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舒朋士

08
08月
2019

给水排水:黑臭水体治理:滨海城 市排海管涵截流改造案例

发布者:admin

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沿海地 区作为改革开放的前沿阵地率先发展,其排水 系统建设年代较早,老城区 多采用雨污合流制。雨污水混流排海,是造成 近海水体黑臭的主要原因之一。为有效 控制近海水体黑臭,结合远期雨污分流,彻底解 决污水入海问题,近期污 水截流势在必行。以典型 海滨城市厦门的某排海管涵截流提升改造工程为例,系统介 绍排海管涵污水截流改造设计过程,主要围绕截流流量、泵站选址、截流泵站选型、一体化 泵站工艺参数设计等问题,并分析 了截流泵站出水排入现状污水压力管、现状检 查井改造等关键节点设计,以期为 滨海城市排海管涵截流改造工程提供参考。

 

我国东 部滨海城市由于城市化建设早,早期排 水系统多采用雨污合流制,老旧城区拆迁困难,短时间 内无法实现雨污分流系统的构建。此时,近期实行污水截流,结合远 期雨污分流改造,彻底解 决污水入海问题,成为控 制近海水体黑臭的有效手段。基于此,本文结 合指南及相关设计规范,以厦门 某排海管涵截流提升改造工程为例,系统介 绍排海管涵的截流改造设计,以期为 滨海城市排海管涵截流改造工程提供参考。

 

1 工程概况

本项目 位于厦门本岛东侧,地处厦 门高端金融中心。区域排水情况现状:现状6-d1  800排海管 涵汇流面积约为3.03 km2。上游雨污水混接、城中村(岭兜村及何厝(上何)等)尚未实现雨污分流,导致雨 污水混流排入排海箱涵,雨污水混流情况见图1,实测旱流污水量见表1。

现状管 渠排海前设有现状闸门及4 500 m3/d截污泵站,雨水向南通过3—d3 200管道排 入香山游艇码头南侧海域,截流污水通过DN250污水压 力管道输往污水提升泵站。由表1可知,现状排 海管涵实测晴天生活污水量约5 200 m3/d,大于现 状截流泵站截流能力,无法满 足实际截流要求,污水溢流入海,造成排 海口附近水体黑臭。

 

2 工艺设计

2.1 总体设计

在吕岭 路近环岛路处的排海箱涵上设有现状截流闸门井,晴天时闸门关闭,防止海水倒灌。污水及 初期雨水通过截流管流入截流泵站,经提升 后排入前埔污水泵站,继而进 入污水处理厂进行处理。雨天时 截流闸门井内闸门打开,雨水通 过现状箱涵排放入海域。如图2所示。

 

2.2 设计截流流量

合流制 截流溢流排水口应有效提高合流制截流系统的截流倍数,保证旱 天不向水体溢流。此外,由于短 时间内无法实现雨污分流,故应适 当考虑远期截污泵站扩容需求。

截流井 下游管渠的设计流量采用式(1)计算:

式中 Q′——截流井 后管渠的设计流量,L/s;

n0——截流倍数;

Q′0——截流井 后汇水面积的雨水设计流量,L/s;

Qs——截流井 前的旱流污水设计流量,L/s;

Q′dr——截流井 后汇水面积的旱流污水设计流量,L/s。

截流倍数取n0=2,截流井 下游无汇水流量,计算得设计流量Q′为1.56万m3/d,现状截 流泵站截流能力为4 500 m3/d,则需新增截污规模1.11万m3/d。适当考 虑远期截污泵站扩容需求,本次新 建截流泵站设计规模采用1.5万m3/d。

 

2.3 泵站选址

泵站选 址是一个重要环节,对周围环境卫生、泵房的 基建投资及运转管理等影响重大。其不是 一个孤立的问题,而是与 城市和工业园区的总体规划、城市和 市政污水管道的布置、城市地形、污水出路密切相关。

 

2.3.1 确定可选用地

根据周 边用地规划情况,结合业主意见,确定符 合规划要求的可选用地。

本项目附近用地,符合规 划要求的可选用地有2处:A处为奥 林匹克博物馆外公共绿地,B处为;香山游艇码头正门(现状泵站旁)。

 

