论文部分内容阅读
【摘 要】地下污水处理厂由于处在地下封闭空间，受用地及高度限制，其内部工艺、电气设备布置集中紧凑，维护管理不方便，同时污水收集处理过程中会产生一定量的有毒有害气体，造成地下污水厂在运行过程中存在诸多的安全隐患，通过对地下污水处理厂特点的分析，从设备安全、人员安全、消防安全及数据信息安全的角度分别阐述了对应的安全保障措施，以保证污水厂运行安全。
【关键词】安全；地下污水处理厂；保障措施
近年来，随着国家生态文明建设和生态环境保护的战略目标出台及民众环保意识的提高，地上污水处理厂逐渐暴露出占地面积过大、影响周边开发建设、存在二次污染等缺点，在城市用地紧张的问题日益突出的今天，占地面积更小，环境友好型更强的地下污水处理厂开始受到广泛关注。地下污水处理厂将所有构筑物组团布置，形成地下箱体。地下工艺、电气设备等布置集中，地下明敷管线错综复杂，地下环境相对封闭、恶劣，因此，对地下污水处理厂的运行安全从设备、人员、消防及数据信息等方面均提出了更高的要求。
1 地下污水厂设备安全
1.1电源保障
地下污水处理厂土建部分一般按终期规模建设，设备可分期安装。污水厂用电负荷等级为二级，根据规范要求采用两回线路供电，每回线路均能满足污水厂全部负荷需求，电源进线按终期规模建设，最大限度保障污水厂的连续运行。变压器选择干式变压器，根据地下污水厂规模及建设分期情况灵活采用不同运行方式。考虑电气元器件选择，单台变压器容量不宜超过1600kVA。
1.2防水淹
地下污水处理厂所有工艺流程环节均位于地下，当来水量突增或因设备故障导致运行事故时，可能会导致全厂或局部水淹。采取多道闸（阀）门对进水进行控制。以设计某项目为例，在厂外进水井设置智能拦蓄液压闸，用于控制进厂水位，控制系统通过超声波液位计对闸门前后水位进行检测，同时采集闸门的开度位置信号进行计算后，根据事先设定的水位状态的控制指令，精准控制闸门的上升与下降，使水位始终维持预设高度。为防止闸门被垃圾、淤泥等卡住，智能拦蓄液压闸采用下开式，并采用多级密封工艺。在进水管上设有检修闸门、蓄能液控阀、流量控制阀和流量计。蓄能液控阀依靠机械电磁联合锁定开启，失电时电磁力消失，机械锁定开启，阀门快速关闭；流量控制阀配合进水管上的流量计，根据设定的阀后水位自动控制流量；检修闸门采用手/电两用控制，在全厂检修时关闭。为确保这几道进水安全屏障能可靠工作，宜在进水前端设置单独配电箱，并利用厂内设置的EPS设备给闸（阀）门及检测仪表提供应急电源。另外，地下污水厂设有排水泵房，设置小功率排渍泵用于水池放空、雨水回灌或局部水渍排空。为确保排渍泵正常工作，设置EPS电源给排渍泵供电。
1.3防潮防腐
地下污水处理厂箱体属于一个相对封闭的空间，内部池体较多，且地下空间本来潮气较重，特别是地下配电间内精密设备较多，潮气对电气设备的运行造成严重威胁。因此，在所有高低压配电柜、现场控制柜、PLC柜等内部均设置温湿度控制装置，自动调节柜内温湿度。除电气设备本身的温湿度调节外，配电间宜设置独立的新风系统，加强配电室内空气流动。其他单体构筑物或房间内设置机械通风装置及湿度仪，为了减少通风机台数，采用自然进风，机械排风，并尽可能地利用天井和楼梯间设置自然进风口。另外，地下污水厂应重视腐蚀性气体对电气设备及工艺设备的影响，所有的现场控制箱外壳应选用不锈钢材质或SMC复合材料，电缆桥架采用不锈钢电缆桥架，金属穿线管采用热镀锌，风机、水泵、阀门等外壳均应防腐涂刷。
2地下污水厂人员安全
根据地下污水厂的特点要求污水厂为全自动运行，运行时采用无人值守的方式，由工作人员定时巡检，设备故障时由检修人员进入厂内维修更换设备，另外，也可能存在人员进入地下污水厂内部参观或无关人员误入污水厂内部。为确保地下厂内人身安全，应设置完善的地下空间监控系统，并采用独立的光纤环网组网。
