合流制系统污水厂的污水总管设计方案比选

第6期(总第143期)中团市区工程No.6 (Serial No.143)2009年12月CHINA MUNICIPAL ENCINEERINGDec.2009合流制系统污水厂的污水总管设计方案比选唐群，励建全(上海市城市建设设计研究院，上海200125)摘要:上海市污水治理三期工程B块污水排放系统由两港污水截流系统、总管输送系统、竹园第二污水处理厂三部分工程组成。其服务的地区大部分为合流制排水系统地区，早天污水量与雨天截流污水量的变化幅度很大，相应的水位变化幅度亦很大。污水输送总管和两港中途泵站、浦东北路中途泵站、污水厂进水泵房、污水厂分配井需在这种条件下运行。污水总管设计通过三种方案比较，寻求它们之间的最伟水力关系。从而确定推荐方案。关键词:污水处理;两港截流工程;竹园第二污水处理厂;总管水力流态;中途提升泵站;污水厂 进水泵房中图分类号: X505文献标识码: A文章编号: 1004- -4655 (2009) 06 -0041- 04上海市污水治理三期T.程,包括苏州河以北、黄两港截流工程污水经中途泵站提升后由江浦路污浦江以西、合流一期工程服务范围以南的虹口、杨浦水总管(φ2 400 mm~ φ2 700 mm)由南向北输送,地区(简称B块)。B块地区服务范围有:虹口港、杨至中山北二路。污水治理三期T程建成前接入合流一浦港地区旱流污水截流工程(简称两港截流]程)，期总管箱涵过渡，三期工程建成后通过在走马塘北面杨浦港以东排水系统，黄浦江西岸自流区等。总服务建有的一座预留接口的污水切换窖井切换纳入污水治面积37.33 km?,服务人口93.56万人。该系统由污水.理三期工程B块污水总管。总管输送系统，两港截流工程和污水处理厂"三部分工B块污水总管起点即为两港截流工程预留的切换程组成。井，沿途经政本路+国顺路-→翔殷路- +军工路，再接污水厂需新建,选址在浦东竹园地区，与竹园第纳杨浦港以东地区的截流污水，然后沿军T.路向北,-污水厂为邻，称竹园第二污水处理厂，设计规模达经嫩江路过黄浦江后，接人浦东北路中途泵站经提升50万m)/d,污水经二级生化处理达标后排放长江。后,沿洲海路- +浦兴路→航津路-→竹园第二污水处理污水厂设计流量:雨天截流量为20.85 m/s;旱天高厂。设计总管管径为φ3500mm，过黄浦江段为峰流量为7.37 m/s，旱天平均流量为5.79 m'/s，旱天2-φ2700mm，全长约14.5km。系统总管走向如图1低峰流量为3.47 m/s。所示。合流一期总臂嫩江.路虹500φ3 500四平泵站露冈顺路一用殷路闸]井中佳木斯路纳管泵站L2两港预留切换井$1有大戴流运水流盘/m'.s1-鞍山泵蛄将行水流/m-s两港中途提升架站一风城泵站污水 =期T程收集系统翻卓流低峰河水流量/m3-中i-0污水三期T.程B块总管两港收集系统虹门港.汤神港地区毕施污水戴流T程总管D-污水期上程收集f管周家嘴路φ2 400-↓2700图1上海市污水治理三期工程B块污水系统总图1方案设计主要影响因素程的安全运行，并避免造成大量的改建工程。这是影1)两港截流T.程已建成运行，B块总管系统设计响B块污水总管系统设计的主要因素之--。时要考虑两港工程的实际情况，以保证该污水截流工中国煤化工p性曲线，水泵的工作范用YHCN M HG= 14.1~ 18.3m。超收稿日期: 2009-09-03过这个范围，则需调换水泵，泵站需要改造。泵站已41中固市波工程唐群,励建全:合流制系统污水厂的污水总管设计方案比选2009年第6期运行多年，泵站改造既影响工程的安全运转，同时又泵站提升后，可直至竹园二厂，经竹园二厂进水泵房会增加工程投资。