污水處理廠尾水長距離排放系統設計

高曉鳳，嚴國培

(1.中國電建集團建筑規劃設計研究院有限公司，北京 100024；2.北京冠華英才國際經濟技術有限公司，北京 100000；3.中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100024)

1 工程概況

塢羅水庫位于河南省鞏義市東南13 km的塢羅河與石關河匯合處，是鞏義市常用水源，根據國家環境保護總局文件《飲用水水源保護區污染防治管理規定》，在庫區周圍一定水域和陸域范圍內劃定了水源地一級保護區和二級保護區。其中，一級保護區水質管理目標為Ⅱ類，二級保護區水質管理目標為Ⅲ類。一、二級保護區內均無環境容量，均不允許新增排污口。

塢羅水庫主要入庫支流分布在塢羅河上游的夾津口鎮和涉村鎮。根據《鞏義市城鄉總體規劃》(2014～2030)，夾津口鎮將新建一個污水處理廠，涉村鎮擴建一個污水處理廠，處理規模各為3000 m3/d，總處理規模為6000 m3/d，污水處理廠執行《污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A排放標準，處理后直接排入塢羅河，最終進入塢羅水庫。為防止夾津口鎮和涉村鎮污水廠排放的尾水進入塢羅水庫污染水庫水質，夾津口鎮和涉村鎮的污水廠的尾水需排入塢羅水庫下游的峰毛溝最終匯入伊洛河。

2 工程設計

2.1 管徑確定及管線走向

2.1.1 管徑確定

經過現場踏勘發現，涉村鎮和夾津口鎮的鄉道較狹窄，而且有些路段還需要布置一根污水管，現場不具備敷設2根尾水外排管的條件，而且考慮到投資節約，本工程只采用1根尾水外排管。兩個污水處理廠的出水量分別為3000 m3/d，尾水外排管起點自涉村鎮污水廠至夾津口鎮污水廠確定管徑為DN200，從夾津口鎮污水廠至排放終點確定管徑為DN300，管線總長度為7.8 km。

2.1.2 管線走向

DN200尾水外排管自起點涉村鎮污水廠出水排放口，沿塢羅河河岸道路由南向北敷設至夾津口鎮污水廠處，尾水外排管自夾津口鎮擴大至DN300，管線繼續由夾津口鎮污水廠自南向北沿鄉道敷設至排放終點峰毛溝。由于鄉道有一處高點，尾水僅靠重力流無法排放至終點，故在夾津口鎮污水廠處設置了一個一體化預制提升泵站。管道走向平面設計見圖1。

圖1 尾水外排管道走向平面布置

2.2 管材選擇

污水處理工程長距離輸送管材常選用鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、HDPE管。為此對這幾種管材的性能進行了比較(表1)。

2.2.1 鋼管

鋼管是給排水工程中常用的管材，具有強度高、耐振動、可承受壓力高、制作及焊接技術成熟、檢驗手段完善、取材方便等優點。而且規格不受管材限制、鋪設方便、適應性強，適應于承壓高或地形復雜、過障礙等處。缺點是易生銹、價格高，必須采取防腐措施。

2.2.2 球墨鑄鐵管

抗拉強度、耐壓力大，耐腐蝕性強，兼有鋼管的強度與韌性以及普通鑄鐵管耐腐蝕等優點，具有較大的偏轉角(3～5°)，能吸收因地基沉降產生的應力，避免管道破裂。安裝技術要求簡單，省時省力，可節省大量的安裝費用。

2.2.3 預應力鋼筒混凝土管(PCCP)

預應力鋼筒混凝土管充分發揮了鋼材的抗拉、易密封性及混凝土的抗壓和耐腐蝕性，管道能承受較高的內壓與外部荷載，抗滲性及耐腐蝕性好。管子的接口采用鋼制承插口，并設橡膠止水圈(單膠圈或雙膠圈)，止水效果好，安裝方便，價格也比較低廉。缺點是管道轉向、分支、變徑時需要采用金屬配件，并且需要設計混凝土鎮墩；另外管道重量過高，施工難度較大，且對水質的保護不及其它管材。

