基于案例的地下污水處理廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

鄭永鵬

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境的要求日益提高，尤其是隨著“青山綠水”建設(shè)理念的提出，人們對(duì)環(huán)境的重視提高到一個(gè)全新的高度。在建設(shè)形式上，污水處理構(gòu)筑物一般都是地上獨(dú)立建設(shè)，隨著城市用地、城市景觀要求，以及城市綜合環(huán)境的限制，近幾年也紛紛采用地下建設(shè)。該類型的污水處理廠具有其獨(dú)特的建設(shè)形式。

1 地下污水處理廠的特點(diǎn)

我國最新版本的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006）2016年版并未對(duì)污水處理廠的建設(shè)形式下定義，國內(nèi)也未有相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國內(nèi)外已經(jīng)實(shí)施的地下污水處理廠，可以將該類污水處理廠歸納為一種集約化池體構(gòu)筑物布置、上部整體加蓋的建設(shè)形式，工藝設(shè)計(jì)水位一般位于設(shè)計(jì)地面以下。國內(nèi)主流的布置形式有三種：半地下雙層加蓋式、全地下雙層加蓋式、全地下單層加蓋式[1]，見圖1～圖3所示。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.1 設(shè)備投資

2.1.1 工藝設(shè)備系統(tǒng)

圖1 半地下雙層加蓋式示意圖

圖2 全地下式雙層加蓋式示意圖

圖3 全地下式單層加蓋式示意圖

地下式污水處理廠因受檢修、操作空間的限制，設(shè)備質(zhì)量和性能比地上式污水處理廠的要求 高，不論是建設(shè)管理部門還是建設(shè)實(shí)施各方均對(duì)地下式污水處理廠設(shè)備提出了高可靠性、高效率、高度自動(dòng)化的要求，因此在設(shè)備一次性投入上要高于地上污水處理廠。并且考慮到地下運(yùn)行，以及污水腐蝕環(huán)境的影響，設(shè)備選材上要嚴(yán)于地上污水處理廠。

2.1.2 電氣設(shè)備系統(tǒng)

對(duì)于地下污水處理廠，首先是各類用電設(shè)備總功率相較于地上污水處理廠大，電氣系統(tǒng)因總體負(fù)荷增加會(huì)增大相應(yīng)投資，并且地下電氣設(shè)備選型需要充分考慮污水廠環(huán)境影響，采用防腐蝕性能的產(chǎn)品；其次是電纜，消防用電纜需采用礦物絕緣電纜和無鹵低煙阻燃耐火電纜，其余電纜均需采用無鹵低煙阻燃電纜，該部分內(nèi)容一般需要相應(yīng)增加20%投資；最后因地下污水處理廠為全封蓋式，需要增設(shè)日常照明、應(yīng)急照明、疏散指示照明等，并且一般電氣設(shè)計(jì)均采用E P S集中供電，增加相應(yīng)設(shè)備費(fèi)用。

2.1.3 儀表及自控系統(tǒng)

因?yàn)榈叵挛鬯幚韽S上部為一體化箱體，屬于密閉空間，如果發(fā)生污水散發(fā)的有毒有害氣體聚集、水體溢出、內(nèi)部設(shè)備火災(zāi)等情況，會(huì)對(duì)內(nèi)部正常操作的人員造成較為嚴(yán)重的后果，因此對(duì)于儀表及智能監(jiān)控設(shè)施提出較高要求。首先需要增加各類氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括甲烷、硫化氫等，各出入口設(shè)置聲光報(bào)警器；其次需要完善火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，包括設(shè)置報(bào)警器、自動(dòng)滅火設(shè)施等；相較于普通污水處理廠，還需要加強(qiáng)對(duì)液位的監(jiān)控和控制，增設(shè)液位儀，設(shè)定污水溢出的分級(jí)報(bào)警，當(dāng)超過警戒液位時(shí)，關(guān)閉閘門、水泵等；最后還必須建立一套智能化的信息監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括廣播系統(tǒng)、無線對(duì)講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)等，這些都是相較于普通污水處理廠的投資增加部分。

