负压排水技术在皖南山区农村生活污水治理工程中的应用

杨超 马成浩 丰兴帅

（1. 安徽新宇环保科技股份有限公司，安徽合肥 230051；2. 安徽钢丰环保科技有限公司，安徽合肥 231600；3. 中节能国祯环保科技股份有限公司，安徽合肥 230031）

1 引言

负压排水技术最早是于19 世纪由荷兰人Liernur 提出，由于当时的多相流输送理论和控制技术的发展水平有限［1］，直至二十世纪五六十年代才有了显著提升，并在欧美国家被逐步广泛使用。我国对负压排水技术的研究开始于20 世纪90 年代，21世纪才开始逐渐应用，从2014 年开始，负压排水系统逐步在农村生活污水治理项目中得到大规模应用。住建部发布的GB/T 51347—2019《农村生活污水处理工程技术标准》［2］中提到，敷设重力管网有困难的地区，可采用非重力排水系统。

负压排水系统主要由收集箱、真空管道、真空泵站等组成，通过真空设备使真空管道内产生一定的真空度，形成空气压差为输送液体提供动力，是一种利用负压原理的排水系统［3］。其适用于排放点位分散、地势起伏大、排水距离较长或地下水位较高等重力流难以下管的地区。

2 皖南山区排污现状

我国农村生活污水收集大多采用传统重力流结合提升泵站的方式，此方式一般适用于地势较为平坦的地区，在重力埋管相对困难的区域，采用此方式存在施工难度较大、施工周期长、费用高、会产生臭气等问题［4］。特别是在黄山市歙县等皖南山区，采用重力流排水收集污水时会有如下问题：（1）乡镇村落整体风貌较好，有与景区相结合的古村落特色，大规模开挖管网和提升泵站会破坏整体风貌。（2）房屋建筑密集，缺乏统一规划，新旧建筑无序发展，出户排水管道大小不一，接驳方式较多。（3）村落地形复杂，地势起伏大，村内道路狭窄，宽1～3 m，且多为巷道和石板阶梯，路面下岩层较厚。（4）村落内雨污合流，多利用自然排水沟排水，部分村落无化粪池，污水未经处理直接排放现象较为严重。

3 项目概况

A 村和B 村皆位于黄山市歙县新安江畔，相距约8 km。其中，A 村设计范围内有住宅255 户，多为空房及危房，常住人口351 人；村庄位于新安江南岸，沿江呈狭长状分布，地势南高北低，中间高东西低；村内道路全部硬化，主干道为水泥路面，从村南穿村而过，宽3～5 m，巷道宽1～3 m，部分巷道和阶梯由青石板铺就而成，房屋间距较小且布置不规整，地质结构多为粉砂和岩石，大部分路段可以用机械开挖；自来水普及率90%以上，生活用水主要用于洗漱、做饭和洗涤；村户有较多旱厕，改厕率约70%，以砖砌式三格化粪池和玻璃钢化粪池为主；部分路段建有雨水管网，没有统一的雨污水排水系统，生活污水顺地势直接排入新安江。

B 村设计范围内有住宅224 户，多为空房及危房，常住人口311 人；村庄位于新安江北岸，依山而建，房屋依山路布置，分布于主干道两边，整体地势北高南低，东西方向因山势呈波浪起伏状，无法依靠纯重力流方式收集污水；村内道路全部硬化，主干道为柏油路，从村南穿村而过，宽5.5 m，巷道宽1～2 m，大部分巷道和阶梯由青石板铺就而成，房屋间距较小，地质结构多为岩石，开挖难度较大，常规机械难以实施；自来水普及率90%以上，生活用水主要用于洗漱、做饭和洗涤；村户有较多旱厕，改厕率约80%，以砖砌式三格化粪池和玻璃钢化粪池为主；没有统一的雨污水排水系统，生活污水顺地势直接排入新安江，不具备雨污分流改造条件。

