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厦门本岛雨水排放口截污工程设计探讨

文章来源:海西给排水 发布时间:2017-11-01 08:41:27 阅读次数:515 次 [关闭]

许东兴1,芮道强2

1.厦门市市政工程设计院有限公司,福建厦门,361009;

2.厦门轨道交通集团有限公司,福建 厦门,361009)

 

摘要:厦门本岛雨水排放口截污工程采用具有挡潮、行洪、截污功能集成一体的截流闸门系统,在不影响现状暗涵正常行洪要求的前提下,将旱季污水和初期雨水截流,经泵提升至污水系统。总结设计经验,对该项目实施过程中的技术难题进行分析并提出针对性解决方案,供海岛截污工程借鉴。

关键词:雨水排放口;末端截流;挡潮闸;

 

1工程背景

厦门是一座海滨城市,其生态与周围海域水体环境紧密相关。自上世纪80年代起,厦门城市排水系统就开始试行雨污分流。由于历史的原因,厦门市仍有一些“城中村”及老城区雨污分流改造不彻底,再加上由于错接、混接以及居民改变阳台用途[1],导致生活污水排入雨水系统,故晴天雨水排放口也有大量污水排放。随着厦门经济的快速发展,城市人口的不断增加,每年有大量的污水排入海域。其次,受到厦门海堤阻隔影响,厦门西海域水体的交换能力相对较差,海水自净能力相对较弱。为了保护厦门海域的环境,解决污水入海的问题迫在眉睫。

2工程概况

雨污合流制排水系统改造成雨污分流制排水系统工作难度大、成本高且工期长,根据相关理论和经验研究[2,3,4,5],末端截流式合流制排水系统能够更好地控制初期雨水污染。因此,厦门本岛雨水排放口截污工程对现状雨水暗涵采用末端截流方式,将旱季污水和初期雨水截流,经污水泵提升至污水管网,形成截污系统,完善厦门排水系统。一套完整的截污系统主要包括截流设施、除砂系统、格栅、污水提升泵房、出水压力管、除臭系统、配电管理房、场平等。

根据调查数据显示,厦门本岛及鼓浪屿排污口数量近200个,仍有66个未截流,在此背景下,厦门市启动本岛最后一轮大规模的雨水排放口截污改造。以厦门本岛雨水排放口截污工程——兴湖路截污点为例子,介绍海岛雨水排放口截污点的概况和特点。

3 工程设计

3.1截流点选址

截污点位置是截污工程中的重点,其选址的合理性直接影响整个工程的投资、工程进度及施工的难度。本次选址主要原则:①在各污水汇入点的下游进行截流,保证截污效果最大化;②保证截污场站的百年一遇防潮要求;③节约土地资源,同时考虑临时导流措施,保证施工期间不影响暗涵(管)的正常行洪要求;④远离居民区,降低噪音和臭气对周边环境的影响;⑤应有良好地质条件,并减少拆迁;⑥节约投资、和谐美观。兴湖路排洪沟为BxH=3.1x4.3m单孔暗涵,沿屿北一路向西排至厦门西海域,依据以上原则和综合经济比较,兴湖路截污点选择部分码头及象屿保税区用地为场址,该方案场地空旷,利于工程施工,远离铁路等优点。

3.2设计规模

截流倍数是控制合流制溢流(CSO)污染控制的一个重要参数[6],合理选择截流倍数至关重要,其大小直接影响周围水体环境、工程规模及投资。根据理论研究和经验总结[1,6,7],截流倍数过小会导致收纳水体严重污染,过大会导致污水处理厂处理能力和工艺难以与之匹配。本次设计参照国内外经验取值,选择合理的截流倍数为2。根据污水公司对现状兴湖路排洪沟调查,暗涵内旱季污水量为0.45万吨/天,故本次设计规模为1.35万吨/天。

