湯慶豐

(上海市青浦區(qū)排水管理所，上海 201201)

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· 治理技術(shù) ·

一體化預(yù)制泵站在小區(qū)污水泵站遷建工程中的應(yīng)用研究

湯慶豐

(上海市青浦區(qū)排水管理所，上海 201201)

為提高污水泵站的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟技術(shù)效益，以上海某小區(qū)排水泵站遷建工程為研究背景，以一體化預(yù)制泵站和傳統(tǒng)混凝土泵站為主要設(shè)計方案，從社會效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟技術(shù)效益和運行維護特點等方面對上述兩種方案進行對比分析，指出一體化預(yù)制泵站可作為該小區(qū)原傳統(tǒng)混凝土污水提升泵站的替代泵站。并以此案例指出，一體化預(yù)制泵站相比傳統(tǒng)混凝土泵站，在占地面積、施工周期、高科技含量和資源可回收性等方面具有明顯優(yōu)勢，適合人口流動量大、建設(shè)速度較快，且科技、社會與經(jīng)濟發(fā)展水平較高的城市，尤其是土地資源高度緊缺而市政規(guī)劃變動較快的地區(qū)；但同時也指出一體化預(yù)制泵站在地下水位較高地區(qū)，相比傳統(tǒng)混凝土泵站依然具有較大的應(yīng)用風(fēng)險，不推薦其提升可產(chǎn)生較高濃度危險氣體或含有較高懸浮固體物(含砂礫)的污廢水，但可作為臨時性和應(yīng)急性泵站的常備方案。

污水泵站；一體化預(yù)制泵站；小規(guī)模；臨時性；遷建

1 引 言

污水泵站通過軸流泵或混流泵為污水提供勢能和壓能，是解決無自流條件下排污的主要自動化提升方法。傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站一般占地面積較大，包括泵房格柵間、出水井和附屬用房，其中泵房格柵間和出水井為全地下結(jié)構(gòu)，泵房格柵間深約十幾米；附屬用房包括變配電室、值班室和管理用房等，是地面以上的建筑物；站區(qū)布置應(yīng)滿足防火安全、衛(wèi)生防護和環(huán)境綠化等要求，泵房附近和職工生活區(qū)宜列為綠化重點地段。泵站在運行期間應(yīng)與居民生活區(qū)或主要活動區(qū)保持一定距離，降低噪音和臭氣等對周圍居民區(qū)的影響。然而，實際建設(shè)中，很多泵站建設(shè)方案無法同時滿足社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益，特別對高地價地區(qū)的小區(qū)，其中的污水提升泵站在設(shè)計中受制于過少的土地面積供應(yīng)，在施工中受制于過短的建設(shè)周期，往往無法滿足《泵站設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50265-2010)的一般規(guī)定[1]。此外，小區(qū)改造后，若污水泵站經(jīng)評估無法改造或無法繼續(xù)得到利用，則需要廢棄，報廢過程既浪費資源，又污染環(huán)境，且需要支付可觀成本，容易帶來負(fù)面的社會影響，再加上新建泵站需要重新選址、設(shè)計方案、建設(shè)、評估、運行和維護，又需要支付額外成本和時間，影響環(huán)境美觀和居民日常生活。這種重復(fù)建設(shè)的工程現(xiàn)象，有損國家利益和規(guī)劃部門的社會形象。為此，為提高污水泵站的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟技術(shù)效益，需要尋找一種更為靈活的泵站設(shè)計方案，而預(yù)制泵站適合我國國情需要，既滿足市區(qū)小型污水泵站需要不斷遷建的要求，也符合我國集約型經(jīng)濟建設(shè)和節(jié)能降耗的政策導(dǎo)向。

一體化預(yù)制泵站(預(yù)制泵站)在歐洲的使用時間達(dá)50多年，且占泵站總數(shù)比例達(dá)70%。2010年，中國開始引進預(yù)制泵站。該泵站在我國屬于新型泵站設(shè)計技術(shù)，目前僅在部分大城市得到應(yīng)用，如大連、濟南、銀川、天津、唐山和上海等。預(yù)制泵站適用于位于高處或重力排水無法實現(xiàn)之處的輸水管線的清水、雨水、灰水和污水的輸送。預(yù)制泵站內(nèi)，單個集水箱的容積可達(dá)500L，潛水泵的最大提升高度介于7.2～25 m，最大輸送流量介于220～1 400 L/min，且針對有懸浮固體或纖維物質(zhì)的污水，設(shè)有帶漩渦式葉輪或研磨裝置類型和帶通道或雙通道的葉輪類型。在我國，預(yù)制泵站主要應(yīng)用于管網(wǎng)雨水或污水的收集和泵送，多為中小型泵站[2～4]，可解決城市中小型排澇泵站等快速建設(shè)難題[5]。目前預(yù)制泵站單個泵站筒井直徑最大為4 m，由于交通等條件的限制，筒體內(nèi)空間有限，多安裝流量不大于1.0m3/s 的潛水泵(見表1)[6～8]。