4 设计方案

4.1 A 村设计方案

根据A 村地形地势，划分为4 片区域，分别是村东片、村中东片、村中西片和村西片，采用重力流排水结合提升泵站的污水收集方式。在住宅庭院内敷设DN100 和DN50 入户管，材质为U-PVC（硬聚乙烯）平壁管，承接化粪池、厨房和洗浴污水；沿村内道路铺设DN200 污水干支管，材质为HDPE 双壁波纹管，设置提升泵站3 座，其中村西片污水管自东向西敷设，设置人工湿地1 座；村中西片、村中东片和村东片污水经3 座提升泵站依次提升，最终排入村委会旁边的污水处理站内。污水处理站采用A2/O 处理工艺，处理能力60 t/d，出水排入附近池塘。A 村污水收集工艺流程见图1。

图1 A 村污水收集工艺流程

4.2 B 村设计方案

根据B 村地形地势，采用重力流排水和负压排水相结合的污水收集方式。将B 村按照地形地势和村中道路划分为8 块区域，每个区域内的污水采用重力流排水收集，将污水汇集到最低点后，通过设置真空收集箱，将污水进行提升。各个真空收集箱的真空负压污水管逐次合并，最终统一输送至真空泵站，再经真空泵站输送到终端处理设施。

负压排水收集系统由收集单元、管道单元、真空泵站单元3 部分组成，收集单元包括重力流管道和真空收集箱，主要用于汇集污水；管道单元包括真空主管和真空支管，利用真空抽吸的方式将真空收集箱内的污水输送至真空泵站；真空泵站包括真空罐、真空泵、污水泵及配套的阀门管件和控制系统，可以暂时储存污水，是负压排水系统的核心。主要方案是在住宅庭院内敷设DN100 和DN50 入户管，材质为U-PVC 平壁管，承接化粪池、厨房和洗浴污水；沿村内道路敷设DE63-DE90 真空污水干支管，材质为PE 管，管壁承压≥1.25 MPa。B 村共设计有8 套真空收集箱、1 座真空泵站和1 套一体化污水处理设备，一体化污水处理设备采用A3/O+MBBR 工艺，处理能力50 t/d，出水排入新安江。B 村污水收集工艺流程见图2。

图2 B 村污水收集工艺流程

4.3 设计方案对比分析

A 村和B 村的地形地貌与处理规模都基本相近，分别采用了重力流排水和负压排水2 种污水收集方式，两者具有一定的对比性。其对比结果见表1。

表1 A 村和B 村设计方案对比

B 村采用了重力流排水和负压排水相结合的污水收集方式，先依靠重力流将污水汇集到最低点，再通过负压抽吸的方式将污水提升至终端处理设施，因此不需要考虑远距离输送问题，降低了管道埋深，减少了土方开挖量及回填量；而且不受地形限制，负压管管径小，可以随意敷设，降低了施工难度，减少了施工周期；同时因为没有设置提升泵站，节约了大量征地资金，且对周围环境影响较小。

5 施工方案

5.1 入户管安装

入户管主要用于承接厨房、洗浴及化粪池等庭院内污水，地埋敷设于住宅庭院内，材质为U-PVC平壁管，平均埋深50 cm，管壁用素混凝土包裹，在每户入户管末端设置检查井1 座。

5.2 污水干支管安装

干支管用于汇集入户管排出的污水，并在重力作用下输送到提升泵站和真空收集箱，材质为HDPE 双壁波纹管，管环刚度≥8 KN/m2，管径为DN200。运用明挖开槽法，采用放坡开挖的方式，结合明渠降水，必要时采用支护开挖加轻型井点降水法施工。

