單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)在于壩村污水收集中的應(yīng)用

潘伯寧,王耀增,羌金鳳,郭曉正

(中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司華東分院,江蘇 南京 210023)

0 引言

海安市大公鎮(zhèn)于壩村,其生活污水排放普遍存在排放點多且分散等問題。該村住房缺少統(tǒng)一規(guī)劃,所在地區(qū)河系發(fā)達(dá),地下水水位低,居民大多沿河而居,日常生活污水多數(shù)直接排入河中,嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐乃w環(huán)境。因此,采用單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)對于壩村進行農(nóng)村生活污水收集,有利于改善該村的生態(tài)環(huán)境和人居環(huán)境。

1 研究概況

1.1 研究范圍

于壩村河網(wǎng)密集,位于海安市大公鎮(zhèn),該村區(qū)域面積5.16 km2,常住人口4 250人,流動人口652人。本研究圍繞于壩村新勝河南、于壩村2組、3組及省道S353北側(cè)村組片區(qū)展開單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)方案設(shè)計(見圖1),共284戶。

圖1 單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)工藝流程

1.2 河道及排水設(shè)施現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn),于壩村河道眾多,其中新勝河全長2 400 m,北凌河2 200 m,立公河1 500 m,洋蠻河1 500 m。村域內(nèi)建有污水處理設(shè)施一處,位于于壩村12組,日處理量50 t。生活污水采用直排入市政管網(wǎng)和無害化處置后直排兩種方式,污水處置率達(dá)30%。全村1 235戶已全部改廁,占比100%。

1.3 研究村組現(xiàn)狀調(diào)查

新勝河南側(cè)村組居民約157戶,省道S353北側(cè)村組居民約65戶,農(nóng)戶沿河而居,生活污水未經(jīng)處理直接排至河道水體。兩個村組特征相似,村組北側(cè)均有現(xiàn)狀污水管道。該片區(qū)房屋建筑緊湊,巷道狹窄,廁所污水、廚房污水及洗浴污水均由屋后排入河中,河道與房屋間隔較近,可施工空間小。污水出戶管位于屋后,而河道與房屋間隔較近,若在屋后采用重力流排水系統(tǒng)收集污水,將不可避免開挖大量石方,影響房屋基礎(chǔ),進而可能導(dǎo)致房屋塌陷,且屋后施工空間小,機械無法進入。因此,此村組采用單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)進行污水收集。

于壩村2組、3組居民約62戶,居民房屋少量集中而又相對分散,大約每5戶為1個集合單元,每個集合單元相隔較遠(yuǎn)。由于該村組居民人數(shù)較少,房屋分布相對分散,日常污水排放量較少,且附近無現(xiàn)狀污水管網(wǎng)。若采用重力流排水系統(tǒng),需要大范圍鋪設(shè)重力管道,經(jīng)濟上不合理,因此,此村組采用單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)進行污水收集,以求工程的經(jīng)濟合理。

2 單相流負(fù)壓收集系統(tǒng)

單相流負(fù)壓收集系統(tǒng)主要由負(fù)壓收集井、負(fù)壓管網(wǎng)和負(fù)壓站組成。在不改變居民原有重力接戶排水的基礎(chǔ)上,使單戶或多戶排水經(jīng)截污井或化糞池重力自流排放至負(fù)壓污水收集井中,待負(fù)壓污水收集井內(nèi)的液位達(dá)到設(shè)定的高液位時,井內(nèi)的機械負(fù)壓閥瞬間打開,污水在負(fù)壓梯度力的作用下輸送至負(fù)壓站內(nèi)的真空罐。真空罐內(nèi)的污水達(dá)到設(shè)定液位時,由負(fù)壓站內(nèi)的排污泵送至市政污水管網(wǎng)或污水處理設(shè)施,污水處理達(dá)標(biāo)后排放,如圖1所示。

3 工程設(shè)計

3.1 污水量預(yù)測

3.1.1 用水量指標(biāo)的確定

(1)用水量指標(biāo)。以《農(nóng)村生活飲用水量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 11730—1989)、《江蘇省村莊生活污水治理適宜技術(shù)及建設(shè)指南(2015版)》等為參考,同時結(jié)合于壩村村莊的用水現(xiàn)狀,取60升每人每天。

(2)其他指標(biāo)的確定。①排放系數(shù):其值與居民用水類型、污水潑灑或澆灌等生活習(xí)慣有關(guān),結(jié)合于壩村村莊實際情況,取0.80。②地下水滲入量:按污水總量的10%計算。

3.1.2 污水量預(yù)測

考慮到農(nóng)村人口逐漸趨于老齡化,農(nóng)村人口數(shù)將越來越少,確定規(guī)劃人口以現(xiàn)狀常住人口為準(zhǔn)。本次戶均人數(shù)按照3人/戶計算,于壩村規(guī)劃污水量預(yù)測如表1所示。

