城鎮(zhèn)污水處理廠集水池容積計(jì)算

孫志華，李俊峰，劉生寶，徐 鳳，吳心蓉

（石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003）

城鎮(zhèn)污水處理廠集水池容積計(jì)算

孫志華，李俊峰，劉生寶，徐 鳳，吳心蓉

（石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832003）

結(jié)合GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》分析集水池容積計(jì)算過程，明確了集水池容積與水泵機(jī)組自動控制之間的關(guān)系及水泵選型過程，最后結(jié)合實(shí)例給出集水池容積經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算依據(jù)，為工程快速計(jì)算提供理論依據(jù)。

集水池；容積；計(jì)算

1 概述

集水池作為污水廠一個(gè)重要的組成部分，其作用是匯集、儲存和均衡廢水的水質(zhì)水量。科學(xué)合理地設(shè)計(jì)集水池尺寸關(guān)系到泵站的工程造價(jià)和建成后運(yùn)行管理的科學(xué)性。集水池容積直接影響工程投資，但在相關(guān)教程和工程資料中并未給出詳細(xì)計(jì)算過程。

集水池在實(shí)際工程中一般按遠(yuǎn)期水量計(jì)算，按污水廠近期規(guī)模布置水泵，并預(yù)留遠(yuǎn)期污水泵接口和基座，且流入集水池的污水和雨水均應(yīng)通過格柵。

2 設(shè)計(jì)水位

集水池內(nèi)設(shè)計(jì)水位的波動范圍，既要與管道充滿度設(shè)計(jì)相結(jié)合，又要考慮水泵運(yùn)行安全，保證一定的最低水位。GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》對集水池的設(shè)計(jì)水位做出如下規(guī)定:①雨水泵站和合流污水泵站集水池的設(shè)計(jì)最高水位，應(yīng)與進(jìn)水管管頂相平。當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)水管道為壓力管時(shí)，集水池的設(shè)計(jì)最高水位可高于進(jìn)水管管頂，但不得使管道上游地面冒水。②污水泵站集水池的設(shè)計(jì)最高水位，應(yīng)按進(jìn)水管充滿度計(jì)算。③集水池的設(shè)計(jì)最低水位，應(yīng)滿足所選水泵吸水頭的要求；自灌式泵房尚應(yīng)滿足水泵葉輪浸沒深度的要求。④格柵與集水池間通過管道連接時(shí)，集水池進(jìn)水管管底與格柵底邊的落差不得小于0．5m，以防止淤積的雜物影響過水?dāng)嗝妗?/p>

3 容積計(jì)算

為了保證泵組正常運(yùn)行，集水池須有適當(dāng)?shù)挠行莘e，集水池設(shè)計(jì)最高水位與設(shè)計(jì)最低水位之間的容積稱為有效容積。同時(shí)規(guī)定:①污水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺水泵5min的出水量（注:如水泵機(jī)組為自動控制時(shí)，每小時(shí)開動水泵不得超過6次）；②雨水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺水泵30s的出水量；③合流污水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺水泵30s的出水量。

現(xiàn)行污水泵站集水池內(nèi)的水泵機(jī)組基本均實(shí)現(xiàn)自動化控制，所以進(jìn)行集水池容積計(jì)算時(shí)，第一條規(guī)定的注釋至關(guān)重要，明確了集水池容積與并聯(lián)水泵工狀存在直接關(guān)系。

4 實(shí)例解析

某城市排水體制采用分流制，污水廠近期設(shè)計(jì)規(guī)模2×104m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)規(guī)模為4×104m3/d。

4.1 分析

依據(jù)規(guī)范，集水池容積計(jì)算與水泵的參數(shù)存在關(guān)聯(lián)，且應(yīng)考慮水泵近、遠(yuǎn)期的銜接。

集水池容積按遠(yuǎn)期水量計(jì)算，按近期需求布設(shè)水泵，并又預(yù)留遠(yuǎn)期污水泵接口或基座。

按遠(yuǎn)期平均日平均時(shí)流量Q=0．463m3/s，按GB50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》插值求得遠(yuǎn)期綜合變化系數(shù)Kz=1．412，則遠(yuǎn)期最大設(shè)計(jì)流量Qmax=0．654m3/s。

