全康環(huán)保:0 引言：城鎮污水處理廠(chǎng)是防止水污染、改善水環(huán)境質(zhì)量的重要市政基礎設施。傳統污水處理廠(chǎng)建設在地上，隨著(zhù)城鎮化的快速發(fā)展，城市邊緣不斷向外擴張，早期建設的地上式污水處理廠(chǎng)已逐漸被城區包圍，臭氣、噪聲等二次污染的“鄰避”效應逐漸凸顯，與現代城市生態(tài)文明的矛盾日益突出。因此，傳統地上式污水處理廠(chǎng)已難以滿(mǎn)足城鎮發(fā)展建設的需求。隨著(zhù)土地價(jià)值的不斷提升，地下式污水處理廠(chǎng)在新建污水處理廠(chǎng)中的比例急劇增加，部分經(jīng)濟發(fā)達地區甚至提出新建污水處理廠(chǎng)全部采用地下式。

地下式污水處理廠(chǎng)將污水處理設施轉移到地下，可有效節省土地的地上空間，同時(shí)可進(jìn)行園林綠化、公共服務(wù)、商業(yè)娛樂(lè )等設施建設，從而改善環(huán)境質(zhì)量，提升土地價(jià)值，將“鄰避”變成“鄰利”，具有巨大的經(jīng)濟、社會(huì )和環(huán)境效益。

然而，地下式污水處理廠(chǎng)的設計、建設、管理等很多方面大大有別于傳統地上式污水處理廠(chǎng)。特別是在消防設計方面，由于地下式污水處理廠(chǎng)一旦發(fā)生火災，熱量不易散失，溫度高、煙霧濃、通風(fēng)差，燃燒時(shí)間長(cháng)，疏散和撲救難度大，故對消防設計的安全性與合理性要求較高。

消防行業(yè)的相關(guān)標準或規范在地下式污水處理廠(chǎng)方面尚缺少設計依據，容易造成防火分區劃分過(guò)小，通風(fēng)及防排煙設計復雜，避難通道和逃生口眾多，影響土地資源的二次開(kāi)發(fā)利用。同時(shí)大量的消防和噴淋管道也會(huì )造成安裝工程量增大，維修保養不便等諸多問(wèn)題。

目前國內尚無(wú)針對地下式污水處理廠(chǎng)的消防設計標準或規范，國內已建或在建地下式污水處理廠(chǎng)的消防設計大多采用“一事一議”的審批原則，易出現安全隱患或過(guò)度設計，因此非常有必要尋求科學(xué)簡(jiǎn)潔的消防設計標準。

為此，本文在系統梳理上海市首座全地下式污水處理廠(chǎng)――南翔污水處理廠(chǎng)工程建設經(jīng)驗的基礎上，對地下式污水處理廠(chǎng)的消防設計邊界條件進(jìn)行了系統分析，針對危險源進(jìn)行了全面識別，并提出相應解決方案，同時(shí)從建筑消防設計、防排煙設計、電氣消防設計、消防控制系統設計等方面詳細介紹了本工程的消防設計方案，最后結合類(lèi)似工程案例的實(shí)踐經(jīng)驗總結，為地下式污水處理廠(chǎng)消防設計方案的不斷完善提供參考和依據。

1 項目概況

上海南翔污水處理廠(chǎng)位于上海市嘉定區，其采用了全地下式建設型式。南翔污水處理廠(chǎng)建成后上部形成一片開(kāi)放的景觀(guān)綠地，為市民提供了一個(gè)環(huán)境優(yōu)美的休閑公園，同時(shí)成為宣傳城市水文化知識的教育基地。

南翔污水處理廠(chǎng)總占地面積11.32 hm2，總處理規模15萬(wàn)m3/d，其中一期工程采用全地下建設模式，處理規模5萬(wàn)m3/d（土建按10萬(wàn)m3/d建設），其工藝流程如圖1所示。出水標準為《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，部分出水滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）娛樂(lè )性水景類(lèi)景觀(guān)用水標準。地下箱體占地約3 hm2，其平面布置圖如圖2所示。