3.2 入戶管道及負(fù)壓收集井設(shè)計

入戶管道在村民院內(nèi)地埋敷設(shè),承接村民廚房、洗浴及廁所污水,平均埋深1 m,采用UPVC管。負(fù)壓污水收集井采用預(yù)制成品井,單個負(fù)壓污水收集井宜收集1～4戶生活污水,單個負(fù)壓污水收集井進水前設(shè)計格柵井,兩設(shè)備之間間距不宜大于3 m。

3.3 戶外負(fù)壓污水收集管網(wǎng)設(shè)計

新勝河南岸村莊負(fù)壓污水管道沿房屋前面靠近河道一側(cè)地埋敷設(shè):在地埋敷設(shè)時,綠化地帶管頂覆土厚度不小于0.5 m;在行車道下,管頂覆土厚度不小于0.7 m,負(fù)壓污水管道采用PE實壁管,采用電熔連接。負(fù)壓污水管道累計提升不超過3 m,否則酌減服務(wù)半徑。負(fù)壓污水管道過河可采取管道掛橋通過、河底淺埋(開挖)、牽引管過河。負(fù)壓污水管道施工應(yīng)保證密閉性,管道連接處應(yīng)保證管道內(nèi)部光滑,不得采用90°彎頭、三通,應(yīng)采用45°彎頭、斜三通。

3.4 污水處理站設(shè)計

經(jīng)水量計算,于壩村2組、3組污水處理站設(shè)計規(guī)模為15 t/d。根據(jù)于壩村住戶聚集程度、環(huán)境條件以及所采取處理方式確定農(nóng)村生活污水處理標(biāo)準(zhǔn);就近納入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)的生活污水,執(zhí)行GB/T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》;處理后的出水直接排入自然水體時,至少要執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各種工藝的適用范圍、處理效果、基建及運行費用,同時結(jié)合于壩村的村莊性質(zhì)、經(jīng)濟情況以及受納水體的水質(zhì)要求,污水處理設(shè)施處理生活污水采用AAO生物接觸氧化技術(shù)。

3.5 設(shè)計方案

在村民院內(nèi)敷設(shè)DN100入戶管,承接水沖廁所污水、廚房污水及洗浴污水,平均每戶按20 m,在每1戶院內(nèi)設(shè)置1個負(fù)壓收集井。新勝河南側(cè)村組沿屋后一側(cè)敷設(shè)De90～De160負(fù)壓污水干支管道,項目范圍內(nèi)新勝河南側(cè)村組農(nóng)戶化糞池污水、廚房污水和洗滌等生活污水由負(fù)壓站收集后向北接入現(xiàn)狀污水管網(wǎng)。

項目范圍內(nèi)于壩村2、3組沿屋后敷設(shè)De90～De160負(fù)壓污水干支管道,該村組農(nóng)戶化糞池污水、廚房污水和洗滌等生活污水由負(fù)壓站收集后接入污水處理設(shè)施中,處理后污水出水水質(zhì)達(dá)到一級B標(biāo)準(zhǔn)后就近排入洋蠻河水體中。

4 運行效果

該系統(tǒng)2021年投入使用,排污泵功率為3 kW,真空泵功率為2.2 kW。統(tǒng)計9月、10月、11月、12月排污泵及真空泵的總運行時間、總輸送水量、總電耗、噸水能耗如表2所示。

表2 南通市于壩村單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)

對負(fù)壓站內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)智慧控制系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)進行長期分析表明,單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)可以對農(nóng)村污水進行有效收集,噸水能耗小于0.3 kW·h/m3。相對于重力排水收集系統(tǒng)無動力消耗極易受地形影響而言,單相流負(fù)壓收集系統(tǒng)管道布管靈活,管道不易滲漏,無雨水混入,如有泄漏可以立刻察覺,適用于本工程的污水收集模式。

5 工程效益分析

針對南通市海安市大公鎮(zhèn)于壩村施工情況,對單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)和重力流排水系統(tǒng)在施工方面進行初步比較[1-5](見表3)。

表3 重力排水系統(tǒng)和單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)對比

6 結(jié)論

(1)工程實施后,新勝河南側(cè)、于壩村2組,3組、省道S353北側(cè)農(nóng)戶生活污水可得到有效收集和處理,農(nóng)戶污水流經(jīng)負(fù)壓站的過程中無滲漏、堵塞情況,系統(tǒng)噪聲小。該系統(tǒng)有效改善了該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,污水經(jīng)收集處理后,出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn),滿足出水水質(zhì)要求,居民兩側(cè)河道污染明顯減輕。

(2)南通市海安市大公鎮(zhèn)于壩村普遍存在地形復(fù)雜,房屋密集,地下水水位低,居民傍水而居等特點,采用傳統(tǒng)重力流方式進行污水收集將遇到施工難度大、工程投資高等難點。單相流負(fù)壓排水系統(tǒng)進行污水收集具有管徑小、布管靈活、埋深淺、不容易堵塞和滲漏、施工周期短等優(yōu)點,適用于南通市海安市大公鎮(zhèn)于壩村復(fù)雜的地形條件,具有良好的應(yīng)用前景。