单相流负压排水系统在于坝村污水收集中的应用

潘伯宁,王耀增,羌金凤,郭晓正

(中机国际工程设计研究院有限责任公司华东分院,江苏 南京 210023)

0 引言

海安市大公镇于坝村,其生活污水排放普遍存在排放点多且分散等问题。该村住房缺少统一规划,所在地区河系发达,地下水水位低,居民大多沿河而居,日常生活污水多数直接排入河中,严重破坏了当地的水体环境。因此,采用单相流负压排水系统对于坝村进行农村生活污水收集,有利于改善该村的生态环境和人居环境。

1 研究概况

1.1 研究范围

于坝村河网密集,位于海安市大公镇,该村区域面积5.16 km2,常住人口4 250人,流动人口652人。本研究围绕于坝村新胜河南、于坝村2组、3组及省道S353北侧村组片区展开单相流负压排水系统方案设计(见图1),共284户。

图1 单相流负压排水系统工艺流程

1.2 河道及排水设施现状调查

根据现场踏勘发现,于坝村河道众多,其中新胜河全长2 400 m,北凌河2 200 m,立公河1 500 m,洋蛮河1 500 m。村域内建有污水处理设施一处,位于于坝村12组,日处理量50 t。生活污水采用直排入市政管网和无害化处置后直排两种方式,污水处置率达30%。全村1 235户已全部改厕,占比100%。

1.3 研究村组现状调查

新胜河南侧村组居民约157户,省道S353北侧村组居民约65户,农户沿河而居,生活污水未经处理直接排至河道水体。两个村组特征相似,村组北侧均有现状污水管道。该片区房屋建筑紧凑,巷道狭窄,厕所污水、厨房污水及洗浴污水均由屋后排入河中,河道与房屋间隔较近,可施工空间小。污水出户管位于屋后,而河道与房屋间隔较近,若在屋后采用重力流排水系统收集污水,将不可避免开挖大量石方,影响房屋基础,进而可能导致房屋塌陷,且屋后施工空间小,机械无法进入。因此,此村组采用单相流负压排水系统进行污水收集。

于坝村2组、3组居民约62户,居民房屋少量集中而又相对分散,大约每5户为1个集合单元,每个集合单元相隔较远。由于该村组居民人数较少,房屋分布相对分散,日常污水排放量较少,且附近无现状污水管网。若采用重力流排水系统,需要大范围铺设重力管道,经济上不合理,因此,此村组采用单相流负压排水系统进行污水收集,以求工程的经济合理。

2 单相流负压收集系统

单相流负压收集系统主要由负压收集井、负压管网和负压站组成。在不改变居民原有重力接户排水的基础上,使单户或多户排水经截污井或化粪池重力自流排放至负压污水收集井中,待负压污水收集井内的液位达到设定的高液位时,井内的机械负压阀瞬间打开,污水在负压梯度力的作用下输送至负压站内的真空罐。真空罐内的污水达到设定液位时,由负压站内的排污泵送至市政污水管网或污水处理设施,污水处理达标后排放,如图1所示。

3 工程设计

3.1 污水量预测

3.1.1 用水量指标的确定

(1)用水量指标。以《农村生活饮用水量卫生标准》(GB/T 11730—1989)、《江苏省村庄生活污水治理适宜技术及建设指南(2015版)》等为参考,同时结合于坝村村庄的用水现状,取60升每人每天。

(2)其他指标的确定。①排放系数:其值与居民用水类型、污水泼洒或浇灌等生活习惯有关,结合于坝村村庄实际情况,取0.80。②地下水渗入量:按污水总量的10%计算。

3.1.2 污水量预测

考虑到农村人口逐渐趋于老龄化,农村人口数将越来越少,确定规划人口以现状常住人口为准。本次户均人数按照3人/户计算,于坝村规划污水量预测如表1所示。

3.2 入户管道及负压收集井设计

入户管道在村民院内地埋敷设,承接村民厨房、洗浴及厕所污水,平均埋深1 m,采用UPVC管。负压污水收集井采用预制成品井,单个负压污水收集井宜收集1～4户生活污水,单个负压污水收集井进水前设计格栅井,两设备之间间距不宜大于3 m。

