給水排水 |污水廠減量提標(biāo)案例：上海竹園廠的設(shè)計(jì)做法與體會(huì)
上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司張顯忠高工
本文根據(jù)上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司張顯忠高工在2017排水大會(huì)題為《污水處理廠減量提標(biāo)案例：上海竹園污水處理廠的設(shè)計(jì)做法與體會(huì)》的演講整理而成。
一、項(xiàng)目背景
上海市2017年1-7月份統(tǒng)計(jì)污水量為700萬(wàn)立方米/天，每萬(wàn)噸污泥1.32噸干基。整個(gè)上海50多座廠，最近正在新建幾座，建成后水量應(yīng)該突破700萬(wàn)立方米/天。竹園廠的系統(tǒng)占了1/3的區(qū)，經(jīng)過(guò)多年建設(shè)全部匯集到江邊，現(xiàn)在已經(jīng)建好兩座廠，如下圖是整個(gè)廠的服務(wù)面積，服務(wù)上海1/3的水量。
這個(gè)廠歷史比較悠久，一廠一期在2004年5月份建成，是一級(jí)強(qiáng)化的處理工藝，在2010年6月份建了二期提標(biāo)工程，提標(biāo)帶脫氮功能的強(qiáng)化。竹園二廠是07年7月調(diào)試，分別是170萬(wàn)立方米/天和50萬(wàn)立方米/天，整個(gè)可以用的地塊是在范圍內(nèi)做的提標(biāo)。
這個(gè)項(xiàng)目是分三座廠的項(xiàng)目，這次提標(biāo)根據(jù)整個(gè)國(guó)家的要求，水、氣、泥、聲、景觀都要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，尤其上海在氣方面出了一個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要高。
三座廠格局從一廠170萬(wàn)噸減量提標(biāo)，減了60萬(wàn)噸。二廠原來(lái)50萬(wàn)立方/天，減到30萬(wàn)噸，這樣新建80萬(wàn)噸升級(jí)補(bǔ)量，整個(gè)水量還是220萬(wàn)立方米/天，從升級(jí)補(bǔ)量工程來(lái)看，也解決了雨水溢流問(wèn)題，初期雨水污染預(yù)留了一塊地，所以這樣在第一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，新建配水要兼顧升級(jí)補(bǔ)量廠和初雨四廠，整個(gè)方案，下面是往上調(diào)水20萬(wàn)噸，上面是旱季170萬(wàn)噸的分流，雨季規(guī)模更大，而且不能斷水，環(huán)保要求施工過(guò)程中要保持整體運(yùn)行。
二、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)
2.1管道銜接節(jié)點(diǎn)
在國(guó)內(nèi)其他項(xiàng)目上相似情況很少，以后也很難有類(lèi)似的工程經(jīng)驗(yàn)做這么大的項(xiàng)目。80萬(wàn)噸它的分流要從170萬(wàn)噸的量和50萬(wàn)噸量分流，所以第一個(gè)總量配水井帶來(lái)一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，要在原來(lái)170萬(wàn)噸的基礎(chǔ)上包含雨季的水量一起分流，所以我們利用老的箱涵做新的設(shè)施，整個(gè)過(guò)程中要不斷水施工，這是整個(gè)的布局。左邊是新建的生物池和平流沉淀池，后面是做減量的概念。
新建配水井要滿(mǎn)足80萬(wàn)噸的分流和減的量以及雨季的量，第二是老箱涵和新箱涵怎么銜接。整個(gè)工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)B。節(jié)點(diǎn)C是已經(jīng)建成的50萬(wàn)噸的管道分流，節(jié)點(diǎn)D是改造管道至深度處理。整個(gè)量都很大，施工過(guò)程中可以看到占地也是非常節(jié)約的。
