保定市污水处理厂二期工程配套管网设计

张胜军

(保定市城乡规划设计研究院，河北保定071051)

1 工程概况

保定市位于河北省中部，地处“华北明珠”白洋淀的上游，是保定地区政治、经济、文化信息中心。保定市具有典型的平原城市特征，地势较为平坦开阔，局部略有起伏，总的趋势是由西北向东南逐渐倾斜，自然坡度约1‰。土质主要是粘质砂土和砂质粘土，地基承载力较高。市区地下水位较低，地下水埋藏深度大部分区域位于地表下15m。

保定市现状建成区面积77.2 km2，人口78万人。据用水统计资料分析，市区现状污水量为25.9万m3/d。作为保定市污水处理厂一期工程，1994年就已经建成了2座设计规模为8万m3/d的城市污水处理厂，并对市区排水管网进行了适当改造。一期工程投入运营后，取得了显著的环境效益和社会效益。

随着城市建设的迅速发展，污水排放量也随之增大。现状污水管网普及率较低，管网系统不完善，大量污水直接排入市区内的河道——清水河、侯河、一亩泉河、府河，对市区环境造成了严重污染，同时将使下游白洋淀水域遭受污染灾害。面对日益严重的水污染，保定市政府及有关部门早在2001年初就提出，在已建成的污水处理厂一期工程的基础上继续投资建设污水处理厂二期工程及厂外污水收集系统。该工程可行性研究报告及初步设计已分别于2002年10月和2003年7月通过国家发改委审批，并于2004年5月份完成了施工图设计及招投标工作。工程具体目标是：(1)扩建银定庄污水处理厂，扩建规模为16万m3/d；(2)提高水资源重复利用率，对部分二级处理后的出水进行深度处理，用于电厂循环冷却水及浇洒道路、绿地等市政杂用；(3)建设、完善市区污水管网系统，提高污水收集率。该工程厂外污水配套管网部分总投资2.2亿元，新建及改造污水管道92 km、再生水管道12 km，新建污水中途提升泵站2座。

2 城市排水设施现状及存在的问题

2.1 排水设施现状

保定市的现状排水设施基本以京广铁路为界分为铁东和铁西两个排水系统。铁西区的排水管网是在20世纪50年代后期随着大型部属企业的建立而建设的，主要包括乐凯大街和阳光大街排水系统。由于历史原因，排水干管均为由南向北逆地形坡度敷设，埋深较大。铁西区的鲁岗污水处理厂(设计规模为8万m3/d)位于市区西北部、保定市的较高点，污水需分别经两级中途泵站提升进入污水处理厂，常年运行费用较高。铁东区的银定庄污水处理厂(设计规模为8万m3/d)位于市区东郊，地势较低。主要排水系统为东风路排水系统，排水干管基本为顺地形坡度敷设，仅在三丰路污水支干管中设有1座中途泵站，排水系统整体布局较合理。

2.2 存在的问题

(1)随着城市排污量的逐年增加，现有的2座污水处理厂已基本达到满负荷运行，日处理污水量约14万m3/d，难以满足持续增加的污水处理量要求。

(2)现状污水收集系统不完善，大量污水未能进入污水处理厂处理，直接排入市区河道，造成了河道沿岸环境质量恶化。

(3)20世纪90年代老城区旧城改造节奏较慢，导致现状老城区的排水管道大部分仍为雨、污合流管道。这些管道管径较小及埋深较浅，使用年限较长，部分管道淤积堵塞严重，需进行雨、污分流改造。