2.1出入口管理、入侵报警、门禁及视频监控系统
地下污水处理厂上部通常为绿地及公园，有多个疏散楼梯间直通地上室外，同时，还有车辆进出口与室外连通。因此，在车辆进出口设置车辆抓拍摄像机，通过车牌号识别自动联动开启电动门或电动卷帘。在疏散楼梯间上部出口设置门禁系统，仅允许工作人员刷卡或人脸识别进入污水厂内部。在车辆及人员出入口部位设置微波和被动红外负荷入侵探测器，位于综合楼的中控室同时兼具入侵报警系统控制中心，入侵报警系统可根据需要进行设防及撤防。地下污水厂的视频监控采用红外IP摄像机，除对污水厂生产进行监控外，在任何走人的地方应做到监控覆盖，同时与入侵报警系统联动。
2.2环境监测及有毒气体监测报警系统
由于地下环境复杂多变，在地下污水处理厂内人员停留场所的出入口、场所内巡检路线每隔一定距离应设置在线式氧气浓度监测装置。在地下厂区的每一个防火分区、变配电间、设备车间均设置温度和湿度传感器，同时在地下厂区外适当位置设置湿度仪，检测地下厂区外空气的湿度，以比较地下厂区内外的湿度。地下污水厂在污水收集处理的过程中均会产生硫化氢、氨气、沼气（主要成分为甲烷）等有毒有害、可燃气体，虽然污水厂内设置了除臭系统，但并不能完全将其清除，因此，应根据场地布置、可燃气体和有毒气体的理化性质及操作巡检路线设置可燃气体和有毒气体检测点，通常每隔15米设置一组。甲烷、氨气等比空气轻的气体检测点设在地下空间的上部，距地面0.5m～2m，特别是在封闭空间的最高点气体易于积聚处应增设气体检（探）测器。在工艺阀井及排渍泵房等场所，且可能积聚比重大于空气的硫化氢等可燃气体或有毒气体时，应设检（探）测器，安装高度距地面0.3m～0.6m。变配电间下面的电缆夹层和电缆桥架进入房间的洞口处等可燃气体或有毒气体有可能进入的地方应设置检（探）测器，在末端除臭设备前管道入口和末端排放口设置检（探）测器。所有固定安装的检测仪表均要求实时上传数据，宜采用EPS或UPS电源供电。在地下污水厂正常运行状态下，地下厂区内没有人员，系统根据地下厂区内外的温湿度情况，控制通风系统的运行。在地下厂区维护检修或巡检时，可按定时方式预编程控制，即每隔一定时间段开启风机，保障地下厂区内空气的新鲜度，也可以当检修或巡检人员进入地下厂区时，可采用监控中心远程提前开启风机或现场手动方式开启风机。当有毒有害气体超标时联动启动相应区域的机械通风装置，在中控室有相應的报警及事件记录功能，风机和风阀的状态参数都要通过通信系统实时上传至监控中心。此外，在格栅间和脱水机房等可能产生有毒有害气体的地点，张贴安全警示，配备防毒面具等防护措施，进入地下污水厂的人员应携带便携式氧浓度检测仪及有毒气体检测仪，防止意外事故的发生。 2.3巡检及通讯系统
地下污水处理厂采用在线式电子巡检系统，可以在任何有需要巡检的区域设置巡检点，且随时可以增添及撤销巡检点，方便对突发事件的处理。根据污水厂工作制度可采取每八小时巡检一次，巡检人员随身携带的巡检终端完成巡检工作。中控室内的值班人员具有设置、更改巡检路线的功能。系统对巡检人员的巡检区域、巡检路线、停留时间等进行规划、记录、提醒、报警等。当巡检人员未按路线行进、停留时间过长或未作停留等情况发生时，可发出报警提示，并联动相应区域内监控探头，中控室值班人员可通过无线语音通信系统进行相应的指导和管理。当巡检人员在巡检过程中发现设备故障或安全隐患，可以通过终端APP 以文字、语音、图片、视频等多种形式将现场情况实时上传汇报，为管理人员决策提供详尽现场信息，获得远程设备维护指导。紧急情况下，管理人员可根据地下空间内人员分布情况，通过无线语音通信系统、无线广播系统、精确定位终端等指导地下污水厂内人员沿安全路径进行逃生。同时指导救援人员快速定位事发区域和被困人员，实现应急救援的统一调度和指挥。地下污水厂所有无线基站电源均采用EPS或UPS电源供电。有条件的地下污水厂可直接引入移动或联通信号，可确保工作人员及参观人员的手机在地下污水厂内正常通信。此外，在各个防火分区内设置防水型IP广播电话，在危险情况下与中控室可直接通话。
