海口市金沙湾污水提升泵站设计

毛 竹 邢舒雅 王耀葳 吴多辉 陈江舟

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014)

海口市金沙湾片区位于海口市西部，西临大海，东侧为海口市火车站，西南与盈滨半岛接壤。该片区以创建国家级旅游度假区为总体发展目标，依托滨海自然资源优势，建设旅游度假与城区相融的滨海旅游新区。因此，该片区环境对于城市发展至关重要。

荣山河与已建成滨海大道污水主干管，将金沙湾片区划分为东、西两个污水片区。西片区内污水首先排入已建成滨海大道污水管内，然后沿着金康路北侧进入设计污水提升泵站。东片区内，地势起伏较大，道路较长，且污水管道穿越河道，埋深较大。东、西区污水系统汇合后，最终排入金沙湾污水提升泵站。

1 工程概况

项目位于海口市金沙湾片区，泵站建设总规模为2.5万m3/d， 按近期0.9万m3/d规模进行设备安装，土建按远期2.5万m3/d规模一次建成。

设计污水泵站的出水管已建成，位于滨海大道东侧绿化带内。起端为设计污水提升泵站的出水管，最终接入粤海铁路立交桥已建污水检查井。

2 泵站设计

2.1 污水量计算

(其中：用水日变化系数取1.2，产污系数0.85，截污率100%)。

根据《海口市金沙湾片区市政专项规划(修编)》污水量指标采用“城市分类用地用水量指标法”。计算得，金沙湾片区远期规划污水量为2.05万m3/d，同时还需考虑其他片区转输污水量0.45万m3/d，总计污水量为2.5万m3/d。

根据《海口市金沙湾片区市政基础设施一期工程》及金沙湾片区建设用地开发时序，同时转输片区大部分已开发建设，则近期泵站设计流量总计为8 704m3/d。

最终确定金沙湾污水提升泵站近期设计总规模为0.9万m3/d，远期设计总规模为2.50万m3/d。

2.2 站址选择

金沙湾污水提升泵站站址需满足以下几个条件。

(1)站址应符合片区总体规划，尽量不涉及征地拆迁。

(2)污水提升泵站宜选择在能汇集污水的排水区，且应选择地势较平坦地区。

(3)金沙湾片区主导风向为东北风，站址应选在下风侧，不影响该片区环境质量。

(4)需有较好对外交通条件。

(5)站址现状高程为3.48m，该片区百年一遇高潮位为3.50m，站内地面标高应满足百年一遇防洪及相应防潮要求。

2.3 泵站形式及除臭方式选择

2.3.1 泵站形式选择

(1)分建式与合建式。合建式泵站将泵房与集水池合建，该方式便于水泵机组、管道及附属设备布置。操作、检修均在上层，运行管理条件良好。同时，占地面积小，操作简便，易于实现自动化，充分利用了泵房空间，造价相对较低。

分建式泵站则将泵房与集水池分开建设，相互之间不存在干扰，便于施工检修，同时泵房几乎不存在被污水渗透、淹没等可能性。集水池深度由排水管(渠)埋深确定，其结构处理相对简单，但两者地基承载力可能不一致，易产生不均匀沉陷，需增加吸水管道长度等缺点，给运行管理带来一系列困难。综合考虑施工、运行及造价后，则本设计选择采用合建式。

(2)地下式与地上式。地下式泵房水泵机组和管道及附属设备均布置在地下，检修和管理不方便，但其臭气和噪声不易扩散，对周边环境影响较小，池顶覆土后可做绿化美化环境。地上式泵站泵房及检修间设置在地面上，粗格栅间、集水池则设置在地面以下。其优点是管理、检修较方便，但其臭气和噪音对周边产生一定环境影响，需要设置除臭系统来收集处理臭气，以缓解臭气对周边环境产生较大影响，还可通过建筑立面装饰来美化环境。考虑日常出渣及检修方便，本工程设计采用地上式。

(3)传统泵站与一体化预制泵站。一体化预制泵站集成度高，筒体内装有水泵、管路等几乎所有设备，筒体采用耐腐蚀强化性玻璃钢材质，施工量小，占地面积小，具备智能管理系统，不需安排专人值守。但只能选用潜水排污泵，并且筒体内空间狭小，检修不方便，易堵塞，栅渣运输不方便，集水池容积小，不容易满足规范要求。综合考虑到本污水提升泵站远期规模较大，同时还需保证后期运营及维护方便。因此，本工程设计采用传统泵站。

