仲明明

（上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200092）

0 前言

示范工程位于蘇州市吳中區(qū)甪直鎮(zhèn)甫南村（見圖1），包括400戶約2000人的生活污水收集。受建筑稠密、街道狹窄、地勢平坦、建筑抗擾動性差等因素的制約，目前村內(nèi)的污水一般就地排出或接入室外化糞池，污水就地下滲，居民污水難以采用常規(guī)的重力方法收集排入周邊市政管網(wǎng)。

圖1 甪直鎮(zhèn)甫南村、南厙村地形圖

1 收集系統(tǒng)模式的選擇

1.1 污水收集技術(shù)分析及選擇

重力排水系統(tǒng)不適用于水系密布、房屋密集、道路狹窄、建筑抗擾動性差的地區(qū)。因此，該工程不考慮采用。

真空排水系統(tǒng)、壓力排水系統(tǒng)、小管徑重力排水系統(tǒng)和新型負(fù)壓污水收集系統(tǒng)均適用于該工程的地形特點，其中真空排水系統(tǒng)和壓力排水系統(tǒng)的用戶端設(shè)備均較多，且自控要求高，給日后的維護和管理增加了困難。而小管徑重力排水系統(tǒng)需要在用戶端建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高的截留池，甫南村、南厙村住宅密度大，難以設(shè)置截留池。

水封式負(fù)壓污水收集技術(shù)是針對水鄉(xiāng)城鎮(zhèn)具體情況，結(jié)合真空排水和虹吸原理開發(fā)的一項新技術(shù)，與真空排水相比，設(shè)備少、投資省、自控要求低。

綜上所述，該工程推薦采用水封式負(fù)壓污水收集技術(shù)。

1.2 水封式負(fù)壓污水收集系統(tǒng)

1.2.1 系統(tǒng)組成

水封式負(fù)壓污水收集技術(shù)是上海市政工程設(shè)計研究總院研發(fā)的一種新型室外污水收集技術(shù)。室外負(fù)壓收集污水裝置由若干個收集單元、負(fù)壓管、負(fù)壓站組成。其中收集單元由進水管、收集井、水封管和抽吸管組成，負(fù)壓站由負(fù)壓收集罐、真空泵、排水抽吸泵及控制裝置組成。該收集系統(tǒng)利用負(fù)壓抽吸原理，在正常運行時，家庭內(nèi)污水重力流到室外污水收集井，在污水收集井作短暫停留，在真空站內(nèi)真空泵開啟的情況下，污水重力進入水封井，再由抽吸支管匯流到負(fù)壓管，再由負(fù)壓管流到污水收集罐內(nèi)。圖2為水封式負(fù)壓收集系統(tǒng)圖。

圖2 水封式負(fù)壓收集系統(tǒng)圖

1.2.2 特點和適用范圍

負(fù)壓污水收集技術(shù)是在傳統(tǒng)真空收集技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合虹吸原理研發(fā)的一種新型室外污水收集技術(shù)。該技術(shù)具有以下特點：

（1）在各收集井采用水封管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的真空啟動閥，省去了真空監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備簡單，投資省，易運行維護；

（2）在正常情況下，空氣不進入負(fù)壓管道，輸送效率高 ，能耗省，運行費用低；

（3）管道小、埋深較淺，不需要保持嚴(yán)格的管道坡降，適用于傳統(tǒng)重力排水難以實施的地區(qū)；

（4）無泄漏，利于環(huán)境保護；

（5）但在管道實施過程中，與真空系統(tǒng)一樣，對收集管道的氣密性要求高，且為了減少系統(tǒng)靜提升的損失，在管道敷設(shè)時，應(yīng)盡量避免大的起伏，防止氣體在管道中積聚。

2 工程設(shè)計

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

2.1.1 污水量

按照《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村排水工程技術(shù)規(guī)程》（CJJ124-2008），當(dāng)糞便污水和其他生活污水混合計算時，每人每天的生活污水量為100～170L/（人·d），當(dāng)糞便污水單獨計算時，為20～30L/（人·d）。該工程的主要收集對象為糞便污水，考慮到少數(shù)居民家中，有部分洗滌廢水與糞便污水合流排放，因此，污水量采用100L/（人·d）。按70戶，平均每戶15人計，人口約1050人設(shè)計，每天收集水量約105 m3/d。

2.1.2 系統(tǒng)損失計算

負(fù)壓收集系統(tǒng)中流體的壓力損失一般由摩擦損失（沿程阻力損失）、靜提升損失、加速壓力損失和局部損失等四部分組成。

2.1.3 管道縱斷面布置

在負(fù)壓收集管道中縱斷面布置時，應(yīng)盡量避免設(shè)置提升段，在該工程中，負(fù)壓干管原則上應(yīng)按水平敷設(shè)，不考慮坡度，如現(xiàn)場需要避讓障礙物，需要征得設(shè)計部門同意，負(fù)壓支管由污水收集井出口按一定坡度坡向污水干管。