2.1.4 暖通系統(tǒng)

對(duì)于暖通系統(tǒng)而言，地下與地上污水處理廠在空調(diào)系統(tǒng)上投資相差不多，鼓風(fēng)機(jī)房、變配電間、值班室、儀表間、辦公樓等區(qū)域的空調(diào)設(shè)置均相差不大，主要增加的投資為通風(fēng)系統(tǒng)。地上污水處理廠對(duì)于通風(fēng)換氣的要求不高，一般針對(duì)泵房、污泥脫水間等幾個(gè)單體即可，而地下污水處理廠上部加蓋，形成巨大的密閉空間，通風(fēng)換氣的空間大大增加。首先是水池上方的空間區(qū)域增加了通風(fēng)換氣的需要，另一類是配電間、變壓器室等生產(chǎn)性用房的通風(fēng)換氣的需要，相應(yīng)的投資相較于地上式污水處理廠增加不少。

2.2 土建投資

2.2.1 基坑圍護(hù)

基坑圍護(hù)對(duì)工程的影響較大，不僅對(duì)工程整體安全具有重大影響，還往往是工程造價(jià)的控制關(guān)鍵點(diǎn)。一般來說，基坑圍護(hù)屬于臨時(shí)性工程，各方都不愿意投入太多資金。但是，其重要性及發(fā)生事故而引發(fā)的后果都是巨大的。因此，基坑圍護(hù)越來越受到各方關(guān)注?？紤]到池體水深的要求，地下污水處理廠一般埋深較大，能達(dá)到10m左右，尤其是全地下污水處理廠，基坑深度可能超過15m，例如上海市泰和污水處理廠的基坑深度達(dá)到18m。而普通的地上污水處理廠因水力高程的作用，埋深較大的構(gòu)筑物不多，并且基坑深度也要小于地下污水處理廠。因此，基坑圍護(hù)的投資要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地下污水處理廠。

2.2.2 土方、降水及支撐工程

就地下污水處理廠施工順序而言，做好基坑圍護(hù)后，下一步工序就是土方開挖、基坑降排水及施作支撐工程等。因?yàn)檎w深基坑的原因，土方工程量、土方開挖單價(jià)、降排水選用形式、降水周期及支撐工程的實(shí)施均導(dǎo)致地下污水處理廠的費(fèi)用要高于一般地上污水處理廠。

2.2.3 地基處理

對(duì)污水處理廠而言，構(gòu)（建）筑物對(duì)地基的要求主要包括三個(gè)方面：首先是承載能力要夠；其次是地基的變形要在構(gòu)筑物的允許承受范圍內(nèi)；最后是抗浮。對(duì)于地上污水廠的建（構(gòu)）筑物視具體埋置深度采用天然地基、級(jí)配砂石換填、樁基等地基處理方式。對(duì)于地下污水廠的建（構(gòu)）筑物一般在10m左右，水池及箱體加上覆土后荷載很大，且不同單元之間荷載相差大，為避免構(gòu)（建）筑物不均勻沉降，同時(shí)考慮構(gòu)筑物自重抗浮尤其局部抗浮不滿足，一般需采取樁基支承抗浮，對(duì)于底板已進(jìn)入巖層的構(gòu)筑物采用天然地基，但仍需設(shè)置抗浮錨桿。這就導(dǎo)致地基處理費(fèi)用相較于地上污水處理廠投入多。

2.2.4 主體結(jié)構(gòu)

相較于地上污水處理廠，地下污水處理廠在結(jié)構(gòu)上最大的不同是增加了上部加蓋，現(xiàn)在設(shè)計(jì)較多的形式是水池集約化一體布置，箱體建于各水池之上，箱體內(nèi)一般需要根據(jù)建筑防火分區(qū)的要求布置防火墻。同時(shí)，為了方便人員、設(shè)備的進(jìn)出，滿足消防通風(fēng)的要求，箱體要設(shè)置豎向的出入口和通風(fēng)井，在下部綜合水池及箱體中設(shè)置通道與出入口聯(lián)通。這些均是主體結(jié)構(gòu)中需要增加投資的地方。

