合流制系統污水廠(chǎng)的污水總管設計方案比選

第6期(總第143期)中團市區工程No.6 (Serial No.143)2009年12月CHINA MUNICIPAL ENCINEERINGDec.2009合流制系統污水廠(chǎng)的污水總管設計方案比選唐群，勵建全(上海市城市建設設計研究院，上海200125)摘要:上海市污水治理三期工程B塊污水排放系統由兩港污水截流系統、總管輸送系統、竹園第二污水處理廠(chǎng)三部分工程組成。其服務(wù)的地區大部分為合流制排水系統地區，早天污水量與雨天截流污水量的變化幅度很大，相應的水位變化幅度亦很大。污水輸送總管和兩港中途泵站、浦東北路中途泵站、污水廠(chǎng)進(jìn)水泵房、污水廠(chǎng)分配井需在這種條件下運行。污水總管設計通過(guò)三種方案比較，尋求它們之間的最偉水力關(guān)系。從而確定推薦方案。關(guān)鍵詞:污水處理;兩港截流工程;竹園第二污水處理廠(chǎng);總管水力流態(tài);中途提升泵站;污水廠(chǎng) 進(jìn)水泵房中圖分類(lèi)號: X505文獻標識碼: A文章編號: 1004- -4655 (2009) 06 -0041- 04上海市污水治理三期T.程,包括蘇州河以北、黃兩港截流工程污水經(jīng)中途泵站提升后由江浦路污浦江以西、合流一期工程服務(wù)范圍以南的虹口、楊浦水總管(φ2 400 mm~ φ2 700 mm)由南向北輸送,地區(簡(jiǎn)稱(chēng)B塊)。B塊地區服務(wù)范圍有:虹口港、楊至中山北二路。污水治理三期T程建成前接入合流一浦港地區旱流污水截流工程(簡(jiǎn)稱(chēng)兩港截流]程)，期總管箱涵過(guò)渡，三期工程建成后通過(guò)在走馬塘北面楊浦港以東排水系統，黃浦江西岸自流區等?？偡?wù)建有的一座預留接口的污水切換窖井切換納入污水治面積37.33 km?,服務(wù)人口93.56萬(wàn)人。該系統由污水.理三期工程B塊污水總管?？偣茌斔拖到y，兩港截流工程和污水處理廠(chǎng)"三部分工B塊污水總管起點(diǎn)即為兩港截流工程預留的切換程組成。井，沿途經(jīng)政本路+國順路-→翔殷路- +軍工路，再接污水廠(chǎng)需新建,選址在浦東竹園地區，與竹園第納楊浦港以東地區的截流污水，然后沿軍T.路向北,-污水廠(chǎng)為鄰，稱(chēng)竹園第二污水處理廠(chǎng)，設計規模達經(jīng)嫩江路過(guò)黃浦江后，接人浦東北路中途泵站經(jīng)提升50萬(wàn)m)/d,污水經(jīng)二級生化處理達標后排放長(cháng)江。后,沿洲海路- +浦興路→航津路-→竹園第二污水處理污水廠(chǎng)設計流量:雨天截流量為20.85 m/s;旱天高廠(chǎng)。設計總管管徑為φ3500mm，過(guò)黃浦江段為峰流量為7.37 m/s，旱天平均流量為5.79 m'/s，旱天2-φ2700mm，全長(cháng)約14.5km。系統總管走向如圖1低峰流量為3.47 m/s。所示。合流一期總臂嫩江.路虹500φ3 500四平泵站露岡順路一用殷路閘]井中佳木斯路納管泵站L2兩港預留切換井$1有大戴流運水流盤(pán)/m'.s1-鞍山泵蛄將行水流/m-s兩港中途提升架站一風(fēng)城泵站污水 =期T程收集系統翻卓流低峰河水流量/m3-中i-0污水三期T.程B塊總管兩港收集系統虹門(mén)港.