3地下污水厂消防安全
地下污水处理厂目前没有针对性强的防火规范可依，设计时仍主要参考《建筑设计防火规范》，建议组织消防专项评估，对地下污水厂的防火分区、疏散距离、火灾自动报警系统及自动灭火系统设置等进行统筹考虑。地下污水厂配电间选择气体灭火系统，其余防火分区可以根据消防专项评估意见设置自动喷水灭火系统，通常在车道内宜设置自动喷水灭火系统。在地下污水厂内设置完善的疏散指示标志及疏散照明灯具，并保证疏散通道的畅通，确保火灾发生时人员能够安全快速的撤离。根据地下污水厂特点判定其属于可燃物很少，人员不多且很少停留的场所。为简化消防控制系统，降低工程造价，只在脱水车间、变配电间、鼓风机房、加药间、膜设备间、沉砂池及泵房等设备较集中，有人员停留的地方设置了排烟设施，膜池、生物池、消防泵房等没有可燃物或不经常有人停留的地方及面积小于200m2的房间均不设防排烟设施。排烟系统均为排烟排风合用，正常情况下排风，火灾情况下排烟。根据防火分区的划分，在各防火分区、疏散楼梯间设置火灾报警探测器、火灾报警电话、手动报警按钮。将火灾报警装置、防排烟装置、自动灭火系统和防火卷帘等进行联动。此外，消防设备采用无卤低烟耐火电缆，其余采用无卤低烟阻燃电缆，最大限度减少火灾危险性。
4地下污水厂数据信息安全
地下污水厂自动化程度要求较高，地下自控设备及监测设备数量较多，各系统既能独立运行又能联动控制，为确保全厂数据信息安全及通讯可靠，全厂生产自控系统采用主环网+放射式相结合的拓扑结构，主要PLC站采用双冗余（CPU及IO模块均冗余），设置在地下污水厂配电间内，与两台生产监控核心交换机采用放射式方式进行连接。其余各现场由厂家配套的自带控制系统的控制柜根据工艺流程分组接入现场交换机。现场交换机与两台生产监控核心交换机采用环网结构。服务器采用工业级冗余容错服务器，通过服务器接入全厂主核心交换机。地下空间监控系统、电力监控系统及中控室操作员站、工程师站、服务器等均采用放射式拓扑结构接入全厂主核心交换机。全厂自控系统与外网采用防火墙进行隔离，以确保污水厂运行数据信息安全。
5结论
地下污水处理厂由于地下空间环境的特殊性，确保运行安全是其运行过程中重中之重的事情。在满足规范要求的前提下，合理的采取对应的安全保障措施，对涉及安全的关键设备应提供可靠的电源保证，对污水厂自动运行的关键系统应提供冗余备用的双保险措施，对涉及人员安全的通信及环境监测仪表应做到全厂覆盖，兼顾安全性及经济性。同时应加强工作人员的安全意识和安全培训，保障地下污水处理厂的安全运行。
参考文献：
[1]谭伟，付浩程.地埋式污水厂电气自动化控制系统设计研究[J].建筑设计管理，2018（2）：94-96.
[2]徐晓波，崔洪升，刘世德.地下污水处理厂的安全设计分析及建议[J].中国给水排水，2017（10）：17-21.
[3]董建明，孙展.浅谈地下污水处理厂电气设计的特点[J].工程建设与设计，2018（06）：69-70.
[4]刘世德，崔洪升，尹兴蕾，王文相，邓金颖，李一川.全地下污水处理厂消防设计分析及建议[J].中国给水排水，2016（16）：46-49.
