隨著經濟的飛速發展,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的建設。市政污水管網常敷設在市政道路下,并隨道路標高低起伏而埋設深度不一,當污水管道埋深達到一定深度,管道敷設成本快速增加,后期管養難度也大幅提高,因此污水管道埋深較大顯得不經濟也不合理。為解決這一問題,市政污水管網規劃設計時,常在地勢較低處設置污水提升泵站,將污水通過污水泵站提升后排人污水管網或污水處理廠。

常用的污水提升泵站分為傳統污水泵站和一體化泵站,傳統污水泵站占地面積大、施工周期長、建設成本高,而一體化泵站占地面積小、施工周期短、建設成本較低。在城市發展進程中,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建設中得到了快速的應用。

隨著制造技術和工程技術的提升，一體化泵站可實現流量最大2000 m:/d,揚程最大為50 m,埋深最大可超過 16 m,其應用范圍可基本滿足市政污水管網各種工況需求。

1 一體化預制污水泵站的結構與原理

1.1 一體化預制污水泵站組成

一體化泵站為成套供應產品,主要由筒體、潛污泵、格柵液位計、進出水管及閥門、控制柜及通風系統組成。

(1)簡體。簡體是一體化泵站的主要設備,其不僅作為存放污水的集水池,也是潛污泵等主要設備安裝的空間。常用玻璃鋼(GRP)等質量輕、強度高和耐腐蝕強的材料。簡體結構由內至外為防腐層、防滲層、結構層和外保護層

(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、導軌提前預制在筒體內部,簡體安裝固定后再進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,可根據用戶需要、水質情況等進行選擇配置。格柵是保護泵站長期穩定運行的關鍵設備,為了防止潛污水泵和進、,出水口的堵塞,須對格柵按計劃進行清洗。

(4)液位計。簡體液位實時監測可采用靜壓式、浮球式等液位傳感器,并反饋到控制系統,控制系統根據液位計反饋的數據來控制潛污泵的啟停。

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

(6)控制柜。控制系統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行,該系統可通過網絡實時監控泵站的運行情況，并可對水泵的啟動次數及運行時間進行實時監控。

1.2 一體化預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埋得比較深的時候,需要對污水進行提升作業,或者是在排水管網的末端。在污水進入一體化泵站的時候,粉碎性格柵對水中的大顆粒物體進行切割,然后污水流人集水池中。在集水池中的水位變化時,液位計設備就會將集水池水位信息反饋給控制系統,控制系統就會根據預先設置的操作參數標準來調整水泵運行。

1.3 一體化預制污水泵站的特點

一體化泵站利用CFD對泵站筒體底部進行分析,形成一種設計較為特殊的底部,具備防沉積的功能,當泵進行再次啟動時,泵坑附近的流速就會變大，從而達到自清潔的效果，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:

(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場進行吊裝,所以在安裝之后不會對周邊的環境和景觀造成任何影響。

(2)價格便宜,有數據表明,與常規泵站相比,集成式泵站的成本可降低 20%左右。

(3)一體化泵站可實現遙控操作,不需在現場安排專人值守。集成預制泵站上的參數可以通過網絡進行修改或改變,從而降低維修成本,保障管理者的安全。

(4)在控制柜出現故障的情況下,由應急操作開關執行應急操作。在出貨之前,所有的加壓裝置都已經通過工廠的檢測,并且已經安裝完畢,隨時可以使用。

一體化預制污水泵站與傳統污水泵站對比分析

我國是一個水污染嚴重的國家,且我國的廢水處理技術和工業,都遠遠落后于發達國家。與傳統的泵站相比，一體化泵站具有很大的優點,如表1所示，

一體化預制污水泵站設計實例

本文以泉州市某區某污水管網完善項目為例,重點介紹體化泵站設計要點及泵站在市政污水管網中的應用。

3.1 項目概況及工藝設計

案例項目位于泉州市,為污水管網完善項目。根據污水管網規劃,該片區污水無法通過重力管道排放于現狀1號泵站，需經過污水泵站提升后排人市政重力管道,再匯人現狀1號泵站。由于該片區較低點可用建設用地緊張,無法建設傳統污水泵站,方案規劃時考慮采用占地面積較小的一體化泵站。污水管網規劃如圖1所示。

根據一體化泵站工藝要求,在泵站前設置進水閥門井,在泵站后設置消能井,工程流程設計如圖2所示。

根據規劃資料,經計算，該片區最高日用水量約為8750m/d,最高日用水量變化系數取1.3,平均用水量約6730m/d。污水排放系數取0.8,地下水滲人量取 10%,則該片區污水量約為6000m/d。因此本次設計泵站規模為6 000 m/d,設計揚程為22m,配置3臺污水泵(2開1備),水泵型號為２００ＷＱ２５０－２２－３０。

3.2 污水量計算

根據規劃資料,泵站服務面積較大,周邊規劃有居住用地、工業用地、教育用地、商業用地等。按照規劃用地量指標,泵站服務范圍內平均日用水量為6095.49m,參考《室外排水設計標準》(GB 50014-2021)規定,計算污水量時地下水人滲量按用水量的10%計算,污水排放系數取0.9,則平均日污水量為:Q=6095.49x(1+0.1)x0.9=6 034.5(m)取泵站規模為 6 000 m'/d。

3子污水泵站流量計算及出口壓力管管徑確定根據污水量計算結果,設計污水泵站流量為:

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

泵站設計流量為:69.84x2=139.68 L/=502.85 m'/h則泵站設計流量取 500 m'/h。設計出口壓力管道選用PE管,根據流量計算公式Q=AXV,出口壓力管道管徑為DN300 時,設計流速為2.31 m/s;出口壓力管道管徑為 DN350 時,設計流速為1.82m/s;出口壓力管道管徑為DN400 時,設計流速為1.43 m/s.

根據《室外排水設計標準》規定壓力排水管道的設計流速一體化預制污水泵站在設計中時應注意的幾個問題

一體化泵站的設計難度較傳統污水泵站低,設計過程中應注意以下幾點:

(1)泵站宜設置在綠化帶、排水預留用地等對周邊交通影響小的位置,并宜選擇在場地穩定、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)泵站設計流量應根據所服務范圍用地面積及性質，并根據用水總量及《室外排水設計標準》的要求確定。每臺潛污泵的設計流量根據泵站設計流量及潛污泵配置臺數計算。潛污泵設計流量確定后,泵站有效容積可根據最大一臺潛污泵設計流量和每小時最大啟停次數要求計算。

(3)泵站出水壓力管的管徑在設計時應根據泵站設計流量及流速確定,設計流速應滿足《室外排水設計標準》的規定。(4)泵站設計揚程應包括出水管最高水位與泵站筒體內最低水位之間的高度差、泵站管道阻力總和、預留的案例水頭，其中,泵站管道阻力總和與設計出水管管徑有較大關系，應合理選擇管徑。

(5)一體化泵站均應進行抗浮計算,抗浮穩定安全系數應滿足《泵站設計標準》中的規定。

(6)一體化泵站設計埋深一般都比較大,其基坑開挖時多數要考慮支護開挖,在支護設計時應綜合考慮工程地質和水文條件、基礎類型、開挖深度、降排水條件、周邊載荷條件等,并應由結構工程師進行專項設計。

結束語

隨著城市發展速度的加快,市政污水管網作為城市基礎設施的重要組成部分,其重要性也愈發突出。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,產品規模可基本滿足市政污水提升各種工況,在市政污水管網中的應用也越來越多,其良好的適應性及工作穩定性,也被市政工程設計人員及市政管理單位認可。