提升后，达到配水井水位。雨天时,截流污水经两港(2)两港截流工程中途泵站出水高位井设计:雨中途泵站提升后至浦东北路中途泵站前已为重力流,天截流水位为11.00 m,旱流平均水位为7.00m,泵须经提升后方可到达竹园二厂，因此浦东北路中途泵站出水高位井内设溢流槽，槽顶标高为11.24m，当站是必不可少的。如果旱流污水和雨天截流污水均经出水高位井水位高于11.24 m时，水由溢流槽溢流至浦东北路中途泵站提升后直至竹园二厂配水井,则竹泵站进水井，以避免污水冒溢。园二厂可不设进水泵房。竹园二厂进水泵房设置与否若要拾高两港中途泵站出水水位,须将溢流槽升及与两港中途泵站、浦东北路泵站、污水厂配水井之高，则出水高位井须改造(包括承载加固)，增加工间的节点水力关系，可作多方案技术经济比较，以取程投资，且中途泵站须暂停运行，两港地区的污水将得最佳设计方案。排入杨浦港和虹口港,造成水体污染。另外，抬高中2.2 方案组成途泵站出水水位，还必须同时加高总管沿途透气井,我们编制了水力系统计算程序，计算多种状态的结构需加固,施工困难。节点水力关系并加以分析,同时进行多方案比较。(3)总管沿线周围建筑密集，施T时对周围影响较1)方案一。污水厂设进水泵房,截流污水和旱流大，所以两港中途泵站的扬程不宜变动。污水均经提升后进人配水井。浦东北路中途泵站在雨2)竹园第二污水处理厂的总体布置及构筑物高程季时，提升雨天截流污水，在旱季时,旱流污水在浦布置是影响B块污水总管系统设计的另一主要因素。东北路 泵站时通过超越管自流。流程图见图2。污水厂设计最低进水水位的高低，关系到处理构筑物早流污水，埋深的高低，以及抗浮工程量的大小，从而影响到工A1 $3 500程投资。竹园二厂紧邻竹园一厂，仅一墙之隔,设计A两港中途襲站;B铺东北路泵站;C竹园二厂进水裂房;D污水厂配水井地面高程都为4.80 m。经技术经济比较，竹园二厂配-管二用:用天哉流污水.毕流污水水井设计水位确定为8.40m较为合理。图2方案一流程图3)B块服务地区主要是合流制排水系统地区，旱2)方案二。污水厂不设进水泵房,截流污水和旱流污水及雨天截流污水水位、水量变化幅度都很大，流污水均由浦东北路中途泵站提升后,进入污水厂配因此，系统水力设计应能保证选到满足流量及扬程变水井(见图3)。化的水泵。φ3 5002方案论证9D2.1 设计流量圈3方案二流程图本工程B块污水总管在正常运行情况下，雨天截流污水量、旱流高峰流量时，黄浦江倒虹管采用双管方案二中，浦东北路泵站还可以考虑两种情况:输水;在旱流平均流量和低峰流量时，黄浦江倒虹管-.是不论旱流污水还是雨天截流污水均采用同一水泵采用单管输水。定期在旱流高峰流量时采用单管输提升;二是水泵分别按旱流污水和雨天截流污水配水，以满足倒虹管定期自行冲洗的流速要求。B块设置,组成合建式泵站，旱流时，只运行旱流污水泵，雨天时，旱流污水泵停运，截流污水泵开启运行。计流量如表1所示。3)方案三。在雨季时，浦东北路中途泵站提升雨表1设计流量m2/s天截流污水量，而且直达污水厂配水井，在旱季时,流量状态.两站中途泵站|浦东北路中途泵站竹网第二污水旱流污水经两港中途泵站提升后，超越浦东北路泵雨天戴流污水14.8420.85站，自流至污水厂，在污水厂设旱流污水进水泵房早流高蜂污水.4.047.37(见图4)。早流平均污水5.79早流低峰污水1.903.47旱流污水为避免两港截流工程改造,充分利用两港中途泵007-00C 7站的工程效益，B块污水总管水力系统设计以两港中中国煤化工二途泵站出水水位和竹园第二污水厂配水井水位为控制MHCNMH C程图点。从水力计算结果分析,旱天时,污水由两港中途综合以上3个方案的设计水位见表2。