(4)排水设施滞后于城市的发展，在市区北部及东北部表现得尤为突出。这些区域的污水只能暂时排入雨水管道入防洪沟，污染了环境。

(5)因历史的原因导致铁西区污水干管走向不合理，不得不设置多座中途提升泵站，增加了常年运行维护费用。

3 厂外污水配套管网设计

3.1 排水系统的规划布局

近期老城区部分区域管网改造采用截流式合流制，有条件的区域结合道路改造建成分流制；新建城区采用雨、污分流制排水体制。

(1)针对上述的铁西区污水干管走向不合理及鲁岗污水处理厂地势较高的现状，污水处理厂二期工程选址规划中确定：二期工程中控制鲁岗污水处理厂处理规模，扩建银定庄污水处理厂。结合城市总体规划中确定的城市近期发展方向和市区地形条件，对铁西区排水管网布局进行调整，经技术经济比较后确定：在城区中部和北部的东西向主干路七一路和复兴路分别敷设污水干管，向东、向南接入扩建后的银定庄污水处理厂。该管道除负责收集城区中、北部污水外，京广铁路以西原排入鲁岗污水处理厂的阳光大街系统的污水(现状约3万m3/d)分别经这两条新建干管转输排入扩建后的银定庄污水处理厂。干管向东、向南为顺地形坡度敷设，走向合理。复兴路污水干管位于规划建城区北部，该干管在设计中适当超前，管道埋深及排水能力均为其北侧城市建设用地以外区域的发展留有一定余地。近几年的城市发展情况表明，上述考虑是正确的、必要的。

在设计中复兴路污水干管与隆兴路污水干管(鲁岗污水处理厂进水干管)在阳光大街与隆兴路交口处进行了连通，两污水处理厂在事故时可实现水量相互调度，便于管理。

(2)为保证污水处理厂处理能力的有效利用，对部分老城区现状排水管道进行雨、污分流改造，规划建设污水管道。在老城区南部敷设天威路污水支干管，向东、向北接入东风路污水干管。

(3)以城区南部铁路专运线和城区南部、东部防洪堤为排水分区，沿太行路、农研所路、东二环路布置排水干管，接入银定庄污水处理厂。

厂外污水系统干管布置均充分利用地形，靠重力流排水，减少能耗，降低了工程造价。

3.2 污水设计流量的确定

3.2.1 用水量预测

根据保定市城市总体规划(1998~2020年)，主城区近、远期规划年限及发展规模为：近期为2005年，主城区建设用地79.6 km2，人口80万人；中期为2012年，主城区建设用地88.2 km2，人口90万人；远期为2020年，主城区建设用地110.4 km2，人口115万人。在该工程可行性研究报告中，采用两种方法对城市用水量进行预测，一是以城市总体规划及分区规划确定的人口、用地规模及工业用地用水量标准进行预测(分项预测法)；二是依据1995~2000年现状用水量数据，按一定增长率进行预测。用水增长率参考我国一般大城市、特大城市及保定市用水人口及工业用地增长率确定，生活及工业用水综合增长率取2.0%。预测结果表明，按规划指标预测的用水量稍大于按增长率预测的用水量。规划水量是一个宏观控制水量，一般来说应大于实际水量。依据中国国际工程咨询公司专家组评估意见，保定市近、远期用水量按增长率预测用水量结果确定，即2005年预测用水量为39.4万m3/d，2012年为45.3万m3/d，2020年为53.0万m3/d。

3.2.2 污水量预测

污水量预测以上述的按用水增长率预测的用水量结果为依据，城市污水排放系数取0.8，污水收集率2005年为85%，2012年为90%，2020年为98%进行计算。结果为：2005年预测污水量为26.8万 m3/d，2012年为 32.6万 m3/d，2020年为41.6万m3/d，生活污水和工业废水量约各占50%。污水处理厂二期工程厂区设计规模按2012年预测污水量控制，厂外污水管网系统主干管输水能力按2020年预测污水量设计，并适度超前。

3.2.3 污水比流量的确定

根据预测的2020年城市污水量及城市总体规划确定的规划期末各类用地规模，分别计算生活污水比流量及工业废水比流量。考虑各规划分区人口密度相差很大，中心区人口密度大，工业区和规划建成区边缘人口密度小，若采用统一的生活污水比流量势必会造成较大的误差。在充分考虑管网系统的安全性，并结合远期规划，经过综合测算，城市中心区生活污水比流量为0.51 L/(hm2·s)，规划建成区边缘区域生活污水比流量为0.38 L/(hm2·s)，工业污水比流量为0.84 L/(hm2·s)。