[5] GB50016-2014，建筑設计防火规范（2018年版）[S]
[6] GB50116-2013，火灾自动报警系统设计规范[S]
（作者单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司）
【关键词】安全；地下污水处理厂；保障措施
近年来，随着国家生态文明建设和生态环境保护的战略目标出台及民众环保意识的提高，地上污水处理厂逐渐暴露出占地面积过大、影响周边开发建设、存在二次污染等缺点，在城市用地紧张的问题日益突出的今天，占地面积更小，环境友好型更强的地下污水处理厂开始受到广泛关注。地下污水处理厂将所有构筑物组团布置，形成地下箱体。地下工艺、电气设备等布置集中，地下明敷管线错综复杂，地下环境相对封闭、恶劣，因此，对地下污水处理厂的运行安全从设备、人员、消防及数据信息等方面均提出了更高的要求。
1 地下污水厂设备安全
1.1电源保障
地下污水处理厂土建部分一般按终期规模建设，设备可分期安装。污水厂用电负荷等级为二级，根据规范要求采用两回线路供电，每回线路均能满足污水厂全部负荷需求，电源进线按终期规模建设，最大限度保障污水厂的连续运行。变压器选择干式变压器，根据地下污水厂规模及建设分期情况灵活采用不同运行方式。考虑电气元器件选择，单台变压器容量不宜超过1600kVA。
1.2防水淹
地下污水处理厂所有工艺流程环节均位于地下，当来水量突增或因设备故障导致运行事故时，可能会导致全厂或局部水淹。采取多道闸（阀）门对进水进行控制。以设计某项目为例，在厂外进水井设置智能拦蓄液压闸，用于控制进厂水位，控制系统通过超声波液位计对闸门前后水位进行检测，同时采集闸门的开度位置信号进行计算后，根据事先设定的水位状态的控制指令，精准控制闸门的上升与下降，使水位始终维持预设高度。为防止闸门被垃圾、淤泥等卡住，智能拦蓄液压闸采用下开式，并采用多级密封工艺。在进水管上设有检修闸门、蓄能液控阀、流量控制阀和流量计。蓄能液控阀依靠机械电磁联合锁定开启，失电时电磁力消失，机械锁定开启，阀门快速关闭；流量控制阀配合进水管上的流量计，根据设定的阀后水位自动控制流量；检修闸门采用手/电两用控制，在全厂检修时关闭。为确保这几道进水安全屏障能可靠工作，宜在进水前端设置单独配电箱，并利用厂内设置的EPS设备给闸（阀）门及检测仪表提供应急电源。另外，地下污水厂设有排水泵房，设置小功率排渍泵用于水池放空、雨水回灌或局部水渍排空。为确保排渍泵正常工作，设置EPS电源给排渍泵供电。
1.3防潮防腐
地下污水处理厂箱体属于一个相对封闭的空间，内部池体较多，且地下空间本来潮气较重，特别是地下配电间内精密设备较多，潮气对电气设备的运行造成严重威胁。因此，在所有高低压配电柜、现场控制柜、PLC柜等内部均设置温湿度控制装置，自动调节柜内温湿度。除电气设备本身的温湿度调节外，配电间宜设置独立的新风系统，加强配电室内空气流动。其他单体构筑物或房间内设置机械通风装置及湿度仪，为了减少通风机台数，采用自然进风，机械排风，并尽可能地利用天井和楼梯间设置自然进风口。另外，地下污水厂应重视腐蚀性气体对电气设备及工艺设备的影响，所有的现场控制箱外壳应选用不锈钢材质或SMC复合材料，电缆桥架采用不锈钢电缆桥架，金属穿线管采用热镀锌，风机、水泵、阀门等外壳均应防腐涂刷。
2地下污水厂人员安全
根据地下污水厂的特点要求污水厂为全自动运行，运行时采用无人值守的方式，由工作人员定时巡检，设备故障时由检修人员进入厂内维修更换设备，另外，也可能存在人员进入地下污水厂内部参观或无关人员误入污水厂内部。为确保地下厂内人身安全，应设置完善的地下空间监控系统，并采用独立的光纤环网组网。
2.1出入口管理、入侵报警、门禁及视频监控系统
