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国外地下污水处理厂现状及施工案例分析

【摘要】:受限于当时的技术条件,地下污水处理厂的建设发展非常缓慢。地下处理厂还设计有大量的紧急出口,保证工作人员可以紧急疏散。其建成的地下污水处理厂已经成功运行了50多年。图1-5瑞典HenriksdaI污水处理厂内景1.2.1.4挪威Bekkelaget地下污水处理厂挪威在地下空间开发利用方面处于世界领先地位。

1.2.1.1 芬兰维金麦基中心污水处理厂

自1932年开始,芬兰开始建造地下污水处理厂。受限于当时的技术条件,地下污水处理厂的建设发展非常缓慢。作为芬兰的首都,赫尔辛基在1994年建成维金麦基中心污水处理厂(图1-1),使芬兰湾的污染大大减少。中心处理厂建在赫尔辛基市中心附近的维金麦基。7个主要的地下处理厂洞室作为主要的处理厂站(图1-2),宽17~19m,高10~15m。每个洞室由10~12m 宽的石柱相隔,洞室的上覆岩层厚度在0~25 m 不等。本工程的挖掘工作从1988年初开始,持续到1992年。所有污水处理设备均位于地下,而办公室、职工活动中心、部分车间及能量生产站建于地上。

该地下污水处理厂造价为1.98亿美元,是芬兰乃至整个北欧最大的污水处理厂。设计规模为33万m3/d,实际处理量为28万m3/d(雨季为80万m3/d)。其中,85%为生活污水,15%为工业废水。该厂的工艺亮点是通过热电联产设备回收电能和热能。

图1-1 维金麦基中心污水处理厂

图1-2 污水处理厂洞室

1.2.1.2 荷兰多克哈芬地下污水处理厂

多克哈芬是荷兰鹿特丹的一个地下污水处理厂(图1-3),位于城市的中心地区。该厂是荷兰唯一的地下污水处理厂,于1977年开始规划,1981年开工建设,1987年11月3日正式运行,设计处理能力为47万人口当量/天。多克哈芬处理厂建设在一个长约237m、宽约158m、高8~9m 的混凝土箱体内部。除控制大楼外,该厂的全部设备都建于地下混凝土箱体中(图1-4),而箱体顶部则修建有一个公园。为了防止工作人员接触到未处理的污水,在污水处理池和走廊之间放置隔离墙,并且在处理池上设置混凝土盖板,将水池与走廊及中心区域隔离。地下处理厂还设计有大量的紧急出口,保证工作人员可以紧急疏散。由于采用了全封闭的结构形式,多克哈芬污水处理厂的总占地面积仅相当于普通处理厂的1/4,而地面已经发展为一个占地50 000m2的公园。此外,该厂在污水与污泥处理工艺升级时,不断采用世界上最先进的工艺流程,如SHARON(中温亚硝化)和ANAMMOX(厌氧氨氧化)等现代技术。这些特点使得多克哈芬污水处理厂成为荷兰乃至世界污水处理厂建设史上为数不多的经典工程之作。

图1-3 多克哈芬污水处理厂

图1-4 多克哈芬污水处理厂内景

1.2.1.3 瑞典Henriksdal地下污水处理厂

无论在数量上还是处理率上,瑞典的大型地下排水系统都位于世界领先地位。其建成的地下污水处理厂已经成功运行了50多年。图1-5为瑞典最大的污水处理厂——Henriksdal污水处理厂,服务75万人。瑞典污水处理厂通常为许多平行的洞室,设计要求为洞室长300m,过水断面达到100m2。在早期建立的地下污水处理厂中,这些洞室的方向与岩体相互垂直,限制了污水净化的效果,后期的设计对此进行了改进。对于污水的收集采用岩石隧洞的方式,不仅可以最小化污水排放与处理厂之间的距离,还节约了处理厂的费用。这是因为地下隧洞除了可以容纳来自其他地区和待开发地区的污水,还可以平衡每天的高峰流量

图1-5 瑞典HenriksdaI污水处理厂内景

1.2.1.4 挪威Bekkelaget地下污水处理厂

挪威在地下空间开发利用方面处于世界领先地位。Bekkelaget污水处理厂是一座建在山洞中的污水处理厂(图1-6),位于挪威首都奥斯陆以南30km 的Bjerkas地区,是挪威的第二大污水处理厂。日均处理量为10万m3/d,处理污水量占整个奥斯陆地区的35%~40%。(www.chuimin.cn)

Bekkelaget污水处理厂的选址考虑了以下几个原因:①Bjerkas地区已经是一个工业区;②该地区私人居住较少。该处理厂主要由11个平行的洞室组成,每个洞室宽16m,断面为150~160m2。洞室之间有12m 宽的隔墙。除了11条主洞室外,还设有一条800m 长的排放隧道。该隧道将处理后的污水排入奥斯陆峡湾。对于隧道开挖过程中造成地下水位降低的问题,该工程采用预先打孔注水的方式,有效地防止了地下水位的变化。

图1-6 挪威BekkeIaget污水处理厂内景

1.2.1.5 日本叶山町地下污水处理厂

日本神奈川县的叶山町污水处理厂(图1-7)位于三浦半岛的西半部,三面有山,平地不多,沿着海岸线形成市区。沿海的平地有稠密的居民区,丘陵区是近郊的绿地和风景区,海域是旅游的资源和渔民谋生的场所。为了将地形因素和对景观的影响控制在最小限度内,该污水处理厂采用山中隧道式处理厂形式。隧道的最大开挖断面积为420m2,地层为软岩,这也是日本国内最大的地下洞室。隧道式污水处理厂是日本下水道事业团应用道路隧道施工法进行开发的。由于这种施工法是把大部分处理设施都集中在隧道内,所以即使在平地面积较少的地区,也能够确保处理厂正常的工作。

图1-7 叶山町污水处理厂示意

1.2.1.6 美国芝加哥污水和防洪工程

美国芝加哥市污水和防洪工程也是地下空间开发利用的一项经典之作。在暴风雨期间和春季雪融化季节,地面径流较大,可能会超过污水处理厂的处理能力。然而,由于环境保护的要求不容许将污水直接排入江河,因而必须建造大型的地下污水贮库用以缓和流入污水处理厂的高峰流量。芝加哥市污水和防洪工程在白云岩的开挖深度超过了100 m,开挖直径为2.7~11 m,隧道总长为210km(图1-8),共有252条竖井。每个地下抽水泵室的长宽高分别为84m、19m和29m。该贮库的建设能有效防止对密执安湖造成污染。

图1-8 芝加哥隧道和水库计划中的Des PIaines引流隧道施工

1.2.1.7 法国Geolide地下污水处理厂

法国非常重视地埋式污水处理厂的建设和研究,建有多个地埋式污水处理厂,如土伦污水处理厂和安提普污水处理厂等。其中,法国马赛的Geolide污水处理厂(图1-9和图1-10)服务人口为186万,设计处理规模为24万m3/d,于1987年投入运行。该厂最初采用的是物化处理技术,2008年改进为生物处理技术。Geolide污水处理厂占地面积为30 000m2,是世界占地面积最大的地下污水处理厂。该厂污泥厌氧消化产生的沼气用于热电联产,除供污水处理厂用之外,还能为足球场供热。

图1-9 GeoIide污水处理厂入口

图1-10 GeoIide污水处理厂内景