隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,城市生活污水的排放越來越多，水體污染問題也越來越突出。要解決城市生活污水的污染問題，不僅要提高污水處理廠的處理能力,也要不斷完善市政污水管網(wǎng)的建設(shè)。市政污水管網(wǎng)常敷設(shè)在市政道路下,并隨道路標(biāo)高低起伏而埋設(shè)深度不一,當(dāng)污水管道埋深達(dá)到一定深度,管道敷設(shè)成本快速增加,后期管養(yǎng)難度也大幅提高,因此污水管道埋深較大顯得不經(jīng)濟(jì)也不合理。為解決這一問題,市政污水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),常在地勢較低處設(shè)置污水提升泵站,將污水通過污水泵站提升后排人污水管網(wǎng)或污水處理廠。

常用的污水提升泵站分為傳統(tǒng)污水泵站和一體化泵站,傳統(tǒng)污水泵站占地面積大、施工周期長、建設(shè)成本高,而一體化泵站占地面積小、施工周期短、建設(shè)成本較低。在城市發(fā)展進(jìn)程中,土地作為一種資源,其寶貴程度不言而喻,因此占地面積小的一體化泵站在市政污水管網(wǎng)建設(shè)中得到了快速的應(yīng)用。

隨著制造技術(shù)和工程技術(shù)的提升，一體化泵站可實(shí)現(xiàn)流量最大2000 m:/d,揚(yáng)程最大為50 m,埋深最大可超過 16 m,其應(yīng)用范圍可基本滿足市政污水管網(wǎng)各種工況需求。

1 一體化預(yù)制污水泵站的結(jié)構(gòu)與原理

1.1 一體化預(yù)制污水泵站組成

一體化泵站為成套供應(yīng)產(chǎn)品,主要由筒體、潛污泵、格柵液位計(jì)、進(jìn)出水管及閥門、控制柜及通風(fēng)系統(tǒng)組成。

(1)簡體。簡體是一體化泵站的主要設(shè)備,其不僅作為存放污水的集水池,也是潛污泵等主要設(shè)備安裝的空間。常用玻璃鋼(GRP)等質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和耐腐蝕強(qiáng)的材料。簡體結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外為防腐層、防滲層、結(jié)構(gòu)層和外保護(hù)層

(2)潛污泵。潛污泵是一體化泵站的核心裝置,其包括泵殼、葉輪、進(jìn)水端蓋、電纜壓套、泵軸等。潛污泵采用自耦式安裝,耦合底座、導(dǎo)軌提前預(yù)制在筒體內(nèi)部,簡體安裝固定后再進(jìn)行潛污泵的耦合安裝。

(3)格柵裝置。格柵包括提籃格柵和粉碎格柵,可根據(jù)用戶需要、水質(zhì)情況等進(jìn)行選擇配置。格柵是保護(hù)泵站長期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備,為了防止?jié)撐鬯煤瓦M(jìn)、,出水口的堵塞,須對格柵按計(jì)劃進(jìn)行清洗。

(4)液位計(jì)。簡體液位實(shí)時(shí)監(jiān)測可采用靜壓式、浮球式等液位傳感器,并反饋到控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)液位計(jì)反饋的數(shù)據(jù)來控制潛污泵的啟停。

(5)進(jìn)出水管及閥門。進(jìn)出水管管材采用不銹鋼管,配用的管件閥門用不銹鋼材質(zhì),并在泵后設(shè)止回閥。

(6)控制柜。控制系統(tǒng)主要是用電力來控制,通過各種傳感器以及電子元件完成對一體化泵站的控制和自動運(yùn)行,該系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控泵站的運(yùn)行情況，并可對水泵的啟動次數(shù)及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.2 一體化預(yù)制污水泵站工作原理