地下污水处理厂上部通常为绿地及公园，有多个疏散楼梯间直通地上室外，同时，还有车辆进出口与室外连通。因此，在车辆进出口设置车辆抓拍摄像机，通过车牌号识别自动联动开启电动门或电动卷帘。在疏散楼梯间上部出口设置门禁系统，仅允许工作人员刷卡或人脸识别进入污水厂内部。在车辆及人员出入口部位设置微波和被动红外负荷入侵探测器，位于综合楼的中控室同时兼具入侵报警系统控制中心，入侵报警系统可根据需要进行设防及撤防。地下污水厂的视频监控采用红外IP摄像机，除对污水厂生产进行监控外，在任何走人的地方应做到监控覆盖，同时与入侵报警系统联动。
2.2环境监测及有毒气体监测报警系统
由于地下环境复杂多变，在地下污水处理厂内人员停留场所的出入口、场所内巡检路线每隔一定距离应设置在线式氧气浓度监测装置。在地下厂区的每一个防火分区、变配电间、设备车间均设置温度和湿度传感器，同时在地下厂区外适当位置设置湿度仪，检测地下厂区外空气的湿度，以比较地下厂区内外的湿度。地下污水厂在污水收集处理的过程中均会产生硫化氢、氨气、沼气（主要成分为甲烷）等有毒有害、可燃气体，虽然污水厂内设置了除臭系统，但并不能完全将其清除，因此，应根据场地布置、可燃气体和有毒气体的理化性质及操作巡检路线设置可燃气体和有毒气体检测点，通常每隔15米设置一组。甲烷、氨气等比空气轻的气体检测点设在地下空间的上部，距地面0.5m～2m，特别是在封闭空间的最高点气体易于积聚处应增设气体检（探）测器。在工艺阀井及排渍泵房等场所，且可能积聚比重大于空气的硫化氢等可燃气体或有毒气体时，应设检（探）测器，安装高度距地面0.3m～0.6m。变配电间下面的电缆夹层和电缆桥架进入房间的洞口处等可燃气体或有毒气体有可能进入的地方应设置检（探）测器，在末端除臭设备前管道入口和末端排放口设置检（探）测器。所有固定安装的检测仪表均要求实时上传数据，宜采用EPS或UPS电源供电。在地下污水厂正常运行状态下，地下厂区内没有人员，系统根据地下厂区内外的温湿度情况，控制通风系统的运行。在地下厂区维护检修或巡检时，可按定时方式预编程控制，即每隔一定时间段开启风机，保障地下厂区内空气的新鲜度，也可以当检修或巡检人员进入地下厂区时，可采用监控中心远程提前开启风机或现场手动方式开启风机。当有毒有害气体超标时联动启动相应区域的机械通风装置，在中控室有相應的报警及事件记录功能，风机和风阀的状态参数都要通过通信系统实时上传至监控中心。此外，在格栅间和脱水机房等可能产生有毒有害气体的地点，张贴安全警示，配备防毒面具等防护措施，进入地下污水厂的人员应携带便携式氧浓度检测仪及有毒气体检测仪，防止意外事故的发生。 2.3巡检及通讯系统
地下污水处理厂采用在线式电子巡检系统，可以在任何有需要巡检的区域设置巡检点，且随时可以增添及撤销巡检点，方便对突发事件的处理。根据污水厂工作制度可采取每八小时巡检一次，巡检人员随身携带的巡检终端完成巡检工作。中控室内的值班人员具有设置、更改巡检路线的功能。系统对巡检人员的巡检区域、巡检路线、停留时间等进行规划、记录、提醒、报警等。当巡检人员未按路线行进、停留时间过长或未作停留等情况发生时，可发出报警提示，并联动相应区域内监控探头，中控室值班人员可通过无线语音通信系统进行相应的指导和管理。当巡检人员在巡检过程中发现设备故障或安全隐患，可以通过终端APP 以文字、语音、图片、视频等多种形式将现场情况实时上传汇报，为管理人员决策提供详尽现场信息，获得远程设备维护指导。紧急情况下，管理人员可根据地下空间内人员分布情况，通过无线语音通信系统、无线广播系统、精确定位终端等指导地下污水厂内人员沿安全路径进行逃生。同时指导救援人员快速定位事发区域和被困人员，实现应急救援的统一调度和指挥。地下污水厂所有无线基站电源均采用EPS或UPS电源供电。有条件的地下污水厂可直接引入移动或联通信号，可确保工作人员及参观人员的手机在地下污水厂内正常通信。此外，在各个防火分区内设置防水型IP广播电话，在危险情况下与中控室可直接通话。
