保定市污水處理廠二期工程配套管網(wǎng)設(shè)計(jì)

張勝軍

(保定市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)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(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、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(zhì)主要是粘質(zhì)砂土和砂質(zhì)粘土，地基承載力較高。市區(qū)地下水位較低，地下水埋藏深度大部分區(qū)域位于地表下15m。

保定市現(xiàn)狀建成區(qū)面積77.2 km2，人口78萬人。據(jù)用水統(tǒng)計(jì)資料分析，市區(qū)現(xiàn)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(jīng)建成了2座設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d的城市污水處理廠，并對市區(qū)排水管網(wǎng)進(jìn)行了適當(dāng)改造。一期工程投入運(yùn)營后，取得了顯著的環(huán)境效益和社會效益。

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展，污水排放量也隨之增大。現(xiàn)狀污水管網(wǎng)普及率較低，管網(wǎng)系統(tǒng)不完善，大量污水直接排入市區(qū)內(nèi)的河道——清水河、侯河、一畝泉河、府河，對市區(qū)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，同時將使下游白洋淀水域遭受污染災(zāi)害。面對日益嚴(yán)重的水污染，保定市政府及有關(guān)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(chǔ)上繼續(xù)投資建設(shè)污水處理廠二期工程及廠外污水收集系統(tǒng)。該工程可行性研究報(bào)告及初步設(shè)計(jì)已分別于2002年10月和2003年7月通過國家發(fā)改委審批，并于2004年5月份完成了施工圖設(shè)計(jì)及招投標(biāo)工作。工程具體目標(biāo)是：(1)擴(kuò)建銀定莊污水處理廠，擴(kuò)建規(guī)模為16萬m3/d；(2)提高水資源重復(fù)利用率，對部分二級處理后的出水進(jìn)行深度處理，用于電廠循環(huán)冷卻水及澆灑道路、綠地等市政雜用；(3)建設(shè)、完善市區(qū)污水管網(wǎng)系統(tǒng)，提高污水收集率。該工程廠外污水配套管網(wǎng)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(shè)施現(xiàn)狀及存在的問題

2.1 排水設(shè)施現(xiàn)狀

保定市的現(xiàn)狀排水設(shè)施基本以京廣鐵路為界分為鐵東和鐵西兩個排水系統(tǒng)。鐵西區(qū)的排水管網(wǎng)是在20世紀(jì)50年代后期隨著大型部屬企業(yè)的建立而建設(shè)的，主要包括樂凱大街和陽光大街排水系統(tǒng)。由于歷史原因，排水干管均為由南向北逆地形坡度敷設(shè)，埋深較大。鐵西區(qū)的魯崗污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d)位于市區(qū)西北部、保定市的較高點(diǎn)，污水需分別經(jīng)兩級中途泵站提升進(jìn)入污水處理廠，常年運(yùn)行費(fèi)用較高。鐵東區(qū)的銀定莊污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模為8萬m3/d)位于市區(qū)東郊，地勢較低。主要排水系統(tǒng)為東風(fēng)路排水系統(tǒng)，排水干管基本為順地形坡度敷設(shè)，僅在三豐路污水支干管中設(shè)有1座中途泵站，排水系統(tǒng)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(xiàn)有的2座污水處理廠已基本達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，日處理污水量約14萬m3/d，難以滿足持續(xù)增加的污水處理量要求。

(2)現(xiàn)狀污水收集系統(tǒng)不完善，大量污水未能進(jìn)入污水處理廠處理，直接排入市區(qū)河道，造成了河道沿岸環(huán)境質(zhì)量惡化。

(3)20世紀(jì)90年代老城區(qū)舊城改造節(jié)奏較慢，導(dǎo)致現(xiàn)狀老城區(qū)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(yán)重，需進(jìn)行雨、污分流改造。

(4)排水設(shè)施滯后于城市的發(fā)展，在市區(qū)北部及東北部表現(xiàn)得尤為突出。這些區(qū)域的污水只能暫時排入雨水管道入防洪溝，污染了環(huán)境。

(5)因歷史的原因?qū)е妈F西區(qū)污水干管走向不合理，不得不設(shè)置多座中途提升泵站，增加了常年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

3 廠外污水配套管網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 排水系統(tǒng)的規(guī)劃布局

