谈污水泵站设计要点

荣雅萍

(北京科智成市政设计咨询有限公司，北京　100026)



谈污水泵站设计要点

荣雅萍

(北京科智成市政设计咨询有限公司，北京100026)

摘要:按照某工程污水提升的需求和规模，选定了合理的工艺流程，介绍了泵站主要构筑物的设计要点，通过比较各类泵房的优缺点，最终采用了圆形、自灌、全地下、合建、湿式泵房，并根据相关规范的要求，确定泵站内设备及构筑物的安装和布置尺寸，最终将污水通过泵站提升后排入下游污水管。

关键词:污水泵站，闸门，格栅，集水池

1　项目概况

本工程位于固安工业区富达路西侧，引清干渠北侧，主要功能是对引清干渠北侧由东向西敷设的d1 000污水管道的水头进行提升。依据《片区污水排除专项规划》，新建污水提升泵站规模为3．5万m3/d(小(2)型)，泵站等级为Ⅴ级。

2　工艺流程

d1 000钢混凝土进水管→闸门→格栅间→一体式泵房→DN800出水钢管→消能池→d1 000钢混凝土出水管。

富达路规划d1 000污水管道首先经过进水总闸门，再进入回转式尼龙耙齿机械格栅(栅宽2 000 mm、格栅间隙40 mm)。经机械格栅后，污水进入一体式泵房。一体式泵房内设有3台潜水排污泵(2用1备)。每台泵DN350出水管设止回阀、闸阀，出泵房后合并为1根DN800钢管至室外消能池，经消能池转换为d1 000钢筋混凝土出水管至下游污水管道。

3　泵站主要构筑物的设计

3．1闸门及事故排出口

d1 000污水进水总管在进入格栅间前设置手电动两用铸铁圆形闸门及事故排出管，便于集水池和泵房的检修。事故排水管向南直接引入引清干渠，事故口需征得相关水务部门批准后方可实施。

3．2格栅

格栅用途为拦截污水中较大的漂浮物及杂质，起到净化水质、保护水泵叶轮和管配件，避免堵塞或磨损，保证水泵的正常运行。

3．2．1格栅设计要求

1)格栅通过设计流量时的流速一般采用0．6 m/s～1．0 m/s;格栅前管道内的流速可选用0．6 m/s～0．8 m/s;栅后到集水池的流速可选用0．5 m/s～0．7 m/s。2)栅条间隙:按照水泵类型及进口口径D，应小于水泵叶片间隙。一般轴流泵小于D/20，混流泵和离心泵小于D/30，最小间隙50 mm。3)格栅倾斜角度:人工清除格栅倾斜安装角度为30°～60°，机械清除格栅倾斜安装角度为60°～90°。每日清渣量大于0．2 m3，为减少工人劳动强度，改善卫生条件，选取机械格栅。

3．2．2格栅选取

目前机械格栅分为链条式、移动式、回转式及钢丝绳牵引式等，各种格栅的优缺点比较详见表1，最终选取ZGC旋转式机械格栅，栅宽B=2 000 mm，渠宽2 100 mm，栅间隙50 mm，渠深6．29 m，尼龙耙齿。设置1台机械格栅，且不进行备用，在一体化泵站进口处增设人工清除提篮格栅作为机械格栅的备用。

表1　各种格栅的优缺点对比表

3．2．3格栅间构筑物

格栅间长7．8 m，宽2．9 m，高3．5 m，结构型式为半地下式。地下部分为钢筋混凝土结构，地上部分为有顶无墙的棚体结构，屋面采用复合彩钢板不上人屋面板。结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震烈度为7度(0．15g)，设计地震分组为第二组，抗震设防类别为丙类，抗震等级为四级，场地类别为Ⅲ类。

3．3集水池

3．3．1集水池容积

集水池的容积可以调蓄变化的进水量，提供水泵机组稳定运行的条件。其布置应满足调蓄容积和水泵吸水管安装的工艺要求，且集水池容积要满足水工布置，安装格栅、安装水泵吸水管的要求，而且在满足将污水抽走的基础上，避免水泵启闭过于频繁。

集水池一般包含死水容积和有效容积两部分。死水容积是最低水位以下的容积，主要由水泵吸水管的安装条件决定。有效容积一般采用不小于最大一台水泵5 min的出水量的体积。

