巢湖流域罗埠村生活污水治理工程优化设计

梅才华，蔡 华，张 磊，鲍习照，韦润泽，黄 伟

(1.滁州学院 土木与建筑工程学院，安徽 滁州 239000；2.安徽省中畅生态工程建设有限公司，合肥 230000；3.南京市市政设计研究院有限责任公司，南京 210008)

近年来，随着国家对农村生活环境不断重视，全国各地陆续加大了对农村生活污水的收集和处理[1-2].巢湖周边村、镇生活污水及农业面源是巢湖富营养化的重要污染来源，加强对其流域农村污水治理是巢湖水污染防治重点之一[3-4].与城市相比，农村地区一般地形复杂、高差变化大、居住分散且房屋基本都属于自建房，具有较大的随意性，另外，房前屋后树木、池塘较多，污水收集施工难度大[5-7].农村地区设计地形图一般比较陈旧，导致施工图底图和现场实际偏差较大，无法精准按照施工图施工；加上部分村民观念陈旧，对污水管道途径门前屋后存在抵触，加大了施工难度和停工的风险，极易造成工程建设周期延长和建设成本浪费.鉴于农村生活污水收集处理项目的复杂性、特殊性以及施工干扰因素多的问题[8-9]，本文以巢湖流域罗埠村农村生活污水治理项目为例，探讨了农村污水治理建设项目的优化设计与分析方法，以期为类似工程提供参考.

1 项目概况

罗埠村位于安徽省合肥市庐江县境内，属于国家级巢湖生态文明先行示范区白石天河流域，见图1.2017年罗埠村已基本完成改厕，即拆除了原有旱厕，新安装大便器，并配套化粪池.目前尚未建设污水收集管网，化粪池出水暂无出路；加上罗埠村厨房、淋浴及洗涤用水(本工程将厨房污水、生活洗涤及沐浴排水和厕所排水统称为三水，以下简称三水)多直接排放至附近沟塘，严重影响了罗埠村人居环境，同时入河污染物经白石天河小流域流入巢湖.

图1 项目位置示意

2019年庐江县住房和城乡建设局开展罗埠村生活污水收集处理工程.工程主要建设7座一体化污水处理设施，其中10 m3/d一体化污水处理设施4座；20 m3/d一体化污水处理设施1座；40 m3/d一体化污水处理设施1座；400 m3/d一体化污水处理设施1座.配套污水主管网约为15 km，其中HDPE双壁波纹管φ200为8 320 m；钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管φ300为6 161 m；钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管φ400为802 m.工程服务人口约6 000人.

2 优化设计路径

在罗埠村生活污水收集处理项目建设初期，建设单位、监理单位、施工图设计单位、优化设计单位、施工单位及镇村代表经过充分讨论，提出“先优化再施工，边施工边优化”总体策略，采用以下优化设计路径，见图2.

图2 优化设计路径

1)施工进场前.施工单位进场施工前，优化设计单位利用3～5 d时间对原施工图进行详细审查.本着前瞻性和可操作性原则，主要对工艺布局参数、管道和污水处理站上下游标高等进行复核和优化，提出优化建议，组织各方责任主体进行会审，形成优化图纸A版，并以工程联系单形式经各方确认.施工单位以A版优化图进场做施工准备.

2)施工进场后.施工单位进场施工后，第一时间对管道路由及污水处理站位置进行施工放线；放线后暂不开挖和清苗，放置2～3 d，让村民对施工路线提前了解，减少开挖后村民阻扰施工的情况发生；在镇、村领导协调下由优化设计单位、施工班组重新调研农户室内三水管道排布.对三水出户位置与原施工图不一致或者遗漏的进行补充优化，做到三水准确、不漏；在入户调查三水的同时告知村民管道施工路由，对管道放线位置进行解释，请村民配合工程施工；针对部分农户长时间没人在家的情况，请邻里和村民组长协助确认三水位置；对于重新复核的三水位置，以户为单位出三水位置示意图并拟定初步施工方案，每户代表签字确认，最后村里签字后对三水位置准确性负主要责任.

优化设计单位根据放线后暴露的问题，尤其是管线距离房屋较近、管线不具备施工条件等问题，结合镇、村具体需求和意见并综合考虑造价等情况提出优化建议，形成优化设计图纸B版，并以工程联系单形式经业主、监理和原设计方确认.施工单位以B版优化图进行后续施工.

3)施工过程中.施工单位施工过程中，原则上不对B版优化图再做变动，以保障项目进度和成本整体可控.在施工过程中，针对现场突发情况，影响较大且确需对原设计施工图再做出优化调整的，以工程联系单形式上报业主、监理和原设计单位确认后，形成优化设计图纸C版.

本次优化设计是在保持工程总造价不变的前提下，在合同内各项工程量作适当调整，同时优化设计使其符合规范要求，并不低于原图纸的建设标准，做到不错接，不漏接.