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

(1)針對上述的鐵西區(qū)污水干管走向不合理及魯崗污水處理廠地勢較高的現(xiàn)狀，污水處理廠二期工程選址規(guī)劃中確定：二期工程中控制魯崗污水處理廠處理規(guī)模，擴(kuò)建銀定莊污水處理廠。結(jié)合城市總體規(guī)劃中確定的城市近期發(fā)展方向和市區(qū)地形條件，對鐵西區(qū)排水管網(wǎng)布局進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定：在城區(qū)中部和北部的東西向主干路七一路和復(fù)興路分別敷設(shè)污水干管，向東、向南接入擴(kuò)建后的銀定莊污水處理廠。該管道除負(fù)責(zé)收集城區(qū)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(tǒng)的污水(現(xiàn)狀約3萬m3/d)分別經(jīng)這兩條新建干管轉(zhuǎn)輸排入擴(kuò)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(shè)，走向合理。復(fù)興路污水干管位于規(guī)劃建城區(qū)北部，該干管在設(shè)計(jì)中適當(dāng)超前，管道埋深及排水能力均為其北側(cè)城市建設(shè)用地以外區(qū)域的發(fā)展留有一定余地。近幾年的城市發(fā)展情況表明，上述考慮是正確的、必要的。

在設(shè)計(jì)中復(fù)興路污水干管與隆興路污水干管(魯崗污水處理廠進(jìn)水干管)在陽光大街與隆興路交口處進(jìn)行了連通，兩污水處理廠在事故時可實(shí)現(xiàn)水量相互調(diào)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(qū)現(xiàn)狀排水管道進(jìn)行雨、污分流改造，規(guī)劃建設(shè)污水管道。在老城區(qū)南部敷設(shè)天威路污水支干管，向東、向北接入東風(fēng)路污水干管。

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

廠外污水系統(tǒng)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(jià)。

3.2 污水設(shè)計(jì)流量的確定

3.2.1 用水量預(yù)測

根據(jù)保定市城市總體規(guī)劃(1998~2020年)，主城區(qū)近、遠(yuǎn)期規(guī)劃年限及發(fā)展規(guī)模為：近期為2005年，主城區(qū)建設(shè)用地79.6 km2，人口80萬人；中期為2012年，主城區(qū)建設(shè)用地88.2 km2，人口90萬人；遠(yuǎn)期為2020年，主城區(qū)建設(shè)用地110.4 km2，人口115萬人。在該工程可行性研究報(bào)告中，采用兩種方法對城市用水量進(jìn)行預(yù)測，一是以城市總體規(guī)劃及分區(qū)規(guī)劃確定的人口、用地規(guī)模及工業(yè)用地用水量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測(分項(xiàng)預(yù)測法)；二是依據(jù)1995~2000年現(xiàn)狀用水量數(shù)據(jù)，按一定增長率進(jìn)行預(yù)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(yè)用地增長率確定，生活及工業(yè)用水綜合增長率取2.0%。預(yù)測結(jié)果表明，按規(guī)劃指標(biāo)預(yù)測的用水量稍大于按增長率預(yù)測的用水量。規(guī)劃水量是一個宏觀控制水量，一般來說應(yīng)大于實(shí)際水量。依據(jù)中國國際工程咨詢公司專家組評估意見，保定市近、遠(yuǎn)期用水量按增長率預(yù)測用水量結(jié)果確定，即2005年預(yù)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(yù)測

污水量預(yù)測以上述的按用水增長率預(yù)測的用水量結(jié)果為依據(jù)，城市污水排放系數(shù)取0.8，污水收集率2005年為85%，2012年為90%，2020年為98%進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果為：2005年預(yù)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(yè)廢水量約各占50%。污水處理廠二期工程廠區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)模按2012年預(yù)測污水量控制，廠外污水管網(wǎng)系統(tǒng)主干管輸水能力按2020年預(yù)測污水量設(shè)計(jì)，并適度超前。

