市政排水泵站的設(shè)計與生態(tài)化試探

邢文文

天津市政工程設(shè)計研究總院有限公司 天津 300051

生態(tài)設(shè)計的總體理念是以中國新天津市總體規(guī)劃為參照基準(zhǔn)和指導(dǎo)指標(biāo)，體現(xiàn)生態(tài)城市“生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能、生存、和諧”的總體要求，在實現(xiàn)功能和安全性的前提下，打造緊湊型、節(jié)能、可持續(xù)性、和諧型生態(tài)城市，創(chuàng)建環(huán)境友好型示范城市，實現(xiàn)“實施、復(fù)制和推廣”的目標(biāo)。

1 生態(tài)城設(shè)計思路

遵循生態(tài)城市總體規(guī)劃，以治理和控制指標(biāo)為導(dǎo)向，以安全和功能為導(dǎo)向，體現(xiàn)生態(tài)城市對和諧、環(huán)境、生態(tài)和生活質(zhì)量的要求，打造生態(tài)友好、資源高效的示范城市，為構(gòu)建和諧的城市生態(tài)環(huán)境提供了重要的理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。

2 生態(tài)城市政排水泵站的生態(tài)設(shè)計

2.1 泵站設(shè)計準(zhǔn)備資料

在設(shè)計以前，必須應(yīng)對泵站的基礎(chǔ)工程提供詳盡的地質(zhì)資料。雨水泵站的測量范圍必須是按照原泵站建筑及輔助設(shè)備所需面積確定的，該面積必須為原泵站建筑面積的四倍或更少。而鉆取深度則應(yīng)當(dāng)以原泵站地下部分的浸入深度為單位，以準(zhǔn)確估計降水強(qiáng)度；關(guān)于出水的附近河流和運(yùn)河的水文地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)精確而可靠；在選定泵站地點(diǎn)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮附近河流或運(yùn)河的水文地質(zhì)要求，并且與主要排水管道的高度相距也不宜太遠(yuǎn)，以防止泵站被水淹沒。而進(jìn)入泵站的主要主管道路的標(biāo)高也應(yīng)適當(dāng)設(shè)計好，以避免河水倒流。在設(shè)計泵站之前，人們應(yīng)當(dāng)明確泵站的建設(shè)范圍。但鑒于城市水災(zāi)所帶來的損害，可以通過加強(qiáng)排水，在規(guī)劃和規(guī)劃過程中減少洪水造成的破壞。在充分考慮集水區(qū)分布的情況下，不應(yīng)忽視或低估環(huán)境中雨水的潛力。總的來說，重要的城市地區(qū)在偏遠(yuǎn)地區(qū)和交通密度低的地區(qū)不允許短期積水。鑒于降雨量的變化，應(yīng)考慮到暴雨可以消除少量降雨量，關(guān)于集水區(qū)的土地類型，應(yīng)考慮采用綜合徑流系數(shù)，以避免設(shè)備和水的分散。

2.2 泵房總體布置

該項目位于某市老城區(qū)的水浸區(qū)-蔬菜市場。下沉面積為0.18ha，市場低于周圍地形約1.0m。雖然降水量較大，但由于該地區(qū)地勢較低，下水道直徑較小，市場上的地下水往往會匯合，而當(dāng)水進(jìn)入主要下水道時，這一現(xiàn)象更為嚴(yán)重。由于該地區(qū)建筑密度高，沒有公園綠化，泵站只能建在道路下方。此外，為儲油層鋪設(shè)了較長時間的周圍網(wǎng)絡(luò)。泵站排水系統(tǒng)的設(shè)計不僅是為了確保雨水或雨水和廢水在幾個小時內(nèi)可以通過重力輸送，而且是為了確保在降水量大的情況下，水不會進(jìn)入市場。泵站規(guī)模較小，但應(yīng)具有更全面的排水功能，以盡量減少泵站排水對周圍水域及其環(huán)境的影響。測量和分析的周圍網(wǎng)絡(luò)表明，干燥當(dāng)天的廢水可以自動通過水中排出：水位差異。因此，DN300mm管道設(shè)計用于在干燥日排放廢水。