3地下污水厂消防安全
地下污水处理厂目前没有针对性强的防火规范可依，设计时仍主要参考《建筑设计防火规范》，建议组织消防专项评估，对地下污水厂的防火分区、疏散距离、火灾自动报警系统及自动灭火系统设置等进行统筹考虑。地下污水厂配电间选择气体灭火系统，其余防火分区可以根据消防专项评估意见设置自动喷水灭火系统，通常在车道内宜设置自动喷水灭火系统。在地下污水厂内设置完善的疏散指示标志及疏散照明灯具，并保证疏散通道的畅通，确保火灾发生时人员能够安全快速的撤离。根据地下污水厂特点判定其属于可燃物很少，人员不多且很少停留的场所。为简化消防控制系统，降低工程造价，只在脱水车间、变配电间、鼓风机房、加药间、膜设备间、沉砂池及泵房等设备较集中，有人员停留的地方设置了排烟设施，膜池、生物池、消防泵房等没有可燃物或不经常有人停留的地方及面积小于200m2的房间均不设防排烟设施。排烟系统均为排烟排风合用，正常情况下排风，火灾情况下排烟。根据防火分区的划分，在各防火分区、疏散楼梯间设置火灾报警探测器、火灾报警电话、手动报警按钮。将火灾报警装置、防排烟装置、自动灭火系统和防火卷帘等进行联动。此外，消防设备采用无卤低烟耐火电缆，其余采用无卤低烟阻燃电缆，最大限度减少火灾危险性。
4地下污水厂数据信息安全
地下污水厂自动化程度要求较高，地下自控设备及监测设备数量较多，各系统既能独立运行又能联动控制，为确保全厂数据信息安全及通讯可靠，全厂生产自控系统采用主环网+放射式相结合的拓扑结构，主要PLC站采用双冗余（CPU及IO模块均冗余），设置在地下污水厂配电间内，与两台生产监控核心交换机采用放射式方式进行连接。其余各现场由厂家配套的自带控制系统的控制柜根据工艺流程分组接入现场交换机。现场交换机与两台生产监控核心交换机采用环网结构。服务器采用工业级冗余容错服务器，通过服务器接入全厂主核心交换机。地下空间监控系统、电力监控系统及中控室操作员站、工程师站、服务器等均采用放射式拓扑结构接入全厂主核心交换机。全厂自控系统与外网采用防火墙进行隔离，以确保污水厂运行数据信息安全。
5结论
地下污水处理厂由于地下空间环境的特殊性，确保运行安全是其运行过程中重中之重的事情。在满足规范要求的前提下，合理的采取对应的安全保障措施，对涉及安全的关键设备应提供可靠的电源保证，对污水厂自动运行的关键系统应提供冗余备用的双保险措施，对涉及人员安全的通信及环境监测仪表应做到全厂覆盖，兼顾安全性及经济性。同时应加强工作人员的安全意识和安全培训，保障地下污水处理厂的安全运行。
参考文献：
[1]谭伟，付浩程.地埋式污水厂电气自动化控制系统设计研究[J].建筑设计管理，2018（2）：94-96.
[2]徐晓波，崔洪升，刘世德.地下污水处理厂的安全设计分析及建议[J].中国给水排水，2017（10）：17-21.
[3]董建明，孙展.浅谈地下污水处理厂电气设计的特点[J].工程建设与设计，2018（06）：69-70.
[4]刘世德，崔洪升，尹兴蕾，王文相，邓金颖，李一川.全地下污水处理厂消防设计分析及建议[J].中国给水排水，2016（16）：46-49.
[5] GB50016-2014，建筑設计防火规范（2018年版）[S]
[6] GB50116-2013，火灾自动报警系统设计规范[S]
（作者单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司）