2.3.2 除臭方式选择

目前，活性氧法与生物滤池法为我国城镇污水提升泵站常见的两种除臭方式。

(1)活性氧法。活性氧法是利用高频高压静电特殊脉冲放电方式(活性氧发射装置每秒钟发射上千亿个高能离子)协同纳米光催化反应，产生高密度高能活性氧(介于氧分子和臭氧之间的一种过渡态氧)，迅速与污染物分子碰撞，激活有机分子，并直接将其破坏；或者高能活性氧激活空气中氧分子产生二次活性氧，与有机分子发生一系列链式反应，并利用自身反应产生能量，维系氧化反应，进一步氧化有机物质，生成二氧化碳和水以及其它小分子，而且可以在极短时间内达到较高处理效率[1]。

活性氧去除污染物主要途径有两条：一是在高能电子瞬时高能量作用下，打开某些有害气体分子的化学键，使其直接分解成单质原子或无害分子；二是在大量高能电子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基(自由基因带有不成对电子而具有很强的活性)等作用下被氧化分解成无害产物，最终被周边大气所接受[2]。

(2)生物滤池法。生物滤池法，顾名思义选择以生物滤池作为处理臭味的主体设备，主要是通过生物法处理废气，通过一系列反应将污染物最终分解为CO2和H2O，该除臭方式特点是不会造成二次污染。工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程

预洗池将收集后的废气，进行喷淋处理后，通过调节预洗池内环境温度、湿度及pH值，可初步去除废弃中的固体污染物。经过预处理的废气排入到生物滤池中，生物滤池通过生物反应，将剩余废气中含有臭味的污染物，最终分解成无臭化合物排出。

生物法占地面积、整套设备功率、运行费用较高，菌种对环境敏感，对操作人员水平也提出了较高要求。目前生物法应用较多，但国内技术普遍运行状况不稳定，国外生物滤池采用不同滤料可有效提高处理效率，但一次性投资较高。因此，综合考虑选用活性氧法作为本工程除臭方案。

2.4 扬程计算及水泵选型

2.4.1 扬程计算

水泵扬程H=Δh+h3+h4+h5；

H近期=12.81m，设计取13m。

H远期=21.64m，设计取22m。

2.4.2 水泵选型

根据计算结果：

泵房近期设计流量为0.9万m3/d，单泵性能参数为Q=300m3/h，P=18.5kW，H=13，近期2用1备，同时预留1台泵位，总共4个泵位。

泵房远期设计流量为2.5万m3/d，大泵单泵性能参数为Q=600m3/h，P=45kW，H=22m；远期将两台大泵替换两台小泵，并增设一台大泵，大、小泵搭配使用，使其符合污水量季度与年度变化。

2.5 管道防腐措施

所有钢制构件、管件防腐前应对管构件先行预处理，以清除工件内外壁油污、尘土、焊渣、浮锈等物质，使管构件达到干净无污状态。防腐施工完成后，还应进行涂层检测及电火花试验。

(1)埋地钢管外防腐:外防腐处理采用重加强级防腐。具体作法为：采用GZ-2型高分子防腐涂料，按四油二布防腐，平均用量0.9kg/m2～1.0kg/m2，干漆膜总厚度280um～300um，电火花试验3kV。

(2)外露部分钢管外防腐:外壁采用普通级防腐。具体作法为：按两底两面防腐，底漆采用IPN8710-1，平均用量100g/m2，干漆膜厚度35um；面漆采用IPN8710-2C，平均用量150g/m2，干漆膜厚度每层70um，电火花试验1kV。

(3)管道内防腐:管道内防腐处理采用GZ-2型高分子防腐涂料。

3 建筑与结构设计

3.1 建筑设计

附属建筑造型力求美观新颖，整体体现简约、大方，因此污水提升泵站站区内所有建筑物主要外墙面涂料颜色选用米色和蓝灰色。外门窗选用银白色铝合金框，净白玻璃。所有房间内墙面均涂刷白色乳胶漆；内门选用木制夹板本色漆，并配套球形不锈钢门锁；楼梯则需贴浅灰色防滑踏步砖，扶手和栏杆均采用不锈钢材质。

