談污水泵站設計要點

榮雅萍

(北京科智成市政設計咨詢有限公司，北京　100026)

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談污水泵站設計要點

榮雅萍

(北京科智成市政設計咨詢有限公司，北京100026)

摘要:按照某工程污水提升的需求和規模，選定了合理的工藝流程，介紹了泵站主要構筑物的設計要點，通過比較各類泵房的優缺點，最終采用了圓形、自灌、全地下、合建、濕式泵房，并根據相關規范的要求，確定泵站內設備及構筑物的安裝和布置尺寸，最終將污水通過泵站提升后排入下游污水管。

關鍵詞:污水泵站，閘門，格柵，集水池

1　項目概況

本工程位于固安工業區富達路西側，引清干渠北側，主要功能是對引清干渠北側由東向西敷設的d1 000污水管道的水頭進行提升。依據《片區污水排除專項規劃》，新建污水提升泵站規模為3．5萬m3/d(小(2)型)，泵站等級為Ⅴ級。

2　工藝流程

d1 000鋼混凝土進水管→閘門→格柵間→一體式泵房→DN800出水鋼管→消能池→d1 000鋼混凝土出水管。

富達路規劃d1 000污水管道首先經過進水總閘門，再進入回轉式尼龍耙齒機械格柵(柵寬2 000 mm、格柵間隙40 mm)。經機械格柵后，污水進入一體式泵房。一體式泵房內設有3臺潛水排污泵(2用1備)。每臺泵DN350出水管設止回閥、閘閥，出泵房后合并為1根DN800鋼管至室外消能池，經消能池轉換為d1 000鋼筋混凝土出水管至下游污水管道。

3　泵站主要構筑物的設計

3．1閘門及事故排出口

d1 000污水進水總管在進入格柵間前設置手電動兩用鑄鐵圓形閘門及事故排出管，便于集水池和泵房的檢修。事故排水管向南直接引入引清干渠，事故口需征得相關水務部門批準后方可實施。

3．2格柵

格柵用途為攔截污水中較大的漂浮物及雜質，起到凈化水質、保護水泵葉輪和管配件，避免堵塞或磨損，保證水泵的正常運行。

3．2．1格柵設計要求

1)格柵通過設計流量時的流速一般采用0．6 m/s～1．0 m/s;格柵前管道內的流速可選用0．6 m/s～0．8 m/s;柵后到集水池的流速可選用0．5 m/s～0．7 m/s。2)柵條間隙:按照水泵類型及進口口徑D，應小于水泵葉片間隙。一般軸流泵小于D/20，混流泵和離心泵小于D/30，最小間隙50 mm。3)格柵傾斜角度:人工清除格柵傾斜安裝角度為30°～60°，機械清除格柵傾斜安裝角度為60°～90°。每日清渣量大于0．2 m3，為減少工人勞動強度，改善衛生條件，選取機械格柵。

3．2．2格柵選取

目前機械格柵分為鏈條式、移動式、回轉式及鋼絲繩牽引式等，各種格柵的優缺點比較詳見表1，最終選取ZGC旋轉式機械格柵，柵寬B=2 000 mm，渠寬2 100 mm，柵間隙50 mm，渠深6．29 m，尼龍耙齒。設置1臺機械格柵，且不進行備用，在一體化泵站進口處增設人工清除提籃格柵作為機械格柵的備用。

表1　各種格柵的優缺點對比表

3．2．3格柵間構筑物

格柵間長7．8 m，寬2．9 m，高3．5 m，結構型式為半地下式。地下部分為鋼筋混凝土結構，地上部分為有頂無墻的棚體結構，屋面采用復合彩鋼板不上人屋面板。結構安全等級為二級，設計使用年限為50年，抗震烈度為7度(0．15g)，設計地震分組為第二組，抗震設防類別為丙類，抗震等級為四級，場地類別為Ⅲ類。

3．3集水池

3．3．1集水池容積

集水池的容積可以調蓄變化的進水量，提供水泵機組穩定運行的條件。其布置應滿足調蓄容積和水泵吸水管安裝的工藝要求，且集水池容積要滿足水工布置，安裝格柵、安裝水泵吸水管的要求，而且在滿足將污水抽走的基礎上，避免水泵啟閉過于頻繁。

集水池一般包含死水容積和有效容積兩部分。死水容積是最低水位以下的容積，主要由水泵吸水管的安裝條件決定。有效容積一般采用不小于最大一臺水泵5 min的出水量的體積。

3．3．2集水池水位

最高水位:在正常運行中，進水達到設計流量時，集水池中的水位。污水泵站集水池最高水位應與進水管充滿度相平。最低水位:最低水位取決于不同類型水泵的吸水喇叭口的安裝條件及葉輪的淹沒深度。集水池的設計最低水位，應滿足所選水泵吸水頭的要求。自灌式泵房尚應滿足水泵葉輪浸沒深度的要求。確定的最低水位應該同時滿足不高于按照集水池最高水位和集水池有效容積推算的最低水位。集水池有效水深:最高水位和最低