3 优化设计

3.1 进场施工前的优化设计

1)界面界定问题.主要确定本次工程范围是否包括农户室内管道改造、庭院管道出户、农户阳台和庭院雨污分流改造等工程量.罗埠村常驻人口5 887人，90%以上农户已完成改水改厕，图纸工程量清单以外涉及户数较少.经研究确定本工程界面见表1.

表1 本工程界面界定

本工程范围包含接户管、接户井和配套管网，三水经接户管汇入接户井，汇集后通过配套管网重力流进入污水处理站.

2)对污水处理站的规模、出水标准、管道开槽方式、管道材料、回填方式等进行交底确认.经业主、设计和监理确认，本工程居民人均综合日用水量取90 L/(人·d)，污水排放系数取0.6，计算出污水产生量为432.7 m3/d.出水水质达到《安徽省农村生活污水处理设施水污染物排放标准》一级B标准后排放，管道埋深不大于2 m的采用直槽施工；管道埋深大于2 m的采用放坡施工.污水主干管采用钢带增强聚乙烯(PE)螺旋波纹管，管径为DN300，热熔承插连接；污水次干管管材采用HDPE双壁波纹管，管径为DN200，承插式橡胶圈密封连接；用户污废水出户管采用UPVC管，管径为DN100，承插连接.

3)核查管道及污水处理站的进出水标高.经核查罗埠村图纸主要存在少部分进水管标高小于出水管标高现象，即污水低进高出，会造成管道憋水现象，排水不畅.主要采用了以下5种方式进行优化：①在规范允许范围内，减小下游管道坡度，最终在下游检查井顺接至原设计标高；②抬高上游标高，在上游管道覆土不满足的地方进行混凝土包管处理；③减少上游管道坡度；④调整排水方案，让上游部分污水另找排水出路；⑤降低下游管道的埋深，直至下游管道可接入原设计标高为止.

3.2 进场施工后的优化设计

1)调查部分农户三水出水位置和原施工图设计位置不一致的情况.对于三水位置不一定的地方，按照实际三水出户位置进行调整.因主管网井位受接入管位置的制约，对主管网井位也需做适当调整.

2)部分村民近期新建厨房或卫生间的，将原管线位置迁移到新建排水点合适位置.

3)部分村民提出后期打算新建卫生间、厨房或庭院改造的，优化设计避开后期建设用地，同时结合村民远期规划适当做好污水预留.

4)对于管线途经树木的，适当调整管线位置，避开树木根系.对部分主管道距离房屋2 m左右，挖深大于1 m的，为考虑安全隐患，进行管道线路更改.

5)部分农户房屋经久失修，常年无人居住，经调查确认若后期有翻修可能性的，本次就近预留；若确已在城镇等其他地方有住房，翻建可能性低的，本次不做预留.

6)因农村住户比较分散、市政基础设施不健全，物探代价太大，所以本次工程暂无物探.施工过程遇到管线高程与原地下管线(暗涵、自来水等)高程相冲突之处，优化设计做高程碰撞检查，对管底高程做适当调整.

7)农村民风习俗对污水检查井距离大门较近比较抵触，则调整正对村民大门的检查井位置.

8)2座10 m3/d处理站位置距离住户过近且处在夏季风的上风向，为避免影响总体排水方案，将污水处理站调整偏离房屋位置30 m以外，且出水均可排入自然水体.

9)针对局部管线位置不具备现场开挖条件的情况，如开挖深、离房屋近、无工作面、不宜断交断流等，调整为不开挖施工，采用水平定向钻(拉管)工艺施工；

10)针对部分管线距离村民祖坟过近的情况，则适当调整管线位置，尽可能绕开村民祖坟.

3.3 施工过程中的优化设计

鉴于农村污水项目现场的复杂性，本项目在施工过程中仍然需要结合现场条件，提出更加有利的设计方案.例如，经施工过程中发现，400 t/d污水处理站进水端标高经优化后可满足利用现状500 t/d污水处理站的条件，通过充分调研和实际勘测污水处理站现场的相关情况，提出处理站优化设计方案.

现有污水处理站(500 t/d)工艺如下：

污水→调节池→提升泵站→生化处理池→人工湿地→出水.

现有污水处理站仍在运行，进水由两路进入调节池，调节池1进水管底埋深约为3.5 m，调节池2进水管底埋深约为4 m.现状提升泵房内提升泵运行条件良好，可满足本工程继续使用.

原施工图设计污水处理站(400 t/d)工艺如下：

污水→污水提升泵站(新建)→调节池(改建)→一体化污水处理设备(新建)→人工湿地(改建) →出水.

原设计将现有的生化池改造为调节池，利用了现有人工湿地池体，几乎废弃了现有污水处理站其他构筑物，设计污水需经过一体化泵站提升后，进入调节池，再进入后续生物化学处理阶段.

优化设计污水处理站(400 t/d)工艺为：

污水→调节池(现有)→提升至原生化池(现有)→一体化污水处理设备(新建)→人工湿地(改建) →出水.