3.2.3 污水比流量的確定

根據(jù)預(yù)測的2020年城市污水量及城市總體規(guī)劃確定的規(guī)劃期末各類用地規(guī)模，分別計(jì)算生活污水比流量及工業(yè)廢水比流量?？紤]各規(guī)劃分區(qū)人口密度相差很大，中心區(qū)人口密度大，工業(yè)區(qū)和規(guī)劃建成區(qū)邊緣人口密度小，若采用統(tǒng)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(wǎng)系統(tǒng)的安全性，并結(jié)合遠(yuǎn)期規(guī)劃，經(jīng)過綜合測算，城市中心區(qū)生活污水比流量為0.51 L/(hm2·s)，規(guī)劃建成區(qū)邊緣區(qū)域生活污水比流量為0.38 L/(hm2·s)，工業(yè)污水比流量為0.84 L/(hm2·s)。

3.3 管材選擇

保定市區(qū)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(jià)，采取了如下措施：

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

(2)適當(dāng)選擇新型管材。該工程中管徑大于600mm的，采用地產(chǎn)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(jī)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(yōu)點(diǎn)，可以有效地降低管道埋深。其次，管道接口采用環(huán)型橡膠圈柔性接口，對地基的不均勻沉降和管道彎曲敷設(shè)的適應(yīng)能力較強(qiáng)，同時也為管道的快速施工創(chuàng)造了條件。

3.4 中途提升泵站的設(shè)計(jì)

當(dāng)管道埋深較大(管底埋深接近8.0m)時，施工難度加大，造價(jià)提高，需設(shè)中途提升泵站以提高下游管道標(biāo)高。在該工程中共設(shè)2座中途提升泵站，分別位于太行路和化纖路干管系統(tǒng)。采用地下式、自灌式泵房，設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程基本相同(Q=1.0m3/s，H=11 m)，水泵選用節(jié)能性能優(yōu)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(shè)計(jì)中采用了變頻技術(shù)，配備了可靠、完整的自動控制系統(tǒng)和檢測功能，并為將來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制預(yù)留接口。

4 結(jié)論及建議

筆者經(jīng)過近幾年的工作實(shí)踐感到，設(shè)計(jì)對于工程建設(shè)是至關(guān)重要的，設(shè)計(jì)方案是否合理、完善對工程建設(shè)影響重大，因此在項(xiàng)目前期的方案設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，從中選出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的方案，據(jù)此做出的設(shè)計(jì)才能作為工程建設(shè)的依據(jù)。

(1)城市的排水規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)以城市總體規(guī)劃為依據(jù)，與城市總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)并適當(dāng)超前。就保定市目前情況來看，近幾年城市建設(shè)發(fā)展較快，城市總體規(guī)劃已稍滯后于城市的發(fā)展，規(guī)劃區(qū)邊緣區(qū)域的建設(shè)用地已突破總體規(guī)劃的用地范圍，因此排水規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)比城市總體規(guī)劃年限更長些，污水量預(yù)測應(yīng)采用多種方法進(jìn)行并互相驗(yàn)證，留有發(fā)展余地。由于城市發(fā)展的不均衡性，在不同區(qū)域采用不同的排水標(biāo)準(zhǔn)是合理的、可行的。

(2)排水系統(tǒng)的規(guī)劃布局在充分利用現(xiàn)有排水設(shè)施的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分利用城市的地形，合理劃分排水區(qū)域。在該項(xiàng)設(shè)計(jì)中，就充分考慮了東郊銀定莊污水處理廠地理位置的優(yōu)勢，在城區(qū)中、北部順地形坡度敷設(shè)了復(fù)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(jìn)行了調(diào)整，并將兩污水處理廠干管系統(tǒng)進(jìn)行了連通，從而使城區(qū)整個排水管網(wǎng)的布局趨于合理。

(3)在新材料、新技術(shù)應(yīng)用方面，選用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，有利于施工和維護(hù)管理。在該項(xiàng)設(shè)計(jì)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(jià)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?jié)B性能。泵站設(shè)計(jì)中選用潛水排污泵，它效率高，節(jié)省能耗，安裝檢修方便，泵房設(shè)計(jì)為地下式，節(jié)省了土建費(fèi)用。

(4)合理的設(shè)計(jì)是工程順利實(shí)施的保證，但工程后期的維護(hù)管理也是工程正常運(yùn)行必不可少的重要環(huán)節(jié)。比如該項(xiàng)設(shè)計(jì)中，管道施工未與廠區(qū)施工同步進(jìn)行，管道施工在前。管道施工中按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诘缆费鼐€預(yù)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(yīng)對現(xiàn)狀排水口進(jìn)行改水處理。這是一項(xiàng)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(tǒng)，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。