42中固市皮工程唐群，励建全:合流制系统污水厂的污水总管设计方案比选2009年第6期表2设计水位n两港中途泵站浦东北路中途泵站竹园第.::污水厂出水进水泵房进水配水井流量状态设计方案|一二三一二三|-二三-二雨天截流污水11.00-6.4710.0416.931.66早流高峰污水7.514.994.49 10.46 4.492912.918.40早流平均污水7.004.784.4710.10 4.473.26早流低峰污水5.72 .4.349.71 4.233.432.3 方案比较东北路至污水厂配水井要二次提升，而方案三为一次1)由于方案二为污水厂不设进水泵房，从整个系.提升，故方案一中污水厂的进水泵房规模比方案三统组成而言，可以减少一座泵站，所以首先分析。大。但方案三对照方案一，有以下几个主要问题:方案二用一台水泵在旱流时抽送旱流污水，在雨(1)由表2可知，浦东北路泵站出水高位井方案三天时抽送截流污水，从泵站基建角度看是经济的。但最高水位为16.93m,泵站出水管管径为φ3500mm,从表2可看出，雨天抽送截流污水时，水泵净扬程为原地面标高4.00 m。根据顶管施工覆土要求，设计管16.93- (-6.47) = 23.40m，早天抽送旱流污水时，内底标高一 般为-5.00 m (过河倒虹管除外)，泵站出水泵净扬程为10.46- 4.99=5.47 m,对同一台水泵而水管为避让其他地下管线，设计管内底标高为-6.40 m,言，在其流量变化不大的情况下，扬程相差近18 m,故管内最大水压力达21.93 (23.33) m。一般钢筋混水泵几乎不可能选型;也不适合采用变频技术调节，凝 土承压管工作内压控制在20 m水头以内，以策安故从选泵方面考虑，此方案不可取。全和确保接头的防渗漏要求。方案一，浦东北路泵站方案二中泵站同时设置旱流污水泵和截流污水出水高位井内最高水位为10.04 m,泵站出水管内最泵。水泵总台数增加，即使合建在-一个沉井内， 沉井大水压力为15.04 (16.44) m < 20.0m，可确保压力.平面尺寸将增大，泵站占地面积也增加。考虑雨天截总管的长期安全运行。流污水进水水位为-6.47m,故沉井深度很深而旱流(2)污水厂进水泵房必须设高位进水闸门井。该闸污水进水水位为4.99 m,造成沉井空间的很大浪费，门井必须按晴、 雨天水位同时切换，以使早流污水来结构形式也很复杂。运行管理上，进水井内闸门必须时进人泵房，而截流污水来时又必须关闭进水泵房,按晴、雨天水位变化随时同时切换，增加工作量。若直达污水厂配水井,操作复杂。方案一就不存在这个根据有关评估意见，要求水泵出水采用虹吸断流形问题，也无需设高位进水闸门井,不论是旱流污水还式。但从表2可以看出，浦东北路泵站出水高位井在是截流污水，均流进进水泵房前池，且前池水位变化雨天流时可达到16.93 m，而旱流低峰时仅9.71 m,较小，水泵运行工况可达到最佳。相差7.22 m。虹吸出水形式只有在出水水位变化不(3)浦东北路泉站水泵出水管采用虹吸出水断流方大,较为稳定的情况下才是经济的，否则是不经济式。假定以旱流高峰流量时高位井水位4.49 m (表2)作为虹吸出水管的最低水位(因截流污水流量总是大若将此方案与方案三相比较，可以看出，两者在于旱流高峰流量),为保证虹吸出水管内最大真空度输送旱流污水或截流污水的功能上几乎是一样的,水要求， 方案一和方案三所造成溢流堰跌水高度计算见泵运行工况也都可在高效区内，两者的占地面积也几.表3。乎相当。