用于自然河道的再生水補水泵站設計研究

陳飛華

（上海陳政市政工程有限公司，上海市 200940）

0　引言

再生水(中水)是一般指的是廢水（或雨水）再經適當的深度處理后，滿足一定的水質指標（《再生水水質標準》（SL368-2006））。可以進行諸如市政噴灑、景觀補水等有益使用的水。從環境保護的角度來看，污水的再生利用有助于改善生態環境，促進水體的良性循環；從經濟角度來看，使用再生水能夠節約水資源，獲得一定的經濟效果。因此，再生水的使用受到了廣泛的關注。

利用再生水補充河道用水是一種極具前景的水資源復用手段。再生水在處理后通過中水泵站與管網系統送至河道上游后，不僅能對河道進行水量補充，還能借助水體的自凈能力進一步凈化再生水的水質，使其達到較高的水質標準。故再生水泵站的設計成為實現這一目標的關鍵。目前，大部分的再生水泵站的設計通常以給水泵站作為藍本和參照。但實際上給水泵站的水質與中水具有較大差別。另外，給水泵站的取水方式、工程保障、供水安全性也與中水泵站也存在著較大程度的區別。因此，提出適用于自然水體的再生水泵站設計方法成為亟待解決的問題。

1　工程概況

1.1　項目地點

項目位于某河段下游，城市污水經過河邊污水處理站處理后被進一步凈化為再生水，隨后排往自然水體中。后經過方案設計認為如能充分利用這部分再生水可實現良好的生態與經濟效應。故在污水處理站后設計一個再生水回用泵站，將處理后的再生水傳輸至上游5.6 km處的排水口以實現對上游水體的補充，所排出的再生水水質見表1。表1所示再生水水質較好，可用于天然水體的補充。

表1　再生水出水水質

1.2　水文地質情況

項目所在地為大陸性半干旱氣候，年降雨量約為630 mm。通過地質考察發現：當地地勢自北向南呈逐步降低趨勢，受到河流沖刷的影響，地貌北側主要以黃土梁為主、南側主要以黃土塬為主。通水水文勘察發現：當地的地下水資源量約為3.7億m3,現有開采量約為7.8萬m3/d。此外，河流為季節性河流，年徑流量約為0.62億m3。但受制于河岸兩側的農業生產活動，尚存較大的用水缺額。

1.3　項目概況

項目將污水處理站處理的污水收集后，通過河道邊的再生水加壓泵站，將再生水傳輸至上游。項目主要包括中水泵站與輸水管網兩部分。其中，中水泵站定位于長期連續運行，也可以根據河道內的實際水量情況進行短期間斷供水以達到合適的工程經濟要求。輸水管網處理傳輸河道的補水外，后續還需向管網兩側的農業用地進行補水。

2　泵站工藝設計

2.1　流量確定

項目考慮到遠期與近期相結合與補水功能,選擇設計該泵站最高用水量為210 m3/h。單泵可基本滿足河道補水需求，但考慮到后期農業用水與污水處理水量的增大，故采用1用1備的方式，必要時可采用雙泵同時運行的模式。

2.2　揚程確定

水泵的進出水管道采用高密度聚乙烯管,管道外徑為300 mm。計算泵站出水口與上游排水口的高差為44.3 m。輸水管網的沿程損失為100.1 kPa,局部水頭損失以沿程水頭損失的30%計為30.3 kPa，因此水泵揚程總計為573.4 kPa。

2.3　水泵選擇

設計采用W Q2368-4165型單級離心泵，水泵為立式安裝，水泵單臺設計流量210 m3/h、揚程67 m、單機功率90 kW、總裝機功率180 kW。轉速1485 r/min，電機效率為94.2%。水泵性能曲線見圖1。

圖1　WQ2368-4165型單級離心泵性能曲線

2.4　泵房設計

泵房的總建筑面積約32 m2。泵房依據水泵尺寸設計為矩形。結構為鋼筋混凝土結構。泵房內部分主要分為上下兩層。其中，上部平臺主要用于泵的安裝、吊裝與檢修；下部平臺為水泵的正常工作平臺。上下平臺之間設置有鋼格柵以方便水泵的吊裝和觀察泵在實際運行時的情況。上下平臺內墻側還設置有鋼梯以方便人員同行檢修。再生水補水泵房平面與剖面設計見圖2和圖3。

