半地下式污水处理厂消防设施设计探究

张慧文 罗伟 龚本洲

（长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010）

1 引言

地下式和半地下式污水处理厂因节约土地资源、环境影响小、景观好等特点，日渐兴起和发展。然而污水厂地下箱体内一旦发生火灾，热量易积累，疏散困难，扑救难度大，其消防设计必须引起重视。为解决地下式和半地下式污水厂消防设施设计难题，以湖北省鄂州市某半地下式污水处理厂为例，通过分析地下箱体内人员值守和可燃物特性，对其消防隐患进行探讨，结合现行消防规范，判定地下箱体火灾危险性级别，提出箱体消防设施要求，并进行实际工程的消防设施设计。

2 工程概况

湖北省鄂州市某污水处理厂三期新建工程采用人造坡地式地下污水处理厂形式，建设规模为4 万m3/d，设计出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A 标准。污水处理主体工艺采用改良AAO 工艺，工艺流程如图1 所示。主要新建建（构）筑物有细格栅渠及曝气沉砂池、水解酸化池、A/A/O 生化池、二沉池、污泥泵房、深度处理间、消毒间、巴氏计量槽、尾水提升泵房、配电间及鼓风机房、生物除臭系统、加药间、污泥处理间等。尾水通过尾水提升泵站排入长江。

图1 污水处理厂工艺流程

污水处理厂总用地面积33 329.3 m2，总建筑面积3 123.09 m2，计容建筑面积28 677.94 m2。除配水井、事故池、加氯间、综合办公楼等采用地上式建设以外，其他生产性建构筑物均设于半地下式的箱体中。其中，所有污水池体设置于箱体地下一层，处理设备间位于箱体地面一层。箱体屋顶覆土1.5 m，进行绿化种植并设置活动场地。地下箱体建筑面积27 351.34 m2。箱体地下一层层高为8.2 m，地上一层层高为6.0 m，地上一层室内地面高出室外地坪0.2 m。

由于本工程污水厂生产性建（构）筑物均位于半地下式箱体中，仅有环形车道和疏散楼梯与外部相通，一旦发生火灾，热量易积累，产生高温浓烟，内部疏散较为困难，外部扑救难度大，因此对消防设计提出了更高的要求［1］。

3 地下箱体火灾隐患分析

3.1 污水厂人员工作特点

本工程污水厂设综合自动控制系统，在地上综合办公楼内设置中央监控室，可以实现全厂范围的全自动化和全信息化的生产与管理，地下箱体内各生产建（构）筑物均无需人员值守，仅设置工作人员进行定期场内巡检和维修。

3.2 地下箱体可燃性气体特性及浓度水平分析

通常情况下，在污水处理过程中会产生甲烷、氨气、硫化氢、甲硫醇、二甲二硫、硫化醇（甲硫醚）等臭气和可燃性气体［2］。当可燃性气体浓度达到一定范围，且有明火的条件下，会引发火灾危险。各主要可燃性气体的爆炸极限见表1。

表1 可燃性气体的性质［2］

上述可燃性气体中，甲烷气体的火灾隐患最为突出。甲烷的产生通常是在厌氧环境下，由厌氧菌将污水或污泥中的有机物分解为无机物，产生甲烷的同时，生成二氧化碳及少量硫化氢、氨气［3］。本工程污水处理厂地下箱体内仅有AAO 生物池存在厌氧区，均已加盖密封，并设有全面的生物除臭设施进行负压抽吸，箱体内亦设置强制性机械通风换气系统，因此无法满足甲烷大量生成和聚集的必要环境条件。仅有的微量浓度可通过通风除臭系统排出厂外，由此确保箱体内甲烷浓度水平远低于燃烧和爆炸极限。

在污水处理厂实际生产过程中产生的氨气和硫化氢浓度设计标准值见表2［4］。由表2 可知，氨气和硫化氢均无法达到其燃烧和爆炸需要的极限浓度。

表2 市政污水处理厂典型处理构筑物硫化氢和氨气设计标准值mg/m3

综上可知，污水处理厂地下箱体内可燃性气体的浓度水平远低于其燃烧和爆炸极限，且本工程全厂采用机械通风和生物除臭系统，可间接消除由可燃性气体带来的消防安全隐患。

4 工程与现行消防规范的衔接

指导消防设计的国内规范主要为GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版），对于污水处理厂这种“地下空间（主体构筑物）”布置形式尚无可以完全对号入座的规范和相应条款，较接近的有GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）第3章“厂房和仓库”，根据该规范第3.1.1 条和3.1.3 条，常温下使用、加工、储存不燃烧物质的厂房或仓库，火灾危险性分类为戊类。本工程污水处理厂的生产对象为不燃烧物质，生产过程中产生极少量易燃、易爆物质。结合前文分析，地下箱体内可燃性气体浓度水平极低，生产过程中无明火，无值班人员长时间值守。由此判定本工程半地下式箱体的生产火灾危险性级别为戊类。根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）第8.1.2 条和8.2.1 条，地下箱体应设置室外消火栓和室内消火栓系统［5］。

