绿色水厂新标杆：再生水回用+光伏发电 珠海案例给出答案
为解决珠海高新区土地资源紧张的问题，珠海市北区水质净化厂二期采用全地埋形式建设，处理能力15万 m³/d，并将上部空间打造为集办公、交通、体育、休闲等公共设施于一体的综合利用空间。污水核心处理工艺为改良AAO生化池和磁混凝高效沉淀池，出水稳定达标。污水处理厂的再生水回用于地上公共设施，供给园区工艺系统用水、杂用水、灌溉园区景观等。项目极大地释放了土地价值，对我国的污水处理厂综合性开发建设具有重要的参考意义。
01工程方案
珠海市北区水质净化厂二期设计规模15万 m³/d，Kz=1.5，设备近期安装规模10万 m³/d。项目采用全地下式建设方式，上部修建体育场馆及办公楼，包含一座水厂管理用房，一座企业服务中心，一座体育馆（3 000 座），一座游泳馆（1 500 座），一处公交首末站及健身休闲广场，并预留一座高度为39.6 m的高新区综合产业办公楼的建设条件。
1.1 总体布置项目建设所在用地平面呈较为规则的矩形，南北向长约415 m，东西向宽约183 m，用地面积71874.12 m²。功能分区主要包括地上和地下两部分，地上部分功能为架空层停车场、体育馆、游泳馆、企业服务中心、水厂管理用房、公交首末站及健身休闲广场等公共服务设施；地下部分功能为水质净化厂，地下工艺段包括污泥处理区、预处理区、生物处理区、沉淀池区、深度处理区等功能。在水厂管理用房范围设置管控区，将水厂的管理与其他地面开放场所隔离，内部设置电梯可直达地下污水处理厂操作层，以便于日常维护管养及参观学习。
1.2 污水处理厂设计1.2.1 设计进出水水质二期工程纳污范围与现有一期水厂基本一致，所以现状一期水厂进水水质具有参考性，通过分析2019年至2022年实际进厂水质，得到表1进水数据及设计进水水质。
表1 进水水质分析及设计进水水质
本工程处理后的尾水用于厂区用水、地上景观用水、城市杂用水等再生用水，其余尾水就近通过暗渠排入金凤排洪渠下游段，最终汇入金星门水道，尾水水质标准近期执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准及广东省《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）第二时段一级标准较严值标准，远期执行准Ⅳ类标准。
1.2.2 工艺流程
本工程污水处理厂进水水质BOD5/COD=0.43，BOD5/TN=4.29，BOD5/TP=30，可生化性较好，同时本工程要求的污水处理程度很高，对BOD5、COD、SS、TN、TP、NH3-N 的去除率要求分别达到93.33%、88.57%、96%、57.14%、80.77%、90%。针对进水水质特点及出水水质要求，本工程主体工艺为改良AAO生化池-沉淀池-磁混凝高效沉淀池-反硝化深床滤池。污泥处理采用离心浓缩脱水工艺，脱水至80%后经污泥料仓周转外运。主要构筑物包括粗格栅、提升泵站、细格栅、沉砂池、精细格栅、生化池、二沉池、磁混凝高效沉淀池、反硝化深床滤池、紫外消毒渠。工艺流程详见图1。
图1 工艺流程
1.2.3 平面设计
地下箱体平面设计根据周边环境、进水总管方向、尾水排放位置综合确定。进水管在水质净化厂的西北侧进厂，尾水走向厂南侧金凤渠排洪渠补水。将预处理区、污泥区、排涝调蓄池和除臭设备及主要出入口均设于西北侧，可将臭气、废渣等对人流量较大的体育场馆的影响降到最低，同时整体工艺流程顺畅，管道迂回少，水头损失小，尾水回用方便顺畅。污泥处理区、预处理区、生化池、二沉池、深度处理区和出水区等各处理单元功能分区明确，主要工艺流程分为3 组，近期运行2 组，单组处理规模均为5万 m³/d，同时深度处理区分为2块，近期仅实施磁混凝高效沉淀池，预留反硝化深床滤池土建，待远期出水提标至地表准Ⅳ类再配套设备，污水处理厂平面布局详见图2。