2.1.4 系統(tǒng)真空度范圍

新型負(fù)壓收集系統(tǒng)的真空度范圍由兩個最不利點控制，一為近端最不利點，即至負(fù)壓收集站壓力損失最小的用戶終端；一為遠(yuǎn)端最不利點，即至負(fù)壓收集站壓力損失最大的用戶終端。

系統(tǒng)真空度上限PH應(yīng)確保近端最不利點水封不被破壞，系統(tǒng)真空度下限PL應(yīng)確保遠(yuǎn)端最不利點的污水能得到有效收集。

2.1.5 負(fù)壓管道最小設(shè)計流速

在該工程中，負(fù)壓管道最小流速大于不淤流速0.3 m/s。

2.1.6 負(fù)壓收集站設(shè)計計算

2.1.6.1 污水泵

負(fù)壓收集系統(tǒng)中的污水泵選擇無堵塞排污泵。污水泵的流量由系統(tǒng)設(shè)計最小污水流量確定。

2.1.6.2 污水收集罐

污水收集罐為不銹鋼板制成，工作真空度按0.02MPa～0.06MPa設(shè)計。污水收集罐有效容積計算公式為：

2.1.6.3 真空泵

該工程中系統(tǒng)真空度范圍在0.02MPa～0.045MPa，屬于低真空范圍，選用水環(huán)真空泵。

2.2 主要構(gòu)筑物設(shè)計

2.2.1 污水收集井

每個收集井分成三格。第一格為貯泥井，主要進行糞便及顆粒物質(zhì)的沉積，有效容積：0.28 m3；第二格為貯存井，主要用于短暫貯存住戶排出的污水，有效容積約0.34 m3；第三格檢修操作井，主要用于對水井管、閥門的安裝和維護管理，內(nèi)設(shè)有DN150水封管一根，深度一般為埋入地面以下4.0～4.5 m，管底端封閉。

污水收集井內(nèi)的水封管采用專用成套裝置，出口接DN65抽吸管，設(shè)置DN65手動球閥一只，DN65止回閥一只。

污水收集井一般設(shè)置在住戶北面，施工時應(yīng)滿足以下條件：

（1）就近接入：污水收集井設(shè)置在離廁所出口附近，方便廁所廢水就近接入。

（2）方便操作：具有一定空地，并避開人行及交通要道，方便操作管理。

（3）防雨功能：頂板需高出周圍地面約100 mm，防止雨水進入。

（4）防滲功能；收集井內(nèi)側(cè)必須防滲處理，建成后應(yīng)經(jīng)滲漏檢驗。即加滿水觀察24 h，其水位的減少，以不超過10 mm為合格。

（5）旁通功能：溢流旁通功能，在收集設(shè)備損壞時，污水能夠溢流旁通，溢流管就近下滲或排入附近溝。

（6）設(shè)置可開啟蓋板：每格需要設(shè)置可開啟式的蓋板，方便清淤和井內(nèi)設(shè)備的管理。

根據(jù)以上設(shè)計原則，該工程收集井總數(shù)28只，污水收集井設(shè)置成品蓋板，方便開啟。

2.2.2 收集管網(wǎng)

根據(jù)系統(tǒng)服務(wù)范圍特點和系統(tǒng)真空度控制要求，確定負(fù)壓收集系統(tǒng)管網(wǎng)布局。南厙村被甫澄中路分割為東西兩邊，甫澄中路柯福路口有一處市政污水井，考慮在甫澄中路東側(cè)村口綠化帶內(nèi)設(shè)一套真空系統(tǒng)，敷設(shè)兩路負(fù)壓收集干管，其中西側(cè)2＃干管管徑DN200，管中心標(biāo)高為2.0 m，服務(wù)用戶端數(shù)量15個，由南側(cè)甫澄路橋洞下水平敷設(shè)至東側(cè)，接入東側(cè)1#干管內(nèi)；東側(cè)1#干管管徑DN150，管中心標(biāo)高為1.8 m，服務(wù)用戶端數(shù)量13個，接納西側(cè)2東側(cè)干管后接入設(shè)置于村口甫澄路西側(cè)的負(fù)壓收集站中，收集站出水沿甫澄路向南排入柯福路上現(xiàn)狀DN400污水管內(nèi)。

該工程埋深較淺，均采用開槽埋管法施工，管材：DN100～D200均采用UPVC給水塑料管，粘結(jié)接口。所有管道工作壓力為0.6 MPa。

施工過程中應(yīng)注意以下幾點：

（1）管網(wǎng)布置宜采用水平布置，在管網(wǎng)施工過程中，應(yīng)盡可能減少凸起或下凹，防止氣體在管道中積聚導(dǎo)致管網(wǎng)的阻力增加。