潛水泵一般用于小型泵房，濕式泵的泵房；軸向流或混合流泵通常用于大型泵房、干式泵房。水泵的底座通常是較小圓形，以便制造沉盒室，但更大型的水泵可能是長方形的。雨水泵站通常使用手動餡料泵，潛水泵一般應(yīng)配備自行車式網(wǎng)絡(luò)鉤，安裝維修較簡便。泵間的大小和布置，必須滿足水泵系統(tǒng)內(nèi)部的干凈高度以及水泵與墻間的自由距離等，如符合規(guī)范要求。為了方便運(yùn)行、安裝和維修，泵間應(yīng)配備平臺，平臺高度可按照水泵機(jī)組、設(shè)備、起重機(jī)、安裝的路燈類型等實際情況決定。為減小泵間的總高度差,可在水平邊緣安裝移動欄桿來提高泵高度。泵間內(nèi)的上升裝置一般是按照所需要增加的最重部分決定的。如果載重水平差不大于一噸，則可采用手動起重機(jī)；當(dāng)安裝LT負(fù)2T功率時，采用電動葫蘆；當(dāng)最大負(fù)荷能力大于2T時，則可采用單梁或雙梁的電動吊車。

2.3 泵房內(nèi)部空間布置

由于泵站前部的水位較高（地面水位正常高于2.03m），如果從集水器出口的DN300mm泵管中的水位低于相鄰排水管中的水位，可能會導(dǎo)致DN300mm管道頻繁堵塞。這給泵站的維護(hù)和正常運(yùn)行帶來了額外的困難。因此，泵室前的挖掘深度（水的自由部分或雨水流量的自由部分）受到限制。因此，保持泵房內(nèi)的流量只能減少泵房前端的埋藏深度，以確保泵房內(nèi)的水不間斷地流動。DN300mm管道前面有網(wǎng)關(guān)，通常通過液位指示器打開和關(guān)閉。如果沒有雨水或水位低，廢水通過DN300mm管道排入附近的污水管。當(dāng)泵中的水位由于降水量大而達(dá)到固定高度時，DN300mm閘門自動關(guān)閉（以防止廢水返回下水道系統(tǒng)），泵啟動，然后通過潛水泵排出的廢水排放到附近的河流中；當(dāng)水位下降到一定的高度時，水泵停止工作，DN300mm水閘自動打開，廢水自動進(jìn)入下水道。

2.4 格柵設(shè)計

作為排水泵站的組成部分，格柵在保持泵的正常運(yùn)行中起著重要作用。由于老城區(qū)人口密度大，生活垃圾多，泵站可以解決蔬菜市場的水浸出問題，并緩解垃圾聚集問題。此外，這些家庭垃圾被連接到電網(wǎng)或防風(fēng)網(wǎng)中，使用篩網(wǎng)清潔工具很難清除篩網(wǎng)的污垢，有時需要清理泵站底部的篩網(wǎng)。此外，泵站位于道路下方，因此無法在格柵上方安裝工作圍欄[1]。上述問題給工作人員的日常服務(wù)帶來很大不便。為了保持泵站的正常運(yùn)行，方便清理垃圾架，在本項目中，排水泵站中的固定式格柵已被移動格柵所代替，在具體操作流程中，應(yīng)按照泵站建筑設(shè)計說明書的要求設(shè)定。在鋼筋焊接網(wǎng)的應(yīng)力部分,將鋼筋直徑籠的整體框架懸掛于掛設(shè)的懸架上，籠子的開口寬度不能低于沼澤的入口艙蓋。而排水槽入口寬度也應(yīng)根據(jù)泵站設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定,流速宜維持在0.7m/s，與柵欄間的水平差為1.4m左右，柵欄流速約為0.6m/s。通過擴(kuò)大工作空間,能夠從各個角度清洗格柵，經(jīng)過清理后,可很方便地使用繩子掛于格柵架上，這樣就極大便利了處理工作，也更好地保證了泵站建設(shè)的順利工作。排水泵站從建設(shè)至今，已達(dá)到了良好的運(yùn)營效益。泵站的抽水設(shè)計目的是為了在旱天時有效地保護(hù)排水系統(tǒng),并在雨季時起到排澇作用，安裝移動網(wǎng),減少了對泵站上方道路交通的影響。