3.2 结构设计

沿海地区地下水位较高。本项目实测稳定地下水水位埋深约3.00m(高程0.04m～0.37m)，查询附近地区资料发现，该片区地下水位变化幅度在2.00m左右。

由于沿海地区地下水含盐量较高，对钢筋混凝土结构及内部钢筋具有腐蚀性。针对该情况，本项目地下主体结构外表需涂刷防腐涂料，对结构做相应防腐处理。

3.2.1 地基处理

工程粗格栅间及污水泵房基础为现浇钢筋砼筏板基础，附属建筑物基础是独立基础，进入污水提升泵站的污水管道基础采用中粗砂基础，泵房、附属建筑物基础及进站管道均落在严重液化的砾砂层，针对该情况，本项目设计采用d500挤密砂石桩基础处理液化。挤密砂石桩间距为1 500mm，排布方式为梅花型布置，以处理过后的复合地基作为基础持力层，桩顶设300mm砂石褥垫层，上铺200mm中粗砂垫层。

3.2.2 基坑支护

(1)支护设计原则。在确保支护结构安全前提下，做到经济、合理，满足国家建设工程有关法规和规范要求，施工可行、方便，尽量缩短工期，满足土方开挖及地下施工技术要求。

(2)止水方案选择。根据本工程周边环境、地质条件和地下水埋藏条件，项目基坑止水都选用双排水泥搅拌桩，其中桩直径为500mm，桩间距为350mm，设计桩长为10.60m或到中风化凝灰岩层顶面即可终孔。

(3)支护方案选择。参照岩土工程勘察报告及相关规范、规程并结合相关类似工程经验，适合本基坑支护方案为放坡开挖和土钉墙支护两种。

由于本工程粗格栅间及污水泵房南侧及东南侧临用地红线最近仅约为2m，而构筑物埋深从现状地面(标高3.000m左右)以下7.55m～9.75m不等，基坑开挖必须考虑支护。基坑开挖时应分层分段开挖，每层高度不超过2m。施工期间应进行基坑监测。

①对于泵房南侧及东侧由于紧靠用地红线，采用钻孔灌注桩(桩径1 000mm，间距1 200mm)+两排排水泥搅拌桩(桩径500mm，间距350mm)+预应力锚索的支护形式。

②泵房其他部分基坑开挖有施工工作面，基坑采用放坡形式开挖，坡面挂50*50铁丝网，喷射100mm厚C20混凝土。放坡段采用两排水泥搅拌桩作为止水帷幕，桩径500mm，间距350mm。

4 环保措施

4.1 施工期大气污染防治措施

(1)施工期间对路基需要及时分层压实，同时需洒水降尘，运输土方、渣土和施工垃圾车辆需采用密闭式或采取相应覆盖措施，以防施工场所产生扬尘。

(2)施工期间需要对堆放回填土方场地进行管理，并对土方表面压实、覆盖、定期喷水等相应管理计划及措施制定相对应方案；运输及堆放石灰、砂石、水泥等物料，必须遮盖蓬布、定期洒水等措施，用以抑制扬尘污染。

(3)施工过程中，严禁以建筑废弃材料作为燃料使用。

(4)施工结束后，需要及时恢复施工占用场地地面道路及植被。

(5)更新施工机械和运输车辆尾气净化装置，以防尾气排放严重超标为要求，建议施工机械和运输车辆均使用高清洁度燃油，降低施工现场汽车尾气污染，使得施工现场机械设备、车辆尾气排放符合国家环保排放标准要求。

4.2 营运期大气污染防治措施

污水提升泵站产生的恶臭通过活性氧废气净化设备(AOE)进行处理后，通过15m高排气筒进行有组织排放，处理后臭气标达到《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)二级新扩改建标准。

5 泵站运行

本工程共有三种控制方式：(1)在强电设计中手动控制。(2)在自控系统设计中现场控制。(3)在自控系统设计中自动控制。现场控制是在单元PLC操作显示终端上用键盘控制。自动控制是自控系统根据集水池液位高低情况，分别自动开启或停止水泵电机运行。两种控制方式可在污水厂中控室和泵站本地操作显示终端上进行切换，可满足污水提升泵站在实际工作中进行调试、运行以及检修需要。

6 结 语

海口市金沙湾片区该污水提升泵站占地面积有限、地下水位较高，且设计施工均存在不同程度困难。

目前，泵站运行情况良好，解决了片区内污水无出路问题。该泵站工艺设计上充分考虑到城市现状及未来发展规划，和沿海城市防洪等要求；建筑风格上简约大方；并针对沿海城市地下水位较高现状，在结构上对泵站主体及附属构筑物进行相应处理；站区臭气力求对周边环境影响最小。因此，本项目无论从经济性还是功能性而言，均实现了城市项目建设综合利益最大化。