图2 污水处理厂平面布局
1.2.4 竖向设计
为了有效解决人员疏散问题并提升景观效果，将整体建筑抬高至二层，首层设置为架空层，二层则形成一个天然的公共平台，提供宽敞而宜人的城市公共空间。整体竖向可分为3层,分别为上部功能开发层、污水处理厂操作层（负一层）、池体和管廊层（负二层）。体育场馆建筑高度为24 m，首层层高6 m，设置了架空停车场、机电设备间、水厂变配电房以及通风口、疏散口。水厂操作层（负一层）层高6.35 m，池体和管廊层（负二层）层高9.15 m。
1.2.5 主要工艺单体及设计参数
（1）预处理车间。预处理车间包含粗格栅，提升泵房，细格栅，曝气沉砂池及精细格栅。设3套20 mm钢丝绳式格栅除污机；6台潜污泵（4用2备），单台Q=2100 m³/h，H=8.0 m，N=75 kW；5 mm内进流网板细格栅4台；4套桥式吸砂机；2 mm内进流网板精细格栅6台。
（2）生化池。设置3组，单组尺寸L×B×H=126 m×41 m×8.85 m，设计污泥龄10.28 d，设计停留时间为0.5（预缺氧）+1.1（厌氧）+2.5（缺氧）+4.9（好氧）+1.2（缺氧）+2.0（好氧）=12.2（h），有效水深7.8 m，气水比5.5∶1，污泥回流比100%，混合液回流比300%。
（3）二沉池。采用周进周出矩形沉淀池，共3组，每组分4格，单组尺寸L×B×H=60 m×10.25 m×6.9 m，最大表面负荷qmax=1.35 m³/(m²·h)。
（4）磁混凝高效沉淀池。设置三组，单组尺寸L×B×H=18 m×18 m×8.85 m，表面负荷q=11.23 m³/(m²·h)，污泥回流比为3.8%。
（5）反硝化滤池。设置9组，单组尺寸L×B×H=27.55 m×5.4 m×8.05 m，最大流量时，平均滤速7.01 m/h，强制滤速7.89 m/h。
（6）紫外消毒间。设3条渠道，单条渠道尺寸L×B×H=8.55 m×1.60 m×1.60 m，紫外线穿透率≥65%，有效紫外剂量≥24 mJ/cm²。另辅以次氯酸钠消毒，接触时间30 min。
（7）出水及回用水泵房。尾水提升泵4用1备，单台参数为Q=2350 m³/h，H=19.0 m，N=185 kW。设置外压式超滤一体化装置，处理水量Q=100 m³/h，配套总功率N=36.8 kW，H=37 m，用于本工程地上建筑的冲厕、绿化用水。
（8）污泥处理车间。设置2座撇水池进行预浓缩，每座V=360 m³，分别配一套中心传动浓缩机，单台D=6 m，N=0.55 kW，另设计3台浓缩脱水离心机，单台参数Q=75 m³/h，N=75+22 (kW)。
02、设计难点及解决方案
2.1 消防疏散设计
本工程的消防疏散设计是难点，体育场馆属于人员密集场所，地下水厂属于封闭空间，若不进行合理规划，整个场所的疏散会显得非常混乱拥挤。消防疏散设计主要包括地上和地下两部分：地下部分为污水处理厂，虽然《城镇地下式污水处理厂技术规程》（T/CECS 729）关于防火分区面积划分的规定较《建筑设计防火规范》宽松，但考虑到本工程的复杂性，仍按较为严格的后者设计，即参照《建筑设计防火规范》中地下戊类厂房处理，每个防火分区面积控制在1000 m²以下，设置自动喷水灭火系统防火面积控制在2000 m²以下，共设置了21个防火分区，疏散口和通风口都需要相应的数量；地上均为多层公共建筑（办公楼、体育馆、游泳馆、公交站台用房），其中体育馆、游泳馆为1幢4层公共建筑，建筑高度不超过24 m，首层为架空车库和设备用房，二至四层为体育馆、游泳馆，属于人员密集场所，设计考虑在架空层顶部+6.00 m标高处设置了消防平台，消防车可到达室外连廊平台进行消防救援，可视为安全区域，将二层体育馆与游泳馆之间设置室外连廊相连。首层架空层承担着整个项目地下建筑消防疏散需求，+6.00 m标高室外连廊平台解决体育场馆疏散的需求。