最大設(shè)計(jì)流量與平均日平均時(shí)流量差值Qz=Qmax-Q=0．654-0．463=0．191m3/s，而Q/Qz=0．463/0．191=2．42，可知選取工作水泵臺數(shù)應(yīng)在2～3臺，在此采用3臺同型號水泵并聯(lián)（2用1備）。

正常日時(shí)2臺水泵并聯(lián)工作，即:

1．9X1=Q=0．463m3/s→單臺水泵流量X1=243．68L/s

最大流量時(shí)3臺水泵并聯(lián)工作，即:

2．51X2=Qmax=0．654m3/s→單臺水泵流量X2=260．56L/s

所以，水泵選型流量滿足260．56m3/s（揚(yáng)程按實(shí)際計(jì)算取值）。

根據(jù)流量和揚(yáng)程參數(shù)，查得某潛污泵參數(shù):電機(jī)功率90kW；安裝水位深度0．95m。

4.2 集水池容積

4.2.1 容積計(jì)算

集水池內(nèi)設(shè)液位開關(guān) （（設(shè)HH、H、L、LL為液位控制點(diǎn)，分別表示超高液位、高液位、低液位、超低液位，其中HH液位點(diǎn)與進(jìn)水管道充滿度一致，LL液位點(diǎn)與水泵安裝水位一致，H、L液位點(diǎn)為水泵啟停控制點(diǎn)），采用3臺潛污水泵聯(lián)合自動控制 （設(shè)計(jì)2用1備，最不利情況時(shí)備用泵參與工作），每小時(shí)開動水泵不得超過6次。當(dāng)液位達(dá)到HH時(shí)，3臺水泵同時(shí)工作；當(dāng)液位在H和L之間時(shí)，2臺水泵同時(shí)工作；當(dāng)液位在L和LL之間時(shí)，1臺水泵工作；當(dāng)液位到LL時(shí)，水泵均停止工作（如圖1）。

圖1 水泵工作與液位控制圖

集水池容積在LL-L段，L-H段，H-HH段時(shí)的計(jì)算依據(jù)應(yīng)是水泵出水與管道進(jìn)水之差值，由于水泵出水量可以定量計(jì)算，而管道進(jìn)水量是變化的，為了便于理解與計(jì)算過程，按理想狀態(tài)考慮，即:LL-L段，L-H段，H-HH段的充滿值按瞬時(shí)考慮，且充滿后停止進(jìn)水。而計(jì)算后的集水池容積在實(shí)際中應(yīng)加以修正。

4.2.1.1 HH-H間容積V4

當(dāng)液位由HH降到H時(shí)，3臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)當(dāng)液位由H升到HH時(shí)，2臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)T42=（T42為最大設(shè)計(jì)流量時(shí)充滿V4時(shí)間，實(shí)際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時(shí)開動水泵不得超過6次，即T41+T42=10min，解得V4=76．75m3。

4.2.1.2 H-L間容積V3

當(dāng)液位由H降到L時(shí)，2臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)；當(dāng)液位由L升到H時(shí)，1臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)（T32為最大設(shè)計(jì)流量時(shí)充滿V3時(shí)間，實(shí)際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時(shí)開動水泵不得超過6次，即T31+T32=10min，解得V3=131．43m3。

4.2.1.3 L-LL間容積V2

當(dāng)液位由L降到LL時(shí)，1臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)；當(dāng)液位由LL升到L時(shí)，0臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時(shí)耗時(shí)（T22為最大設(shè)計(jì)流量時(shí)充滿V2時(shí)間，實(shí)際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時(shí)開動水泵不得超過6次，即T21+T22=10min，解得V2=111．94m3。

