保定市污水處理廠二期工程配套管網設計

張勝軍

(保定市城鄉規劃設計研究院，河北保定071051)

1 工程概況

保定市位于河北省中部，地處“華北明珠”白洋淀的上游，是保定地區政治、經濟、文化信息中心。保定市具有典型的平原城市特征，地勢較為平坦開闊，局部略有起伏，總的趨勢是由西北向東南逐漸傾斜，自然坡度約1‰。土質主要是粘質砂土和砂質粘土，地基承載力較高。市區地下水位較低，地下水埋藏深度大部分區域位于地表下15m。

保定市現狀建成區面積77.2 km2，人口78萬人。據用水統計資料分析，市區現狀污水量為25.9萬m3/d。作為保定市污水處理廠一期工程，1994年就已經建成了2座設計規模為8萬m3/d的城市污水處理廠，并對市區排水管網進行了適當改造。一期工程投入運營后，取得了顯著的環境效益和社會效益。

隨著城市建設的迅速發展，污水排放量也隨之增大。現狀污水管網普及率較低，管網系統不完善，大量污水直接排入市區內的河道——清水河、侯河、一畝泉河、府河，對市區環境造成了嚴重污染，同時將使下游白洋淀水域遭受污染災害。面對日益嚴重的水污染，保定市政府及有關部門早在2001年初就提出，在已建成的污水處理廠一期工程的基礎上繼續投資建設污水處理廠二期工程及廠外污水收集系統。該工程可行性研究報告及初步設計已分別于2002年10月和2003年7月通過國家發改委審批，并于2004年5月份完成了施工圖設計及招投標工作。工程具體目標是：(1)擴建銀定莊污水處理廠，擴建規模為16萬m3/d；(2)提高水資源重復利用率，對部分二級處理后的出水進行深度處理，用于電廠循環冷卻水及澆灑道路、綠地等市政雜用；(3)建設、完善市區污水管網系統，提高污水收集率。該工程廠外污水配套管網部分總投資2.2億元，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 城市排水設施現狀及存在的問題

2.1 排水設施現狀

保定市的現狀排水設施基本以京廣鐵路為界分為鐵東和鐵西兩個排水系統。鐵西區的排水管網是在20世紀50年代后期隨著大型部屬企業的建立而建設的，主要包括樂凱大街和陽光大街排水系統。由于歷史原因，排水干管均為由南向北逆地形坡度敷設，埋深較大。鐵西區的魯崗污水處理廠(設計規模為8萬m3/d)位于市區西北部、保定市的較高點，污水需分別經兩級中途泵站提升進入污水處理廠，常年運行費用較高。鐵東區的銀定莊污水處理廠(設計規模為8萬m3/d)位于市區東郊，地勢較低。主要排水系統為東風路排水系統，排水干管基本為順地形坡度敷設，僅在三豐路污水支干管中設有1座中途泵站，排水系統整體布局較合理。

2.2 存在的問題

(1)隨著城市排污量的逐年增加，現有的2座污水處理廠已基本達到滿負荷運行，日處理污水量約14萬m3/d，難以滿足持續增加的污水處理量要求。

(2)現狀污水收集系統不完善，大量污水未能進入污水處理廠處理，直接排入市區河道，造成了河道沿岸環境質量惡化。

(3)20世紀90年代老城區舊城改造節奏較慢，導致現狀老城區的排水管道大部分仍為雨、污合流管道。這些管道管徑較小及埋深較淺，使用年限較長，部分管道淤積堵塞嚴重，需進行雨、污分流改造。