地下箱體在豎向空間布置上分為四層，由上至下分別為景觀(guān)公園層、覆土層、操作層（負一層）及池體層（負二層），其豎向布置如圖3所示。景觀(guān)公園層為開(kāi)放式的景觀(guān)綠地和休閑公園；覆土層根據景觀(guān)公園功能設計及植被對土層厚度的要求覆土，厚度約1??0 m；操作層以生產(chǎn)和輔助用房為主，承擔巡檢功能；池體層以處理構筑物和管廊為主，承擔處理功能。

2 消防設計邊界條件分析

2.1 地下箱體空間功能分析

2.1.1 操作層功能分析

位于景觀(guān)公園層和覆土層以下的操作層又分為構筑物區域（約25 000 m2）和建筑物區域（約5 000 m2）。構筑物區域主要包括水池蓋板、檢修走道以及用于通風(fēng)和除臭的風(fēng)機設備用房。水池蓋板上無(wú)可燃物，除巡檢外幾乎不到達該區域，故無(wú)火災安全隱患。建筑物區域主要為各類(lèi)生產(chǎn)用房（如鼓風(fēng)機房、脫水機房、加藥間、泵房等）和輔助用房（如變配電間、控制室、儀表間、機修間等）。

總體而言，操作層空間較大，設置了東西向車(chē)行通道，便于運行巡視和設備檢修。車(chē)行通道與箱體外部道路相連通，供日常巡視人員和設備故障檢修車(chē)（僅大型設備故障時(shí)需要）通行。

2.1.2 池體層功能分析

位于操作層以下的池體層則以處理構筑物（污水、污泥）和管廊（污水、污泥、空氣、藥劑等管線(xiàn)）為主，一般情況下無(wú)人員活動(dòng)。

2.1.3 地下箱體運行管理

本工程采用自動(dòng)化管理，地下箱體內無(wú)固定辦公人員，僅有工作人員定時(shí)進(jìn)入巡檢和設備維修。地下箱體每天定時(shí)巡檢的工作人員一般小于3人，每次巡檢時(shí)間小于≤60 min。

2.2 危險源識別及其防范措施

2.2.1 可燃性氣體及濃度水平

為探明南翔污水處理廠(chǎng)的消防設計邊界條件，有必要對地下箱體中可能出現的危險性有害氣體的來(lái)源、濃度水平、除臭處理措施等作系統分析。一般來(lái)說(shuō)，市政污水中散發(fā)的可燃氣體成分有硫化氫（H2S）、甲硫醇（CH4S）、甲硫醚（C2H6S）、二甲二硫（C2H6S2）、氨氣（NH3）等，而這些成分又是造成污水具有惡臭氣味的主要來(lái)源。因此將上述氣體物質(zhì)統稱(chēng)為臭氣。根據《城鎮污水處理廠(chǎng)臭氣處理技術(shù)規程》（CJJ/T 243-2016）市政污水處理廠(chǎng)典型處理區域中發(fā)生H2S、NH3及臭氣濃度的設計標準見(jiàn)表1。具有普遍的指導性意義。

另外，某些特定的處理環(huán)節（如污泥消化）還會(huì )產(chǎn)生甲烷（CH4）。CH4是一種具有嚴重安全隱患的無(wú)色無(wú)味的可燃性氣體，當其濃度達到某一極限時(shí)，遇到明火條件就會(huì )發(fā)生爆炸（燃燒）。CH4在污水處理過(guò)程中生成可能性及濃度水平與污水處理工藝有著(zhù)直接關(guān)系。污水處理廠(chǎng)本工程地下箱體的污水和污泥處理工藝不具備甲烷產(chǎn)生的條件，即使在儲泥池內CH4的濃度僅為微量，且可以通過(guò)通風(fēng)系統排出廠(chǎng)外，不至產(chǎn)生聚集。參考類(lèi)似工程監測報告（見(jiàn)表2），在厭缺氧池、儲泥池、脫水機房等部位監測到的CH4無(wú)組織排放含量最大值為7.7×10-4%，遠低于爆炸極限值4.9～16%。

另外，本工程中CH4、H2S和NH3的濃度水平均遠低于《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）中規定的“可不按物質(zhì)危險特性確定生產(chǎn)火災危險性類(lèi)別的最大允許值”，故可不按照甲/乙類(lèi)考慮。

