污水处理厂尾水长距离排放系统设计

2019-04-12高晓凤严国培

绿色科技 2019年6期

高晓凤，严国培

(1.中国电建集团建筑规划设计研究院有限公司，北京 100024；2.北京冠华英才国际经济技术有限公司，北京 100000；3.中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概况

坞罗水库位于河南省巩义市东南13 km的坞罗河与石关河汇合处，是巩义市常用水源，根据国家环境保护总局文件《饮用水水源保护区污染防治管理规定》，在库区周围一定水域和陆域范围内划定了水源地一级保护区和二级保护区。其中，一级保护区水质管理目标为Ⅱ类，二级保护区水质管理目标为Ⅲ类。一、二级保护区内均无环境容量，均不允许新增排污口。

坞罗水库主要入库支流分布在坞罗河上游的夹津口镇和涉村镇。根据《巩义市城乡总体规划》(2014～2030)，夹津口镇将新建一个污水处理厂，涉村镇扩建一个污水处理厂，处理规模各为3000 m3/d，总处理规模为6000 m3/d，污水处理厂执行《污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准，处理后直接排入坞罗河，最终进入坞罗水库。为防止夹津口镇和涉村镇污水厂排放的尾水进入坞罗水库污染水库水质，夹津口镇和涉村镇的污水厂的尾水需排入坞罗水库下游的峰毛沟最终汇入伊洛河。

2 工程设计

2.1 管径确定及管线走向

2.1.1 管径确定

经过现场踏勘发现，涉村镇和夹津口镇的乡道较狭窄，而且有些路段还需要布置一根污水管，现场不具备敷设2根尾水外排管的条件，而且考虑到投资节约，本工程只采用1根尾水外排管。两个污水处理厂的出水量分别为3000 m3/d，尾水外排管起点自涉村镇污水厂至夹津口镇污水厂确定管径为DN200，从夹津口镇污水厂至排放终点确定管径为DN300，管线总长度为7.8 km。

2.1.2 管线走向

DN200尾水外排管自起点涉村镇污水厂出水排放口，沿坞罗河河岸道路由南向北敷设至夹津口镇污水厂处，尾水外排管自夹津口镇扩大至DN300，管线继续由夹津口镇污水厂自南向北沿乡道敷设至排放终点峰毛沟。由于乡道有一处高点，尾水仅靠重力流无法排放至终点，故在夹津口镇污水厂处设置了一个一体化预制提升泵站。管道走向平面设计见图1。

图1 尾水外排管道走向平面布置

2.2 管材选择

污水处理工程长距离输送管材常选用钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、HDPE管。为此对这几种管材的性能进行了比较(表1)。

2.2.1 钢管

钢管是给排水工程中常用的管材，具有强度高、耐振动、可承受压力高、制作及焊接技术成熟、检验手段完善、取材方便等优点。而且规格不受管材限制、铺设方便、适应性强，适应于承压高或地形复杂、过障碍等处。缺点是易生锈、价格高，必须采取防腐措施。

2.2.2 球墨铸铁管

抗拉强度、耐压力大，耐腐蚀性强，兼有钢管的强度与韧性以及普通铸铁管耐腐蚀等优点，具有较大的偏转角(3～5°)，能吸收因地基沉降产生的应力，避免管道破裂。安装技术要求简单，省时省力，可节省大量的安装费用。

2.2.3 预应力钢筒混凝土管(PCCP)

预应力钢筒混凝土管充分发挥了钢材的抗拉、易密封性及混凝土的抗压和耐腐蚀性，管道能承受较高的内压与外部荷载，抗渗性及耐腐蚀性好。管子的接口采用钢制承插口，并设橡胶止水圈(单胶圈或双胶圈)，止水效果好，安装方便，价格也比较低廉。缺点是管道转向、分支、变径时需要采用金属配件，并且需要设计混凝土镇墩；另外管道重量过高，施工难度较大，且对水质的保护不及其它管材。

2.2.4 HDPE管

在给排水工程中应用较多，具有管材轻、水头损失小、防腐蚀效果好。但价格昂贵，安装复杂，安装现场必须有施工电源，HDPE管大多应用局限于DN300及以下，DN300以上管道还有待于在实际工程中进一步验证。

表1 四种管材性能比较

钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、HDPE管这4种管材各有其技术特点。鉴于坞罗水库上游污水厂尾水外排管线输送距离远、压力较大、地形复杂，而球墨铸铁管在承受工作压力、耐腐蚀能力、使用寿命及保证运行安全等等主要指标方面均可满足本工程对输水管材的要求，且球墨铸铁管的设计、施工、运行、检验检测等方面都已有成熟经验，完全能够保证安全输水，因此尾水外排输水管材选用球墨铸铁管。

2.3 管道压力流与重力流形式的确定

涉村镇污水厂地面标高约为299 m，夹津口镇污水厂地面标高约为276 m，石井村地面标高约为261 m，高点处地面标高约为278.8 m，排放终点地面标高约为234 m。由管道沿程各点的地面标高看出：管线由起点至终点总体高程是下降的，但中途出现一个高程较高点。根据该项目地形特点，尾水管道采用重力流和压力流相结合的两种形式。

2.3.1 重力流可行性论证

涉村镇污水厂至夹津口镇污水厂尾水管段：此段尾水管道长度L=1.8 km，尾水流量Q=125 m3/h，取管道单位长度的水头损失i=0.0075，则沿程水头损失h1=0.0075×1800 m=13.60 m。管道覆土深度为1.0 m，顺地形坡度敷设，沿线设置了2个闸阀、2个排气阀和2个排泥阀，综合考虑其他不确定性因素造成的水头损失，管道的局部损失取沿程水头损失的20%，h2=2.72 m，富余水头损失取h3=2 m，则总水头损失H1=13.6 m+2.72 m+2=18.32 m。

涉村镇与夹津口镇的地面高差约H=299 m-276 m=23 m，大于管道的总水头损失，因此涉村镇污水厂至夹津口镇污水厂尾水管道采用重力流式可保证尾水的正常排放，且利用地势高差排放尾水可节省能量消耗，因此是可行的。

2.3.2 压力流实施条件

夹津口镇污水厂至终点段。由于夹津口镇至排放终点存在一个地势高点，尾水无法通过重力流流动至排放终点，在夹津口镇污水厂处设置一个一体化预制提升泵站，使水流顺利通过地势高点即可，通过高点后尾水又可利用地势差顺利流动至终点进行排放。一体化预制泵站设置2台泵，1用1备，选用200WQ400-13-30型潜污泵，其规格参数为Q=280 m3/h，H=16 m，N=30 kW。