2.3.2 泵站选址比选

分析比 较可选用地的施工建设条件、基建投资及运维管理、城市和 市政污水管道的布置以及对周边环境的影响等,确定泵站位置。施工建 设条件主要考虑用地协调难易程度、施工水电供应等;基建投 资及运转管理主要考虑施工技术难度、主要工程量、运营管理等;社会影 响包括建设期及运营期对交通、居民生活、生态环境等的影响。

本项目 采用评分评估法综合分析可选用地各项指标,各评价指标满分5分,得分越高,对项目越有利。截污泵 站选址比选及打分情况如表2所示。

综合分析可选用地,选址A总得分高,项目符合性好,各项指 标均无明显不利项。本项目推荐选址A奥林匹 克博物馆外公共绿地。

 

2.4 泵房形式比选

泵房形 式一般分为预制泵站和传统现浇泵站,根据不 同形式泵站的施工周期、占地面积、使用寿命等特点,结合项 目实际建设条件及建设要求,科学选择泵站形式,见表3。

预制泵 站较传统泵站集成度高,占地面积小,土建量少,配套设备少,运行费用低,无栅渣外运,对周边环境影响小。

施工工 期和用地范围是本项目关键的限制因素,设计采 用一体化预制泵站。

 

2.5 泵站进出水管管径

泵站进 出水管管径除了应满足过流能力、流速等水力条件外,还应适 当考虑远期扩容空间。流速v计算见式(2):

式中 R——水力半径,m;

i——水力坡降;

n——粗糙系数。

由于短 时间内无法实现雨污分流,故应适 当考虑远期截污扩容空间,本次泵站进水管采用d800,出水压力管采用DN500截流流量Q′=174 L/s,截流管管径800 mm,坡度0.5%,截留管到按满流计算,球墨铸铁管n=0.013,则管道流量934.57 L/s,管道流速1.86 m/s,满足近、远期截流要求。

出水压力管流量Q′=174 L/s,管径500 mm,球墨铸铁管n=0.013,根据Q=Av,则管道流速0.89 m/s,满足出水压力管流速0.7~2.0 m/s的要求。

 

2.6 泵站扬程

泵站扬 程与泵站出水的去向密切相关。当出水 接入重力管道时,应设置泄压井,扬程计 算应考虑这部分损失;当出水 接入压力管道时,接入点 位置的泵站出水压力管水头应与现状压力管道匹配。泵站出 水压力管水头太小,不利于泵站正常出水,甚至无法出水;泵站出 水压力管水头太大,影响现 状压力管正常排水。因此应特别注意,需要校 核现状压力管接入泵站出水后对下游管道的影响。

 

2.6.1 新建截 流泵站扬程计算

新建截 流泵站扬程通过式(3)进行计算:

式中 H——水泵扬程,m;

H1——压水管接入现状DN600管处压力水头,m;

H2——吸水池 最低水位与接入点标高差,m;

h1——吸水管水头损失,m,取0.2 m;

h2——出水管水头损失,m;

h3——安全水头,m,取0.5~1.0 m。

本项目 新建截流泵站设计规模:Q=1.5万m3/d,截流泵站接入现状d600污水压 力管的接入点处,管中心标高3.95 m,即新建出水压力管d500中心标高3.95 m,泵站进水管d800底标高-0.36 m。

泵站出 水接入的现状污水压力管为上游污水提升泵站的出水管。该污水提升泵站规模2万m3/d,Kz=1.49,设计流量1 241.6 m3/h,2用1备,单泵流量620 m3/h,扬程13.5 m,吸水池最低水面标高0.47 m,出水压力管管径600 mm,采用玻璃钢夹砂管。

式中 q——设计流量,m3/s;

l——管段长度,m;

dj——管道计算内径,m;

Ch——海曾-威廉系数。

根据式(4),取粗糙系数n=0.01,Ch=150,计算污 水压力管出口至新建泵站压力管出水管接入点的管道沿程损失h0=1.53 m,则压水管接入现状DN600管处压力水头H1=8.49 m;吸水池 最低水位与接入点标高差H2=5.81 m。