需注意的是，本工程柴油发电机房位于箱体地面一层，建筑面积41.76 m2，同时设有3.42 m2储油间，储油量小于1 m3。柴油发电机房与储油间及其他房间之间均采用耐火极限不低于2 h 的防火墙和甲级防火门。考虑到一旦停电，污水处理厂停止生产，将严重影响上游工厂生产和居民生活，且箱体地下一层有被污水淹没的风险，因此判定柴油发电机房及储油间属于特殊重要设备室。根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）第8.3.9 条，应设置自动灭火系统，并宜采用气体灭火系统［5］。

5 消防给水及消防设施设计

5.1 消防用水量

根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》相关规定，本工程同一时间内火灾次数为一次。室外消防水量按需水量最大的一座建筑物计算。本工程箱体建筑地下建筑部分体积超过50 000 m3，考虑其他地上建筑，综合确定本工程室外消火栓用水量为30 L/s，室内消火栓系统水量为40 L/s。火灾延续时间2 h［6］。

5.2 消防水源

厂区从市政道路引入2 根DN200 mm 的给水管，经水表计量后，在厂区内连接成环，室外消防给水与生活、生产给水合用。

在箱体地下一层设置消防泵房及消防水池，消防水池有效容积288 m3，作为室内消防水源。

5.3 室外消防

室外消火栓直接从给水环网接出，最不利点的消火栓水压不低于10 m，最大消防用水量为30 L/s。采用SS150/65 型室外地上式消火拴，消火栓间距小于120 m。厂区设有完整的污水管网和雨水管网系统，消防水可以就近排入厂区雨、污水管网。

5.4 室内消防

室内消火栓采用临时高压系统，在箱体地下一层设置288 m3消防水池1 座，泵房地面与室外地面高差为7.2 m。消防泵房内设消防泵2 台（1 用1 备，Q＝40 L/s，H＝0.44 MPa，N＝30 kW，含电控柜及巡检装置）；并设消防稳压泵2 台（1 用1 备，Q＝1 L/s，H＝0.28 MPa，N＝2.2 kW，含电控柜及巡检装置）及稳压罐1 台（总容积1 000 L，调节容积150 L），用以保证平时消防管网压力。消防水池设有各种报警水位，其最低有效水位满足消防泵自灌要求，水池为钢凝土水池。

5.5 建筑灭火器配置

根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）中第8.1.6 条，除住宅外的民用建筑、厂房（仓库）、储罐（区）、堆场应设置灭火器［5］。

根据GB 50140—2005《建筑灭火器配置设计规范》相关规定，本工程箱体配电间、柴油发电机房、机柜间按E 类火灾中危险级设手提式磷酸铵盐干粉灭火器，灭火器配置级别为2A（MF/ABC4），灭火器的最大保护距离为20 m，充装量4 kg［7］。

污水厂箱体其他位置均按A 类火灾轻危险级设手提式磷酸铵盐干粉灭火器，灭火器配置级别为1A（MF/ABC4），灭火器的最大保护距离为25 m，充装量4 kg。

5.6 柴油发电机房及储油间气体灭火系统设计

由于本工程柴油发电机房、储油间与其他房间之间均采用耐火极限不低于2 h 的防火墙和甲级防火门，且储油间储油量小、危险性不高，因此在满足自动灭火需求的基础上进行简化消防设施设计。在柴油发电机房及储油间设有悬挂式干粉罐，干粉罐的规格、灭火等级、保护半径和悬挂间距等满足自动灭火需求。

5.7 消防排水

箱体内的消防排水与箱体其他地面排水共用排水沟及废水提升泵，提升后进入箱体外地上事故池及污水工艺处理系统。

6 结论

（1）根据污水厂地下箱体内人员值守情况和可燃物的特性，结合现行规范，判定地下箱体火灾危险性级别为戊类。

（2）地下箱体应设置完善的室外消防系统和室内消防系统及手提式建筑灭火器。

（3）对于特殊的柴油发电机房、储油量较小的储油间，设置悬挂式干粉罐，满足自动灭火需求。