中小城市污水管网设计探析

　　摘要：中小城市污水处理事业总体上起步较晚，发展水平较低，且受城市地形地质条件、规划布局及新建、改建等诸多因素影响，许多中小城市的污水管网建设滞后于污水处理厂建设，造成污水处理系统运转不正常。本文结合实际，就中小城市污水管网系统设计谈一些体会，供设计研究参考。
　　关键词：中小城市 污水管网 设计
　　
　　
　　城市污水处理系统是城市最重要的基础设施之一，其发展水平直接影响到城市广大居民的身体健康和生活质量的改善，对城市投资环境的改善和社会经济的可持续发展都有重要的意义。而中小城市污水处理事业总体上起步较晚，发展水平较低，且受城市地形地质条件、规划布局及新建、改建等诸多因素影响，许多中小城市的污水管网建设滞后于污水处理厂建设，造成污水处理系统运转不正常。本文结合实际，就中小城市污水管网系统设计谈一些体会，供设计研究参考。
　　一、中小城市污水管网系统现状分析
　　1、规划水系统不严谨
　　一些中小城市长期缺乏超前、可操作性强的排水专项规划具体指导其建设，致使敷设的污水管网不成系统。常有大管接小管，以及区与区之间，上下游之间污水管标高不能衔接等现象。
　　2、排水管网建设不完善，且与污水处理厂与不匹配
　　污水处理厂建设相对较简单，它集中，牵涉面小，建设周期短，而污水管网建设相对较复杂，牵涉面广，建设周期长。本应污水管网建设到一定程度，再建污水处理厂。而目前出现相反现象，造成污水处理厂“无米之炊”，污水处理厂形同虚设。也有一些地区管网系统建设不合理，导致管网建成后却不能充分发挥作用。总的来说，污水管网投入太少，造成配套的污水管道系统不足与落后。因此加强中小城市污水管道系统的建设，是今后中小城市水污染防治的中心环节。
　　3、管理力度不够
　　排污管理力度不够，该分流的未按要求分流，或该截流的未按要求截流，乱接乱排现象较严重，主要为市政雨、污水管之间的错接或连接，排水用户的出户污水管与市政雨水管错接，小区内部的雨污水管之间错接等。从而导致分流制系统失效，污水量增加，从而降低了污水浓度。污水管网缺乏维护，未能及时疏通，造成污水管输水不畅，无法满足原设计的输水能力。
　　4、现行的设计问题
　　（1）现行溢流式截流井的问题。由于历史原因，很多中小城市都为合流制排水系统。要将建成区现状合流制排水系统改造为分流制系统，牵涉面广。难度极大，故采用截流式合流制，而截流井采用现行通常用的溢流式截流井。现行的溢流式截流存在四大问题：①收集到的污水浓度偏低，造成污水处理厂运行困难；②雨天时仅部分污水和雨水一起混流至污水处理厂处理，大部分溢流至水体。对水体造成污染；③即使上游排水体制采用分流制，也是浪费，下雨时溢流式截流井不断将上游分流制污水与雨水混合、稀释、溢流，实际上大部分污物已排入水体。④污水截流干管溢流井的溢流口没达到城市防洪要求。汛期洪水通过沿江设置的溢流口倒灌进中小城市污水管道系统，致使污水处理厂停止运行，也造成洪水通过溢流口倒灌入城区，致使城市防洪堤失效。
　　（2）排洪沟口截污问题。为了尽快实施水污染治理工程，缓解日益严重的水污染状况，在现有形势和条件下的权宜之计一般是沿河设一根截污管，在各合流排放口处设溢流式截流井将旱流污水收集至污水处理厂处理，下雨时大量溢流。一些合流排放口（排洪沟口）晴天时都有一定径流量，所以晴天时的污水浓度就很低，下雨时浓度更低。
　　二、中小城市污水管网设计的一些问题
　　1、加强规划管理
　　中小城市排水工程系统性、整体性强。尤其是中小城市污水管网工程，因此在初步设计之前必须要求先具有中小城市排水工程专项规划。在新区建设时，相关部门要把好关，做好规划，使之达到标准要求。在进行老城区改造和改造小街小巷时，同时对地下管线进行重新规划、改造，以求使其达到相关要求。
　　2、排水体制的选择
　　目前我国城市排水体制中新建、改建管道大都采用分流制系统，即新建管道采用雨、污水分流，建两条管道；改建管道采用保留原管道作为雨水管道，再新建污水管道。这种做法目前是常规做法，设计时要注意。
　　（1）排水体制的类型。
　　城市污水排水系统的体制一般分为合流制和分流制两种类型。
　　合流制排水系统:是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。国内外很多老城市以往几乎都是采用这种合流制排水系统。由于污水未经无害化处理就排放，使受纳水体遭受严重污染。
　　分流制排水系统:是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。排除生活污水、城市污水或工业废水的系统称污水排水系统；排除雨水的系统称雨水排水系统。
　　（2）排水体制的选择。
　　为了保护环境，城市新建城区、新开发工业区均采用分流制排水体制，在建筑物、工业区内实现雨污分流，分别接入市政的雨污系统。
　　城市旧城的排水系统几乎都是采用合流制排水系统，由于污水未经处理就排放水体，使受纳水体遭受严重污染，现在若直接把老城区的排水体制改造为分流制，则必须重新建一套污水管网系统，每户污水排出点都需要改造，工程量大，投资额高，难度很大，根据国家排水规范中“允许同一中小城市可采取不同的排水体制”的规定，近期多采用截流式合流制形式过渡，远期随城区建设逐步进行分流制改造，将原有合流管改造成雨水管，不接入截流干管而排入水体；同时将截流干管上的溢流井溢流口封闭，作污水干管使用，并重新铺设污水支管，接入污水干管，这样远期就实现了完全的雨污分流制。