截流污 水压力管出口至接入点处的管道沿程损失通过式(5)计算:

式中α——比阻,s/m2;

q——设计流量,m3/s;

l——管段长度,m。

采用球墨铸铁管,取α=0.044 0,计算得h2=0.15 m。

将以上数据代入式(3)中,得新建 截流泵站设计扬程H=15.15 m,本次设计取16 m。

 

2.6.2 校核泵 站出水压力管接入后对下游现状管道的影响

现状DN600污水压力管流量为0.34 m3/s,本次截留污水1.5万m3/d接入后,现状DN600污水压力管流量增至0.51 m3/s,流速v=Q/A=1.8 m/s,满足压力管流速要求。

现状DN600污水压 力管流量增大后,接入点 至泄压井管道沿程损失根据式(4)计算得H=0.3 m。接入点处DN600管中心标高3.95 m,泄压井处DN600管中心标高4.91 m,则现状DN600污水压 力管流量增大后,泄压井 处剩余压力水头为H=8.11 m。

故本次 截流污水量接入现状DN600污水压力管后,不影响 下游管网的正常运行。

 

2.7 集水井

水泵采用自动控制,有效容 积应根据水泵每 小时最大启停次数确定。根据我 国现行的泵站相关设计规范,水泵机 组采用自动控制,每小时 开动水泵不得超过6次。计算见式(6):

式中 VEff——泵站有效容积,m3;

Qp——泵站最大1台泵的泵送流量,m3/h;

Zmax——水泵每 小时最大启停次数。

本次设计集水井内设4台水泵机位,3用1备,水泵参数:Q=208.4 m3/h,设计扬程:H=16 m,功率13 kW。集水井有效容积VEff=8.68 m3,有效水深h=0.77 m。泵房净尺寸:直径3.8 m,高度9.86 m。地下部分深9.66 m,采用玻璃钢,见表4。

 

3 关键节点设计

3.1 泵站出 水管接入现状污水压力管

截流泵 站出水压力管与现状污水压力管交汇处,除接入 管压力水头与现状管基本一致外,还应注 意保持良好的水力条件。

现状污水压力管为DN600玻璃钢夹砂管,泵站出水管为DN500球墨铸铁管,采用异形哈夫节连接,连接角为45°。施工时,选择污水流量小、污水提 升泵站间歇工作时段,采用哈夫节破管连接,见图4。

 

3.2 现状检查井改造

现状检查井高2.96 m,宽度14.38 m,上游管道内底标高-0.70 m,截流管道标高-0.70 m,下游排海管闸门关闭,水位上升,新建截 流泵站结合现状泵站共同发挥截流功能。

本次设 计泵站调试完毕后,进行截污管施工,采用车 载式强力水泵临时抽吸现状检查井内雨污混流水,并利用 下游截流泵站及闸门加强水位控制。水位下 降后于检查井室内围堰,进行截 污管破井连接施工,见图5。

 

4 结论与展望

为彻底解 决污水入海问题,控制滨 海城市近海水体黑臭,应优先推行雨污分流。在短时 间内无法实现雨污分流的情况下,建议采 用近远期相结合的方式:近期进行污水截流,结合远期雨污分流,从根本 上控制污水入海。排海管 涵截流改造设计应注意以下几点:

(1)截污流 量应以实际旱流污水流量为设计依据,不应简 单采用若干初期雨水量。

(2)截流泵 站出水接入现状污水压力管道,接入点 压力水头应尽量保持一致,同时必 须校核对下游管线的影响。

(3)一体化泵站占地少、建设周期短、自动化控制程度高,在截流 提升改造中优势明显。

(4)截流泵 站的运行模式应充分考虑现状管网的排水及污水处理厂的处理能力。

 

微信对原文有修改。原文标题:排海管 涵截流改造在滨海城市黑臭水体整治中的应用;作者:张宜涛、华国轩、钟翔燕、吴建立、郑舒昀、邵跃宗;作者单位:厦门市 市政工程设计院有限公司。刊登在《给水排水》2019年第7期。

 

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