孫志華，李俊峰，劉生寶，徐 鳳，吳心蓉

（石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003）

城鎮(zhèn)污水處理廠集水池容積計算

孫志華，李俊峰，劉生寶，徐 鳳，吳心蓉

（石河子大學 水利建筑工程學院，新疆 石河子 832003）

結合GB 50014—2006《室外排水設計規(guī)范》分析集水池容積計算過程，明確了集水池容積與水泵機組自動控制之間的關系及水泵選型過程，最后結合實例給出集水池容積經(jīng)驗法計算依據(jù)，為工程快速計算提供理論依據(jù)。

集水池；容積；計算

1 概述

集水池作為污水廠一個重要的組成部分，其作用是匯集、儲存和均衡廢水的水質水量。科學合理地設計集水池尺寸關系到泵站的工程造價和建成后運行管理的科學性。集水池容積直接影響工程投資，但在相關教程和工程資料中并未給出詳細計算過程。

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

2 設計水位

集水池內設計水位的波動范圍，既要與管道充滿度設計相結合，又要考慮水泵運行安全，保證一定的最低水位。GB 50014—2006《室外排水設計規(guī)范》對集水池的設計水位做出如下規(guī)定:①雨水泵站和合流污水泵站集水池的設計最高水位，應與進水管管頂相平。當設計進水管道為壓力管時，集水池的設計最高水位可高于進水管管頂，但不得使管道上游地面冒水。②污水泵站集水池的設計最高水位，應按進水管充滿度計算。③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。④格柵與集水池間通過管道連接時，集水池進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斷面。

3 容積計算

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

現(xiàn)行污水泵站集水池內的水泵機組基本均實現(xiàn)自動化控制，所以進行集水池容積計算時，第一條規(guī)定的注釋至關重要，明確了集水池容積與并聯(lián)水泵工狀存在直接關系。

4 實例解析

某城市排水體制采用分流制，污水廠近期設計規(guī)模2×104m3/d，遠期設計規(guī)模為4×104m3/d。

4.1 分析

依據(jù)規(guī)范，集水池容積計算與水泵的參數(shù)存在關聯(lián)，且應考慮水泵近、遠期的銜接。

集水池容積按遠期水量計算，按近期需求布設水泵，并又預留遠期污水泵接口或基座。

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

最大設計流量與平均日平均時流量差值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（揚程按實際計算取值）。

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

4.2 集水池容積

4.2.1 容積計算

集水池內設液位開關 （（設HH、H、L、LL為液位控制點，分別表示超高液位、高液位、低液位、超低液位，其中HH液位點與進水管道充滿度一致，LL液位點與水泵安裝水位一致，H、L液位點為水泵啟停控制點），采用3臺潛污水泵聯(lián)合自動控制 （設計2用1備，最不利情況時備用泵參與工作），每小時開動水泵不得超過6次。當液位達到HH時，3臺水泵同時工作；當液位在H和L之間時，2臺水泵同時工作；當液位在L和LL之間時，1臺水泵工作；當液位到LL時，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段時的計算依據(jù)應是水泵出水與管道進水之差值，由于水泵出水量可以定量計算，而管道進水量是變化的，為了便于理解與計算過程，按理想狀態(tài)考慮，即:LL-L段，L-H段，H-HH段的充滿值按瞬時考慮，且充滿后停止進水。而計算后的集水池容積在實際中應加以修正。

4.2.1.1 HH-H間容積V4

當液位由HH降到H時，3臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時當液位由H升到HH時，2臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時T42=（T42為最大設計流量時充滿V4時間，實際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時開動水泵不得超過6次，即T41+T42=10min，解得V4=76．75m3。

4.2.1.2 H-L間容積V3

當液位由H降到L時，2臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時；當液位由L升到H時，1臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時（T32為最大設計流量時充滿V3時間，實際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時開動水泵不得超過6次，即T31+T32=10min，解得V3=131．43m3。

4.2.1.3 L-LL間容積V2

當液位由L降到LL時，1臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時；當液位由LL升到L時，0臺水泵工作變?yōu)?臺水泵工作，此時耗時（T22為最大設計流量時充滿V2時間，實際會大于此值）；按規(guī)范規(guī)定每小時開動水泵不得超過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320．12m3，根據(jù)水泵的安裝尺寸布置設計集水池的平面尺寸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，則近期最大設計流量Qmax′=0．345m3/s。

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

近期設計規(guī)模2×104m3/d，遠期設計規(guī)模4×104m3/d。

計算遠期選取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按實際水泵規(guī)格和預留水泵基座、布局規(guī)劃取值調整。

在進行集水池設計時應按流量計算管徑，并在集水池修建時預埋相應管道，遠期時校對水泵選型與預留管道銜接即可。

5 結語

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

在實際工程中多數(shù)按水力停留時間的經(jīng)驗法進行容積計算，如按遠期水量在集水池的水力停留時間8～10min進行快速計算。

［1］GB50014—2006，室外排水設計規(guī)范［S］．

［2］陸耀慶．實用供熱空調設計手冊［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”國家科技支撐計劃項目（2013BAJ03B02）；國家自然基金（51109135）；石河子大學《青年骨干教師培養(yǎng)計劃》（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。