圖2　再生水水泵站平面圖（單位：mm）

圖3　再生水水泵站剖面圖（單位：mm）

2.5　配套設施

泵站為自灌式進水。泵房內部配有檢修照明燈10盞，電路另行搭接以確保檢修順利。泵房頂部安裝有1臺M D1-12D,N=1.7 kW型電葫蘆，可一次性完成單泵的吊裝任務。為防止泵站內異味和為后續管理人員提供適宜居住環境，泵站內安裝有強力換氣扇2個以確保室內空氣品質。泵站的變電設備為ZBF-125 kVA箱式變電站。水泵控制柜設在上部平臺以方便人員操控。

2.6　自動控制

水泵的運行方式采用全自動編程運行,泵的啟動按照中水處理與上游水位共同決定，泵站內理論上不需要額外編制工作人員,值班和簡單的維修工作可由周邊農業管理人員兼任。

2.7　引渠

在實際設計中由于泵站內容量較小，故存在多余中水無法存放和利用的現象，為了避免上述現象的發生。在泵站前端設計了寬為3 m，深為3.4 m的矩形引渠連接再生水出水與泵站，從而起到可以為多余中水蓄水的作用。引渠為暗挖形式。

2.8　技術經濟

建設期中水泵站總投資約為312萬元，主要包括土建費用與設備安裝調試費用。運行期總費用約為75萬。每方水的運行費用為0.5元。

3　工藝特點

3.1　占地面積

本項目的泵房為地下式，故占地面較小、能節約周邊的農業用地。同時泵房的引渠也設置為地下式，其覆板上種植了相應的綠化植被，可與周邊的景觀相融合。此外，地下式泵站還可以在很大程度上隔絕水泵的噪音與異味的擴散，減少對周邊環境與人類活動的影響。

3.2　引渠的利用與泄水

由于泵站的間隙運行方式具有一定的不確定性。故單獨設置較大的蓄水池不具有較好的工程經濟性。因此采用地埋式引渠的方式來起到蓄水的作用。蓄水量可達700 m3左右，能有效儲存富余的中水，節約經濟成本。

泵站的泄水為泵站側壁的泄水口與外部河道相連的方式，如再生水廠產水量多于補水量則直接向河道內排放，不會影響污水處理廠站的正常運行。

3.3　運行效果

該項于2016年3月完成主體設計，4月完成設備安裝并進入運行階段。在運行期間，盡管中水供水的日變化系數較大，但泵站依舊能正常完成供水補水任務。由于采用了地下室設計，附近農業場地并未受到噪音、異味的影響。進入夏季后，為了滿足管網周邊農業的生產需求遂于6月末采用雙泵同時運行模式，很好地兼顧了上游的農業用水與河道補水。進入冬季后，隨著農業生活用水的減少，恢復為單泵運行。

4　結語

本文以用于自然河道的再生水補水泵站設計為例，探討了水泵站的水泵選型、泵站平面與剖面設計。通過引渠連接再生水泵站與排出口的方式可彌補中水泵站自身出水量小的確定，為后續推廣提供一定的參考。

參考文獻：

山東省年內實現村路網化全覆蓋

2018年，山東將全面推進“四好農村路”建設，以打造山東“四好農村路”品牌為目標，推進農村公路建養管運協調發展，努力構建“內暢外聯、互連互通、結構合理、功能完善”的農村公路網絡。啟動開展農村公路三年集中提檔升級專項行動，深入推進“四好農村路”示范縣創建工作，扎實做好“四好農村路”督導和考核。加快推進村村通客車，新增通客車建制村256個，年底實現具備條件的建制村全部通客車。

圍繞“四好農村路”建設，山東開展了村級公路網化示范縣活動、交通精準扶貧行動、“戶戶通”活動等工作，夯實公路發展根基。目前，山東已形成政府主導、公司運營、物業管理和市場運作4種養護模式；推進運營“五個+”發展，即“農村公路+客運”、“農村公路+物流”、“農村公路+美麗鄉村”、“農村公路+旅游”、“農村公路+產業”發展。

截至2017年年底，山東全年累計完成投資186億元，新改建農村公路1.34萬km，農村公路總里程達24.3萬km，建制村通瀝青（水泥）路率達99.99%，建制村通客車率達98.47%。全省物流縣級分撥中心達61個、鄉鎮物流站達701個。