湯神港地區畢施污水戴流T程總管D-污水期上程收集f管周家嘴路φ2 400-↓2700圖1上海市污水治理三期工程B塊污水系統總圖1方案設計主要影響因素程的安全運行，并避免造成大量的改建工程。這是影1)兩港截流T.程已建成運行，B塊總管系統設計響B(tài)塊污水總管系統設計的主要因素之--。時(shí)要考慮兩港工程的實(shí)際情況，以保證該污水截流工中國煤化工p性曲線(xiàn)，水泵的工作范用YHCN M HG= 14.1~ 18.3m。超收稿日期: 2009-09-03過(guò)這個(gè)范圍，則需調換水泵，泵站需要改造。泵站已41中固市波工程唐群,勵建全:合流制系統污水廠(chǎng)的污水總管設計方案比選2009年第6期運行多年，泵站改造既影響工程的安全運轉，同時(shí)又泵站提升后，可直至竹園二廠(chǎng)，經(jīng)竹園二廠(chǎng)進(jìn)水泵房會(huì )增加工程投資。提升后，達到配水井水位。雨天時(shí),截流污水經(jīng)兩港(2)兩港截流工程中途泵站出水高位井設計:雨中途泵站提升后至浦東北路中途泵站前已為重力流,天截流水位為11.00 m,旱流平均水位為7.00m,泵須經(jīng)提升后方可到達竹園二廠(chǎng)，因此浦東北路中途泵站出水高位井內設溢流槽，槽頂標高為11.24m，當站是必不可少的。如果旱流污水和雨天截流污水均經(jīng)出水高位井水位高于11.24 m時(shí)，水由溢流槽溢流至浦東北路中途泵站提升后直至竹園二廠(chǎng)配水井,則竹泵站進(jìn)水井，以避免污水冒溢。園二廠(chǎng)可不設進(jìn)水泵房。竹園二廠(chǎng)進(jìn)水泵房設置與否若要拾高兩港中途泵站出水水位,須將溢流槽升及與兩港中途泵站、浦東北路泵站、污水廠(chǎng)配水井之高，則出水高位井須改造(包括承載加固)，增加工間的節點(diǎn)水力關(guān)系，可作多方案技術(shù)經(jīng)濟比較，以取程投資，且中途泵站須暫停運行，兩港地區的污水將得最佳設計方案。排入楊浦港和虹口港,造成水體污染。另外，抬高中2.2 方案組成途泵站出水水位，還必須同時(shí)加高總管沿途透氣井,我們編制了水力系統計算程序，計算多種狀態(tài)的結構需加固,施工困難。節點(diǎn)水力關(guān)系并加以分析,同時(shí)進(jìn)行多方案比較。(3)總管沿線(xiàn)周?chē)ㄖ芗?，施T時(shí)對周?chē)绊戄^1)方案一。污水廠(chǎng)設進(jìn)水泵房,截流污水和旱流大，所以?xún)筛壑型颈谜镜膿P程不宜變動(dòng)。污水均經(jīng)提升后進(jìn)人配水井。浦東北路中途泵站在雨2)竹園第二污水處理廠(chǎng)的總體布置及構筑物高程季時(shí)，提升雨天截流污水，在旱季時(shí),旱流污水在浦布置是影響B(tài)塊污水總管系統設計的另一主要因素。東北路 泵站時(shí)通過(guò)超越管自流。流程圖見(jiàn)圖2。污水廠(chǎng)設計最低進(jìn)水水位的高低，關(guān)系到處理構筑物早流污水，埋深的高低，以及抗浮工程量的大小，從而影響到工A1 $3 500程投資。竹園二廠(chǎng)緊鄰竹園一廠(chǎng)，僅一墻之隔,設計A兩港中途襲站;B鋪東北路泵站;C竹園二廠(chǎng)進(jìn)水裂房;D污水廠(chǎng)配水井地面高程都為4.80 m。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，竹園二廠(chǎng)配-管二用:用天哉流污水.