2 預(yù)制泵站簡介

預(yù)制泵站由頂蓋、筒體、底座、潛水泵、服務(wù)平臺和管道等部分組成，其成品外觀見圖1[9]。預(yù)制泵站是一種集成地埋式預(yù)制泵，可完全根據(jù)實際工程需求精確預(yù)制和組合應(yīng)用。

表1 國內(nèi)部分預(yù)制泵站一覽表Tab.1 Parts of integrated prefabricated pumping stations in China

圖1 預(yù)制泵站成品外觀Fig.1 The outside view of assembled integrated prefabricated pumping stations

圖2 預(yù)制泵站內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意Fig.2 Schematic diagram of internal structure of integrated prefabricated pumping station

預(yù)制泵站內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見圖2。預(yù)制泵站機電設(shè)備主要包括水泵及其輔助設(shè)備、攔污清污設(shè)備和壓力管道、閥類設(shè)備和控制系統(tǒng)等。泵站內(nèi)宜設(shè)置服務(wù)平臺。服務(wù)平臺宜采用鋁合金或玻璃鋼材料制成?？刂蒲b置可實現(xiàn)泵站液位自動控制運行。

預(yù)制泵站一般配備簡易的提籃格柵，也可根據(jù)實際需求配備粉碎型格柵。性能優(yōu)良的粉碎型格柵能將各類水下垃圾粉碎成6～12 mm的小顆粒。粉碎后產(chǎn)生的垃圾顆粒，能隨著水流順利被泵抽取提升，不會堵塞泵，從而降低配備專人定時清理的運行管理成本和設(shè)備故障風(fēng)險。粉碎型格柵可與預(yù)制泵站合建或分建，按照安裝環(huán)境不同，可分為管道式、渠道式和傳送式等系列。其中管道式粉碎型格柵用于管網(wǎng)安裝；渠道式用于污水或雨水渠道以及預(yù)制泵站安裝(見圖3[8])；傳送式應(yīng)用于渠道，可將破碎后的水下垃圾顆粒集中提升到地面集中處理。

圖3 預(yù)制泵站筒內(nèi)設(shè)置粉碎型格柵Fig.3 The integrated prefabricated pumping station and the crushing grid

預(yù)制泵站施工包括施工準(zhǔn)備、泵坑開挖、混凝土底板安裝、泵站吊裝、泵坑回填與壓實，以及程序調(diào)試等。預(yù)制泵站安裝現(xiàn)場圖見圖4[1]。預(yù)制泵站安裝完成后現(xiàn)場圖見圖5。

圖4 預(yù)制泵站安裝現(xiàn)場Fig.4 The installation of integrated prefabricated pumping station

圖5 預(yù)制泵站安裝后現(xiàn)場Fig.5 The installed integrated prefabricated pumping station

3 污水泵站案例

3.1 項目背景

現(xiàn)狀小區(qū)污水泵站位于上海某居民小區(qū)內(nèi)中學(xué)操場旁(見圖6)。小區(qū)生活污水經(jīng)泵站提升后，向西排入市政道路下的Φ1000污水管。泵站前污水管管徑為Φ450～Φ800，站后為Φ450混凝土管。現(xiàn)狀泵站呈矩形，規(guī)模5 600m3/d，平面尺寸約為24m×28m，面積約650m2，站內(nèi)配置干式泵3臺，2用1備，規(guī)格為：流量202m3/h，功率7.5kW，揚程7～9m。泵站設(shè)置人工定期清理的格柵?，F(xiàn)狀泵站既影響學(xué)校環(huán)境，也威脅學(xué)生安全，同時影響學(xué)校操場面積的擴大，迫切需要遷移。