2.2.2 可燃性氣體的去除措施

為了消除可燃性氣體對操作人員和處理設施帶來(lái)的不利影響和安全隱患，地下箱體內除了設置一套完善的通風(fēng)和除臭系統，其對產(chǎn)生可燃性氣體的設施進(jìn)行密封抽吸外，還在操作層空間進(jìn)行了機械通風(fēng)換氣設計，確保對上述可燃性氣體的去除，從而有效消除安全隱患。

2.2.3 藥劑危險性分析

除磷藥劑：本工程以生物除磷為主，化學(xué)除磷為輔。除磷藥劑選用不可燃的PAC溶液，無(wú)燃爆危險?；馂奈ｋU性等級為戊類(lèi)。

消毒藥劑：本工程的消毒工藝為加氯消毒，藥劑選用次氯酸鈉溶液，不可燃，無(wú)燃爆危險，火災危險性等級為戊類(lèi)。

助凝劑：本工程在高效沉淀池中使用的助凝劑為不可燃的PAM（陰離子），無(wú)燃爆危險，火災危險性等級為戊類(lèi)；PAM（陽(yáng)離子），用于在污泥脫水環(huán)節使用的聚合物，不可燃性物質(zhì)，無(wú)燃爆危險，火災危險性等級同樣為戊類(lèi)。

2.3 消防設計邊界條件總結

南翔污水處理廠(chǎng)產(chǎn)生的可燃性氣體濃度遠遠低于該氣體的爆炸燃燒極限，并且在通風(fēng)系統作用下，地下箱體內可燃性氣體將維持在一個(gè)更低的濃度水平以至趨近于零，滿(mǎn)足相關(guān)標準。

上述消防設計邊界條件的識別結果為南翔污水處理廠(chǎng)地下箱體的消防設計方案提供了較為關(guān)鍵的設計依據。

3 消防設計方案

3.1 建筑消防設計

通過(guò)對消防設計邊界條件分析可知，地下箱體內建（構）筑物的火災危險性應根據生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)性質(zhì)及其數量等因素分類(lèi)，并符合表3的規定。

本工程的耐火等級定為一級，地下箱體中的生物反應池、二沉池等池頂操作層構筑物區域的防火分區面積按工藝要求確定，其中的水面面積不計入相應防火分區的允許建筑面積。

另外，操作層構筑物區域每個(gè)防火分區內任一點(diǎn)至最近安全出口的直線(xiàn)距離不大于60 m，可利用通向相鄰防火分區的甲級防火門(mén)作為第二安全出口，但每個(gè)防火分區至少設置一處直通室外的獨立安全出口。

將建筑物區域劃分為４個(gè)防火分區，每個(gè)防火分區建筑面積均不超過(guò)2 000 m2（最小的防火分區面積為903 m2，最大的防火分區面積為1 954 m2），設自動(dòng)噴水滅火設施。建筑物區域和構筑物區域應按規定設置消火栓及滅火器。

3.2 防排煙設計

本工程地下箱體的操作層構筑物區域無(wú)可燃物且無(wú)人員經(jīng)常停留，故不設置消防排煙系統；變配電間設置機械排煙系統及補風(fēng)系統，并與通風(fēng)系統設備兼用；地下建筑物超過(guò)兩層及總高度超過(guò)10 m的防煙樓梯間設置機械加壓送風(fēng)防煙系統。

通風(fēng)系統送回風(fēng)管穿越機房及防火分區隔斷處設置70 ℃熔斷的防火調節閥，通風(fēng)風(fēng)管為不燃材料；系統附件及絕熱材料燃燒性能均符合現行國家標準《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）和《建筑防煙排煙系統技術(shù)標準》（GB 51251-2017）的有關(guān)規定，且耐油耐潮耐酸堿腐蝕。排煙風(fēng)機前設置排煙防火調節閥，當煙氣溫度達到280 ℃時(shí)，排煙防火調節閥熔斷關(guān)閉，相應排煙風(fēng)機聯(lián)鎖停止運行。