畢流污水水井設計水位確定為8.40m較為合理。圖2方案一流程圖3)B塊服務(wù)地區主要是合流制排水系統地區，旱2)方案二。污水廠(chǎng)不設進(jìn)水泵房,截流污水和旱流污水及雨天截流污水水位、水量變化幅度都很大，流污水均由浦東北路中途泵站提升后,進(jìn)入污水廠(chǎng)配因此，系統水力設計應能保證選到滿(mǎn)足流量及揚程變水井(見(jiàn)圖3)?；乃?。φ3 5002方案論證9D2.1 設計流量圈3方案二流程圖本工程B塊污水總管在正常運行情況下，雨天截流污水量、旱流高峰流量時(shí)，黃浦江倒虹管采用雙管方案二中，浦東北路泵站還可以考慮兩種情況:輸水;在旱流平均流量和低峰流量時(shí)，黃浦江倒虹管-.是不論旱流污水還是雨天截流污水均采用同一水泵采用單管輸水。定期在旱流高峰流量時(shí)采用單管輸提升;二是水泵分別按旱流污水和雨天截流污水配水，以滿(mǎn)足倒虹管定期自行沖洗的流速要求。B塊設置,組成合建式泵站，旱流時(shí)，只運行旱流污水泵，雨天時(shí)，旱流污水泵停運，截流污水泵開(kāi)啟運行。計流量如表1所示。3)方案三。在雨季時(shí)，浦東北路中途泵站提升雨表1設計流量m2/s天截流污水量，而且直達污水廠(chǎng)配水井，在旱季時(shí),流量狀態(tài).兩站中途泵站|浦東北路中途泵站竹網(wǎng)第二污水旱流污水經(jīng)兩港中途泵站提升后，超越浦東北路泵雨天戴流污水14.8420.85站，自流至污水廠(chǎng)，在污水廠(chǎng)設旱流污水進(jìn)水泵房早流高蜂污水.4.047.37(見(jiàn)圖4)。早流平均污水5.79早流低峰污水1.903.47旱流污水為避免兩港截流工程改造,充分利用兩港中途泵007-00C 7站的工程效益，B塊污水總管水力系統設計以?xún)筛壑兄袊夯ざ颈谜境鏊缓椭駡@第二污水廠(chǎng)配水井水位為控制MHCNMH C程圖點(diǎn)。從水力計算結果分析,旱天時(shí),污水由兩港中途綜合以上3個(gè)方案的設計水位見(jiàn)表2。42中固市皮工程唐群，勵建全:合流制系統污水廠(chǎng)的污水總管設計方案比選2009年第6期表2設計水位n兩港中途泵站浦東北路中途泵站竹園第.::污水廠(chǎng)出水進(jìn)水泵房進(jìn)水配水井流量狀態(tài)設計方案|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 方案比較東北路至污水廠(chǎng)配水井要二次提升，而方案三為一次1)由于方案二為污水廠(chǎng)不設進(jìn)水泵房，從整個(gè)系.提升，故方案一中污水廠(chǎng)的進(jìn)水泵房規模比方案三統組成而言，可以減少一座泵站，所以首先分析。大。但方案三對照方案一，有以下幾個(gè)主要問(wèn)題:方案二用一臺水泵在旱流時(shí)抽送旱流污水，在雨(1)由表2可知，浦東北路泵站出水高位井方案三天時(shí)抽送截流污水，從泵站基建角度看是經(jīng)濟的。但最高水位為16.93m,泵站出水管管徑為φ3500mm,從表2可看出，雨天抽送截流污水時(shí)，水泵凈揚程為原地面標高4.00 m。根據頂管施工覆土要求，設計管16.93- (-6.47) = 23.40m，早天抽送旱流污水時(shí)，內底標高一 般為-5.00 m (過(guò)河倒虹管除外)，泵站出水泵凈揚程為10.46- 4.99=5.47 m,對同一臺水泵而水管為避讓其他地下管線(xiàn)，設計管內底標高為-6.40 m,言，在其流量變化不大的情況下，揚程相差近18 m,故管內最大水壓力達21.93 (23.33) m。