淺談市政污水提升泵站綜合體建設(shè)方案設(shè)計(jì)
——以廈門劉五店污水提升泵站建設(shè)工程為例

胡嘉志

（廈門市政水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

城市污水泵站是區(qū)域排水系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一。提升泵站的合理、有效布置對區(qū)域污水管網(wǎng)的敷設(shè)和整體城市空間布局，具有重要的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、景觀等多重效益。廈門劉五店污水提升泵站與片區(qū)配套“四合一”環(huán)衛(wèi)設(shè)施相結(jié)合，有效節(jié)約用地，并結(jié)合片區(qū)景觀要求，形成公共基礎(chǔ)設(shè)施有機(jī)綜合體。本文結(jié)合該項(xiàng)目建設(shè)，分析劉五店污水提升泵站分項(xiàng)的設(shè)計(jì)，探討城市污水污水泵站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 工程概況

廈門劉五店污水提升泵站位于東部體育會展新城片區(qū)。該片區(qū)以高起點(diǎn)、高質(zhì)量的規(guī)劃設(shè)計(jì)用于國際競賽項(xiàng)目，力求建設(shè)功能先進(jìn)、布局合理、配套完善、交通高效的體育會展綜合體，營造富有特色的廈門地標(biāo)，打造集體育賽事、旅游會展、商務(wù)辦公、休閑娛樂、互動體驗(yàn)、居住生活于一體的產(chǎn)城融合標(biāo)桿。因此，項(xiàng)目應(yīng)在滿足各公共基礎(chǔ)設(shè)施使用要求的前提下，充分考慮與周邊景觀有效融合，且應(yīng)集約用地。

該工程分為兩個建設(shè)分項(xiàng)：分項(xiàng)一為“四合一”環(huán)衛(wèi)設(shè)施，主要包含公廁（共32 廁位）、清潔樓（日處理規(guī)模20 噸）、資源回收站、道班房及管理用房；分項(xiàng)二為污水提升泵站，設(shè)計(jì)流量1250m3/h，主要包含污水泵站構(gòu)筑物及配套的站內(nèi)工藝設(shè)備、除臭設(shè)備、室內(nèi)外給水排水管線、電氣、自控和安防工程。

2 建設(shè)方案設(shè)計(jì)的原則

2.1 體現(xiàn)景觀融合的原則

原規(guī)劃地塊為污水泵站和環(huán)衛(wèi)設(shè)施兩處主要功能區(qū)，兩處地塊相鄰，紅線一側(cè)邊線重合，布局緊湊。項(xiàng)目建設(shè)方案設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分利用相應(yīng)規(guī)劃的環(huán)衛(wèi)設(shè)施和污水泵站規(guī)模需求，且力求與周邊體育會展中心的高品質(zhì)景觀相融合。

2.2 滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性的原則

該項(xiàng)目為“四合一”環(huán)衛(wèi)設(shè)施及污水泵站組成的綜合體，其中公廁對外開放使用，而清潔樓、資源回收站和污水泵站將涉及管養(yǎng)單位運(yùn)輸車輛出入，屬于生產(chǎn)區(qū)。因此，方案設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮人車分流，保障各方安全。另一方面，該處場地為新規(guī)劃公共設(shè)施用地，現(xiàn)狀場地面積充裕，建設(shè)時應(yīng)充分考慮結(jié)合城市綠地廣場功能，盡量充分利用土地資源，同時控制建設(shè)成本，使項(xiàng)目建設(shè)具有高性價(jià)比。

2.3 融入生態(tài)化理念的原則

項(xiàng)目建設(shè)地塊為廈門第二東通道翔安段匝道口范圍，是東通道海域段下匝道的重要門戶。因此需綜合考慮生態(tài)化理念，提出合理構(gòu)思，出入口及頂部采用景觀設(shè)計(jì)，并與周邊地表綠化景觀設(shè)計(jì)統(tǒng)一協(xié)調(diào)考慮。