优化设计充分利用了现有污水处理站的设施，尤其是现有调节池及提升泵，取消了原设计的一体化提升泵站；同时，利用了现有生化池，增加污水水力停留时间，减轻后续一体化污水处理单元的处理压力，保障了出水水质达标.

4 优化设计对项目的影响分析

4.1 优化设计对工程量影响分析

经过优化后，工程量变化如表2所示.

表2 优化前后工程量变化

由表2可知，工程量不包括DN100接户管道，污废水接户管采用UPVC管，单价便宜，埋深浅，对工程投资影响小，而且此部分工程量施工相对灵活，一般不详细统计.对于优化前后主管道的工程量总体表现为增加，尤其是DN200的管道，主要原因有：1)对于穿树林的管道，优化至树林外围绕行；2)对于部分穿混凝土地坪管道，更改排水方案，调整至非硬质路面；3)部分管道离房屋太近，调整至距离民房较远道路一侧，同时也增加了接入管道长度.

小方井数量增加了43座(小方井应用在支管段)，增加原因主要有：1)农村地形复杂，农村住户排水方向随意，需要房前屋后绕行才能接入主管网，加上部分施工场地受限，需要增设小方井作为转弯井；2)对原设计遗漏的部分三水进行了增加设计；3)结合村民合理需求适当增设预留.

圆形检查井主要增加了9座Φ700检查井.由于标高优化原因，覆土变浅，减少了2座Φ1000检查井.

400 m3/d污水处理站取消了前端新建一体化提升泵站，充分利用现有400 t污水处理站的调节池和污水提升设备.经管道标高优化后处理站进水均能自流进入现有调节池(优化后北侧进水管低埋深约为3.8 m，南侧进水管底埋深约为3.0 m)，且现有调节池内提升泵运行条件良好，流量和扬程均可满足本工程继续使用.故取消原设计的一体化提升泵站，一是能充分利用现有调节池及提升泵，避免了建设浪费；二是一体化提升泵站后期运行管理费用较高，取消后可降低这部分运行管理费用；三是现有污水处理站尚在运营，新建一体化提升泵站将导致原调节池拆除，建设期内现有污水无出路.

4.2 优化设计对建设成本影响分析

工程量变化后，工程直接费变化如表3所示.

表3 优化前后工程直接费变化

表3成本核算仅考虑工程量变化导致的工程直接费变化，是初步估算，非审计核算.工程费用变化和整体建设成本可能会不一致.其主要原因有：工程量未考虑DN100接户管道；优化后管道埋深变化，直接影响土方；破除恢复和施工降排水等技术措施产生的费用也会产生相应变化；一体化泵站安装调试，后期运营费未计算本工程内，等等.但本次优化设计工作本着安全性、经济性、可操作性等原则，总体不增加造价.

4.3 优化设计对建设工期影响分析

本工程建设施工工期为100 d，原计划开工日期为2020-03-02.本工程虽按计划开工，但受新型冠状病毒疫情影响，3月份施工人员复工和材料准备受限，无法大面积开展工作面，加上安徽6月10日入梅以来，降雨频繁，7月更是遭遇连续强降雨[10]，严重影响工程施工，所以较原定计划延误工期约1个月，即2020年7月中旬除零星三水未接外，罗埠村农村生活污水工程基本完工，具备竣工验收条件.增加优化设计环节虽然在施工前期占用了一定时间，但缩短了后期管道及处理站的施工工期.同时，经优化设计降低了施工过程中不利因素造成的返工和工程停滞的风险，对工期起到了保障作用.另外，优化设计可以与施工准备同步进行，总体来说有助于缩短工期.

5 结论与展望

5.1 结论

1)农村生活污水工程较城市污水工程更为复杂，全国各地建设标准还不完善，加上设计调研困难和变化因素多，无法做到前期方案和施工图设计的准确无误，因此有必要在工程施工前和施工全过程中增加优化设计环节.

2)采用“先优化再施工，边施工边优化”建设模式，可以有效地降低农村生活污水施工过程干扰因素的影响.通过优化设计，对工程造价和建设工期控制都起到了很好的保障作用.

3)农村生活污水优化设计模式，对巢湖流域白石天河、马曹河等小流域其他村庄生活污水工程建设起到了很好的示范作用，对我国农村生活污水项目的建设也具有一定的指导意义.

5.2 展望

本项目在建设过程中发现400 t/d污水处理站可结合美丽乡村工程建设的污水处理站进行现状改造，利用原生化池作为工艺的一部分，可大大增加污水的停留时间，理论上对出水水质起到了更好的作用.后期其他村庄生活污水优化设计可从运营的角度，对工艺布局参数进行适当优化.

农村生活污水收集和治理工程复杂，涉及面比较广，需要对整个流程进行更细致的研究，其中包括投资、监管、设计、施工、运营等，要充分考虑老百姓实际需求，将工程做细，做到全局优化，将民生工程落到实处.