在第一個(gè)節(jié)點(diǎn)上面的現(xiàn)狀箱涵做了一個(gè)配水井，配水井就相當(dāng)于一座中小型污水廠，而且在管道措施中還要有幾根箱涵往新建項(xiàng)目跨越，大的箱涵的跨越也是非常難實(shí)施，所以我們做了很多方案的測(cè)算，對(duì)施工細(xì)節(jié)進(jìn)行考慮。
2.2流量分配節(jié)點(diǎn)
大型合流制箱涵，在運(yùn)行情況下怎么做分流，上�？紤]廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)，把老的管道廢棄或者修復(fù)老的箱涵，這些箱涵都是三米多，怎么做新的井切換，這在行業(yè)來(lái)說(shuō)是比較大的挑戰(zhàn)。在施工過(guò)程中要保證安全的銜接。
在工程中原來(lái)工藝到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在到一級(jí)A，勢(shì)必要解決水的分流問(wèn)題，原來(lái)的消毒設(shè)施在末端進(jìn)行新的處理，對(duì)消毒池的改造成為過(guò)流渠不斷水。30萬(wàn)噸用新的濾池，采用絮凝加過(guò)濾，用的是生物池末端的協(xié)同加藥至二沉池再經(jīng)最后的深度過(guò)濾。
我們?cè)谇袚Q過(guò)程中怎么銜接原來(lái)的管道，先新建完再切換回來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中提出了怎么在運(yùn)行中建設(shè)這個(gè)項(xiàng)目。如圖是第一個(gè)井80萬(wàn)噸的，可以看到整個(gè)長(zhǎng)88.5米，寬33米，加上圍護(hù)接近100米，這個(gè)廠要同時(shí)實(shí)現(xiàn)雨季旱季80萬(wàn)噸的分流，170萬(wàn)噸的減量，以后還要做雨水處理，因?yàn)樯虾Ｉ钏碚趯?shí)施，深隧的水要通過(guò)這個(gè)井分到雨水處理廠，這是上海未來(lái)幾年重要的項(xiàng)目之一，所以這個(gè)井就要解決好幾個(gè)功能，而且這么大的流量還沒(méi)有辦法做簡(jiǎn)單的控制，所以我們也經(jīng)過(guò)長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，也是經(jīng)過(guò)水利模型模擬了幾次。
三、創(chuàng)新總結(jié)
3.1主要改造內(nèi)容
老廠原來(lái)的設(shè)施結(jié)果十多年的運(yùn)行肯定有些預(yù)流的管道設(shè)施改造，除了這些，主要改造的是生物池怎么達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
我們?cè)谒那袚Q過(guò)程中，因?yàn)橐紤]到沉砂池這一塊的修復(fù)，做污水處理廠的知道，設(shè)計(jì)水量170萬(wàn)噸，但是很難做到平均處理，波峰和波谷有調(diào)節(jié)水量，運(yùn)行波動(dòng)中就要考慮各種工況。由于合流制系統(tǒng)，很難做到隨時(shí)來(lái)的水量超過(guò)它的設(shè)計(jì)參數(shù)還實(shí)時(shí)達(dá)標(biāo)，運(yùn)行過(guò)程整個(gè)考核是瞬時(shí)達(dá)標(biāo)的。我們對(duì)溢流堰做了一個(gè)控制設(shè)施，通過(guò)切換井切換，控制波動(dòng)過(guò)程中不外排，過(guò)程中還有一些調(diào)節(jié)回流設(shè)施。
一廠做完以后的效果如下圖，生物池這塊除了內(nèi)部改造還有一些加蓋除臭，這個(gè)加蓋面積非常大，兩三百米寬，三百多米長(zhǎng)的空間加蓋收集器對(duì)臭氣是個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)殚L(zhǎng)距離輸送氣比較麻煩，還要加壓輸送，不然達(dá)標(biāo)就困難。
我們?cè)谏锍乩锩嬷饕沁@幾塊，第一塊原來(lái)的生物水池170萬(wàn)噸分兩個(gè)系列，80萬(wàn)噸系列和90萬(wàn)噸系列，80萬(wàn)噸是20萬(wàn)噸一組，中間的隔墻沒(méi)有考慮單倉(cāng)檢修，這次改造的時(shí)候是40萬(wàn)噸/組檢修加內(nèi)回流，這次不光要改造缺氧好氧分區(qū)還要改造內(nèi)回流。