2.2.4 HDPE管

在給排水工程中應用較多，具有管材輕、水頭損失小、防腐蝕效果好。但價格昂貴，安裝復雜，安裝現場必須有施工電源，HDPE管大多應用局限于DN300及以下，DN300以上管道還有待于在實際工程中進一步驗證。

表1 四種管材性能比較

鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、HDPE管這4種管材各有其技術特點。鑒于塢羅水庫上游污水廠尾水外排管線輸送距離遠、壓力較大、地形復雜，而球墨鑄鐵管在承受工作壓力、耐腐蝕能力、使用壽命及保證運行安全等等主要指標方面均可滿足本工程對輸水管材的要求，且球墨鑄鐵管的設計、施工、運行、檢驗檢測等方面都已有成熟經驗，完全能夠保證安全輸水，因此尾水外排輸水管材選用球墨鑄鐵管。

2.3 管道壓力流與重力流形式的確定

涉村鎮污水廠地面標高約為299 m，夾津口鎮污水廠地面標高約為276 m，石井村地面標高約為261 m，高點處地面標高約為278.8 m，排放終點地面標高約為234 m。由管道沿程各點的地面標高看出：管線由起點至終點總體高程是下降的，但中途出現一個高程較高點。根據該項目地形特點，尾水管道采用重力流和壓力流相結合的兩種形式。

2.3.1 重力流可行性論證

涉村鎮污水廠至夾津口鎮污水廠尾水管段：此段尾水管道長度L=1.8 km，尾水流量Q=125 m3/h，取管道單位長度的水頭損失i=0.0075，則沿程水頭損失h1=0.0075×1800 m=13.60 m。管道覆土深度為1.0 m，順地形坡度敷設，沿線設置了2個閘閥、2個排氣閥和2個排泥閥，綜合考慮其他不確定性因素造成的水頭損失，管道的局部損失取沿程水頭損失的20%，h2=2.72 m，富余水頭損失取h3=2 m，則總水頭損失H1=13.6 m+2.72 m+2=18.32 m。

涉村鎮與夾津口鎮的地面高差約H=299 m-276 m=23 m，大于管道的總水頭損失，因此涉村鎮污水廠至夾津口鎮污水廠尾水管道采用重力流式可保證尾水的正常排放，且利用地勢高差排放尾水可節省能量消耗，因此是可行的。

2.3.2 壓力流實施條件

夾津口鎮污水廠至終點段。由于夾津口鎮至排放終點存在一個地勢高點，尾水無法通過重力流流動至排放終點，在夾津口鎮污水廠處設置一個一體化預制提升泵站，使水流順利通過地勢高點即可，通過高點后尾水又可利用地勢差順利流動至終點進行排放。一體化預制泵站設置2臺泵，1用1備，選用200WQ400-13-30型潛污泵，其規格參數為Q=280 m3/h，H=16 m，N=30 kW。

3 設計特點

(1)該工程輸送規模為6000 m3/d，輸送距離7.8 km，采用防腐性能好、壽命長、施工方便的球墨鑄鐵管作為輸送管材。球墨鑄鐵管安裝技術要求簡單，省時省力，可節省大量的安裝費用。

(2)采用的一體化預制泵站具有高集成度、占地面積小、工程周期短、安裝維修方便等優點，且可以全自動化控制，無需專人值守。

(3)尾水采用重力流與壓力流相結合的形式排放，利用了工程的地勢高差，沒有浪費地勢高差的這部分能量，節約了運行成本。

4 結語

塢羅水庫是鞏義市人民的飲用水水源地，尾水輸送管線的建成，使排入塢羅水庫的6000 m3/d的尾水排至稀釋能力較大的下游河，對保護塢羅水庫水源地具有至關重要的作用。