半地下式污水處理廠消防設(shè)施設(shè)計探究

張慧文 羅偉 龔本洲

（長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司，湖北武漢 430010）

1 引言

地下式和半地下式污水處理廠因節(jié)約土地資源、環(huán)境影響小、景觀好等特點，日漸興起和發(fā)展。然而污水廠地下箱體內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，熱量易積累，疏散困難，撲救難度大，其消防設(shè)計必須引起重視。為解決地下式和半地下式污水廠消防設(shè)施設(shè)計難題，以湖北省鄂州市某半地下式污水處理廠為例，通過分析地下箱體內(nèi)人員值守和可燃物特性，對其消防隱患進行探討，結(jié)合現(xiàn)行消防規(guī)范，判定地下箱體火災(zāi)危險性級別，提出箱體消防設(shè)施要求，并進行實際工程的消防設(shè)施設(shè)計。

2 工程概況

湖北省鄂州市某污水處理廠三期新建工程采用人造坡地式地下污水處理廠形式，建設(shè)規(guī)模為4 萬m3/d，設(shè)計出水水質(zhì)達到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A 標準。污水處理主體工藝采用改良AAO 工藝，工藝流程如圖1 所示。主要新建建（構(gòu)）筑物有細格柵渠及曝氣沉砂池、水解酸化池、A/A/O 生化池、二沉池、污泥泵房、深度處理間、消毒間、巴氏計量槽、尾水提升泵房、配電間及鼓風機房、生物除臭系統(tǒng)、加藥間、污泥處理間等。尾水通過尾水提升泵站排入長江。

圖1 污水處理廠工藝流程

污水處理廠總用地面積33 329.3 m2，總建筑面積3 123.09 m2，計容建筑面積28 677.94 m2。除配水井、事故池、加氯間、綜合辦公樓等采用地上式建設(shè)以外，其他生產(chǎn)性建構(gòu)筑物均設(shè)于半地下式的箱體中。其中，所有污水池體設(shè)置于箱體地下一層，處理設(shè)備間位于箱體地面一層。箱體屋頂覆土1.5 m，進行綠化種植并設(shè)置活動場地。地下箱體建筑面積27 351.34 m2。箱體地下一層層高為8.2 m，地上一層層高為6.0 m，地上一層室內(nèi)地面高出室外地坪0.2 m。

由于本工程污水廠生產(chǎn)性建（構(gòu)）筑物均位于半地下式箱體中，僅有環(huán)形車道和疏散樓梯與外部相通，一旦發(fā)生火災(zāi)，熱量易積累，產(chǎn)生高溫濃煙，內(nèi)部疏散較為困難，外部撲救難度大，因此對消防設(shè)計提出了更高的要求［1］。

3 地下箱體火災(zāi)隱患分析

3.1 污水廠人員工作特點

本工程污水廠設(shè)綜合自動控制系統(tǒng)，在地上綜合辦公樓內(nèi)設(shè)置中央監(jiān)控室，可以實現(xiàn)全廠范圍的全自動化和全信息化的生產(chǎn)與管理，地下箱體內(nèi)各生產(chǎn)建（構(gòu)）筑物均無需人員值守，僅設(shè)置工作人員進行定期場內(nèi)巡檢和維修。

3.2 地下箱體可燃性氣體特性及濃度水平分析

通常情況下，在污水處理過程中會產(chǎn)生甲烷、氨氣、硫化氫、甲硫醇、二甲二硫、硫化醇（甲硫醚）等臭氣和可燃性氣體［2］。當可燃性氣體濃度達到一定范圍，且有明火的條件下，會引發(fā)火災(zāi)危險。各主要可燃性氣體的爆炸極限見表1。

表1 可燃性氣體的性質(zhì)［2］

上述可燃性氣體中，甲烷氣體的火災(zāi)隱患最為突出。甲烷的產(chǎn)生通常是在厭氧環(huán)境下，由厭氧菌將污水或污泥中的有機物分解為無機物，產(chǎn)生甲烷的同時，生成二氧化碳及少量硫化氫、氨氣［3］。本工程污水處理廠地下箱體內(nèi)僅有AAO 生物池存在厭氧區(qū)，均已加蓋密封，并設(shè)有全面的生物除臭設(shè)施進行負壓抽吸，箱體內(nèi)亦設(shè)置強制性機械通風換氣系統(tǒng)，因此無法滿足甲烷大量生成和聚集的必要環(huán)境條件。僅有的微量濃度可通過通風除臭系統(tǒng)排出廠外，由此確保箱體內(nèi)甲烷濃度水平遠低于燃燒和爆炸極限。

在污水處理廠實際生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氨氣和硫化氫濃度設(shè)計標準值見表2［4］。由表2 可知，氨氣和硫化氫均無法達到其燃燒和爆炸需要的極限濃度。

表2 市政污水處理廠典型處理構(gòu)筑物硫化氫和氨氣設(shè)計標準值mg/m3

綜上可知，污水處理廠地下箱體內(nèi)可燃性氣體的濃度水平遠低于其燃燒和爆炸極限，且本工程全廠采用機械通風和生物除臭系統(tǒng)，可間接消除由可燃性氣體帶來的消防安全隱患。

