设计案例 | 山地城市污水处理如何向地下空间探索
污水处理的主要建设形式为地上式，占地面积较大，土地资源浪费严重，不可避免地会对周围环境和居民生活产生一些不良影响。随着城市化进程的快速发展和城区外扩，原规划在城市边缘的污水处理厂逐渐被城市包围。因此，亟需一种环境友好、土地资源节省的污水处理厂建设形式以解决目前的困境。
地下式污水处理厂发展相对较晚，近年来，随着相关技术的发展，在一些环境要求较高、用地紧张的大城市，已逐步开始建设地下式污水处理厂。地下污水处理厂由于处于地下全封闭状态，对周围环境的影响较小、协调性强、可节约土地资源、防止周边土地贬值，特别适合在土地资源高度紧张、环境要求高的地区建设。
我国山地城市由于其复杂的地形、地貌条件，较难具备充足的平地空间进行地上污水处理厂的建设。山地城市土地资源极为有限，尤其是靠近城市中心区域的地方，难以规划合适地块用于新建或改扩建污水处理厂，导致污水处理厂用地矛盾突出。
本文以福建某污水处理厂为例，深入剖析平面、工艺和高程等布置方案及设计特点，为山坡式半地下污水处理厂的建设提供参考。
1 建设形势和长坪设计
依山而建，用地面积有限
厂区山坡空地，现状为一块林地。现状厂区范围内地势由北向南抬高，场地内总共有3个平台，标高分别为169、163、141 m。场地入口设置在国道一侧，进场道路沿场地东北侧绕行分别通至场地3个地坪，其余区域均为较大斜坡。
（1）用地面积较紧张，总占地面积约为50 400m2。在有限的用地内要完成3万m3/d规模（且预留远期2万m3/d规模用地）、一级A排放标准的污水处理厂布置，污水处理厂的建构筑物只能采用集约化布置形式以最大程度地减小占地面积。
（2）本工程拟降低厂区整体标高，依山而建，局部架设环形高架道路，可有效提高厂区面积的综合利用率。
（3）厂址所在地块距离新区商业中心不足2 km，环境敏感度高，对厂区景观要求也较高，有必要建设成地下式的污水处理厂，减少对周边环境的影响。
结合厂址所在地块的特点，有必要在经济技术可行的条件下，对山地城市地下式污水处理厂建设形式进行探索，以期合理利用空间资源，有效提升城市的经济、社会、环境效益。
全地下式和半地下式方案比选
全地下式和半地下式方案都能较好地利用上部空间，用来建设绿地、广场等公共设施甚至餐厅、商场等商业设施。同时，由于池体全部加盖，污水厂的臭气和噪音影响也将明显降低，与常规污水处理厂相比可显著地改善周边环境。2种布置形式方案如下
综合比较后，发现方案二优于方案一。此外，由于本工程所处位置的敏感性、工期的急迫性以及工程总投资的局限性，建筑形式的选择更多的侧重于厂区的运行风险、应急措施、基坑围护、工程投资及运行费用等方面。该污水处理厂的建设形式采用半地下式方案，能更好地满足要求。
厂坪设计
场地的布置依靠现有山势，由南向北构建3个平台，标高逐渐降低，三个平台标高分别为135、134.5、133 m。厂区地坪与厂外道路基本接顺，无进场道路长度限制，有利于厂区道路、设备运输及人员安全疏散。
2 总体布置设计
结合本工程污水处理厂的厂址和厂坪布置，建设山坡式半地下污水处理厂需遵循以下总体布置原则：
（1）结合山坡现状地形条件、土方开挖量等综合平衡考虑厂坪布置；
（2）结合工程规模及实际情况，考虑近远期工程的实施，节约工程投资；
（3）充分利用地下空间，节约管路系统；
（4）充分考虑可能发生的事故工况及对策；
（5）利用厂坪和高程布置，减少污水处理厂提升的次数；
（6）根据消防要求严格分区，符合相关规范要求。
平面布置
本工程污水处理厂场地坐落于山体之上，场地东西长约为350 m，南北宽约为240 m，整体坐南朝北。