(4)排水設施滯后于城市的發展，在市區北部及東北部表現得尤為突出。這些區域的污水只能暫時排入雨水管道入防洪溝，污染了環境。

(5)因歷史的原因導致鐵西區污水干管走向不合理，不得不設置多座中途提升泵站，增加了常年運行維護費用。

3 廠外污水配套管網設計

3.1 排水系統的規劃布局

近期老城區部分區域管網改造采用截流式合流制，有條件的區域結合道路改造建成分流制；新建城區采用雨、污分流制排水體制。

(1)針對上述的鐵西區污水干管走向不合理及魯崗污水處理廠地勢較高的現狀，污水處理廠二期工程選址規劃中確定：二期工程中控制魯崗污水處理廠處理規模，擴建銀定莊污水處理廠。結合城市總體規劃中確定的城市近期發展方向和市區地形條件，對鐵西區排水管網布局進行調整，經技術經濟比較后確定：在城區中部和北部的東西向主干路七一路和復興路分別敷設污水干管，向東、向南接入擴建后的銀定莊污水處理廠。該管道除負責收集城區中、北部污水外，京廣鐵路以西原排入魯崗污水處理廠的陽光大街系統的污水(現狀約3萬m3/d)分別經這兩條新建干管轉輸排入擴建后的銀定莊污水處理廠。干管向東、向南為順地形坡度敷設，走向合理。復興路污水干管位于規劃建城區北部，該干管在設計中適當超前，管道埋深及排水能力均為其北側城市建設用地以外區域的發展留有一定余地。近幾年的城市發展情況表明，上述考慮是正確的、必要的。

在設計中復興路污水干管與隆興路污水干管(魯崗污水處理廠進水干管)在陽光大街與隆興路交口處進行了連通，兩污水處理廠在事故時可實現水量相互調度，便于管理。

(2)為保證污水處理廠處理能力的有效利用，對部分老城區現狀排水管道進行雨、污分流改造，規劃建設污水管道。在老城區南部敷設天威路污水支干管，向東、向北接入東風路污水干管。

(3)以城區南部鐵路專運線和城區南部、東部防洪堤為排水分區，沿太行路、農研所路、東二環路布置排水干管，接入銀定莊污水處理廠。

廠外污水系統干管布置均充分利用地形，靠重力流排水，減少能耗，降低了工程造價。

3.2 污水設計流量的確定

3.2.1 用水量預測

根據保定市城市總體規劃(1998~2020年)，主城區近、遠期規劃年限及發展規模為：近期為2005年，主城區建設用地79.6 km2，人口80萬人；中期為2012年，主城區建設用地88.2 km2，人口90萬人；遠期為2020年，主城區建設用地110.4 km2，人口115萬人。在該工程可行性研究報告中，采用兩種方法對城市用水量進行預測，一是以城市總體規劃及分區規劃確定的人口、用地規模及工業用地用水量標準進行預測(分項預測法)；二是依據1995~2000年現狀用水量數據，按一定增長率進行預測。用水增長率參考我國一般大城市、特大城市及保定市用水人口及工業用地增長率確定，生活及工業用水綜合增長率取2.0%。預測結果表明，按規劃指標預測的用水量稍大于按增長率預測的用水量。規劃水量是一個宏觀控制水量，一般來說應大于實際水量。依據中國國際工程咨詢公司專家組評估意見，保定市近、遠期用水量按增長率預測用水量結果確定，即2005年預測用水量為39.4萬m3/d，2012年為45.3萬m3/d，2020年為53.0萬m3/d。

3.2.2 污水量預測

污水量預測以上述的按用水增長率預測的用水量結果為依據，城市污水排放系數取0.8，污水收集率2005年為85%，2012年為90%，2020年為98%進行計算。結果為：2005年預測污水量為26.8萬 m3/d，2012年為 32.6萬 m3/d，2020年為41.6萬m3/d，生活污水和工業廢水量約各占50%。污水處理廠二期工程廠區設計規模按2012年預測污水量控制，廠外污水管網系統主干管輸水能力按2020年預測污水量設計，并適度超前。

3.2.3 污水比流量的確定

根據預測的2020年城市污水量及城市總體規劃確定的規劃期末各類用地規模，分別計算生活污水比流量及工業廢水比流量。考慮各規劃分區人口密度相差很大，中心區人口密度大，工業區和規劃建成區邊緣人口密度小，若采用統一的生活污水比流量勢必會造成較大的誤差。在充分考慮管網系統的安全性，并結合遠期規劃，經過綜合測算，城市中心區生活污水比流量為0.51 L/(hm2·s)，規劃建成區邊緣區域生活污水比流量為0.38 L/(hm2·s)，工業污水比流量為0.84 L/(hm2·s)。