首先從外回流進(jìn)來(lái)的水在里面進(jìn)入前端跟原水進(jìn)行混合，這樣在里面通過(guò)攪拌推流設(shè)施把原來(lái)的好氧、厭氧、缺氧進(jìn)行分區(qū)，這樣在好氧設(shè)立了搖擺池，好氧區(qū)在不同時(shí)間也可以作為缺氧區(qū)用，我們盡量在原來(lái)的土建不改造的情況下進(jìn)行分割，也做了很多數(shù)學(xué)模型模擬和軟件模擬，后置區(qū)加了預(yù)缺氧區(qū)，這樣就有兩塊，一塊是控制除磷，另一塊是控制加藥，盡量控制出水端溶解氧較低。這一塊也是經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，在同步加藥平衡以后對(duì)生物池污泥活性影響是比較小的，所以我們做了末端加藥再加沉淀過(guò)濾。最后采用玻璃鋼加蓋除臭，整個(gè)改造時(shí)間當(dāng)時(shí)是按19年規(guī)劃的，現(xiàn)在最新的文件有所調(diào)整，是分期來(lái)調(diào)整施工順序。
二廠也是，因?yàn)橐粡S170萬(wàn)噸改到110萬(wàn)噸，二廠50萬(wàn)噸改到30萬(wàn)噸也是涉及到很多原有老設(shè)施的改造，所以整個(gè)廠里幾乎沒(méi)有空地，50萬(wàn)噸的規(guī)模。
這個(gè)過(guò)程中也有很多類(lèi)似細(xì)節(jié)改造加深度處理設(shè)施，原來(lái)的生物池減量結(jié)合末端改造，期間也對(duì)配水井進(jìn)行了改造，配水做的比較好，50萬(wàn)噸改成30萬(wàn)噸對(duì)4組進(jìn)行分流，原來(lái)采用了等分的水力分配，這么大的廠分水不均勻會(huì)帶來(lái)很大的麻煩，50萬(wàn)噸改成30萬(wàn)噸，每組稍微不足就差幾萬(wàn)噸水，對(duì)每組影響還是很大的，所以我們?cè)诖髲S做的跟小廠不一樣，需要考慮配水影響，我們通過(guò)比較均勻的管渠配水。
這個(gè)廠里面原來(lái)的工藝采用的是二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工藝，現(xiàn)在要用老池，盡量減少土建，利用原有的曝氣設(shè)施攪動(dòng)最小，所以進(jìn)行了厭氧、缺氧的改造加內(nèi)回流設(shè)施，整個(gè)改造量從施工量上也是比較少的，這是下了很大的功夫考慮這一塊。我們以后會(huì)面臨很多這樣老廠的提標(biāo)改造工藝升級(jí)，在原有土建上怎么進(jìn)行提標(biāo)改造，供大家學(xué)習(xí)借鑒。
3.2BIM技術(shù)應(yīng)用
采用了BIM控制技術(shù)細(xì)節(jié)，考慮到項(xiàng)目工程很大工期很緊，我們采用了BIM設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了幾大塊，設(shè)計(jì)協(xié)同、三維可視化、數(shù)字化的交付，在這個(gè)過(guò)程中也做了一些前期的策劃，對(duì)整個(gè)廠組建了BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，采用了正向設(shè)計(jì)。所以在這個(gè)過(guò)程中對(duì)80萬(wàn)噸新建最先開(kāi)始采用建模的標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)和最后應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作手冊(cè)。
這是我們建模初期的圖，對(duì)一廠要建深度處理區(qū)和新建幾塊進(jìn)行的建模。
主要是增加了泵房加藥設(shè)施、出水設(shè)施和加氯設(shè)施。通過(guò)BIM建設(shè)把這么大的廠的老廠改造和新建的所有的土建設(shè)備管道工程量全部可以檢測(cè)出來(lái)，在施工過(guò)程中，盡量小的減少誤差。如果一不小心把老管挖斷修復(fù)過(guò)程非常麻煩，難度很大地特別是特大廠的管線(xiàn)大管道和小管道是交叉的，我們通過(guò)BIM把老圖和新圖融合起來(lái)。