本工程充分利用场地平面尺寸及竖向高程，依山而建一座山地式双层箱体结构污水处理厂房。近远期工程东西向并排布置，近期工程拟在场地西侧新建3万m3/d一体化处理厂房，结构形式采用封闭箱体，箱体平面尺寸约为107 m×75 m，场地东侧为远期预留用地（2万m3/d），箱体北侧距红线退界20 m，西侧满足山体放坡距离要求。
整个场地围绕近远期厂房用地设置环形道路，道路宽度为7 m，转弯半径为9 m，坡度为5%~6%，满足消防通道要求；道路标高为133.0~149.5 m，与厂外国道接顺，并满足进出近远期箱体操作层和顶层需要。厂区近远期合用综合楼1座，坐落于近期箱体顶部。
高程布置
为满足处理功能及箱体内部设备进出，箱体共分为3层（底层、操作层、顶层），底层至操作层间高差约为8 m，主要容纳各水处理构筑物及辅助设施；操作层至顶层间净空约为6 m，主要满足设备运输及人员操作管理需要。一体化处理厂房底层标高约为133.5~134 m，操作层标高约为141.3~142.3 m，顶层标高约为148.5~149.5 m，顶层作为综合楼的室外地坪和公园。
箱体北面无山体遮挡，直接面对国道，可通过在北侧操作层平台外设置高架道路作为操作层的主要出入通道，高架道路东西两侧与厂区环形坡道接顺，作为环形道路的一部分；箱体西、南面均被山体环绕，高差较大无法与箱体直接连接，需设置二级放坡至箱体位置，同时第一级放坡平台作为环形道路的路基；场地东侧预留用地平整至140.5 m标高，减小与本工程箱体间的高差，基本与箱体操作层接平，形成“阶梯式绿化”的景观绿化，达到较好的隐蔽与景观效果，还可降低地质灾害风险。
功能分区布置
本工程污水、污泥处理构筑物及辅助设施均为高度集约化布置，污水处理工艺采取“粗、细格栅+曝气沉砂池+AAO生物反应池+二沉池+高效沉淀池+纤维束滤池+加氯接触池”，污泥处理工艺采取“浓缩-脱水-泥饼外运”的处理方式。箱体内部功能分区如下。
（1）箱体底层布置主要处理构筑物，箱体两侧对称布置，由南向北根据依次为AAO生物反应池、平流二沉池、高效沉淀池和高效纤维滤池，限于用地面积和能耗控制，将加氯接触池及放空调蓄池下叠于二沉池底部；箱体中部由南向北依次为细格栅曝气沉砂池、污泥脱水机房和粗格栅进水泵房。一体化污水处理构筑物位于厂区地下，地上部分设置鼓风机房、加氯加药间和不受污水处理水力高程影响的构筑物。污泥浓缩池和储泥池对称布置于细格栅曝气沉砂池两侧。
（2）箱体操作层为处理构筑物操作巡检平台及设备吊装空间，操作层中南部设鼓风机房及加药间。
（3）箱体北侧设箱体底部主要进出通道，与133.00 m厂坪标高接顺，以便于管廊层及污泥脱水机房的操作及运维。
设计特点
结合污水、污泥处理工艺和现状厂坪情况，山坡式半地下污水处理厂的建设主要有以下特点。
（1）总图布置紧凑、用地节约
加氯接触池和调蓄池与处理区上下重叠布置以节约用地，在节约用地的同时，也节省了工程投资和运行能耗。
（2）功能分区清晰、布局合理
本工程污水厂内的全部设施分3部分集约化布置。结合厂区现有山势，由南向北构建3个平台，标高逐渐降低。总体设计可改善整体景观效果，并可降低地质灾害风险。
（3）水流、泥流、人流和车流的组织顺畅有序
环形高架的设计及处理区的分布充分考虑了水流、泥流、人流、车流和信息流的合理组织，实现了各种流线的顺畅有序衔接。
山坡式半地下污水处理厂的建设需结合现状地形和周边环境情况，合理进行厂坪布置和建设形式的选择，需充分利用地质条件好的山地，合理利用地下空间和高程布置，选择合适的污水处理厂建设形式。当厂址靠近市区时，可结合城市地形地貌，丰富山地城市景观特色，有效提升山地城市的经济、社会、环境效益。
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