3．3．3集水池的布置

1)應采用正向進水。當進水來自不同方向時，應在站前交匯，再進入集水池。2)進入集水池的水流要平緩地流向各臺水泵，進水擴散角不宜大于45°，流速變化要求均勻，防止出現旋流、回流。3)集水池進水管管底與格柵底邊的落差不得小于0．5 m。4)集水池池底應設積水坑，傾向坑的坡度不宜小于10%。

3．4泵房

3．4．1泵房的形式選擇

1)圓形泵房和矩形泵房。a．圓形泵房:圓形泵房適用于中、小型規模，水泵臺數不宜超過4臺。優點是結構受力條件好，便于施工，工程造價低，泵啟動方便，易根據水位實現自動操作。缺點是機組布置困難，泵房很深時，維修不便，且電機易受潮。b．矩形泵房:優點是機組易于布置，啟動簡單，易實現自動操作，電機不易受潮。缺點是機組安裝技術要求較高，特別是泵房較深，傳動軸較長，需設置中間軸承及固定支架，造價高。考慮污水泵站規模較小，水泵臺數不超4臺，采用圓形泵房。

2)自灌式和非自灌式泵房。a．自灌式泵房:水泵葉輪或泵軸在集水池最低水位之下。優點是啟動及時可靠，操作簡單。缺點是泵房較深，造價較高。b．非自灌式泵房:水泵泵軸在集水池最高水位之上。優點是泵房深度較淺，室內干燥，衛生條件好，利于通風和采光。缺點是水泵不能直接啟動，需采用引水設備，不適用于水泵頻啟情況。污水來水量變化較大，為了減小集水池容積，污水泵組需頻繁開啟，采用自灌式泵房。

3)半地下式泵房和全地下式泵房。a．半地下式泵房:泵房的機器間包括地上及地下兩部分，稱為半地下式泵房。b．全地下式泵房:地面以上沒有廠房，水泵、電機機組全部封閉在地面以下的成為全地下式泵房。污水泵房一般采用全地下式泵房。

4)合建式泵房和分建式泵房。a．合建式泵房:機器間與集水池合建在一座構筑物里，或上、下設置。合建式泵房還可以將進水閘井、格柵井、集水池、機器間、出水池等部分或全部合建在一座主體構筑物里面，使得布置更加緊湊合理。合建式泵房的優點是布置緊湊、占地少、水頭損失小、管理方便。缺點是施工困難。b．分建式泵房:機器間和集水池分建為兩個獨立的構筑物。適用于土質較差，地下水位較高場所。分建式泵房的主要優點是結構上處理比合建式簡單，施工較方便，機器間也沒有被污水滲透和被污水淹沒的危險。污水泵房考慮進水條件及水力因素，采用合建式泵房。

5)干式泵房和濕式泵房。a．干式泵房:集水池和機器間用隔墻分開。只有水泵的吸水管和葉輪淹沒在水中，機器間才能保持干燥，有利于對水泵的檢修和維護，同時也避免了污水的污染。優點是養護、管理條件好，電機運行條件好，衛生條件好。缺點是結構復雜，造價高。b．濕式泵房:電動機層下面是集水池。水泵及管件淹沒在集水池的水位以下。優點是結構簡單，造價低，集水池有效容積的范圍大。缺點是養護管理條件差，泵站較潮濕，且有臭味，設備直接受污水腐蝕。考慮污水泵站中水泵為間歇式使用，多采用潛水泵，有利于水泵的保養及使用周期。由于潛水泵的電動機、水泵特有的潛水功能，采用濕式泵房。綜上所述，污水泵站設計采用圓形、自灌、全地下、合建、濕式泵房。

3．4．2水泵的選型

1)水泵流量計算。d1 000進水管h/D=0．57，i=0．000 8，V=0．86 m/s，污水的設計流量為Q=0．4 m3/s。

2)水泵揚程的計算。最低揚程(m)=(最小流量出水管高程－集水池最高水位)+管路系統水頭損失+安全水頭1 m～2 m。設計揚程(m)=(設計平均流量出水管高程－集水池設計水位)管路系統水頭損失+安全水頭1 m～2 m。最高揚程(m)=(設計最大流量出水管高程－集水池最低水位)+管路系統水頭損失+安全水頭1 m～2 m。

根據上述計算，選潛水混流泵3臺(2用1備)，單泵流量Q= 0．2 m3/s、揚程H=8．5 m、功率N=28 kW。

3．4．3泵房構筑物

圓形、自灌、濕式、全地下、合建式污水泵房構筑物分為傳統土泵房和一體化泵房，共計2種型式。

1)傳統泵房。傳統泵房可采用開槽或沉井方式施工，泵房結構為現澆鋼筋混凝土結構。

2)一體化泵房。一體化污水泵房由復合纏繞玻璃鋼桶體為主體，內設水泵、管路、閥門、樓梯、維修平臺等，根據用戶需求還可在進水管道后加設提籃粉碎型格柵，筒體上設有玻璃鋼頂蓋，是把所有設備及儀表集成在一起的成套設備。