2.4 確保獨(dú)立運(yùn)行管理的原則

因公廁、清潔樓環(huán)衛(wèi)設(shè)施及污水泵站的后續(xù)運(yùn)行管理單位不同，需明確功能分區(qū)，使各單元可進(jìn)行獨(dú)立管理，同時確保人車分流。污水泵站作為工業(yè)化生產(chǎn)構(gòu)筑物，存在多種專業(yè)性工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，且生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生較多臭氣和格柵柵渣等固體廢棄物，需對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行掩蔽處理，同時需對臭氣和柵渣進(jìn)行有效處理處置。

3 建設(shè)方案及設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 總體建設(shè)方案

本次建設(shè)地塊緊鄰規(guī)劃公廁、“四合一”環(huán)衛(wèi)設(shè)施紅線，為了體現(xiàn)與新會展中心的整體建筑協(xié)調(diào)統(tǒng)一，最終提出自然曲線建設(shè)設(shè)計(jì)形式，見圖1 所示。該建筑綜合體采用自然曲線建筑外輪廓，泵房采用半地下室空間，建筑隱匿在景觀“森林”中，整體建筑體融合成為區(qū)域景觀的重要部分。其中，以泵站管理區(qū)為中軸線，東側(cè)地塊為污水提升泵站區(qū)，西側(cè)為“四合一”環(huán)衛(wèi)設(shè)施，清潔樓及公廁又以綠化分割，形成不同的進(jìn)出通道，整體建成為一個綜合體。

圖1 綜合體建設(shè)總平方案示意圖

3.2 泵站建設(shè)規(guī)模及服務(wù)范圍

根據(jù)排水規(guī)劃規(guī)范，污水泵站的設(shè)計(jì)流量應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的旱季設(shè)計(jì)流量確定，設(shè)計(jì)規(guī)模按最高日最高時流量計(jì)。結(jié)合片區(qū)專項(xiàng)規(guī)劃及理論計(jì)算流量分析，設(shè)計(jì)水量Qmax按最大小時排水1250m3/h設(shè)計(jì)。根據(jù)《翔安區(qū)13-14 編制單元（一場兩館、新會展中心片區(qū)）市政實(shí)施規(guī)劃》（2020），近期設(shè)計(jì)年限2020～2025 年，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)年限2025～2035 年。根據(jù)規(guī)劃，本次泵站服務(wù)范圍主要為東界西路兩側(cè)會展體育、居住組團(tuán)及復(fù)合性功能區(qū)單元，包括翔安南路、肖厝南路以南，濱海公園大道、東界路以北區(qū)域，規(guī)劃服務(wù)面積約366ha。

3.3 水量預(yù)測分析

（1）基礎(chǔ)排水參數(shù)指標(biāo)：本次規(guī)模核算的基本參數(shù)參考《翔安區(qū)13-14 編制單元（一場兩館、新會展中心片區(qū)）市政實(shí)施規(guī)劃》，其中：居民用水指標(biāo)：翔安區(qū)遠(yuǎn)期控制在220L/人?d；商業(yè)服務(wù)設(shè)施用水量指標(biāo)：翔安區(qū)取100m3/ha?d；其他公建設(shè)施用水量指標(biāo)：翔安區(qū)取50m3/ha?d；最高日用水變化系數(shù)：Kd=1.40。

（2）管理單元居民+公建排水核算：根據(jù)規(guī)劃排水分區(qū)，本次會展污水泵站服務(wù)范圍主要為規(guī)劃的D、E、G、H 四個管理單元的排水，規(guī)劃區(qū)內(nèi)規(guī)劃遠(yuǎn)期居住人口6.0 萬人，商業(yè)服務(wù)設(shè)施公建30ha，其他公共建筑總面積約12.9ha（不含G 單元，即體育場館地塊另計(jì)），并考慮10%的未預(yù)見用水余量，則綜合生活用水量為18530m3/d，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 區(qū)域用水量計(jì)算表

