大型污水處理廠改造工程中海綿城市實施探索

呂 旻

（上海城投水務工程項目管理有限公司，上海市 201103）

0 引言

為加快城市海綿建設，改善城市生態環境，實現系統化全域海綿的目標，推進城市綠色發展，各地都積極開展海綿城市建設方案研究，在小區、學校、工業項目、市政項目中應用海綿城市理念，取得了積極效果[1]。排水泵站、污水處理廠作為市政排水系統重要組成部分，應積極響應海綿城市建設理念[2-4]。2018 年7 月，根據《國務院辦公廳關于推進海綿城市建設的指導意見》要求，上海市水務局發布《上海市水務設施（廠/ 站）海綿城市建設技術導則》[5]（下稱《導則》），指導上海市新建、改建、擴建的污水處理廠、泵站等水務設施的海綿化設計。上海市某大型污水處理廠擬進行改造工程，針對工程特點和需求進行了海綿化建設。

1 污水廠改造背景

某大型污水處理廠位于上海市東南部，緊鄰長江。為貫徹響應“國家水十條”，污水處理廠排放標準需由一級B 標準提高至一級A 標準。工程提標改造采用原設施“減量提標”，通過新建生物處理設施，降低原生物處理設施處理負荷，同步新建深度處理設施，在維持總處理規模不變的基礎上，實現出水水質提標。

污水處理廠現狀廠區總面積約193 hm2，本次新增廠外西北、西南及南側三塊用地共計，工程實施后全廠面積達到254 hm2，具體布置見圖1。根據上海市水務局頒布《導則》的相關規定，結合工程項目場地及周邊環境情況，擬對新增地塊按海綿城市技術要求進行設計，同步構建擴建區域內雨水系統。

圖1 污水處理廠總平面布置圖

污水廠現狀廠區建有2 座雨水泵站。當時設計暴雨重現期P 取1 a，綜合徑流系數取0.5。汛期雨水需經水泵提升后排入長江。2 座雨水泵房配泵能力分別為6.4 m3/s 和6.3 m3/s（該泵站單泵Q=1.26 m3/s，5 臺泵位，目前安裝了4 臺泵），服務范圍分別為122 hm2和103 hm2，系按當時規劃控制用地范圍計算，該服務范圍包括了本次南部新增用地約32 hm2。

2 海綿城市總體方案

2.1 實施范圍

為充分體現海綿城市建設理念，響應《導則》精神，全面提升污水廠內徑流總量控制及雨水排水標準，考慮在污水處理廠改造過程中進行海綿示范性建設。綜合考慮工程投資、實施難度、工程效益和展示效果，本次海綿主要針對新增廠外用地，即西北、西南、南部地塊，合計約62 hm2。新增區域雨水排水標準按規劃標準執行。已建廠區海綿城市建設和雨水系統提標工作在結合運行效果和養護管理經驗的基礎上，在后續工程中進行實施。

2.2 建設目標

根據《導則》要求，污水處理廠擴建部分年徑流總量控制率應根據工程建設內容和建設開發強度確定，取值范圍宜為75%～80%。本工程新增用地主要用于新建生產構建筑物，開發強度較高，年徑流總量控制率確定為75%。上海地區年徑流總量控制率75%對應的設計降雨量為22.2 mm[6]。根據設計降雨、徑流控制面積和相應的徑流系數，采用容積法計算得到需控制的徑流體積。

另外，根據上位規劃，該污水處理廠排水系統的排水標準（暴雨重現期P）應為3 a。結合相關部門和審批單位意見，本工程新增區域排水標準按3 a 一遇執行，已建廠區雨水排水能力提標不納入本工程。

2.3 “一地一策”實施方案

根據污水廠改造總體方案，本次新增區域內總體分為3 部分，各分區總體建設方案如下：西北地塊（25.36 hm2）布置一級A 全流程地下污水處理廠，地下式污水廠頂部為綠化；西南地塊（9.16 hm2）主要布置生物處理設施，生物處理設施南部為廠區綠化；南部地塊（27.12 hm2）新建生物處理設施和深度處理設施以及廠區道路，見表1。生物處理設施主要包括生反池和二沉池，水池頂部已進行除臭加蓋，但在設施走道、平臺增加雨水泄水孔，避免設施頂部產流進入周邊道路或綠化；深度處理設施包括高效沉淀池和濾池，池頂為開敞水面。

表1 3 個海綿分區下墊面分布

根據不同分區特點，制定針對性實施方案，做到一地一策，因地制宜，具體如下：

（1）西北地塊

西北地塊新增用地25.36 hm2，建設有全地下污水設施。地塊下墊面以綠化為主，考慮設置下凹式綠地和植草溝控制徑流。

地塊的雨水擬通過管道收集，通過新建雨水泵房（Q=1.0 m3/s），管道穿過廠外通往張家浜泵閘的道路，排入張家浜。

箱體頂部全綠化覆蓋，擬利用自身的地塊優勢，以自然混交林為主體，通過林下道路的穿插，打造水廠的生態綠肺。

植物群落以榆樹類、槐樹類、柳樹類為主，形成速生、慢生相結合的群落。場地內人行步道采用灰色透水瀝青，入口廣場采用彩色透水瀝青，局部休閑廣場采用碎礫石散鋪的方式滿足透水性。沿地塊外圍車行道及養護便道設置植草溝，兼顧景觀性和排水功能；結合活動場地及主要步道，布置多個下凹式綠地群落，形成節奏韻律。海綿設施布置見圖2。