干支管沿村中道路地埋敷设，埋深大于1 m，坡度≥3‰，管沟深度超过1.5 m 时开始放坡，放坡系数按1∶0.3 控制，超过3 m 时分层开挖。当管道位于通车道路下时，在管底做90° C15 混凝土基础，其余均做砂垫层。在管道方向改变处、管道汇流处、变坡处以及每间隔20 m 处设置检查井1 座，施工顺序如下：施工准备—测量放样—管道沟槽—开挖—止水导水和排水施工措施—安管—接口—闭水试验—回填—质量验收。

5.3 负压污水管安装

负压污水管用于将真空收集箱内的污水抽送至真空泵站，沿村内道路地埋敷设，埋深≥0.3 m，材质为PE 管，管壁承压≥1.25 MPa，热熔连接。在穿越公路段时加设套管，套管为镀锌钢管，在桥梁或河岸边壁挂敷设时，管道外应包裹保温层，保温层为硬质聚氨酯泡沫塑料，并固定牢靠，注意以下技术要点：

（1）管道施工应保证密闭性，管道连接处应保证管道内部光滑，负压管道不得采用90°弯头、三通，应采用45°弯头、斜三通［5］，支管与主管相连接时，支管应高于主管。

（2）当需要穿越障碍物时，应从障碍物的下方穿过或者从侧面绕过，避免从障碍物顶端直接越过［6］。

（3）负压排水管道宜采用锯齿型敷设方式，2 个相邻锯齿型提升弯之间的管道坡度不应小于2‰，负压排水主管爬坡累积高度不宜大于5 m［5］。

（4）应在冻土层以下0～300 mm 深度范围内敷设，可在一定高差内逆坡，负压管道每间隔200 m 左右设置1 个检查口。

5.4 污水提升泵站安装

污水提升泵站为地埋式钢筋混凝土结构，设置于远离居民住宅至少30 m 远的空地上，泵站采用小型挖掘机械开挖，并预留300 mm 保护层由人工开挖至设计高程，降排水采用底部基坑积水坑的方式，水泵抽排基坑积水；然后进行垫层、底板、墙体及顶板的浇筑；待混凝土达到设计要求后进行土方回填，并安装提升泵、格栅等设备。

5.5 真空泵站安装

真空泵站设置在污水处理站内，与污水处理站合并建设，真空泵站包括真空罐、真空泵、污水泵、控制系统、阀门管件及配套仪表，其中真空泵2 台，用于将真空收集箱内的污水抽吸至真空罐，真空罐暂时储存污水，真空罐内的最高液位不超过其有效高度的50%；污水泵2 台，用于将真空罐内的污水抽至一体化处理设备进行处理，所有设备安置在设备间内。

在真空收集箱附近安装设置监控模块箱，监控模块箱内设有压力检测模块和监控模块，各监控模块通过网络线连接至真空泵站，真空泵站内设置监控系统1 套，用于对各管线内的压力是否正常进行监测。

5.6 管网部分主要工程量

A 村管网部分主要工程量见表2。

表2 A 村管网部分主要工程量

B 村管网部分主要工程量见表3。

表3 B 村管网部分主要工程量

6 工程效益分析

经测算，A 村采用重力流排水方式收集生活污水，管网部分施工预算约为118 万元，解决了255 户村民的污水问题：B 村采用重力流排水和负压排水相结合的污水收集方式，包括负压真空系统在内的管网部分施工预算约为74 万元，解决了224 户村民的污水问题。因此，对于地形地势以及处理规模都比较相近的A 村和B 村，相较于传统的重力流排水，采用负压排水技术可节省工程投资约44 万元，有较为显著的经济效益。

7 结语

与传统的重力流排水相比，负压排水系统具有对周围环境影响小、管径小、管网铺设灵活、施工工期短、不易淤堵、维护方便等优势。皖南山区农村普遍存在地形复杂、地势起伏大、房屋密集、道路狭窄、岩层深等特点，采用传统重力流排水方式会存在施工周期长、施工难度大、工程投资高、对居民生活影响大等缺点，因此，负压排水技术更适用于皖南山区农村生活污水治理工程，具有较好的市场前景。