2.2 结构耦合设计
不同于地上建设公园的地埋式污水处理厂，本工程地上建筑功能复杂，处理多元功能垂直叠加的结构是一项巨大挑战。只有将地下水处理构筑物与地上建筑的柱网布置妥善结合，才能做到技术可行且经济节约。污水处理厂预处理区、生化池、二沉池部分充分考虑地上建筑功能需求，采用8.1、8.4m的柱距，从而保证地上空间的利用效率；而深度处理部分工艺布置要求高，采用6.0~10.7m的柱距，地上的建筑功能布置充分考虑水厂工艺的柱距要求，仅在极少数确实无法对应的位置再做局部结构转换。
2.3 污水处理厂除臭设计
本项目周边环境敏感，地面为公共服务设施建筑，综合工程投资、用地面积、处理效果、建设运行成本等因素后，本工程推荐采用全过程除臭为基础、生物滤池法（一段生物滴滤+二段生物过滤）+活性炭（可超越））为保障的除臭工艺。通过全过程除臭源头减量，降低臭气浓度，加上生物除臭工艺强化，进一步提高厂区的臭气处理控制标准，可同时满足国标一级标准及广东省标准《城镇地下污水处理设施通风与臭气处理技术标准》(DBJT15-202-2020)。除臭塔设置于水厂管理用房内部，设计尺寸3.85 m×2.5 m，与建筑融为一体，既方便了水厂的维护管理，又可隐于地上复杂的建筑之中。
03、主要经济指标
3.1 概算投资
工程概算总投资为152536.8万元，其中第一部分工程费用130895.5万元，地上建筑工程费用约3亿元，地下水厂部分工程费用约10亿元，总建筑面积149339.14 m²，经济指标8 765元/m²。
3.2 年耗电量
本工程污水处理系统年耗电量约2028.57万 kW·h，污泥处理系统298.44万kW·h，除臭系统304.41万 kW·h，通风系统228.90万 kW·h，照明系统68.30万 kW·h，综合处理每吨水的耗电量为292.86 kW·h。
04、设计亮点
（1）体育场馆与地下污水处理厂合建设计，建设理念在国内市政污水处理行业较超前。设计整体把控，协调地上和地下的支撑结构，使之相互对应，从而实现高效的成本控制。体育馆和游泳馆分别对应地下两套柱网体系，两馆之间的公共通廊作为过渡空间，巧妙地化解了地下结构对地上建筑的影响，完美实现了结构设计兼容性、经济性及规整性的三位一体。
（2）项目采用全地下式建设方式，处理构筑物及设备全部置于地下箱体内，各构筑物之间共壁合建，总体布局集约。地面、地下空间利用多元化，最终实现了城市与市政的协同、生态与生活的协同共生。将整体建筑抬高至二层，并在首层规划了架空停车场，减少了地下挖掘深度，同时可以有效遮蔽地下水厂地面部分的管井与疏散楼梯，提升美观性。作为空间土地复合利用、地上地下立体开发的典型项目，设计在满足地下水厂需求的情况下，充分考虑了城市发展和社区需求，释放了土地面积63875.82 m²。
（3）不同于传统的水质净化厂，本工程采取了多项措施建设绿色低碳水厂：①水质净化厂处理后的再生水可回用于地上公共设施，地上建筑的冲厕、绿化浇灌、停车场、道路及广场的冲洗水均由水质净化厂尾水经超滤处理后供给，最高日用水量186.2 m³/d，最大时用水量为22.5 m³/h，最大化利用了再生水资源。②在建筑物屋顶设置了约8000 m²光伏系统，光伏电站直流侧总装机容量为1436.4 kWp，交流侧装机容量为1110 kW，共布置2 394块600 Wp单晶硅光伏组件，采用“自发自用，余电上网”的模式，充分利用了光伏能源。③在生化池设置了9套精准曝气系统，鼓风机电耗可节约15%，节省电费约0.02 元/m³，有效降低了水厂运行成本。
05、结 语
作为15万 m³/d的大型地埋式污水处理厂，地上空间建设体育馆、游泳馆等建筑，同时解决了污水处理缺口和公共服务设施配套不足的问题，是一次创新尝试，极大地释放了土地价值，对我国的污水处理厂综合性开发建设具有重要的探索意义。