圖2 西北地塊道路和綠地海綿技術布置圖

（2）南部地塊

南部地塊新增用地27.12 hm2，建設有生化處理設施和深度處理設施。考慮通過在池頂種植屋面降低區域徑流系數，利用植草溝轉輸徑流至雨水滯蓄設施，超過控制標準的雨水直接排入廠區末端已建泵站。

地塊內生物反應池頂部的50 cm 覆土，通過灌木及宿根植物打造屋頂綠化，同時構筑物周邊種植爬藤植物，對構筑物側面進行美化。具體布置見圖3。

圖3 南部地塊海綿布置圖

（3）西南地塊

西南地塊新增用地9.16 hm2，建設有生化處理設施，綠化率較高，可通過設置下凹式綠地、植草溝等設施控制徑流，但由于西南地塊位于廠區現有排水系統上游，如要構建雨水系統，除在地塊內敷設管道外還需同步翻盤已建雨水系統并新增排口。

結合建設條件和建設目標，提出傳統建設模式的“灰色”方案和融合海綿設施的“灰綠”結合建設方案進行對比，具體如下：

方案一：灰色方案

根據傳統工程方案，廠區雨水均通過管道直接收集后排放。周邊可供排水的河道僅長江和張家浜，向長江排雨水，需新建泵房及排放口；向張家浜排水，則需新建泵房，排放管穿過廠外道路排入張家浜。

西南地塊的雨水通過廠區新建雨水管道，全部接入南部地塊新建雨水管道，與南部地塊的雨水匯合后，最終通過南部地塊東側擬新建雨水泵房（Q=3.0 m3/s）排入長江；現狀廠區雨水系統起點易積水區域，雨水管道需翻排，現有雨水泵站預留泵位新增1 臺雨水泵Q=1.26 m3/s，以應對現狀廠區的雨水增量。該方案擬新建長江排放口方案需要與環保、水務、海事、航道等部門共同商議確定。

方案二：灰綠結合方案

結合海綿城市建設控制目標，在工程中擬采用下述措施：采用透水鋪裝、設置下凹式綠地（緩存塘）、設置生態植草溝等。地塊的雨水擬在綠地中滲蓄，在降雨之后通過埋地一體化雨水泵站（Q=1.0 m3/s）緩慢排入廠區已建雨水管道。通過上述工程措施，減少納入管道的雨水量，以減輕現狀雨水管道和雨水泵房的壓力，在避免大拆大建基礎上實現新增區域雨水排水標準。

兩方案對比見表2，方案二通過新增下凹式綠地，增加了廠區范圍內雨水源頭滯蓄能力，在實現新增廠區徑流總量控制率達標的同時，也滿足新增廠區雨水排水能力達標；方案一需新增排口，工程費用與實施難度大，即使不考慮排口建設費用，方案一的工程投資仍然略高于方案二。若按方案一實施，則現狀廠區中的已建管道需大規模翻排改建，施工難度、施工影響、施工周期都比較大。本次工程建設周期時間非常緊，從縮短協調周期及更順利地推進工程進展等角度考慮，擬采用方案二作為推薦方案。

表2 建設方案對比表

除雨水排水設施外，地塊內生物反應池上方覆土50 cm，擬在其上部種植部分小灌木及草花地被，利用不同品種的植物打造色塊景觀，南部打造下凹式綠地（雨水緩存塘），運用耐水濕植物打造自然生態的植物群落景觀。場地內人行步道及活動場地采用灰色透水瀝青。具體布置見圖4。

圖4 西南地塊道路和綠地布置圖

2.4 建設目標復核

結合各分區工程方案，進行海綿設計，經復核，新增廠區內理論所需調蓄量2730 m3，設計調蓄容積約24100 m3（含雨水緩存塘調蓄能力），年徑流總量控制率達到75%以上。新增綠地面積46 hm2，總綠地率31.6%（大于30%），實施種植屋面86700 m2，滿足《導則》中技術要求。

3 建設效果和工程效益

改造工程完成后，新增地塊雨水系統重現期達到3 a 一遇，地塊雨水排水也未對現狀廠區排水造成影響，完工至今未出現廠區內澇事件。全廠年徑流總量控制率超過75%。海綿改造后廠區整體景觀效果也有提升，建成后實景見圖5。

圖5 污水廠建成后海綿設施實景圖

4 大型污水廠改造工程海綿建設思考

（1）大型污水處理廠改造工程建設用地往往非常緊張，用地開發強度大，海綿廠站設計時除根據《導則》中設計原則開展外，還應注意進行分區，因地制宜，針對不同下墊面特點制定方案，適宜做海綿的區域多承擔徑流削減的工作，構建筑物密集區域相應減少設施的布置。最終實現全域海綿控制指標達標。

（2）雖然部分海綿設施的工程造價較常規的綠化、路面高，但是對比傳統雨水系統設計，結合海綿設施理念后雨水系統工程總投資并不一定會增加。結合本工程案例，融入海綿設施的雨水系統大幅減少了雨水排管的利用，也避免了對廠區雨水泵站和雨水排口的改造，真正實現了降本增效的目的。

（3）近年來，隨著除臭標準的提標，污水處理廠預處理區、生物反應設施上需要進行加蓋，導致原本開敞的池面形成了不透水區域，增加了徑流匯流。在工程實施時應關注這些區域的排水，可通過帶存水彎的泄水孔、地漏等設施實現池面排水，避免池面徑流外泄，也可提高池體附近海綿設施的滯蓄能力，提升區域的徑流控制能力。

（4）海綿設施建設應貫徹全過程監管，從設計到實施到運維均應進行階段性驗收考核。維護期也要安排專人對設施進行日常巡檢養護，在汛期和雨季來臨前，應加強設施的檢修和維護管理，保障設施正常、安全運行。