一體化泵房較傳統泵房占地小，操作簡單，維修、管理方便，玻璃鋼筒體防腐性能好，易與周邊環境協調，對周邊環境影響小，施工簡單，施工周期短;但是筒體直徑不宜大于4 m，埋深較大，不適用于規模較大的泵房，目前宜采用最大一體化泵站的規模在4萬m3/d。

經上述比較，泵房結構型式采用地下一體式泵房，鋼筋混凝土底座，玻璃鋼材質井筒，直徑3．8 m，筒深10．095 m。

4　結論

污水泵站內設閘門、格柵間、一體化污水泵房、高低壓配電室及值班室等。污水泵站長20 m，寬16 m，總占地面積320 m2(見圖1)。

圖1　污水泵站效果圖

泵站等級為Ⅴ級，主要、次要永久性建筑物級別均為5級，防洪設計標準為10年重現期，校核為30年重現期，站內室外地坪標高=設計洪水位+0．5 m，即為19．24 m;泵房室內標高=室外地坪標高+0．3 m，即為19．54 m。

5　系統運行過程

5．1正常工況

進水經機械格柵進入一體化泵房集水池，然后經潛水泵提升后進入d1 000壓力輸送管。機械格柵根據柵前、后液位差值信號自動開、停。其工況可由兩種方式確定:1)時間間隔設定，可以根據不同季節或水質狀況予以調整;2)液位差值設定，可根據格柵前后液位差值進行控制，0 mm～200 mm可調。一體化泵房內設置3臺泵須循環使用，不得長期使用1臺泵，以避免備用泵經常不開零件老化損壞;同時潛水泵的開停根據集水池水位予以控制，高液位13．80開泵、低液位10．38停泵。累計工作時間最短的泵優先開啟。集水池液位低于10．38 m時，水泵低液位保護停泵;集水池報警水位為14．35 m。

5．2檢修

格柵間19．44 m平臺設計活荷載為1 t/m2，機械格柵電機、耙齒檢修一般可在此地面操作，當需要清淤或檢修渠道內格柵框架時，可將格柵間進水閘門關閉，將渠道內水抽干。潛水泵檢修、更換可不停水提升用車運送至室外場地檢修。

6　建議

對于選取一體化泵房提出以下建議。

6．1擴大使用范圍

一體化泵房僅適用于規模較小的泵站，原因在于:集水池容積較小水泵頻繁啟動，導致水泵無法正常運轉。國內、外水泵性能相差甚遠，每小時啟停泵次數遠低于國外水泵啟停次數;而一體化泵站的適用主要局限于集水池有效容積較小，規模較大的污水泵房將不滿足最大一臺污水泵5 min出水量的體積。

一體化泵站若用于大規模泵站，需考慮以下兩部分:

1)提高水泵的性能參數，允許水泵頻繁啟動，不能局限在每臺水泵每小時啟動次數不超過6次要求;2)筒體建議選取其他材料，加大橫向占地面積，減小埋深，增加集水池有效容積。

6．2水泵選取

一體化泵房底部未設置集水坑，宜選取帶自沖洗功能的水泵，防止底部積泥，堵塞水泵。

6．3通風設置

地下式一體化泵房自然通風不滿足通風需求，建議設置機械排風系統，排除有害氣體、泵房內余熱、余濕，以保證操作人員的生命安全。

參考文獻:

［1］ 北京市市政工程設計研究總院．給水排水設計手冊［M］．第2版．北京:中國建筑工業出版社，2002．

［2］GB 50014—2006，排水設計規范［S］．

［3］GB 50265—2010，泵站設計規范［S］．

［4］ 李亞峰，尹士君，蔣白懿．水泵及泵站設計計算［M］．北京:化學工業出版社，2011．

中圖分類號:X703

文獻標識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0124-03

收稿日期:2016-04-09

作者簡介:榮雅萍(1979-)，女，工程師水位之間的水深。

Preliminary analysis on the design points of sewage pumping station

Rong Yaping
(Beijing Kezhicheng Municipal Design Consultant Co．，Ltd，Beijing 100026，China)

Abstract:According to the demand and scale of sewage，selected a reasonable process．The design points of main structures of pumping station are introduced respectively．By comparing the advantages and disadvantages of various types of pump station，and ultimately determine the use of circular pump station，self-filling pump station，underground pump station，integrated pump station，wet pump station．According to the relevant regulations，requirements，determine the pump station equipment and structures of the installation and layout size．The sewage pumping station upgrade will eventually discharged into sewage pipe downstream．

Key words:sewage pump station，sluice，screen，water collection tank