表2 體育場館區(qū)域排水計(jì)算表

本設(shè)計(jì)方案排水系數(shù)按高值90%計(jì)算，考慮最高日用水變化系數(shù)1.40，則平均日排水量為11912m3/d，并根據(jù)排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)綜合生活污水量變化系數(shù)K取1.86，折算為最大小時排水量為924m3/h。

（3）體育場館排水量核算：考慮全運(yùn)會時各場館會出現(xiàn)同時使用的工況，負(fù)荷按照各場館滿負(fù)荷80%計(jì)，故賽時最高日排水量1648m3/d，最大時排水量250m3/h；非賽時最高日排水量1348m3/d，最大時排水量170m3/h。配套商業(yè)（含酒店）：非賽時負(fù)荷按照滿負(fù)荷65%計(jì)。

（4）理論計(jì)算總排水量：最大小時排水量=924+250=1174m3/h。

（5）設(shè)計(jì)規(guī)模：按最大小時排水1250m3/h考慮。

3.4 泵站設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）回轉(zhuǎn)式格柵。設(shè)計(jì)站點(diǎn)室內(nèi)地坪標(biāo)高6.00m，進(jìn)水管DN800 管底標(biāo)高0.50m。進(jìn)水渠道長6.60m，寬1.2m，H=6.50m（池深），過柵流速1.0m/s，柵前水深1.10m，格柵機(jī)選用回轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)齒耙式格柵除污機(jī)，SUS304 不銹鋼。設(shè)備功率1.5kW，格柵寬度B=1100mm，柵條間距b=15mm，柵條寬度S=10mm，α=75°。通過格柵水頭損失：h=2.42×（0.01/0.015）^(4/3)×1.02/2×9.8×sin75°×3=0.20m，控制方式根據(jù)格柵前后液位差，自動控制格柵清污工作，同時設(shè)定時和手動控制。

（2）潛水提升泵。按設(shè)計(jì)最大流量選泵，采用潛水排污泵，自耦安裝。因片區(qū)安全性要求較高，經(jīng)討論，本次方案擬采用4 用2 備，單泵Q=315m3/h，H=24.0m，P=37kW。泵坑內(nèi)分兩格，可實(shí)現(xiàn)交替運(yùn)行，確保泵站在日常維護(hù)中無須停水。

（3）污水提升泵揚(yáng)程計(jì)算。泵池最低水位為-1.10m，出水壓力管管徑為DN600，輸送終點(diǎn)（最遠(yuǎn)點(diǎn)及最高點(diǎn)，濱海東大道d1500 干管起始檢查井地設(shè)計(jì)面標(biāo)高14.60m）管內(nèi)底標(biāo)高10.76m，接入點(diǎn)按埋深1.80m計(jì)算，高程為12.60m，則高差為12.60-（-1.10）=13.70m；出水管壓力管管徑為DN600，沿濱海東大道北側(cè)敷設(shè)，管長約為1300m，流速v=1.18m/s，沿程水頭損失為4.90m；DN600 出水管道同步設(shè)計(jì)，未能準(zhǔn)確核算彎頭數(shù)量，局部水頭損失按沿程水頭損失20%計(jì)，4.90×20%=0.98m；泵站內(nèi)部200×300 異徑管四處，DN300閘閥四個、DN300止回閥四個、90度DN300彎頭四個、300×600三通六個，水頭損失（0.16×4+0.07×4+3.5×4+0.78×4+1.5×6）×1.20×1.20（/2×9.8）=2.0m。綜上，計(jì)算水頭損失為13.70+4.90+0.98+2.0=21.58m。自由水頭取2.0m，則理論揚(yáng)程H=21.58+2.0m=23.58m。

（4）沉砂集水池。集水池的容積一般應(yīng)大于最大一臺泵的5min 的流量。本項(xiàng)目為提高集水池的集水緩沖能力，適當(dāng)加大集水池有效容積。遠(yuǎn)期最大泵流量為315m3/h。集水池有效容積（2格）為2×6.0m（L）×5.40m（B）×1.7m（H有效水深）=110.16m3。