一般鋼筋混水泵幾乎不可能選型;也不適合采用變頻技術(shù)調節，凝 土承壓管工作內壓控制在20 m水頭以?xún)?，以策安故從選泵方面考慮，此方案不可取。全和確保接頭的防滲漏要求。方案一，浦東北路泵站方案二中泵站同時(shí)設置旱流污水泵和截流污水出水高位井內最高水位為10.04 m,泵站出水管內最泵。水泵總臺數增加，即使合建在-一個(gè)沉井內， 沉井大水壓力為15.04 (16.44) m < 20.0m，可確保壓力.平面尺寸將增大，泵站占地面積也增加?？紤]雨天截總管的長(cháng)期安全運行。流污水進(jìn)水水位為-6.47m,故沉井深度很深而旱流(2)污水廠(chǎng)進(jìn)水泵房必須設高位進(jìn)水閘門(mén)井。該閘污水進(jìn)水水位為4.99 m,造成沉井空間的很大浪費，門(mén)井必須按晴、 雨天水位同時(shí)切換，以使早流污水來(lái)結構形式也很復雜。運行管理上，進(jìn)水井內閘門(mén)必須時(shí)進(jìn)人泵房，而截流污水來(lái)時(shí)又必須關(guān)閉進(jìn)水泵房,按晴、雨天水位變化隨時(shí)同時(shí)切換，增加工作量。若直達污水廠(chǎng)配水井,操作復雜。方案一就不存在這個(gè)根據有關(guān)評估意見(jiàn)，要求水泵出水采用虹吸斷流形問(wèn)題，也無(wú)需設高位進(jìn)水閘門(mén)井,不論是旱流污水還式。但從表2可以看出，浦東北路泵站出水高位井在是截流污水，均流進(jìn)進(jìn)水泵房前池，且前池水位變化雨天流時(shí)可達到16.93 m，而旱流低峰時(shí)僅9.71 m,較小，水泵運行工況可達到最佳。相差7.22 m。虹吸出水形式只有在出水水位變化不(3)浦東北路泉站水泵出水管采用虹吸出水斷流方大,較為穩定的情況下才是經(jīng)濟的，否則是不經(jīng)濟式。假定以旱流高峰流量時(shí)高位井水位4.49 m (表2)作為虹吸出水管的最低水位(因截流污水流量總是大若將此方案與方案三相比較，可以看出，兩者在于旱流高峰流量),為保證虹吸出水管內最大真空度輸送旱流污水或截流污水的功能上幾乎是一樣的,水要求， 方案一和方案三所造成溢流堰跌水高度計算見(jiàn)泵運行工況也都可在高效區內，兩者的占地面積也幾.表3。乎相當。但方案三較此方案有以下優(yōu)點(diǎn):浦東北路泵m站只考慮截流污水的提升，沉井尺寸減少，尤其是克|設讓出水虹吸駝出水最駝峰最大允許溢流|跌水| 方案|水位峰頂高低水位真空值真空值堰頂高高度服了旱流泵同設時(shí)沉井空間造成的浪費問(wèn)題;浦東北方案一10.04 11.244.496.51無(wú)需設壤無(wú)|路泵站運行管理趨于簡(jiǎn)化，尤其是晴、雨天時(shí)進(jìn)水井內閘門(mén)的切換簡(jiǎn)化。旱流污水泵設在污水廠(chǎng)，可簡(jiǎn)化方案= 16.93 18.134.49| 13.40* 7.0011.09| 6.80 .泵房設計，節省了設備投資。故可舍去方案二。注:*水泵揚程要以虹吸駝蜂中中國煤化工2)方案一與方案三的共同點(diǎn)是旱流污水的二級提升均設在污水廠(chǎng)內，不同點(diǎn)是方案一中截流污水從浦YHCNM HG民在較小微流污水流43中固市&工程唐群，勵建全:合流制系統污水廠(chǎng)的污水總管設計方案比選2009年第6期量時(shí)方案三的能耗大于方案一，且虹吸出流管駝峰頂化情況進(jìn)行系統整體設計。