圖6 工程平面設(shè)計示意

3.2 工程總體方案

工程總體方案為：在操場西南角新建一座污水泵站，將原有污水總管截流至新泵站，新泵站出水向東接入操場西南角外街坊道路上的現(xiàn)狀Φ450污水管道；泵站設(shè)計規(guī)模不變，仍維持為5 600m3/d，配置3臺泵，額定流量202 m3/h，2用1備，泵站提升能力維持在9 696 m3/d。

3.3 泵站方案比選

本工程泵站規(guī)模為5 600 m3/d，總體方案要求泵站提升能力不低于9 696 m3/d，上述流量都在預(yù)制泵站應(yīng)用上限規(guī)模4 3200 m3/d內(nèi)，故本方案可采用現(xiàn)澆式或購置預(yù)制板式的傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)泵站，也可選擇預(yù)制泵站。據(jù)格蘭富公司報告，格蘭富在中國市場已有超過250個預(yù)制泵站正在安全、穩(wěn)定且高效地運行[9]。與國內(nèi)其他預(yù)制泵站供應(yīng)商相比，格蘭富的預(yù)制泵站在預(yù)制泵站技術(shù)儲備、建設(shè)安裝經(jīng)驗以及市場占有率上，都具有較大優(yōu)勢，故也相應(yīng)成為本項目預(yù)制泵站的主要制作商和供貨商。

3.4 社會效益分析

預(yù)制泵站相比傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站，其社會效益分析見表2。預(yù)制泵站系統(tǒng)集成度高，占地面積小?；炷帘谜拘枰髟O(shè)備制作商和土建方的相互配合，系統(tǒng)集成度低，占地面積大。預(yù)制好的一體化設(shè)備便于運輸?shù)跹b，只要完成基坑開挖、預(yù)制好泵站底板，一周內(nèi)即可完成安裝。施工量小，安裝工期短。傳統(tǒng)混凝土泵站為鋼砼結(jié)構(gòu)，泵站底板、池壁、頂板分步施工，澆注和養(yǎng)護需要2～3個月工期。現(xiàn)場施工相比產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)精度差。預(yù)制泵站采用玻璃鋼材質(zhì)，質(zhì)輕而硬，不導(dǎo)電，性能穩(wěn)定，機械強度高，有較強的抗化學(xué)腐蝕能力?；炷翞槎嗫撞牧?，可與土壤中的氣體和酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，易受污水和土壤水分腐蝕，在防腐防滲工作欠缺或欠佳情況下，容易泄漏污水和破壞結(jié)構(gòu)承重效果。上海地下水位常年居高，容易造成地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕；且上海人口流動較大，容易影響傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站的穩(wěn)定運行，最終導(dǎo)致排水系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計的易變性，影響鋼筋混凝土泵站以及附屬管線管件這類國有資產(chǎn)的流失。預(yù)制泵站可廣泛安裝于室外、綠化帶、道路等場所。尤其在施工作業(yè)面小、人口密度大、建筑集中的地方更有優(yōu)勢。傳統(tǒng)混凝土泵站要求有開闊的施工空間，若在道路和居民住宅區(qū)施工要充分考慮交通和拆遷等問題。預(yù)制泵站的大部分資源可回收利用，拆裝方便。傳統(tǒng)混凝土泵站大部分資源無法回收或回收較困難，且鋼筋混凝土材料需要特殊爆破手續(xù)，危險度較大。因此，預(yù)制泵站在該項目中具有較好的社會效益。

表2 預(yù)制泵站與鋼筋混凝土泵站社會效益分析Tab.2 Analysis on the social benefit between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

3.5 環(huán)境效益分析

預(yù)制泵站與傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站的環(huán)境效益分析見表3。預(yù)制泵站主要挖坑埋筒體，大部分設(shè)備在下坑之前都已經(jīng)安裝調(diào)試完備，周期短，相對傳統(tǒng)混凝土泵站，對環(huán)境產(chǎn)生的噪音，以及施工過程中材料、設(shè)備和垃圾堆放對環(huán)境的破壞性較小。傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站中的現(xiàn)澆泵站，在施工中對環(huán)境產(chǎn)生的噪音絕對量和破壞性相對最大。且預(yù)制泵站筒體材料抗?jié)B性好，可抑制污水向土壤環(huán)境滲漏。預(yù)制泵站體積小巧，設(shè)備占據(jù)主要空間，為此，降低了集水池體積，故臭氣也隨污水駐留量的降低也減少。預(yù)制泵站的筒體表面積小，縫隙小，臭氣擴散到外界環(huán)境的速率也相對較小。

表3 預(yù)制泵站與傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站的環(huán)境效益分析Tab.3 Analysis on environmental benefit between the integrated prefabricated pumping station

