěn)定和地下箱體的安全。調(diào)蓄池進、出水均采用重力進水+水泵提升相結(jié)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(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)計考慮了不同運行工況的應(yīng)對措施

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

（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(yīng)對進水水質(zhì)和處理標(biāo)準(zhǔn)的變化，近期對出水總氮沒有特別要求的情況下可按常規(guī)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(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)，同時對重點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軟件對污水廠各重點構(gòu)筑物內(nèi)的水流流態(tài)、配水均勻性以及除臭系統(tǒng)的氣流組織等進行了模擬和驗證，為工藝設(shè)計的優(yōu)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(diào)試及試運行，目前處于試運行階段。污水廠現(xiàn)已接近滿負(fù)荷運行，各項處理指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，試運行期間的進、出水水質(zhì)指標(biāo)見下表所示：

6 結(jié)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(guī)模20×10⁴m3/d，屆時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)合一期工程實際運行情況的全面反饋，對原設(shè)計進行總結(jié)并在二期工程的設(shè)計中進行相應(yīng)的優(yōu)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。