部比方案一高6.89m,造成出水高位井與泵房的間距2.4水泵選型增大，泵站占地面積增加;虹吸出流管造價(jià)也相應增由于旱流高峰污水量與雨天最大截流量時(shí)的水位加。差很大，在降雨初期或降雨強度小等情況下，系統不(4)從方案三角度出發(fā),污水廠(chǎng)構筑物設計標高可能馬上達到最大截流量，所以?xún)筛壑型颈谜境鏊驮降驮胶?，但從污水處理廠(chǎng)高程設計的合理性而言,于溢流水位時(shí)，浦東北路中途泵站不需要開(kāi)泵。不可能越低越好。經(jīng)污水廠(chǎng)高程設計計算，污水廠(chǎng)配利用計算機程序計算各種截流量時(shí)的水位變化情水井水位標高不能低于7.70 m (此時(shí)污水廠(chǎng)二沉池設況(見(jiàn)表4)。經(jīng)過(guò)分析，當截流量達到14.5 m/s左右計水位已與廠(chǎng)區地面平),所以即使污水廠(chǎng)配水井水時(shí)，浦東北路中途泵站的前池水位低于超越管設計標位按7.70 m設計，也只比8.40 m的設計標高低0.70 m,高，此時(shí)須開(kāi)啟水泵，同時(shí)找出了流量揚程變化范圍仍解決不了方案三中浦東北路泵站一次提升所帶來(lái)的及開(kāi)啟臺數的多少，確定了水泵設計L況點(diǎn)，并為泵諸多弊端，相反污水廠(chǎng)處理構筑物降低0.70 m后,抗.站運行管理提供了理論依據。浮工程量增加。額定設計點(diǎn)參數為:流量450 m%s，揚程14.65 m,3)結論。根據以上的分析論證，可以得出:方案水泵效率為88.5%，配用電動(dòng)機功率為900 kW,電壓一系統總體設計最合理，故按方案- -的流量及水位變6000 V。表4泵站雨天截流污水景和運行水位變化情況表泵站水位/m雨天截流量/m2+g-4前池出水高位井靜揚程/m揚程/m單泵流量/m'.g-開(kāi)泵臺數備注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:*為保證水泵揚程中穩,兩港中途泵站利用變頻設施.使其出水水位下降。3結語(yǔ)小了浦東北路中途泵站的土建尺寸及占地面積，并避通過(guò)多方案比較分析，確定了總管的設計流態(tài)。免了兩港截流C程的改造,節約了工程投資。對于雨天最大截流量，B塊總管從兩港中途泵站至黃B塊污水總管系統設計方案對B塊截流系統及污浦江倒虹管出口段，以及從浦東北路中途泵站出水高水廠(chǎng)水力高程設計起到了指導作用，使B塊地區整體位井至竹園二廠(chǎng)段采用壓力流;黃浦江倒虹管出口至工程設計合理、經(jīng)濟。浦東北路中途泵站進(jìn)水閘門(mén)井段采用滿(mǎn)管重力流。對B塊污水總管系統的方案設計獲得了評審專(zhuān)家的于旱流污水，B塊總管從兩港中途泵站至竹園二廠(chǎng)全- - .致肯定和好評。該系統建成后，調試運行工作自線(xiàn)采用壓力流。2007年6月26日開(kāi)始，于2008年6月27日圓滿(mǎn)完成。目明確了浦東北路中途泵站和竹園二廠(chǎng)進(jìn)水泵房的前處理污水量已達50萬(wàn)m'/d，系統運行至今情況良設計模式，并為水泵選型提供了合理的設計參數,減好?！吨袌F市波工程》歡迎您的來(lái)稿!中國煤化工MHCNMHG44