3.3 管材选择

保定市区地势较为平坦，管道埋深随管段长度的增加会迅速增大，为有效降低管道埋深，减少工程造价，采取了如下措施：

(1)结合城市远景规划及排水管理部门的意见，适当放大起始管段的管径。城市道路下起始管段最小敷设管径取400mm，并尽量减少400mm管径的管段，以减小整个污水管网系统的埋深。在满足充满度和设计流速的前提下，增大管径不易淤积且清通方便，能够满足远期规划要求。

(2)适当选择新型管材。该工程中管径大于600mm的，采用地产管材——承插口钢筋混凝土排水管，采用橡胶圈接口；管径600 mm以下或管道穿过河道处不便于用机械吊装的地段，采用高密度聚乙烯双壁波纹管(PE管)，该种管材具有抗腐蚀、使用寿命长、管壁光滑、水流阻力小、较小的坡度下不易堵塞等优点，可以有效地降低管道埋深。其次，管道接口采用环型橡胶圈柔性接口，对地基的不均匀沉降和管道弯曲敷设的适应能力较强，同时也为管道的快速施工创造了条件。

3.4 中途提升泵站的设计

当管道埋深较大(管底埋深接近8.0m)时，施工难度加大，造价提高，需设中途提升泵站以提高下游管道标高。在该工程中共设2座中途提升泵站，分别位于太行路和化纤路干管系统。采用地下式、自灌式泵房，设计流量及扬程基本相同(Q=1.0m3/s，H=11 m)，水泵选用节能性能优越的潜水排污泵(3用1备)，采用自动耦合式安装。泵站的电气控制设计中采用了变频技术，配备了可靠、完整的自动控制系统和检测功能，并为将来实现远方控制预留接口。

4 结论及建议

笔者经过近几年的工作实践感到，设计对于工程建设是至关重要的，设计方案是否合理、完善对工程建设影响重大，因此在项目前期的方案设计阶段必须进行多方案的技术经济比选，从中选出技术可行、经济合理的方案，据此做出的设计才能作为工程建设的依据。

(1)城市的排水规划设计应以城市总体规划为依据，与城市总体规划相协调并适当超前。就保定市目前情况来看，近几年城市建设发展较快，城市总体规划已稍滞后于城市的发展，规划区边缘区域的建设用地已突破总体规划的用地范围，因此排水规划设计应比城市总体规划年限更长些，污水量预测应采用多种方法进行并互相验证，留有发展余地。由于城市发展的不均衡性，在不同区域采用不同的排水标准是合理的、可行的。

(2)排水系统的规划布局在充分利用现有排水设施的基础上，应充分利用城市的地形，合理划分排水区域。在该项设计中，就充分考虑了东郊银定庄污水处理厂地理位置的优势，在城区中、北部顺地形坡度敷设了复兴路和七一路污水干管，对铁路以西阳光大街污水干管的走向进行了调整，并将两污水处理厂干管系统进行了连通，从而使城区整个排水管网的布局趋于合理。

(3)在新材料、新技术应用方面，选用先进的技术和设备，有利于施工和维护管理。在该项设计中小口径管材选用PE管，相对于钢筋混凝土排水管来说，它水力条件较好，可有效地减小坡度和埋深，抗腐蚀性能好，虽价格相对较高，但使用寿命长，施工安装方便，可有效地缩短工期，接口为柔性接口，有很好的抗渗性能。泵站设计中选用潜水排污泵，它效率高，节省能耗，安装检修方便，泵房设计为地下式，节省了土建费用。

(4)合理的设计是工程顺利实施的保证，但工程后期的维护管理也是工程正常运行必不可少的重要环节。比如该项设计中，管道施工未与厂区施工同步进行，管道施工在前。管道施工中按设计图纸在道路沿线预埋了污水收水支管，并暂时封堵，街坊污水暂时不得接入。工程全部竣工后，排水管理部门应对现状排水口进行改水处理。这是一项艰巨且烦琐的工作，若处理不好，就难以形成雨、污分流制排水系统，污水还将通过雨、污合流管道排入河道，污水处理厂的处理能力难以得到很好的利用。