　　3、污水干管系统设计
　　（1）截流干管布置。
　　有些中小城市排水采用分流制与截流式合流制结合，采用截流式合流制形式过渡，即是在建造一条截流干管。对于大多数沿河城市，可在在岸边埋设截流干管截流合流污水。另外，在一些城市考虑到污水处理厂位于水体下游，地势标高较低，截流干管设计可沿河床边埋设，采用混凝土满包处理，检查井井盖采用钢板加橡胶圈并用螺栓固定，可起到密封效果，而且管道沿堤岸旁埋设，采用条形混凝土满包，基本不影响景观。
　　（2）内河沟改造。
　　中小城市大多旧城排水是利用排水沟渠、尤其是利用城市的内河沟，一般内河沟穿过整个城区，沟断面较小，多为2-3m宽，两旁均密布建筑，局部沟段上浇注盖板，甚至在沟的上方直接建住宅。这些内河沟较多承担排洪作用，平时临近居民生活污水的排入造成内河沟水质恶臭，污染了周边的环境，即使在旱季也有上游山体地表水汇入。沿沟埋设截流管道难度极大，而在沟的排出口截污，会造成大量的山上地表水进入污水处理厂，增大污水处理厂的处理水量，使进厂污水BOD5远低于设计值，给污水处理厂的运行造成极大的困难。在一些中小城市，随着旧城的局部改造，设计专门设置污水管收集新建小区的污水，保证排入内河沟的大部分居民生活污水被截流，只有逐渐让内河沟只充当排洪功能，才能彻底解决污水截流问题。
　　4、污水管管材比选
　　目前污水管管材可选用钢筋混凝土管、UPVC双壁波纹管、HDPE缠绕管、玻璃钢管等。其中钢筋混凝土管为刚性管，其余塑料管材均为柔性管。
　　（1）管道施工难易和使用效果比较。
　　污水常规用的混凝土管道每节长度只有2米，管道的接口多，接口采用石棉水泥半柔性的形式，在有地下水情况下，施工难度很大，即使没有地下水干扰，要达到施工的质量标准，也不容易，从一些城市多年的使用效果看，钢筋混凝土管的渗漏率非常高，这大都是由于管道不均匀沉降引起接口开裂、松动造成的，此外早年建设钢筋混凝土污水管道结垢，堵塞现象也很严重，而HDPE管每节长度为6米，采用柔性接口，强度高，抗不均匀沉降能力强，且接口连接方法方便、可靠，一般地基采用砂砾基础，施工方便，抗渗漏效果好。由于内壁光滑，不易结垢，可减少清通的工作量。在综合工程造价方面只略高于传统的混凝土管道，因此从施工难易和使用效果方面比较，HDPE管优于混凝土管。HDPE管材在永春等城市排污工程使用过程中得到了业主的肯定。HDPE管的环刚度可达到16KN/m2，适用管顶覆土深度达5m以上，完全可以满足埋设在车行道下的要求，在实际工程上的运用已经越来越广泛。
　　在工程实际运用中对于管径小于D500的污水支管，由于常规管道埋深较浅且上述三种管道综合造价相差不大，拟使用UPVC双壁波纹管，以减少支管埋深，加快施工进度，减少对环境、交通等各方面的不良影响。对于管径大于D500污水支管，特别是在河边软土地基，HDPE管更具有安全性。
　　（2）管道坡度及过流量比较。
　　污水管道的水力计算采用变速流公式较复杂，且由于污水流动的变化不定，即使采用变速流公式计算也很难保证精确。在设计与施工中如果注意改善管道的水力条件，可使管内污水的流动状态尽可能地接近均匀流。
　　（3）管道坡度及过流量比较。
　　相同管径情况下，即过水断面面积一样时，流量与流速成正比，而流速与粗糙系数成反比。HDPE管的内壁摩阻系数n为0.009，而钢筋混凝土管的内壁摩阻系数n为0.013，因此在相同管径及坡度下，HDPE管的过流量可增加44%。一般过流量50000m3/d，采用相同管径D1000埋设干管长度5Km，HDPE管可减少埋深4m；过流量100000m3/d，采用相同管径D1200埋设干管长度5Km，HDPE管可减少埋深5m。采用HDPE塑料管材，在污水管网系统设计时可以采用低坡度减少管道埋深，降低工程造价，甚至可以减少中途污水提示泵站的数量。
　　5、倒虹管设计
　　城市污水一般采用重力流排放，管道沿线需考虑检查井、跌水井等附属构筑物，尤其在城区内河流较多，污水管设计穿过河流时，在标高许可的情况下尽量采用直接埋在河床底下过河。而在局部标高不允许降低的情况下，可采用倒虹管过河。在倒虹管设计时关键是要精确计算水头损失，控制管道的不淤流速，要求至少大于0.9m/s，在倒虹管的进出水井设置闸阀，通过闸阀控制倒虹管的启用根数。
　　三、结语
　　排水系统是现代化城市不可缺少的重要基础设施，也是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程。其中，生活住宅区和工矿企业的雨水和污水管道系统投资一般占整个排水系统的投资70%左右。我们在污水管网设计中采取相应的措施，在经济影响因素下，努力做到节能减排，加强污水处理效果是当今污水管网设计中把握的重点。
　　
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