3.3 管材選擇

保定市區地勢較為平坦，管道埋深隨管段長度的增加會迅速增大，為有效降低管道埋深，減少工程造價，采取了如下措施：

(1)結合城市遠景規劃及排水管理部門的意見，適當放大起始管段的管徑。城市道路下起始管段最小敷設管徑取400mm，并盡量減少400mm管徑的管段，以減小整個污水管網系統的埋深。在滿足充滿度和設計流速的前提下，增大管徑不易淤積且清通方便，能夠滿足遠期規劃要求。

(2)適當選擇新型管材。該工程中管徑大于600mm的，采用地產管材——承插口鋼筋混凝土排水管，采用橡膠圈接口；管徑600 mm以下或管道穿過河道處不便于用機械吊裝的地段，采用高密度聚乙烯雙壁波紋管(PE管)，該種管材具有抗腐蝕、使用壽命長、管壁光滑、水流阻力小、較小的坡度下不易堵塞等優點，可以有效地降低管道埋深。其次，管道接口采用環型橡膠圈柔性接口，對地基的不均勻沉降和管道彎曲敷設的適應能力較強，同時也為管道的快速施工創造了條件。

3.4 中途提升泵站的設計

當管道埋深較大(管底埋深接近8.0m)時，施工難度加大，造價提高，需設中途提升泵站以提高下游管道標高。在該工程中共設2座中途提升泵站，分別位于太行路和化纖路干管系統。采用地下式、自灌式泵房，設計流量及揚程基本相同(Q=1.0m3/s，H=11 m)，水泵選用節能性能優越的潛水排污泵(3用1備)，采用自動耦合式安裝。泵站的電氣控制設計中采用了變頻技術，配備了可靠、完整的自動控制系統和檢測功能，并為將來實現遠方控制預留接口。

4 結論及建議

筆者經過近幾年的工作實踐感到，設計對于工程建設是至關重要的，設計方案是否合理、完善對工程建設影響重大，因此在項目前期的方案設計階段必須進行多方案的技術經濟比選，從中選出技術可行、經濟合理的方案，據此做出的設計才能作為工程建設的依據。

(1)城市的排水規劃設計應以城市總體規劃為依據，與城市總體規劃相協調并適當超前。就保定市目前情況來看，近幾年城市建設發展較快，城市總體規劃已稍滯后于城市的發展，規劃區邊緣區域的建設用地已突破總體規劃的用地范圍，因此排水規劃設計應比城市總體規劃年限更長些，污水量預測應采用多種方法進行并互相驗證，留有發展余地。由于城市發展的不均衡性，在不同區域采用不同的排水標準是合理的、可行的。

(2)排水系統的規劃布局在充分利用現有排水設施的基礎上，應充分利用城市的地形，合理劃分排水區域。在該項設計中，就充分考慮了東郊銀定莊污水處理廠地理位置的優勢，在城區中、北部順地形坡度敷設了復興路和七一路污水干管，對鐵路以西陽光大街污水干管的走向進行了調整，并將兩污水處理廠干管系統進行了連通，從而使城區整個排水管網的布局趨于合理。

(3)在新材料、新技術應用方面，選用先進的技術和設備，有利于施工和維護管理。在該項設計中小口徑管材選用PE管，相對于鋼筋混凝土排水管來說，它水力條件較好，可有效地減小坡度和埋深，抗腐蝕性能好，雖價格相對較高，但使用壽命長，施工安裝方便，可有效地縮短工期，接口為柔性接口，有很好的抗滲性能。泵站設計中選用潛水排污泵，它效率高，節省能耗，安裝檢修方便，泵房設計為地下式，節省了土建費用。

(4)合理的設計是工程順利實施的保證，但工程后期的維護管理也是工程正常運行必不可少的重要環節。比如該項設計中，管道施工未與廠區施工同步進行，管道施工在前。管道施工中按設計圖紙在道路沿線預埋了污水收水支管，并暫時封堵，街坊污水暫時不得接入。工程全部竣工后，排水管理部門應對現狀排水口進行改水處理。這是一項艱巨且煩瑣的工作，若處理不好，就難以形成雨、污分流制排水系統，污水還將通過雨、污合流管道排入河道，污水處理廠的處理能力難以得到很好的利用。