3．3．2集水池水位

最高水位:在正常运行中，进水达到设计流量时，集水池中的水位。污水泵站集水池最高水位应与进水管充满度相平。最低水位:最低水位取决于不同类型水泵的吸水喇叭口的安装条件及叶轮的淹没深度。集水池的设计最低水位，应满足所选水泵吸水头的要求。自灌式泵房尚应满足水泵叶轮浸没深度的要求。确定的最低水位应该同时满足不高于按照集水池最高水位和集水池有效容积推算的最低水位。集水池有效水深:最高水位和最低

3．3．3集水池的布置

1)应采用正向进水。当进水来自不同方向时，应在站前交汇，再进入集水池。2)进入集水池的水流要平缓地流向各台水泵，进水扩散角不宜大于45°，流速变化要求均匀，防止出现旋流、回流。3)集水池进水管管底与格栅底边的落差不得小于0．5 m。4)集水池池底应设积水坑，倾向坑的坡度不宜小于10%。

3．4泵房

3．4．1泵房的形式选择

1)圆形泵房和矩形泵房。a．圆形泵房:圆形泵房适用于中、小型规模，水泵台数不宜超过4台。优点是结构受力条件好，便于施工，工程造价低，泵启动方便，易根据水位实现自动操作。缺点是机组布置困难，泵房很深时，维修不便，且电机易受潮。b．矩形泵房:优点是机组易于布置，启动简单，易实现自动操作，电机不易受潮。缺点是机组安装技术要求较高，特别是泵房较深，传动轴较长，需设置中间轴承及固定支架，造价高。考虑污水泵站规模较小，水泵台数不超4台，采用圆形泵房。

2)自灌式和非自灌式泵房。a．自灌式泵房:水泵叶轮或泵轴在集水池最低水位之下。优点是启动及时可靠，操作简单。缺点是泵房较深，造价较高。b．非自灌式泵房:水泵泵轴在集水池最高水位之上。优点是泵房深度较浅，室内干燥，卫生条件好，利于通风和采光。缺点是水泵不能直接启动，需采用引水设备，不适用于水泵频启情况。污水来水量变化较大，为了减小集水池容积，污水泵组需频繁开启，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:泵房的机器间包括地上及地下两部分，称为半地下式泵房。b．全地下式泵房:地面以上没有厂房，水泵、电机机组全部封闭在地面以下的成为全地下式泵房。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:机器间与集水池合建在一座构筑物里，或上、下设置。合建式泵房还可以将进水闸井、格栅井、集水池、机器间、出水池等部分或全部合建在一座主体构筑物里面，使得布置更加紧凑合理。合建式泵房的优点是布置紧凑、占地少、水头损失小、管理方便。缺点是施工困难。b．分建式泵房:机器间和集水池分建为两个独立的构筑物。适用于土质较差，地下水位较高场所。分建式泵房的主要优点是结构上处理比合建式简单，施工较方便，机器间也没有被污水渗透和被污水淹没的危险。污水泵房考虑进水条件及水力因素，采用合建式泵房。

5)干式泵房和湿式泵房。a．干式泵房:集水池和机器间用隔墙分开。只有水泵的吸水管和叶轮淹没在水中，机器间才能保持干燥，有利于对水泵的检修和维护，同时也避免了污水的污染。优点是养护、管理条件好，电机运行条件好，卫生条件好。缺点是结构复杂，造价高。b．湿式泵房:电动机层下面是集水池。水泵及管件淹没在集水池的水位以下。优点是结构简单，造价低，集水池有效容积的范围大。缺点是养护管理条件差，泵站较潮湿，且有臭味，设备直接受污水腐蚀。考虑污水泵站中水泵为间歇式使用，多采用潜水泵，有利于水泵的保养及使用周期。由于潜水泵的电动机、水泵特有的潜水功能，采用湿式泵房。综上所述，污水泵站设计采用圆形、自灌、全地下、合建、湿式泵房。

3．4．2水泵的选型

1)水泵流量计算。d1 000进水管h/D=0．57，i=0．000 8，V=0．86 m/s，污水的设计流量为Q=0．4 m3/s。

2)水泵扬程的计算。最低扬程(m)=(最小流量出水管高程－集水池最高水位)+管路系统水头损失+安全水头1 m～2 m。设计扬程(m)=(设计平均流量出水管高程－集水池设计水位)管路系统水头损失+安全水头1 m～2 m。最高扬程(m)=(设计最大流量出水管高程－集水池最低水位)+管路系统水头损失+安全水头1 m～2 m。