我們對(duì)80萬(wàn)噸這塊從沉砂池到生物池、二沉池、深度處理區(qū)包括脫水機(jī)房，左下角做了三層樓高的脫水機(jī)房，這是比較大的挑戰(zhàn)，脫水機(jī)在最上面。
整個(gè)水廠設(shè)計(jì)都用BIM做，修改也好，從工程用料判斷也是比較簡(jiǎn)便的，深度處理區(qū)采用了五連體，是把泵房、消毒、回用、初期雨水、廠內(nèi)雨水、加蓋設(shè)施全部在一起建了一個(gè)組合池，最大限度的節(jié)約用地，整個(gè)綠化率用地都滿(mǎn)足，這是在設(shè)施里面考慮的。里面也加了高效沉淀，因?yàn)榭紤]到一級(jí)A還要廠區(qū)回用，預(yù)留了加氯間，在幾個(gè)大廠都預(yù)留了碳源設(shè)施，我們判斷一級(jí)A可能不是最高標(biāo)準(zhǔn)，所以同步預(yù)留了以后的銜接措施。
3.3創(chuàng)新重點(diǎn)總結(jié)
1.強(qiáng)化預(yù)處理：考慮到廠非常大是合流制系統(tǒng)，這樣過(guò)來(lái)的系統(tǒng)整個(gè)加一起220萬(wàn)噸每天的水，所以考慮了很多預(yù)處理設(shè)施，對(duì)生物池進(jìn)行了分組，分組以后在外回流上加了一個(gè)點(diǎn)，把雜質(zhì)去除掉，盡量減少對(duì)生物池的影響。
2. 氧的科學(xué)管理：我們做了一個(gè)模型的模擬，怎么做到5段分區(qū)大廠的科學(xué)管理，在里面做了多次科學(xué)模擬。
3. 高效除臭設(shè)計(jì)：做了高效的承重設(shè)計(jì)，包括以后的工藝，加蓋怎么移動(dòng)怎么檢修都進(jìn)行了考慮，因?yàn)橐院笠?guī)模很大，加蓋吊裝移動(dòng)都做了考慮，也是經(jīng)過(guò)了組合工藝，達(dá)到上海市地標(biāo)的最高標(biāo)準(zhǔn)。
4. 管理系統(tǒng)構(gòu)建：在系統(tǒng)構(gòu)建中做了廠建模擬、通水模擬、施工運(yùn)維平臺(tái)的構(gòu)建，通過(guò)這個(gè)施工平臺(tái)可以很清楚的知道每天的動(dòng)態(tài)，對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)維管控，三座廠的聯(lián)動(dòng)，設(shè)備的運(yùn)行，維護(hù)養(yǎng)護(hù)和智能化全部做了系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，以后的運(yùn)行也是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的，智能化的監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備每天的情況也做了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的監(jiān)控，整個(gè)廠建完以后養(yǎng)護(hù)是最關(guān)鍵的，所以對(duì)養(yǎng)護(hù)里的系統(tǒng)也進(jìn)行了模型和設(shè)計(jì)間的植入，做了智能化的安全云控系統(tǒng)。
四、項(xiàng)目進(jìn)展
從項(xiàng)目進(jìn)展來(lái)看，現(xiàn)在全部用VR航拍，原來(lái)的集裝箱用地，現(xiàn)在幾個(gè)標(biāo)段同時(shí)開(kāi)通，看上去所有池子都做起來(lái)了，快速施工，現(xiàn)在的進(jìn)度是明年年底全部做完。
從這里看節(jié)約用地還是非常緊張的，如圖是整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)。
五、總結(jié)
整個(gè)過(guò)程中，注重污水提標(biāo)工程設(shè)計(jì)的強(qiáng)化預(yù)處理；整個(gè)把前面的垃圾盡量減少，污水臭氣、污泥、景觀噪聲整體提升。整個(gè)氧的科學(xué)管理，這么大的廠節(jié)能是非常明顯的，還有水流流態(tài)，包括雨水分配也進(jìn)行了考慮，還有創(chuàng)新技術(shù)與全過(guò)程的設(shè)計(jì)與實(shí)施。