2.3 其他外部效益分析

在分析地下污水處理廠工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)后，可以得到較為明顯的結(jié)論，投資相較于地上污水處理廠是增加的。但是相對(duì)于投資增加的部分，其發(fā)揮的社會(huì)效益和潛在的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的，表面的投資增加卻帶來了長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

2.3.1 土地資源節(jié)省

污水處理廠的建設(shè)不僅需要考慮整個(gè)廠區(qū)的用地情況，還需要兼顧周界的影響，在《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016年版）中就明確規(guī)定，污水廠要少拆遷、少占地。從現(xiàn)有已經(jīng)建設(shè)的地下污水處理廠看，其對(duì)于土地資源的節(jié)省是顯而易見的，隨著城市用地的日趨緊張，某種程度上，節(jié)省用地的價(jià)值，以及周邊土地使用價(jià)值的提高要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其建設(shè)的投入。

2.3.2 環(huán)境效益明顯

地下污水處理廠全封閉的結(jié)構(gòu)一般都是環(huán)境友好型，頂部箱體做功能化處理，根據(jù)實(shí)際情況及其用途區(qū)分，可以在頂部建造配套建筑、公共公園、頂部停車場(chǎng)、廠區(qū)綠化、市民休閑中心等，不僅擺脫了污水處理廠臟臭的問題，還進(jìn)一步兼顧了城市功能，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 案例研究

3.1 工程概況

某污水處理廠位于湖南省岳陽市，原一期已建工程處理規(guī)模為5萬m3/d，現(xiàn)狀已超負(fù)荷運(yùn)行，隨著配套管網(wǎng)的實(shí)施，進(jìn)入污水處理廠的污水量將大大增加，需盡快進(jìn)行擴(kuò)容，以適應(yīng)新的發(fā)展形勢(shì)需要。

此次工程對(duì)原有污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)容，擴(kuò)容工程規(guī)模為5萬m3/d，變化系數(shù)1.3，工藝采用AA O反應(yīng)池+二沉池+高效沉淀池+回轉(zhuǎn)式過濾器+紫外線消毒工藝，主要構(gòu)筑物如表1所列。

表1 構(gòu)筑物一覽表

考慮到該污水處理廠的特殊地理位置，周邊規(guī)劃為城市居住用地，該工程擴(kuò)容項(xiàng)目采用半地下雙層加蓋布置，主體污水處理構(gòu)筑物均采用半地下布置，頂板以上覆土并實(shí)施綠化布置，滿足景觀功能的需求，使污水處理廠與周圍環(huán)境和諧統(tǒng)一。因工藝流程設(shè)計(jì)導(dǎo)致該項(xiàng)目基坑坑底標(biāo)高變化較大，擬建地下污水處理廠構(gòu)筑物埋深約6～10.5m，整體構(gòu)筑物采用灌注樁支承抗浮。因場(chǎng)地限制，基坑圍護(hù)采用雙排灌注樁形式，內(nèi)部設(shè)置高壓旋噴樁格構(gòu)式加固和止水，同時(shí)，基坑深度較淺的區(qū)域采用分級(jí)放坡開挖。

3.2 編制依據(jù)