一般情況下,一體化泵站主要是在排水管網(wǎng)埋得比較深的時(shí)候,需要對污水進(jìn)行提升作業(yè),或者是在排水管網(wǎng)的末端。在污水進(jìn)入一體化泵站的時(shí)候,粉碎性格柵對水中的大顆粒物體進(jìn)行切割,然后污水流人集水池中。在集水池中的水位變化時(shí),液位計(jì)設(shè)備就會將集水池水位信息反饋給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)就會根據(jù)預(yù)先設(shè)置的操作參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整水泵運(yùn)行。

1.3 一體化預(yù)制污水泵站的特點(diǎn)

一體化泵站利用CFD對泵站筒體底部進(jìn)行分析,形成一種設(shè)計(jì)較為特殊的底部,具備防沉積的功能,當(dāng)泵進(jìn)行再次啟動時(shí),泵坑附近的流速就會變大，從而達(dá)到自清潔的效果，可以有效降低人工清淤的成本和周期。一體化泵站具有以下特點(diǎn):

(1)工期短、施工簡便,無須安裝,在工廠里可以直接將裝配好的零件拖到現(xiàn)場進(jìn)行吊裝,所以在安裝之后不會對周邊的環(huán)境和景觀造成任何影響。

(2)價(jià)格便宜,有數(shù)據(jù)表明,與常規(guī)泵站相比,集成式泵站的成本可降低 20%左右。

(3)一體化泵站可實(shí)現(xiàn)遙控操作,不需在現(xiàn)場安排專人值守。集成預(yù)制泵站上的參數(shù)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行修改或改變,從而降低維修成本,保障管理者的安全。

(4)在控制柜出現(xiàn)故障的情況下,由應(yīng)急操作開關(guān)執(zhí)行應(yīng)急操作。在出貨之前,所有的加壓裝置都已經(jīng)通過工廠的檢測,并且已經(jīng)安裝完畢,隨時(shí)可以使用。

一體化預(yù)制污水泵站與傳統(tǒng)污水泵站對比分析

我國是一個(gè)水污染嚴(yán)重的國家,且我國的廢水處理技術(shù)和工業(yè),都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。與傳統(tǒng)的泵站相比，一體化泵站具有很大的優(yōu)點(diǎn),如表1所示，

一體化預(yù)制污水泵站設(shè)計(jì)實(shí)例

本文以泉州市某區(qū)某污水管網(wǎng)完善項(xiàng)目為例,重點(diǎn)介紹體化泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)及泵站在市政污水管網(wǎng)中的應(yīng)用。

3.1 項(xiàng)目概況及工藝設(shè)計(jì)

案例項(xiàng)目位于泉州市,為污水管網(wǎng)完善項(xiàng)目。根據(jù)污水管網(wǎng)規(guī)劃,該片區(qū)污水無法通過重力管道排放于現(xiàn)狀1號泵站，需經(jīng)過污水泵站提升后排人市政重力管道,再匯人現(xiàn)狀1號泵站。由于該片區(qū)較低點(diǎn)可用建設(shè)用地緊張,無法建設(shè)傳統(tǒng)污水泵站,方案規(guī)劃時(shí)考慮采用占地面積較小的一體化泵站。污水管網(wǎng)規(guī)劃如圖1所示。

根據(jù)一體化泵站工藝要求,在泵站前設(shè)置進(jìn)水閥門井,在泵站后設(shè)置消能井,工程流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

根據(jù)規(guī)劃資料,經(jīng)計(jì)算，該片區(qū)最高日用水量約為8750m/d,最高日用水量變化系數(shù)取1.3,平均用水量約6730m/d。污水排放系數(shù)取0.8,地下水滲人量取 10%,則該片區(qū)污水量約為6000m/d。因此本次設(shè)計(jì)泵站規(guī)模為6 000 m/d,設(shè)計(jì)揚(yáng)程為22m,配置3臺污水泵(2開1備),水泵型號為２００ＷＱ２５０－２２－３０。