3.3 户外负压污水收集管网设计

新胜河南岸村庄负压污水管道沿房屋前面靠近河道一侧地埋敷设:在地埋敷设时,绿化地带管顶覆土厚度不小于0.5 m;在行车道下,管顶覆土厚度不小于0.7 m,负压污水管道采用PE实壁管,采用电熔连接。负压污水管道累计提升不超过3 m,否则酌减服务半径。负压污水管道过河可采取管道挂桥通过、河底浅埋(开挖)、牵引管过河。负压污水管道施工应保证密闭性,管道连接处应保证管道内部光滑,不得采用90°弯头、三通,应采用45°弯头、斜三通。

3.4 污水处理站设计

经水量计算,于坝村2组、3组污水处理站设计规模为15 t/d。根据于坝村住户聚集程度、环境条件以及所采取处理方式确定农村生活污水处理标准;就近纳入城镇污水管网的生活污水,执行GB/T 31962—2015《污水排入城镇下水道水质标准》;处理后的出水直接排入自然水体时,至少要执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。根据各种工艺的适用范围、处理效果、基建及运行费用,同时结合于坝村的村庄性质、经济情况以及受纳水体的水质要求,污水处理设施处理生活污水采用AAO生物接触氧化技术。

3.5 设计方案

在村民院内敷设DN100入户管,承接水冲厕所污水、厨房污水及洗浴污水,平均每户按20 m,在每1户院内设置1个负压收集井。新胜河南侧村组沿屋后一侧敷设De90～De160负压污水干支管道,项目范围内新胜河南侧村组农户化粪池污水、厨房污水和洗涤等生活污水由负压站收集后向北接入现状污水管网。

项目范围内于坝村2、3组沿屋后敷设De90～De160负压污水干支管道,该村组农户化粪池污水、厨房污水和洗涤等生活污水由负压站收集后接入污水处理设施中,处理后污水出水水质达到一级B标准后就近排入洋蛮河水体中。

4 运行效果

该系统2021年投入使用,排污泵功率为3 kW,真空泵功率为2.2 kW。统计9月、10月、11月、12月排污泵及真空泵的总运行时间、总输送水量、总电耗、吨水能耗如表2所示。

表2 南通市于坝村单相流负压排水系统数据

对负压站内物联网智慧控制系统收集的数据进行长期分析表明,单相流负压排水系统可以对农村污水进行有效收集,吨水能耗小于0.3 kW·h/m3。相对于重力排水收集系统无动力消耗极易受地形影响而言,单相流负压收集系统管道布管灵活,管道不易渗漏,无雨水混入,如有泄漏可以立刻察觉,适用于本工程的污水收集模式。

5 工程效益分析

针对南通市海安市大公镇于坝村施工情况,对单相流负压排水系统和重力流排水系统在施工方面进行初步比较[1-5](见表3)。

表3 重力排水系统和单相流负压排水系统对比

6 结论

(1)工程实施后,新胜河南侧、于坝村2组,3组、省道S353北侧农户生活污水可得到有效收集和处理,农户污水流经负压站的过程中无渗漏、堵塞情况,系统噪声小。该系统有效改善了该区域的生态环境,污水经收集处理后,出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,满足出水水质要求,居民两侧河道污染明显减轻。

(2)南通市海安市大公镇于坝村普遍存在地形复杂,房屋密集,地下水水位低,居民傍水而居等特点,采用传统重力流方式进行污水收集将遇到施工难度大、工程投资高等难点。单相流负压排水系统进行污水收集具有管径小、布管灵活、埋深浅、不容易堵塞和渗漏、施工周期短等优点,适用于南通市海安市大公镇于坝村复杂的地形条件,具有良好的应用前景。