依據(jù)3段容積之和即為集水池液位變化容積，計(jì)320．12m3，根據(jù)水泵的安裝尺寸布置設(shè)計(jì)集水池的平面尺寸8m×12m，則變化水位深度為3．33m。

4.2.1.4 LL-池底間容積V1

LL液位應(yīng)滿足所選水泵吸水頭的要求；潛污泵泵體不得露出水面。 算得V1=A×h1=8m×12m×0．45m=43．2m3（A為集水池的平面面積，h1為LL-池底間距離，查得水泵安裝水深0．95m，其中集水池中集水坑或槽深度按0．5m取值，即LL-池底間容積水深為0．45m）。

集水池容積V=V1+V2+V3+V4=363．32m3

計(jì)算所得集水池的尺寸為8m×12m×3．78m （水深）

4.2.2 近期集水池容積校核

近期平均日平均時(shí)流量Q′=0．2315m3/s，插值求得近期綜合變化系數(shù)Kz=1．49，則近期最大設(shè)計(jì)流量Qmax′=0．345m3/s。

由Qmax′/X2=0．345/0．261=1．32，可知近期選取與遠(yuǎn)期同型號工作水泵臺數(shù)應(yīng)在1～2臺，在此近期安裝2臺與遠(yuǎn)期同型號水泵并聯(lián)（1用1備）。

污水泵站集水池的容積，不應(yīng)小于最大一臺水泵5min的出水量。

因此，V′=X2×5×60=260．56L/s×5min×60s/min=78168L=78．17m3＜V，滿足要求。

4.2.3 集水池尺寸與水泵布置

近期設(shè)計(jì)規(guī)模2×104m3/d，遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)規(guī)模4×104m3/d。

計(jì)算遠(yuǎn)期選取3臺同型號水泵（2用1備），近期按2臺同型號水泵安裝（1用1備）。

集水池的平面尺寸應(yīng)按實(shí)際水泵規(guī)格和預(yù)留水泵基座、布局規(guī)劃取值調(diào)整。

在進(jìn)行集水池設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按流量計(jì)算管徑，并在集水池修建時(shí)預(yù)埋相應(yīng)管道，遠(yuǎn)期時(shí)校對水泵選型與預(yù)留管道銜接即可。

5 結(jié)語

按GB 50014—2006《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定分析集水池的計(jì)算依據(jù)，其計(jì)算過程繁瑣且難理解。按上述集水池容積可推得其遠(yuǎn)期水力停留時(shí)間約13．1min。因計(jì)算過程未考慮進(jìn)水量的影響，所以此計(jì)算值偏大，實(shí)際可按計(jì)算結(jié)果的60%～80%取值。

在實(shí)際工程中多數(shù)按水力停留時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行容積計(jì)算，如按遠(yuǎn)期水量在集水池的水力停留時(shí)間8～10min進(jìn)行快速計(jì)算。

［1］GB50014—2006，室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］陸耀慶．實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊［K］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1993．

Calculation about collecting tank volume in WWTP

SUN Zhi-hua,LI Jun-feng,LIU Sheng-bao,XU Feng,WU Xin-rong
（College of Water Conservancy&Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832003,China）

Writer give the calculation process about collecting tank volume in WWTP by Code for Design of Outdoor Water Supply Engineering （GB 50014—2006）， give a clear relationship between the collecting tank volume and water pump unit that is controlled automatically，and give a process of selecting pump model．In the end， summed up the collecting tank volume calculation method on the basis of examples of calculation，which provides the basis of rapid calculation for engineering．

collecting tank； volume； calculation

X703

B

1672-9900（2015）05-0079-03

2015-06-26

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAJ03B02）；國家自然基金（51109135）；石河子大學(xué)《青年骨干教師培養(yǎng)計(jì)劃》（3152SJXY02042）

孫志華（1982-），男（漢族），山東威海人，碩士，主要從事給水排水工程與環(huán)境衛(wèi)生工程工作，（Tel）15299949950。