兼作防排煙用的通風(fēng)、空氣調節設備受消防系統控制，并在火災時(shí)能切換到消防狀態(tài)。

3.3 電氣消防設計

本工程的變電所均位于地上一層，主要高低壓設備及變壓器均設在地上變電所內，地下箱體內僅設設備控制柜、動(dòng)力配電柜等。變壓器選擇干式，避免油火災危險。消防設備按二級負荷供電，控制箱采用二路進(jìn)線(xiàn)，二路電源箱內自切。消防水泵、防火卷簾、消防風(fēng)機、疏散照明和指示、消防控制系統、消防排水泵等設備均不低于二級負荷。

地下箱體應急照明配電箱根據防火分區布置，每個(gè)防火分區1套，負責該分區內的應急照明和疏散指示的配電。設置在同一防火分區的防火卷簾、消防排水泵等自帶控制箱的設備，其供電電源由本防火分區的消防雙電源自動(dòng)切換后單回路供電。消防水泵房、防排煙機房等火災時(shí)仍需工作的房間的備用照明電源，由本房間內的應急電源配電箱供電。成束敷設的配電線(xiàn)路的電線(xiàn)和電纜均選用阻燃型。

3.4 消防控制系統設計

本工程的消防報警系統采用區域報警系統設計，包括火災自動(dòng)報警、消防聯(lián)動(dòng)控制、消防應急廣播及消防電話(huà)等。

其中，火災自動(dòng)報警系統采用感煙火災探測器，出入口及逃生通道設置聲光報警器，人行及車(chē)行通道內設置應急廣播，與廣播系統合用；消防聯(lián)動(dòng)控制器可以手動(dòng)控制與正常通風(fēng)合用的通風(fēng)機、排煙風(fēng)機、消防水泵等消防設備；報警控制器自動(dòng)控制的設備包括通風(fēng)系統、防火卷簾、消防廣播、報警器等；同時(shí)在綜合樓中央控制室樓層位置設置火災顯示盤(pán)和報警裝置。

3.5 消防設計方案總結

《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）對全地下污水處理廠(chǎng)中“地下箱體”布置形式尚無(wú)可以完全對號入座的相應條款。因此，本工程消防設計時(shí)，除了對規范進(jìn)行了充分解讀外，我們還深入調研和借鑒了國內外數座已投入運行的全地下式污水處理廠(chǎng)的消防設計經(jīng)驗，并結合本工程地下箱體的工藝布置特點(diǎn)，確定如下消防設計方案：優(yōu)化地下箱體布局，按功能不同將地下箱體劃分為建筑物區域和構筑物區域。建筑物區域的生產(chǎn)火災危險等級定義為戊類(lèi)，單個(gè)防火分區最大面積不超過(guò)2 000 m2，構筑物區域不進(jìn)行消防分區。消防系統由“消火栓＋自動(dòng)噴水滅火系統＋滅火器＋自動(dòng)報警系統”組成。地下變配電間設置機械排煙系統。

除采取以上工程措施外，投運后必須加強消防知識和技能的培訓，并制定消防應急預案，堅持“防消結合，以防為主”的原則，確保地下廠(chǎng)消防安全。

4 相關(guān)工程案例

4.1 深圳布吉污水處理廠(chǎng)

該工程處理規模20萬(wàn)m3/d，工藝流程和本工程類(lèi)似。建設形式為全地下式污水處理廠(chǎng)，地下箱體頂覆土1.5 m，覆土后地坪比周?chē)仄郝愿?。地下箱體面積約21 400 m2。消防設計時(shí)將整個(gè)箱體定義為“地下構筑物”，設置了室內消火栓及滅火器，未設置自動(dòng)噴水滅火系統。該項目專(zhuān)門(mén)組織了消防安全專(zhuān)題會(huì )議，通過(guò)審查。

4.2 北京槐房再生水廠(chǎng)