但方案三较此方案有以下优点:浦东北路泵m站只考虑截流污水的提升，沉井尺寸减少，尤其是克|设让出水虹吸驼出水最駝峰最大允许溢流|跌水| 方案|水位峰顶高低水位真空值真空值堰顶高高度服了旱流泵同设时沉井空间造成的浪费问题;浦东北方案一10.04 11.244.496.51无需设壤无|路泵站运行管理趋于简化，尤其是晴、雨天时进水井内闸门的切换简化。旱流污水泵设在污水厂，可简化方案= 16.93 18.134.49| 13.40* 7.0011.09| 6.80 .泵房设计，节省了设备投资。故可舍去方案二。注:*水泵扬程要以虹吸驼蜂中中国煤化工2)方案一与方案三的共同点是旱流污水的二级提升均设在污水厂内，不同点是方案一中截流污水从浦YHCNM HG民在较小微流污水流43中固市&工程唐群，励建全:合流制系统污水厂的污水总管设计方案比选2009年第6期量时方案三的能耗大于方案一，且虹吸出流管驼峰顶化情况进行系统整体设计。部比方案一高6.89m,造成出水高位井与泵房的间距2.4水泵选型增大，泵站占地面积增加;虹吸出流管造价也相应增由于旱流高峰污水量与雨天最大截流量时的水位加。差很大，在降雨初期或降雨强度小等情况下，系统不(4)从方案三角度出发,污水厂构筑物设计标高可能马上达到最大截流量，所以两港中途泵站出水低越低越好，但从污水处理厂高程设计的合理性而言,于溢流水位时，浦东北路中途泵站不需要开泵。不可能越低越好。经污水厂高程设计计算，污水厂配利用计算机程序计算各种截流量时的水位变化情水井水位标高不能低于7.70 m (此时污水厂二沉池设况(见表4)。经过分析，当截流量达到14.5 m/s左右计水位已与厂区地面平),所以即使污水厂配水井水时，浦东北路中途泵站的前池水位低于超越管设计标位按7.70 m设计，也只比8.40 m的设计标高低0.70 m,高，此时须开启水泵，同时找出了流量扬程变化范围仍解决不了方案三中浦东北路泵站一次提升所带来的及开启台数的多少，确定了水泵设计L况点，并为泵诸多弊端，相反污水厂处理构筑物降低0.70 m后,抗.站运行管理提供了理论依据。浮工程量增加。额定设计点参数为:流量450 m%s，扬程14.65 m,3)结论。根据以上的分析论证，可以得出:方案水泵效率为88.5%，配用电动机功率为900 kW,电压一系统总体设计最合理，故按方案- -的流量及水位变6000 V。表4泵站雨天截流污水景和运行水位变化情况表泵站水位/m雨天截流量/m2+g-4前池出水高位井静扬程/m扬程/m单泵流量/m'.g-开泵台数备注21.0-5.9410.0415.9817.783.50618.0-2.3510.3012.6514.654.5014.5-2.66*8.4411.1013.104.8311.05.645.140(自流注:*为保证水泵扬程中稳,两港中途泵站利用变频设施.使其出水水位下降。3结语小了浦东北路中途泵站的土建尺寸及占地面积，并避通过多方案比较分析，确定了总管的设计流态。免了两港截流C程的改造,节约了工程投资。对于雨天最大截流量，B块总管从两港中途泵站至黄B块污水总管系统设计方案对B块截流系统及污浦江倒虹管出口段，以及从浦东北路中途泵站出水高水厂水力高程设计起到了指导作用，使B块地区整体位井至竹园二厂段采用压力流;黄浦江倒虹管出口至工程设计合理、经济。浦东北路中途泵站进水闸门井段采用满管重力流。对B块污水总管系统的方案设计获得了评审专家的于旱流污水，B块总管从两港中途泵站至竹园二厂全- - .致肯定和好评。该系统建成后，调试运行工作自线采用压力流。2007年6月26日开始，于2008年6月27日圆满完成。目明确了浦东北路中途泵站和竹园二厂进水泵房的前处理污水量已达50万m'/d，系统运行至今情况良设计模式，并为水泵选型提供了合理的设计参数,减好。《中团市波工程》欢迎您的来稿!中国煤化工MHCNMHG44