（5）事故排放口。污水泵站應(yīng)設(shè)置事故排放口，以防上游發(fā)生溢流。當(dāng)泵房發(fā)生事故斷電或設(shè)備檢修時，應(yīng)能將主進(jìn)水干管臨時切斷，一般從泵站上游溢流，排入下游市政污水系統(tǒng)。本工程市政道路濱海東大道及體育路已規(guī)劃泵站市政污水干管進(jìn)水重力管，因地勢原因，不能外排，泵站事故溢流結(jié)合周邊市政管線情況，排入規(guī)劃P2.5×1.6m的雨水管。

（6）除臭系統(tǒng)。泵站臭氣來源于污水、柵渣中有機(jī)物的分解、發(fā)酵過程中散發(fā)的化學(xué)物質(zhì)，主要種類有：硫化氫、氨、焦磷酸、硫醇、糞臭素、丙酸、酪酸等。由于泵站產(chǎn)生的臭氣會散發(fā)在大氣中，對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。因泵站位于新會展高景觀要求的區(qū)域，為避免泵站臭氣對周邊環(huán)境的影響，本項(xiàng)目需同步建設(shè)除臭系統(tǒng)。為預(yù)防泵站臭氣影響周圍環(huán)境，應(yīng)在產(chǎn)生臭氣較集中的部位設(shè)除臭裝置，除臭的效果應(yīng)達(dá)到環(huán)評的要求。

本工程前期方案對常用的生物濾池法、離子除臭法、化學(xué)法、活性炭吸附法等除臭工藝進(jìn)行工藝比選分析。其中離子法適應(yīng)性強(qiáng)，占地小、無需添加任何物質(zhì)，高效除惡臭，適宜氣量不大的運(yùn)行工況；生物濾池法實(shí)施較為簡單、管理運(yùn)行方便，而在南方四季更迭的溫度變化不是非常大，對環(huán)境和氣候的變化所受影響較小。因項(xiàng)目位于景觀環(huán)境要求較高新開發(fā)區(qū)，建議采用“生物濾池+離子除臭”組合的深度除臭工藝，處理風(fēng)量6000m3/h，N=5.5kW。同時，根據(jù)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》要求，處理后的氣體需設(shè)置不小于15m 高度的排氣風(fēng)筒。傳統(tǒng)的風(fēng)筒設(shè)置景觀性較差，本案結(jié)合區(qū)域景觀，建議采用仿真樹進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.5 泵站布置方案

本次污水提升泵站總體布局形式采用傳統(tǒng)“凸字型”建設(shè)形式（見圖2所示），主要工藝流程為：進(jìn)水→格柵池→集水池→提升泵→出水管→出水至濱海東大道。

圖2 泵站主體剖面圖

進(jìn)水主干管及格柵井前后端均設(shè)閘門，格柵井及后續(xù)集水池均分為兩道設(shè)置，方便后續(xù)清淤及檢修管理工作。格柵機(jī)上部建筑樓板設(shè)置檢修口，用于格柵機(jī)的前期安裝及設(shè)備大修使用，平時一般檢修在泵房主體空間內(nèi)進(jìn)行。沉砂及集水池設(shè)置反坡集泥坑，保護(hù)末端污水泵，根據(jù)區(qū)域排水管理單位反饋，集泥坑采用機(jī)械式抽泥方式僅在運(yùn)行初期可正常使用，后續(xù)泥坑板結(jié)，機(jī)械式抽吸底泥實(shí)際并不實(shí)用。本次根據(jù)運(yùn)管需求，暫不設(shè)相應(yīng)的沉泥機(jī)械提升設(shè)施。污水提升泵放置于沉砂及集水池末端，地面層設(shè)置檢修口，上部設(shè)置LX 型懸掛式起重機(jī)，用于潛污泵的吊裝維護(hù)。為確保維保車輛可正常進(jìn)出泵房空間，泵房建筑凈空高度按不小于6.20m設(shè)置考慮，可實(shí)現(xiàn)潛污泵及其他輔助管道配件的正常吊裝使用需求。