2.5 泵站的工藝流程

目前,我市雨水泵站通常進(jìn)入雨集管，然后進(jìn)入調(diào)節(jié)池或水閘,最后再進(jìn)入電網(wǎng)中，通過收集的雨水，再進(jìn)入泵室。當(dāng)水泵開啟后,將在高壓下離開調(diào)節(jié)水池，在連接泵站與通風(fēng)豎井的出水管道上設(shè)置旁通管,用以控制水循環(huán)量。在有些地方，雨水泵站還可以用于補(bǔ)給河水。也因此,在天津北塘區(qū)的雨水泵站已經(jīng)具備了排澇、補(bǔ)給、河水流通、濕地管理、河道疏導(dǎo)等方面能力，取得了理想的應(yīng)用效果。此外，有一點(diǎn)值得注意的是，當(dāng)雨進(jìn)入閘門口或控制池時，應(yīng)保持入口和閘門垂直，并在閘門過載時沼澤清理后封閉閘門。在常年降雨量較大的地方，建議在進(jìn)水口使用閘門，而在雨季與早期季節(jié)季節(jié)特點(diǎn)明顯差異的地方,可以簡化裝置，不調(diào)節(jié)水井，并在第一季度維修裝置和清理泵站。支架可以用來收集雨水中的污染物。在城市泵站建筑物,一般采用機(jī)械架來自動或機(jī)械地除去污物。而按照水泵抽水要求，集水池的有效容量需要達(dá)到最大自動泵的30s徑流，一般在30s至1min為宜之間，可以調(diào)節(jié)集水池的最高水位、最低水位和一般水位。在雨水泵站收集水池的有效容量起到調(diào)節(jié)功能之后，就能夠以達(dá)到最基本的吸收要求。此外，應(yīng)按照最大水泵的流量設(shè)計集水池的總?cè)萘縖2]。在設(shè)置集水區(qū)時，也要充分考慮到雨水，并對城市污水進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y試，以確定是否適宜在雨天排出。由于雨泵所使用的泵通常是軸向泵和混合泵，因此用水量較高、出水比壓低，泵的選型也要滿足最大的流速和排水量的變化。對此，雨泵的規(guī)格和數(shù)量不應(yīng)該多于可變泵，要保證并聯(lián)泵在高性能區(qū)域內(nèi)正常工作，必須按照并聯(lián)泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和管道的特點(diǎn)設(shè)計好單個泵的工作位置。在選擇水泵的型號時，要考慮泵出口水壓是否能夠通過專門設(shè)置的加壓池來補(bǔ)充。采用多個泵，能夠提供一定壓力下的輸出，而雨水也能夠經(jīng)由增壓管進(jìn)行排出。在此過程中，還應(yīng)考慮建造一個壓力出口池，以調(diào)節(jié)出口壓力，并通過出口水壓排出泵站。最后，為了防止下游水流的沖刷和翻轉(zhuǎn)，必須在出口處安裝進(jìn)出口閘門。

2.6 水量及水泵揚(yáng)程的計算

自動化泵的揚(yáng)程應(yīng)包含在泵輸出管的水平標(biāo)高和泵停止時水位間的誤差，在此過程中，工作人員應(yīng)做好水量及水泵揚(yáng)程的計算工作，并對排水泵站運(yùn)行中的各項數(shù)據(jù)進(jìn)行及時監(jiān)測，做好相應(yīng)的管理、防控與優(yōu)化工作，確保排水泵站的平穩(wěn)高效運(yùn)行。

3 排水泵站生態(tài)設(shè)計中運(yùn)用到的技術(shù)

3.1 屋頂光伏發(fā)電

為降低二氧化碳排放量和更合理地使用水資源,需要在泵站或行政樓房頂架設(shè)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，以符合國家節(jié)水、可再生資源效率和泵站管理戰(zhàn)略。這樣不但達(dá)到了建筑和太陽能相結(jié)合的目標(biāo)，也同時解決了泵站的日常用電量。在實際建設(shè)過程中，由于充分考慮到太陽光轉(zhuǎn)換率以及屋頂太陽能板面積等問題,以便達(dá)到良好的太陽能發(fā)電效果。

3.2 循環(huán)利用水資源

在實施雨水設(shè)計時，人們應(yīng)當(dāng)重視因極端氣候事件而引起的山洪災(zāi)害,要采取地面綠化、屋頂綠化和防水涂層敷設(shè)等技術(shù)，通過獲取并使用雨水和地下水,降低山洪的流量。同時，要認(rèn)真堅持排水理念，注重收集、控制峰值、儲能、選擇性釋放到外用。循環(huán)水通過廢水處理獲得，可有效地用于灌溉綠地和沖洗路面。在降雨量不足的情況下，人工濕地可用于處理廢水處理廠的灌溉水，這是補(bǔ)充河流景觀的主要途徑，從而實現(xiàn)水資源循環(huán)利用的理念，具體應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）集水池的使用。泵站現(xiàn)場安裝了雨水收集和利用系統(tǒng)，主要有兩種應(yīng)用方法：首先，將水資源分成兩種，即人工滲入和自然滲入[3]。常見的人工滲入形式包括礫石、馬賽克磚和滲透混凝土，雨水可通過盲渠直接滲入土壤，以支持地下水的養(yǎng)護(hù)和補(bǔ)充，地下水通常以凹地和綠地的形式自然滲入地表；第二，儲存和使用。雨水收集和處理用于灌溉草地和道路，雨水收集和利用系統(tǒng)的存在對于地下水含量高、土壤濕度高的生態(tài)城市更為重要。收集雨水以收集公路路面下的雨水，然后將其輸送到沙子上的濾水井，經(jīng)處理的雨水可用于泵站維護(hù)。（2）使用雨水系統(tǒng)。生態(tài)城市雨水泵站將景觀河流、雨水系統(tǒng)和人工濕地整合成一個系統(tǒng)，然后在泵站安裝原裝雨水泵，為雨水綜合利用奠定了基礎(chǔ)，并實現(xiàn)了雨水的凈化和處理、景觀河水的補(bǔ)充等。如初雨可利用人工濕地加濕泵將水體提取，再進(jìn)行凈化，達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)后并進(jìn)入景觀河水；中期以后的降雨，可利用雨泵作為補(bǔ)給水源直接進(jìn)入景觀河道中。在設(shè)計項目時，負(fù)責(zé)人應(yīng)該深刻意識到，隨著降雨排放而建造的濕地的實際面積對雨泵的規(guī)模起著決定性的影響。