4 工程與現(xiàn)行消防規(guī)范的銜接

指導(dǎo)消防設(shè)計的國內(nèi)規(guī)范主要為GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版），對于污水處理廠這種“地下空間（主體構(gòu)筑物）”布置形式尚無可以完全對號入座的規(guī)范和相應(yīng)條款，較接近的有GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）第3章“廠房和倉庫”，根據(jù)該規(guī)范第3.1.1 條和3.1.3 條，常溫下使用、加工、儲存不燃燒物質(zhì)的廠房或倉庫，火災(zāi)危險性分類為戊類。本工程污水處理廠的生產(chǎn)對象為不燃燒物質(zhì)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生極少量易燃、易爆物質(zhì)。結(jié)合前文分析，地下箱體內(nèi)可燃性氣體濃度水平極低，生產(chǎn)過程中無明火，無值班人員長時間值守。由此判定本工程半地下式箱體的生產(chǎn)火災(zāi)危險性級別為戊類。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）第8.1.2 條和8.2.1 條，地下箱體應(yīng)設(shè)置室外消火栓和室內(nèi)消火栓系統(tǒng)［5］。

需注意的是，本工程柴油發(fā)電機房位于箱體地面一層，建筑面積41.76 m2，同時設(shè)有3.42 m2儲油間，儲油量小于1 m3。柴油發(fā)電機房與儲油間及其他房間之間均采用耐火極限不低于2 h 的防火墻和甲級防火門。考慮到一旦停電，污水處理廠停止生產(chǎn)，將嚴重影響上游工廠生產(chǎn)和居民生活，且箱體地下一層有被污水淹沒的風險，因此判定柴油發(fā)電機房及儲油間屬于特殊重要設(shè)備室。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）第8.3.9 條，應(yīng)設(shè)置自動滅火系統(tǒng)，并宜采用氣體滅火系統(tǒng)［5］。

5 消防給水及消防設(shè)施設(shè)計

5.1 消防用水量

根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，本工程同一時間內(nèi)火災(zāi)次數(shù)為一次。室外消防水量按需水量最大的一座建筑物計算。本工程箱體建筑地下建筑部分體積超過50 000 m3，考慮其他地上建筑，綜合確定本工程室外消火栓用水量為30 L/s，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)水量為40 L/s。火災(zāi)延續(xù)時間2 h［6］。

5.2 消防水源

廠區(qū)從市政道路引入2 根DN200 mm 的給水管，經(jīng)水表計量后，在廠區(qū)內(nèi)連接成環(huán)，室外消防給水與生活、生產(chǎn)給水合用。

在箱體地下一層設(shè)置消防泵房及消防水池，消防水池有效容積288 m3，作為室內(nèi)消防水源。

5.3 室外消防

室外消火栓直接從給水環(huán)網(wǎng)接出，最不利點的消火栓水壓不低于10 m，最大消防用水量為30 L/s。采用SS150/65 型室外地上式消火拴，消火栓間距小于120 m。廠區(qū)設(shè)有完整的污水管網(wǎng)和雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，消防水可以就近排入廠區(qū)雨、污水管網(wǎng)。

5.4 室內(nèi)消防

室內(nèi)消火栓采用臨時高壓系統(tǒng)，在箱體地下一層設(shè)置288 m3消防水池1 座，泵房地面與室外地面高差為7.2 m。消防泵房內(nèi)設(shè)消防泵2 臺（1 用1 備，Q＝40 L/s，H＝0.44 MPa，N＝30 kW，含電控柜及巡檢裝置）；并設(shè)消防穩(wěn)壓泵2 臺（1 用1 備，Q＝1 L/s，H＝0.28 MPa，N＝2.2 kW，含電控柜及巡檢裝置）及穩(wěn)壓罐1 臺（總?cè)莘e1 000 L，調(diào)節(jié)容積150 L），用以保證平時消防管網(wǎng)壓力。消防水池設(shè)有各種報警水位，其最低有效水位滿足消防泵自灌要求，水池為鋼凝土水池。

5.5 建筑滅火器配置

根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）中第8.1.6 條，除住宅外的民用建筑、廠房（倉庫）、儲罐（區(qū)）、堆場應(yīng)設(shè)置滅火器［5］。

根據(jù)GB 50140—2005《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，本工程箱體配電間、柴油發(fā)電機房、機柜間按E 類火災(zāi)中危險級設(shè)手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器配置級別為2A（MF/ABC4），滅火器的最大保護距離為20 m，充裝量4 kg［7］。

污水廠箱體其他位置均按A 類火災(zāi)輕危險級設(shè)手提式磷酸銨鹽干粉滅火器，滅火器配置級別為1A（MF/ABC4），滅火器的最大保護距離為25 m，充裝量4 kg。

5.6 柴油發(fā)電機房及儲油間氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計

由于本工程柴油發(fā)電機房、儲油間與其他房間之間均采用耐火極限不低于2 h 的防火墻和甲級防火門，且儲油間儲油量小、危險性不高，因此在滿足自動滅火需求的基礎(chǔ)上進行簡化消防設(shè)施設(shè)計。在柴油發(fā)電機房及儲油間設(shè)有懸掛式干粉罐，干粉罐的規(guī)格、滅火等級、保護半徑和懸掛間距等滿足自動滅火需求。

5.7 消防排水

箱體內(nèi)的消防排水與箱體其他地面排水共用排水溝及廢水提升泵，提升后進入箱體外地上事故池及污水工藝處理系統(tǒng)。

6 結(jié)論

（1）根據(jù)污水廠地下箱體內(nèi)人員值守情況和可燃物的特性，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范，判定地下箱體火災(zāi)危險性級別為戊類。

（2）地下箱體應(yīng)設(shè)置完善的室外消防系統(tǒng)和室內(nèi)消防系統(tǒng)及手提式建筑滅火器。

（3）對于特殊的柴油發(fā)電機房、儲油量較小的儲油間，設(shè)置懸掛式干粉罐，滿足自動滅火需求。