根据上述计算，选潜水混流泵3台(2用1备)，单泵流量Q= 0．2 m3/s、扬程H=8．5 m、功率N=28 kW。

3．4．3泵房构筑物

圆形、自灌、湿式、全地下、合建式污水泵房构筑物分为传统土泵房和一体化泵房，共计2种型式。

1)传统泵房。传统泵房可采用开槽或沉井方式施工，泵房结构为现浇钢筋混凝土结构。

2)一体化泵房。一体化污水泵房由复合缠绕玻璃钢桶体为主体，内设水泵、管路、阀门、楼梯、维修平台等，根据用户需求还可在进水管道后加设提篮粉碎型格栅，筒体上设有玻璃钢顶盖，是把所有设备及仪表集成在一起的成套设备。

一体化泵房较传统泵房占地小，操作简单，维修、管理方便，玻璃钢筒体防腐性能好，易与周边环境协调，对周边环境影响小，施工简单，施工周期短;但是筒体直径不宜大于4 m，埋深较大，不适用于规模较大的泵房，目前宜采用最大一体化泵站的规模在4万m3/d。

经上述比较，泵房结构型式采用地下一体式泵房，钢筋混凝土底座，玻璃钢材质井筒，直径3．8 m，筒深10．095 m。

4　结论

污水泵站内设闸门、格栅间、一体化污水泵房、高低压配电室及值班室等。污水泵站长20 m，宽16 m，总占地面积320 m2(见图1)。

图1　污水泵站效果图

泵站等级为Ⅴ级，主要、次要永久性建筑物级别均为5级，防洪设计标准为10年重现期，校核为30年重现期，站内室外地坪标高=设计洪水位+0．5 m，即为19．24 m;泵房室内标高=室外地坪标高+0．3 m，即为19．54 m。

5　系统运行过程

5．1正常工况

进水经机械格栅进入一体化泵房集水池，然后经潜水泵提升后进入d1 000压力输送管。机械格栅根据栅前、后液位差值信号自动开、停。其工况可由两种方式确定:1)时间间隔设定，可以根据不同季节或水质状况予以调整;2)液位差值设定，可根据格栅前后液位差值进行控制，0 mm～200 mm可调。一体化泵房内设置3台泵须循环使用，不得长期使用1台泵，以避免备用泵经常不开零件老化损坏;同时潜水泵的开停根据集水池水位予以控制，高液位13．80开泵、低液位10．38停泵。累计工作时间最短的泵优先开启。集水池液位低于10．38 m时，水泵低液位保护停泵;集水池报警水位为14．35 m。

5．2检修

格栅间19．44 m平台设计活荷载为1 t/m2，机械格栅电机、耙齿检修一般可在此地面操作，当需要清淤或检修渠道内格栅框架时，可将格栅间进水闸门关闭，将渠道内水抽干。潜水泵检修、更换可不停水提升用车运送至室外场地检修。

6　建议

对于选取一体化泵房提出以下建议。

6．1扩大使用范围

一体化泵房仅适用于规模较小的泵站，原因在于:集水池容积较小水泵频繁启动，导致水泵无法正常运转。国内、外水泵性能相差甚远，每小时启停泵次数远低于国外水泵启停次数;而一体化泵站的适用主要局限于集水池有效容积较小，规模较大的污水泵房将不满足最大一台污水泵5 min出水量的体积。

一体化泵站若用于大规模泵站，需考虑以下两部分:

1)提高水泵的性能参数，允许水泵频繁启动，不能局限在每台水泵每小时启动次数不超过6次要求;2)筒体建议选取其他材料，加大横向占地面积，减小埋深，增加集水池有效容积。

6．2水泵选取

一体化泵房底部未设置集水坑，宜选取带自冲洗功能的水泵，防止底部积泥，堵塞水泵。

6．3通风设置

地下式一体化泵房自然通风不满足通风需求，建议设置机械排风系统，排除有害气体、泵房内余热、余湿，以保证操作人员的生命安全。

参考文献:

［1］ 北京市市政工程设计研究总院．给水排水设计手册［M］．第2版．北京:中国建筑工业出版社，2002．

［2］GB 50014—2006，排水设计规范［S］．

［3］GB 50265—2010，泵站设计规范［S］．

［4］ 李亚峰，尹士君，蒋白懿．水泵及泵站设计计算［M］．北京:化学工业出版社，2011．

中图分类号:X703

文献标识码:A

文章编号:1009-6825(2016)17-0124-03

收稿日期:2016-04-09

作者简介:荣雅萍(1979-)，女，工程师水位之间的水深。

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