3.6 經(jīng)濟技術(shù)效益分析

預(yù)制泵站與傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站的經(jīng)濟技術(shù)效益分析見表4。預(yù)制泵站占地面積小，因而在場地平整過程中需要遷移的植被、建筑等少，影響的地下管材和涉及的部分也少。由于預(yù)制泵站一體化程度較高，一旦泵站中出現(xiàn)設(shè)備損失或零件磨損，更換較困難，不及傳統(tǒng)泵站安全快捷。但對于處于高速建設(shè)發(fā)展中的城市而言，泵站頻繁遷址、擴建會增加建設(shè)成本、浪費資源和污染環(huán)境，而預(yù)制泵站對零部件的可靠性要求較高，對技術(shù)的依賴性極強，對于沒有擁有該泵站技術(shù)中主要技術(shù)專利的國家而言，普及該泵站的應(yīng)用會產(chǎn)生高昂的技術(shù)專利費，不利于資源的優(yōu)化配置。預(yù)制泵站在工廠組裝和預(yù)制，責(zé)任方為工廠一家，各部件之間高度匹配，確保泵站系統(tǒng)在正常工況下有較高的工作效率。傳統(tǒng)混凝土泵站是不同品牌的不同部件組裝在一起，匹配程度較差，不總滿足泵站最優(yōu)的水力條件。由于預(yù)制泵站可整體移動，降低了傳統(tǒng)泵站的報廢和資源回收成本。傳統(tǒng)混凝土泵站構(gòu)造復(fù)雜，投資成本相對較高。預(yù)制泵站由于結(jié)構(gòu)緊湊，投資成本相對較低。

表4 預(yù)制泵站與傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站的經(jīng)濟技術(shù)效益分析Tab.4 Analysis on the economic-technology benefit between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

圖7 預(yù)制泵站與混凝土泵站造價對比Fig.7 Cost comparison of the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

圖7顯示了預(yù)制泵站與混凝土泵站的部分成本分布情況。其中土建工程不計土地占用費。普通混凝土的土建成本、安裝工程成本、設(shè)備購置成本和總成本分別為627.4萬元、36.8萬元、459.4萬元和1 123.6萬元，而預(yù)制泵站的土建成本、安裝工程成本、設(shè)備購置成本和總成本分別為33.5萬元、28.5萬元、805萬元和867萬元?；炷帘谜驹谠O(shè)

備購置和安裝成本上大大低于混凝土泵站，但土建費用、安裝工程都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)制泵站，進而總體成本相比預(yù)制泵站較高。因此，在泵站規(guī)模較小時，通過將泵站設(shè)備化，可節(jié)約大量土建費用，而增加的設(shè)備費用小于節(jié)約的土建費用，因此，在較小規(guī)模時，采用預(yù)制泵站經(jīng)濟較優(yōu)。若考慮土地成本，則采用傳統(tǒng)泵站需要650 m2土地，但采用預(yù)制泵站后只需10 m2土地。則采用預(yù)制泵站可以節(jié)約原泵站640 m2土地，按市場售價2萬/m2計算，可節(jié)約土地費用1 280萬元。因此，就上海高地價這一特點，采用預(yù)制泵站方案后，僅節(jié)約的土地費用，就能再投資建設(shè)一個同樣規(guī)模的預(yù)制泵站。

3.7 運行維護特點

由于預(yù)制泵站對設(shè)備高度集成，且自動化水平較高，造成其與傳統(tǒng)混凝土泵站在運行維護上具有諸多差異，見表5。預(yù)制泵站管理相對方便，維修次數(shù)相對較少，但很多設(shè)備及其附件的選用和更換周期由設(shè)備制造商決定，技術(shù)壟斷程度高，市場可選擇性較小，管理相對被動。預(yù)制泵站由于集水池容積較小，泵的開啟次數(shù)常常大于設(shè)計次數(shù)，有的得泵站甚至超過15次/h。相對傳統(tǒng)泵站，預(yù)制泵站對泵的質(zhì)量要求極高，且維修成本也相對較高。

表5 預(yù)制泵站與傳統(tǒng)鋼筋混凝土泵站在運行維護方面的部分差異Tab.5 Some differences about operating and maintaining between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

