單相流負壓排水系統在于壩村污水收集中的應用

潘伯寧,王耀增,羌金鳳,郭曉正

(中機國際工程設計研究院有限責任公司華東分院,江蘇 南京 210023)

0 引言

海安市大公鎮于壩村,其生活污水排放普遍存在排放點多且分散等問題。該村住房缺少統一規劃,所在地區河系發達,地下水水位低,居民大多沿河而居,日常生活污水多數直接排入河中,嚴重破壞了當地的水體環境。因此,采用單相流負壓排水系統對于壩村進行農村生活污水收集,有利于改善該村的生態環境和人居環境。

1 研究概況

1.1 研究范圍

于壩村河網密集,位于海安市大公鎮,該村區域面積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北側村組片區展開單相流負壓排水系統方案設計(見圖1),共284戶。

圖1 單相流負壓排水系統工藝流程

1.2 河道及排水設施現狀調查

根據現場踏勘發現,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。村域內建有污水處理設施一處,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和無害化處置后直排兩種方式,污水處置率達30%。全村1 235戶已全部改廁,占比100%。

1.3 研究村組現狀調查

新勝河南側村組居民約157戶,省道S353北側村組居民約65戶,農戶沿河而居,生活污水未經處理直接排至河道水體。兩個村組特征相似,村組北側均有現狀污水管道。該片區房屋建筑緊湊,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收集污水,將不可避免開挖大量石方,影響房屋基礎,進而可能導致房屋塌陷,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壓排水系統進行污水收集。

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。由于該村組居民人數較少,房屋分布相對分散,日常污水排放量較少,且附近無現狀污水管網。若采用重力流排水系統,需要大范圍鋪設重力管道,經濟上不合理,因此,此村組采用單相流負壓排水系統進行污水收集,以求工程的經濟合理。

2 單相流負壓收集系統

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

3 工程設計

3.1 污水量預測

3.1.1 用水量指標的確定

(1)用水量指標。以《農村生活飲用水量衛生標準》(GB/T 11730—1989)、《江蘇省村莊生活污水治理適宜技術及建設指南(2015版)》等為參考,同時結合于壩村村莊的用水現狀,取60升每人每天。

(2)其他指標的確定。①排放系數:其值與居民用水類型、污水潑灑或澆灌等生活習慣有關,結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 污水量預測

考慮到農村人口逐漸趨于老齡化,農村人口數將越來越少,確定規劃人口以現狀常住人口為準。本次戶均人數按照3人/戶計算,于壩村規劃污水量預測如表1所示。

3.2 入戶管道及負壓收集井設計

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

3.3 戶外負壓污水收集管網設計

新勝河南岸村莊負壓污水管道沿房屋前面靠近河道一側地埋敷設:在地埋敷設時,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,負壓污水管道采用PE實壁管,采用電熔連接。負壓污水管道累計提升不超過3 m,否則酌減服務半徑。負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。負壓污水管道施工應保證密閉性,管道連接處應保證管道內部光滑,不得采用90°彎頭、三通,應采用45°彎頭、斜三通。

3.4 污水處理站設計

經水量計算,于壩村2組、3組污水處理站設計規模為15 t/d。根據于壩村住戶聚集程度、環境條件以及所采取處理方式確定農村生活污水處理標準;就近納入城鎮污水管網的生活污水,執行GB/T 31962—2015《污水排入城鎮下水道水質標準》;處理后的出水直接排入自然水體時,至少要執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。根據各種工藝的適用范圍、處理效果、基建及運行費用,同時結合于壩村的村莊性質、經濟情況以及受納水體的水質要求,污水處理設施處理生活污水采用AAO生物接觸氧化技術。

3.5 設計方案

在村民院內敷設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戶院內設置1個負壓收集井。新勝河南側村組沿屋后一側敷設De90～De160負壓污水干支管道,項目范圍內新勝河南側村組農戶化糞池污水、廚房污水和洗滌等生活污水由負壓站收集后向北接入現狀污水管網。

項目范圍內于壩村2、3組沿屋后敷設De90～De160負壓污水干支管道,該村組農戶化糞池污水、廚房污水和洗滌等生活污水由負壓站收集后接入污水處理設施中,處理后污水出水水質達到一級B標準后就近排入洋蠻河水體中。

4 運行效果

該系統2021年投入使用,排污泵功率為3 kW,真空泵功率為2.2 kW。統計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壓排水系統數據

對負壓站內物聯網智慧控制系統收集的數據進行長期分析表明,單相流負壓排水系統可以對農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無動力消耗極易受地形影響而言,單相流負壓收集系統管道布管靈活,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于壩村施工情況,對單相流負壓排水系統和重力流排水系統在施工方面進行初步比較[1-5](見表3)。

表3 重力排水系統和單相流負壓排水系統對比

6 結論

(1)工程實施后,新勝河南側、于壩村2組,3組、省道S353北側農戶生活污水可得到有效收集和處理,農戶污水流經負壓站的過程中無滲漏、堵塞情況,系統噪聲小。該系統有效改善了該區域的生態環境,污水經收集處理后,出水水質達到GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準,滿足出水水質要求,居民兩側河道污染明顯減輕。

(2)南通市海安市大公鎮于壩村普遍存在地形復雜,房屋密集,地下水水位低,居民傍水而居等特點,采用傳統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。單相流負壓排水系統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、施工周期短等優點,適用于南通市海安市大公鎮于壩村復雜的地形條件,具有良好的應用前景。