3.3 監(jiān)控管理系統(tǒng)

通過運(yùn)用科學(xué)完善的監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以有效解決泵站控制中存在的問題,避免資源占用、控制與指揮功能缺失等問題的出現(xiàn)，有利于實現(xiàn)排水泵站良好的生態(tài)管理效果,真正做到了對資源的科學(xué)合理使用。由此可見，SCADA泵站監(jiān)控制度的形成以及在城市環(huán)境污水泵系統(tǒng)的運(yùn)用有著十分重要的意義。一般來說,可以達(dá)到這些要求的系統(tǒng)主要可分為視頻系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和綜合性能管理系統(tǒng)[4]。

3.4 離子除臭技術(shù)

為了減少泵站排放的有害氣體，優(yōu)化環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)目標(biāo)，必須在泵站安裝離子去臭系統(tǒng)，封閉電網(wǎng)空間，使用離子除臭劑設(shè)備。為了提高氣味處理效率，并在短時間內(nèi)顯著減少惡臭濃度，可以將正負(fù)陽離子被放置在網(wǎng)格空間中。此外，這種效果是通過收集管道格柵之間的氣味并將其排放到污水池中來實現(xiàn)的，為了起到良好的通風(fēng)除臭效果，必須遵守污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 變頻控制技術(shù)

考慮到市政排水泵站需要連續(xù)工作,污泥體積的變動范圍相對很大，所以如果要合理高效地分配和使用能量，就需要對污水泵逆變器加以管理。為了通過水量調(diào)節(jié)確定和提高水泵的工作特性，應(yīng)加強(qiáng)變頻控制技術(shù)的應(yīng)用，以實現(xiàn)降低成本和節(jié)水的最終目標(biāo)。

3.6 建設(shè)綠色建筑

首先，考慮到建筑業(yè)的經(jīng)濟(jì)性，政府決策者也需要保證綠化房屋的建設(shè)達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單和功能齊全的特點(diǎn)，以適應(yīng)城市綠色建設(shè)的需要，并提升建筑效率。另外，保持人與自然、建設(shè)內(nèi)部的平衡情況，充分考慮采光和通風(fēng)、結(jié)構(gòu)功能、環(huán)境條件、場所布置等各種因素，最大程度地減少建設(shè)在工作環(huán)境中的消耗。按照這一原則，應(yīng)當(dāng)改變泵站附屬設(shè)備的窗戶大小，以確保適當(dāng)?shù)拇皯艉蛪Ρ诒壤?，避免窗戶、屋頂和外墻建筑物的熱量損失，從而自然減少熱能損耗。根據(jù)相關(guān)研究可以發(fā)現(xiàn)，通過合理使用屋頂隔熱層、加厚外墻保溫隔熱性等技術(shù)，可以改善建筑的綠色能效。另外，通過泵站使用LED等半導(dǎo)體光源作為光源，能夠在提高照明效率的基礎(chǔ)上降低光源的性能，因此提高總用電比也是達(dá)到節(jié)電目標(biāo)的重要基礎(chǔ)[5]。

4 結(jié)論

綜上所述，生態(tài)城市政排水泵站的生態(tài)設(shè)計是一項十分重要的工作，在規(guī)劃水平、建筑標(biāo)準(zhǔn)、控制管理等方面具有顯著優(yōu)勢，在市政排水泵站的生態(tài)設(shè)計下，實現(xiàn)了環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的共同發(fā)展，有助于構(gòu)建和諧高效的城市生活環(huán)境。