（2）應(yīng)注意管道的密封性，在覆土前應(yīng)作氣密性試驗。

2.2.3 負(fù)壓泵站設(shè)備

根據(jù)現(xiàn)場條件，該工程負(fù)壓泵站設(shè)置于南厙村口甫澄中路西側(cè)路邊的綠化帶內(nèi)。

負(fù)壓收集站采用成套專用設(shè)備，具體參數(shù)如下：

負(fù)壓收集罐：負(fù)壓收集罐共設(shè)1臺，負(fù)壓收集罐直徑為1.5 m，直段長2.0 m，總長2.5 m，采用臥式安裝方式，負(fù)壓收集罐上設(shè)置高液位和低液位浮球開關(guān)。設(shè)負(fù)壓開關(guān)2只，控制真空罐內(nèi)的最高真空壓力和最低真空壓力。

污水泵：流量為40 m3/h，H=10 m，P=4 kW，吸水高度7 m，設(shè)兩臺(一用一備)。每臺水泵出口設(shè)置DN65止回閥和氣動截止球閥。

真空泵：真空泵采用水環(huán)式真空泵，壓力為-56.7時，抽氣量為 500 L/min，P=3 kW，設(shè)兩臺(一用一備)。

負(fù)壓收集站內(nèi)設(shè)置控制箱，系統(tǒng)可根據(jù)需要采用定期開啟和常開啟兩種工作模式，同時根據(jù)壓力開關(guān)控制系統(tǒng)開關(guān)，當(dāng)壓力升至升壓真空開關(guān)規(guī)定的真空上限時，關(guān)閉系統(tǒng)電源，當(dāng)真空壓力降到降壓真空開關(guān)規(guī)定的下限時，開啟電源；當(dāng)貯水池內(nèi)的液位低于某一液位時，低液位開關(guān)接通，水泵關(guān)閉，真空泵啟動；當(dāng)貯水池內(nèi)的液位高于某一液位時，高液位開關(guān)接通，真空泵關(guān)閉，水泵啟動。

真空站最大同時啟動功率為6 kW，設(shè)備配置功率為18 kW。

2.2.4 泵站控制室

負(fù)壓收集站下采用200 mm厚混凝土基礎(chǔ)，收集站安裝完成后，在設(shè)備外設(shè)置彩鋼房作為控制室，控制室尺寸為3.6 m×5 m，高3.5 m，在真空收集設(shè)備完成后再實施。

2.2.5 管道閥門

為檢修及清淤，每隔一段距離設(shè)置閥門，在該工程中，負(fù)壓管網(wǎng)中的閥門井的最大設(shè)置間距約為120 m。

2.2.6 真空站其它配套

真空站需配套DN15自來水，用于清洗和真空泵補充用水，配備供電6 kW。

2.3 運行模式

負(fù)壓收集站采用自動運行，無需人員值守，但需設(shè)一人負(fù)責(zé)定期巡視和設(shè)備維護。同時負(fù)責(zé)管網(wǎng)維護和相關(guān)維護宣傳工作。

系統(tǒng)控制采用和集中控制模式，集中控制模式下，各污水收集井內(nèi)閥門全開，由負(fù)壓收集站定時啟動真空泵。系統(tǒng)真空度由遠(yuǎn)端最不利點和近端最不利點控制，控制原則為完成遠(yuǎn)端最不利點抽吸工作的同時，近端最不利點的真空不被破壞。該模式下負(fù)壓收集站控制要求如表1所列。

表1 集中控制模式負(fù)壓收集站控制要求一覽表

2.4 主要工程數(shù)量表（見表2）

表2 主要工程材料表

3 工程驗收

3.1 管道驗收

整體管道的密閉性測試應(yīng)按下列步序和規(guī)定進行：

（1）關(guān)閉所有的閥門，用管帽封堵所有管口，保證所檢查范圍的密閉。

（2）將真空泵接入終端檢查管，根據(jù)壓力表顯示提供-0.03 MPa負(fù)壓，并要求此負(fù)壓維持30 min，在此后的4 h內(nèi)壓力衰減不超過5%即為密閉性合格。

（3）測試時必須有施工方、設(shè)計工程師、監(jiān)理單位到場，并記錄測試結(jié)果。

3.2 設(shè)備驗收

由于該工程采用負(fù)壓新技術(shù)，真空泵站內(nèi)設(shè)備及收集井水封管需要采用專用成套設(shè)備。

4 結(jié)語

生活污水一般采用重力方式進行收集，但大部分農(nóng)村建筑密集、街道狹窄、建筑抗擾動性差，難以采用重力方式收集生活污水。負(fù)壓收集系統(tǒng)所需敷設(shè)的管道管徑?。―N100～DN150）、埋深淺（約0.5 m），能夠在農(nóng)村狹小的街道下敷設(shè)，設(shè)備運行費用也不高，維護相對簡單，為農(nóng)村污水收集提供了新的出路。

目前，甪直鎮(zhèn)甫南村南厙區(qū)域污水收集工程已基本竣工，現(xiàn)已通水運行，效果良好，為農(nóng)村生活污水的收集提供了工程示范，表明負(fù)壓收集系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。