該工程處理規模60萬(wàn)m3/d，工藝流程和本工程類(lèi)似。建設型式為全地下式污水處理廠(chǎng)，地下箱體上頂覆土1～2 m，覆土后地坪比周?chē)仄郝愿?。地下箱體建筑面積為13 hm2。消防設計時(shí)將整個(gè)箱體劃分為不同區域，廠(chǎng)房部分按廠(chǎng)房執行《建筑設計防火規范》（GB 50016-2014）的有關(guān)規定。水池頂蓋部分依據工藝流程分系列劃分，面積突破現行規范要求。每個(gè)防火分區均設有直接通往地面的疏散出口，以及通往相鄰防火分區的安全出口。每個(gè)防火分區內設置了室內消火栓及滅火器，同時(shí)在主通道設置自動(dòng)噴水滅火系統。該項目的消防設計方案已上報北京市消防局，并通過(guò)審查。

4.3 鄭州南三環(huán)污水處理廠(chǎng)

該工程處理規模10萬(wàn)m3/d，工藝流程與本工程類(lèi)似。建設型式為半地下式污水處理廠(chǎng)，地下箱體兩長(cháng)邊放坡與現狀地坪接順，兩短邊敞開(kāi)，可以開(kāi)門(mén)窗。地下箱體建筑面積為31 432.5 m2，分為11個(gè)防火分區，最大的防火分區面積為3 924 m2；每個(gè)防火分區均設置了3個(gè)安全出口，其中有1個(gè)直通室外地面。每個(gè)防火分區內均設置室內消火栓及滅火器，未設置自動(dòng)噴水滅火系統。該項目的消防設計方案已上報鄭州市消防局，通過(guò)審查。

4.4 昆明第十一污水處理廠(chǎng)

該工程處理規模6萬(wàn)m3/d，工藝流程與本工程類(lèi)似。建設型式為全地下式污水處理廠(chǎng)，地下箱體上頂覆土1～2 m，覆土后地坪比周?chē)仄郝愿?。地下建筑面積約27 033 m2，分為9個(gè)防火分區，最大的防火分區面積為3 945 m2，每個(gè)防火分區設置了2個(gè)以上安全出口，其中有1個(gè)直通室外地面。在每個(gè)防火分區內設置室內消火栓及滅火器，設置自動(dòng)噴水滅火系統。該項目的消防設計方案上報昆明市消防局，通過(guò)審查。

4.5 北京稻香湖再生水廠(chǎng)

該工程處理規模8萬(wàn)m3/d，工藝流程與本工程類(lèi)似。建設形式為全地下式污水處理廠(chǎng)，地下箱體上頂覆土1～2 m，覆土后地坪比周?chē)仄郝愿?。地下建筑面積約14 220 m2，消防設計時(shí)將整個(gè)箱體定義為“地下構筑物”，設置7個(gè)防火分區，設置了室內消火栓及滅火器，未設置自動(dòng)噴水滅火系統。該項目的消防設計方案上報北京市消防局，通過(guò)審查。

國外（日本、韓國等）很多地下式污水處理廠(chǎng)防火分區及逃生口設置均按相關(guān)部門(mén)的專(zhuān)家論證結果設置，普遍比國內防火分區面積大，一般地下箱體僅設置消火栓滅火系統并配置滅火器，不設置自動(dòng)噴水滅火系統。

5 結語(yǔ)

相比于傳統的地上式污水處理廠(chǎng)，地下式污水處理廠(chǎng)的消防設計具有一定特殊性。我國相關(guān)行業(yè)規范中尚無(wú)針對地下式污水處理廠(chǎng)消防設計的相關(guān)要求，國內地下式污水處理廠(chǎng)的設計大都處于各設計院自我摸索階段，每逢報建審批需花費大量時(shí)間和精力溝通，每個(gè)項目建設的要求標準不一，前期審批和后期驗收不一，這給設計、政府主管部門(mén)、參建單位等造成很大困擾。因此有必要針對地下式污水處理廠(chǎng)的特點(diǎn)制定相應的消防對策和方案，形成統一的標準或規范。

據悉該問(wèn)題已引起國家相關(guān)部門(mén)的充分重視，正在組織有關(guān)機構編制地下式污水處理廠(chǎng)消防設計的相關(guān)標準（規范），其實(shí)施和執行必將有效規范和保障全國各地擬建地下式污水處理廠(chǎng)消防設計的安全性、科學(xué)性、合理性、先進(jìn)性，切實(shí)保障我國地下式污水處理廠(chǎng)消防設計、建設及運行的良性發(fā)展。