除臭設(shè)備分兩級設(shè)置，一級除臭采用生物濾池形式，建設(shè)于地下空間，設(shè)置臭氣H2S 在線及手持式檢測裝置，與主體泵房并排布置，配置設(shè)備觀察窗、檢修口等；二級系統(tǒng)采用離子除臭，放置于管理房中。兩級除臭系統(tǒng)出氣口埋地敷設(shè)至室外綠化區(qū)域，設(shè)置仿真樹排氣風(fēng)筒，仿真樹樹桿內(nèi)部鍍鋅鋼構(gòu)并做內(nèi)防腐措施，防止臭氣腐蝕，內(nèi)徑Ф450mm，外徑Ф900mm，表層紋理塑膠材質(zhì)，樹桿質(zhì)保至少20 年不斷裂，高仿真樹葉（如海藻、椰樹等），樹葉內(nèi)部彈性鋼構(gòu)，抗風(fēng)壓，葉片做防紫外線處理，質(zhì)保至少3 年內(nèi)無明顯變色，底部鋼板固定，并滿足廈門地區(qū)最大風(fēng)力要求。

4 建設(shè)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

（1）傳統(tǒng)的城市污水提升泵站建設(shè)具有獨(dú)立的建設(shè)紅線，其設(shè)計(jì)及建設(shè)以考慮自身紅線內(nèi)的建設(shè)形式及方案為主，該項(xiàng)目綜合考慮了污水泵站、公廁、清潔樓、資源回收站及環(huán)衛(wèi)道班房等多重功能分區(qū)，需根據(jù)各個分區(qū)的人行通道、運(yùn)輸車輛等管理需求進(jìn)行綜合考慮。因此本次做了多重綠化景觀設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建成后的分區(qū)分管運(yùn)行單位需求做場地空間分割，確保使用安全。

（2）城市公共設(shè)施的建設(shè)一般根據(jù)各個管理單位使用需求進(jìn)行了場地規(guī)劃分割，建成后為一個個獨(dú)立但體量很小的公共設(shè)施單元，與本區(qū)域的體育場館大綜合體格格不入。本次設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合體建設(shè)考慮，進(jìn)行各個公共設(shè)施單元的整合，加之進(jìn)行有效的景觀設(shè)計(jì)，形成了會展片區(qū)的一處景觀點(diǎn)。

（3）城市污水提升泵站作為城市公共基礎(chǔ)設(shè)施的敏感建設(shè)節(jié)點(diǎn)，如建設(shè)不合理，對周邊的景觀及空氣將造成較大的影響，不利于區(qū)域的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。該工程采用戶內(nèi)型設(shè)計(jì)，所有生產(chǎn)設(shè)備建設(shè)于綜合體建筑內(nèi)，不影響周邊景觀，臭氣經(jīng)多級處理后達(dá)標(biāo)排放，產(chǎn)生的固體刪渣廢棄物經(jīng)榨干處置，經(jīng)與清潔樓管養(yǎng)單位協(xié)商，可直接運(yùn)輸至清潔樓進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。該設(shè)計(jì)可有效解決臭氣、固廢等污水泵站的痛點(diǎn)。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文以廈門劉五店污水提升泵站建設(shè)工程為例，在充分考慮體現(xiàn)景觀融合、滿足安全性和經(jīng)濟(jì)性、融入生態(tài)化理念和確保獨(dú)立運(yùn)行管理等原則的基礎(chǔ)上，完成了泵站建設(shè)方案的設(shè)計(jì)。本次污水提升泵站工程建設(shè)方案的設(shè)計(jì)，有效解決了會展區(qū)域低洼污水的排放問題，對促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和片區(qū)體育賽事的順立開展具有重要意義。同時，通過對建設(shè)方案選址、建設(shè)方式等各方面進(jìn)行論證分析，明確該建設(shè)方案可行。