此次技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算基于初步設(shè)計(jì)概算，定額依據(jù)為《湖南建筑消耗量定額》（2014）、《湖南裝飾消耗量定額》（2014）、《湖南安裝消耗量定額》（2014）、《湖南市政消耗量定額》（2014）。其他依據(jù)包括岳陽市工程造價(jià)信息（2018年1月）、市政工程設(shè)計(jì)概算編制辦法（建標(biāo)[2011]1號(hào)），以及類似工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。取費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行湘建價(jià)[2016]160號(hào)文《調(diào)整補(bǔ)充增值稅條件下建設(shè)工程計(jì)價(jià)依據(jù)的通知》及《關(guān)于增值稅條件下材料價(jià)格發(fā)布與使用和規(guī)定》的通知。人工工資參照湘建價(jià)[2017]165號(hào)文中湖南省各市、州建設(shè)工程人工工資單價(jià)，岳陽市88元/日。設(shè)備價(jià)格為設(shè)備原價(jià)與設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)之和，主要工藝設(shè)備采用市場(chǎng)詢價(jià)方式參考定價(jià)，一般設(shè)備根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)取定。

3.3 投資分析

根據(jù)上述分析，基于概算階段，對(duì)該污水處理廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，具體數(shù)據(jù)如表2所列。

該項(xiàng)目為已建工程的擴(kuò)容，不考慮計(jì)列鋪底流動(dòng)資金。從表2可以看出該項(xiàng)目工程費(fèi)指標(biāo)為5 862.15元/m3，總投資指標(biāo)為7 008.89元/m3。從指標(biāo)上看比該類型一般地上污水處理廠高2 000元/m3左右，主要原因正如上文中分析的，可以從土建和設(shè)備投資兩個(gè)方面考慮，從該項(xiàng)目上看，土建增加的費(fèi)用較大，尤其是上部箱體、基坑圍護(hù)增加的費(fèi)用。

地下污水處理廠雖然土建和設(shè)備投資相較于普通地上污水處理廠大，但節(jié)約了大量的土地資源，隨著城市建設(shè)的日趨成熟，土地資源越來越緊張，土地價(jià)值也逐年增加，節(jié)省的土地價(jià)值有可能大大超過土建及設(shè)備的投入。

根據(jù)《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（修訂）》（2001）的相關(guān)規(guī)定，城市污水處理工程建設(shè)規(guī)模類別和污水處理級(jí)別劃分應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定，具體如下所示[2]：

表2 污水處理廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表

建設(shè)規(guī)模類別（以污水處理量計(jì)）：

Ⅰ類：50～100 萬 m3/d；

Ⅱ類：20～50 萬 m3/d；

Ⅲ類：10～20 萬 m3/d；

Ⅳ類：5～10 萬 m3/d；

Ⅴ類：1～5 萬 m3/d；

注：以上規(guī)模分類含下限值，不含上限值。

該項(xiàng)目處理規(guī)模為5萬m3/d，取定的類別應(yīng)為Ⅳ類。不同類別的污水處理廠用地指標(biāo)各不相同，單位水量的建設(shè)用地不應(yīng)超過相應(yīng)指標(biāo)。根據(jù)《城市污水處理工程項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（修訂）》（2001）的相關(guān)規(guī)定，具體指標(biāo)如表3所列。

表3 污水廠建設(shè)用地指標(biāo)一覽表[2]m2（/m3·d）

該工程建設(shè)規(guī)模類別屬于Ⅳ類項(xiàng)目，新增用地 15 069.54 m2，約 22.60畝，建設(shè)用地指標(biāo)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可計(jì)算得到（0.45+0.35）×50 000=40 000（m2），即 60畝，相較于該次污水處理廠用地22.6畝的規(guī)模，節(jié)約了37.4畝工程用地，這部分土地的效益巨大。同時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境效益，以及其他經(jīng)濟(jì)效益則是長期發(fā)揮作用的。

4 結(jié)論

地下污水處理廠與地上污水處理廠在工藝路線上并無不同，之所以能得到迅速推廣，最大的推動(dòng)力還是對(duì)土地資源的高效利用，尤其是在土地資源緊張的大城市，地下污水處理廠因其自身的特點(diǎn)廣受歡迎。該布置形式雖然在一次性投入上比較大，但是隨著時(shí)間的推移，其社會(huì)效益、環(huán)境效益的優(yōu)點(diǎn)會(huì)逐步發(fā)揮重要作用。