3.2 污水量計(jì)算

根據(jù)規(guī)劃資料,泵站服務(wù)面積較大,周邊規(guī)劃有居住用地、工業(yè)用地、教育用地、商業(yè)用地等。按照規(guī)劃用地量指標(biāo),泵站服務(wù)范圍內(nèi)平均日用水量為6095.49m,參考《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50014-2021)規(guī)定,計(jì)算污水量時(shí)地下水人滲量按用水量的10%計(jì)算,污水排放系數(shù)取0.9,則平均日污水量為:Q=6095.49x(1+0.1)x0.9=6 034.5(m)取泵站規(guī)模為 6 000 m'/d。

3子污水泵站流量計(jì)算及出口壓力管管徑確定根據(jù)污水量計(jì)算結(jié)果,設(shè)計(jì)污水泵站流量為:

6 034.5-24-3.6=69.84(L/s)。則污水量變化系數(shù)采用內(nèi)插法計(jì)算為:K=2.1-(69.84-40)x(2.1-2.0)/(70-40)=2.0

泵站設(shè)計(jì)流量為:69.84x2=139.68 L/=502.85 m'/h則泵站設(shè)計(jì)流量取 500 m'/h。設(shè)計(jì)出口壓力管道選用PE管,根據(jù)流量計(jì)算公式Q=AXV,出口壓力管道管徑為DN300 時(shí),設(shè)計(jì)流速為2.31 m/s;出口壓力管道管徑為 DN350 時(shí),設(shè)計(jì)流速為1.82m/s;出口壓力管道管徑為DN400 時(shí),設(shè)計(jì)流速為1.43 m/s.

根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定壓力排水管道的設(shè)計(jì)流速一體化預(yù)制污水泵站在設(shè)計(jì)中時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題

一體化泵站的設(shè)計(jì)難度較傳統(tǒng)污水泵站低,設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

(1)泵站宜設(shè)置在綠化帶、排水預(yù)留用地等對周邊交通影響小的位置,并宜選擇在場地穩(wěn)定、地基承載力較好的天然地基處,地基承載力特征值不小于100 kPa。

(2)泵站設(shè)計(jì)流量應(yīng)根據(jù)所服務(wù)范圍用地面積及性質(zhì)，并根據(jù)用水總量及《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求確定。每臺潛污泵的設(shè)計(jì)流量根據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量及潛污泵配置臺數(shù)計(jì)算。潛污泵設(shè)計(jì)流量確定后,泵站有效容積可根據(jù)最大一臺潛污泵設(shè)計(jì)流量和每小時(shí)最大啟停次數(shù)要求計(jì)算。

(3)泵站出水壓力管的管徑在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)泵站設(shè)計(jì)流量及流速確定,設(shè)計(jì)流速應(yīng)滿足《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。(4)泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程應(yīng)包括出水管最高水位與泵站筒體內(nèi)最低水位之間的高度差、泵站管道阻力總和、預(yù)留的案例水頭，其中,泵站管道阻力總和與設(shè)計(jì)出水管管徑有較大關(guān)系，應(yīng)合理選擇管徑。

(5)一體化泵站均應(yīng)進(jìn)行抗浮計(jì)算,抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足《泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定。

(6)一體化泵站設(shè)計(jì)埋深一般都比較大,其基坑開挖時(shí)多數(shù)要考慮支護(hù)開挖,在支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮工程地質(zhì)和水文條件、基礎(chǔ)類型、開挖深度、降排水條件、周邊載荷條件等,并應(yīng)由結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)。

結(jié)束語

隨著城市發(fā)展速度的加快,市政污水管網(wǎng)作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,其重要性也愈發(fā)突出。一體化泵站具有占地小、成本低、施工快、自動化程度高等特點(diǎn),產(chǎn)品規(guī)模可基本滿足市政污水提升各種工況,在市政污水管網(wǎng)中的應(yīng)用也越來越多,其良好的適應(yīng)性及工作穩(wěn)定性,也被市政工程設(shè)計(jì)人員及市政管理單位認(rèn)可。