3.8 綜合評價

該項目中，預(yù)制泵站與傳統(tǒng)混凝土泵站之間存在明顯的社會效益、經(jīng)濟技術(shù)效益和環(huán)境效益差異。總結(jié)二者主要差異，得表6。預(yù)制泵站的運行維護不同于傳統(tǒng)混凝土泵站，大大提高對先進設(shè)備和技術(shù)的依賴性，但尚未達(dá)到可以完全取代傳統(tǒng)混凝土泵站的地步。但從另一個角度分析知，預(yù)制泵站比傳統(tǒng)混凝土泵站更好解決了本項目所面臨的社會壓力，既解決了污水提升的基本需求，也提高了本泵站的自動化水平和技術(shù)含量，符合科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨勢，同時其小巧靈活的設(shè)計也提高了土地利用價值，符合當(dāng)今社會發(fā)展需要。

表6 預(yù)制泵站與傳統(tǒng)混凝土泵站的綜合評價表Tab.6 Comprehensive evaluation table of the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

4 結(jié)論及建議

以上海某小區(qū)污水泵站遷建工程為例，指出預(yù)制泵站在高速建設(shè)地區(qū)，相對傳統(tǒng)混凝土泵站，建設(shè)費用偏少，建設(shè)周期偏短，對周邊環(huán)境的影響較少，占地面積大幅度減?。恍虏牧虾托录夹g(shù)含量增加，設(shè)備的集成度與復(fù)雜度偏高，自動化水平大幅度提高，泵站管理與維護更加簡單和便利。目前該技術(shù)在我國其他污水泵站項目中都有應(yīng)用，泵站供貨方也擁有較為完善的售后技術(shù)服務(wù)體系，因而可以作為本項目最終方案。同時也為其他類似項目在方案選擇上提供參考。

然而，預(yù)制泵站在我國排水泵站項目中，主要應(yīng)用于雨水泵站，在生活污水排水系統(tǒng)中應(yīng)用經(jīng)驗不足。且根據(jù)預(yù)制泵站自身特點知，預(yù)制泵站規(guī)模受單個泵井尺寸的限制，應(yīng)用規(guī)模有限。根據(jù)國內(nèi)已有雨水預(yù)制泵站建設(shè)經(jīng)驗知，在地質(zhì)條件較差區(qū)域，基坑支護方案費用較多。而有關(guān)預(yù)制泵站在運行維護上遇到的問題和管理運行成本鮮有報告。但根據(jù)其設(shè)計特點知，人工維修泵站內(nèi)部設(shè)施具有較高風(fēng)險；此外，泵內(nèi)設(shè)備質(zhì)量缺乏第三方檢測報告，泵站技術(shù)集成度高，運行過程中一旦遇到設(shè)備故障等，容易受設(shè)備制造商鉗制。為此，將預(yù)制泵站作為與傳統(tǒng)泵站等同地位的長久工程，有待進一步實踐檢驗。但對于部分規(guī)劃變化較快的地區(qū)，推薦預(yù)制泵站為臨時泵站或應(yīng)急泵站的常備方案。

[1] GB/T 50265-2010,中國人民共和國水利部. 泵站設(shè)計規(guī)范[S].

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Study on the Application of Integrated Prefabricated Pumping Station in the Sewage Pumping Station Relocation Project

TANG Qing-feng

(DrainageManagementInstituteforShanghaiQingpuDistrict,Shanghai201201,China)

In order to raise the social, environmental, and economic-technological benefits of sewage pumping stations, this paper studied the relocation project of a sewage pumping station in a residential village at Pudong District, Shanghai, China. The integrated prefabricated pumping station (IPPS) and traditional pumping station (TPS) were compared from benefits of the society, environment, and economic-technology as well as the operating maintenance characteristics. Pointed out that IPPS could be used instead of the TPS. And a conclusion could be drawn from above that IPPS had significant advantages over TPS from land demand, construction period, high-tech content and the possibility of resource recycling. It is suitable for cities with a large mobile population, fast urban construction, and have higher developing level of technology, economy and society, especially for the areas with extremely precious land supply and mutable city planning. However, this paper also pointed out that in the areas with high ground water level, the IPPS had higher application risk compared to TPS. It is not recommended to pump wastewater or sewage water which may produce concentrated harmful gases or suspended solids (including sand and gravel). It can be used as temporary or emergency pumping station.

Sewage pumping station; integrated prefabricated pumping station; small-scale; temporality; relocation

2016-01-17

湯慶豐(1982-)，男，上海人，2005年畢業(yè)于同濟大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，工程師。

X703.1

A

1001-3644(2016)03-0094-07