3.3 总平面设计


图1 截流点总平面布置图

Fig1the general plan of sewage pumping station

根据功能需要,本次截污场站内建有闸室及上部检修间、配电管理房(含柴油发电机房)、污水提升泵房及配套除臭装置等。因污水提升泵房、闸室开挖深度均超过5m,属于深基坑开挖,本次设计将污水提升泵房与闸室紧邻布置,按一个深基坑进行开挖、支护,以节约投资。配电管理房内设计有高低压配电间,本次设计配电管理房与围墙内设置逃生人行通道,同时站内道路宽度B≥4.0m、站内道路转弯半径R≥6.0m,以满足消防车辆通行要求。场站内的生产与生产建筑物总体布局紧凑,有利于生产和管理。

3.4 闸室设计

厦门历史最高潮位+4.54m,历史最低潮位-3.33m,厦门平均高潮水位为+2.44m,平均低潮位-1.54m,平均海面高程+0.33m,而兴湖路截污点处暗涵内底标高为-1.60m,该段暗涵常年受到潮水倒灌影响。为防止海水倒灌进入污水系统,本次设计在兴湖路排洪暗涵上建设挡潮闸门,即废除一段现状排洪暗涵,改造成闸室,如图2所示。

拟建闸室位置处排洪沟断面尺寸为3.1x4.3m,本次闸室设计原则:①严格控制单个闸门的尺寸,避免闸体过重,保证闸门的运行可靠性;②挡潮闸闸孔尺寸按不减小过水断面为原则进行设计,以保证排洪通畅;③严格控制单块闸门的高度,保证闸室的建筑高度与周围环境相协调,设计合理、美观。故闸室内设置3道工作闸门,每道闸门尺寸为2.0x2.5m;闸室段长为12.0m,前后各设置5.0m长渐变段;挡潮闸总宽10.7m,总高为8.0m;采用C35钢筋砼结构,闸底板高程同排洪沟底高程,为平底坡,闸室上部设闸门检修间,框架结构,尺寸为11.4x9.2x4.5m。

本次设计闸门系统采用手电两用启闭式启闭机,一方面可通过人工控制下,实现闸门启闭,另一方面通过闸门前后设置超声波液位差计,自动控制系统根据水位和降雨量信息自动控制闸门启闭,实现污水截流和排洪的控制[8]。闸门控制运行如下:(1)在旱季时,闸门需定期保养,此时需启闭阀门,以检查闸门运行的可靠度;除此状况外,基本保持关闭状态。(2)在雨季时,以闸室内标高+0.20m作为一个控制液位。①当闸室内液位≥+0.20m时,发出报警信号,由工作人员根据实际雨量情况做出响应处置;②当闸室内液位≥+0.20m时,并且单位时间内液位上升速度过快,则可由信号、自控系统控制,自动开启闸门。③Hx=Hy时,且△Hm=0时,延时10min关闭闸门。其中△Hm为单位时间增加雨量,Hx为暗涵内水位,Hy为潮水位。

考虑到城市内涝后果严重性,本工程闸门启闭机的供电按一级负荷进行设计,设置柴油发电机房。同时在挡潮闸孔上方增设溢流口,溢流口底标高为2.67m,此高程略高于厦门平均高潮水位,使得截流系统正常运行时,海水倒灌进入截流系统的频率降低;下雨时,暗涵内水位急剧上升,当闸门因故障无法正常开启时,暗涵内水位≥2.67m时,洪水可通过溢流口排入海域,避免上游内涝,为暗涵行洪增加一道安全措施。

工作闸门采用附壁式安装,工作闸门前后各设置沉砂坑,净高≥0.5m,以保证工作闸门正常启闭。考虑海水腐蚀性较高,工作闸门材质采用316不锈钢材料,同时采用镶铜双向止水,防止海水渗透暗涵。为便于工作闸门检修,设置检修闸门,检修闸门选用叠梁闸,材质为306不锈钢材料。工作闸门后端各预留一道检修闸门的闸槽,共用一道检修闸门。检修闸门备于闸室上部检修间中,检修时安装使用。

本次设计采用具有挡潮、行洪、截污功能集成一体的截流闸门系统,雨天时可有效保证雨水箱涵的行洪安全,晴天时可在有效阻挡海潮、防止海水渗透雨水暗涵的前提下,将污水完全截流,并通过泵站就近接入污水系统,最终送至污水处理厂处理。



图2 闸室剖面图

Fig2the cross-sectional view of lock chamber


3.5 除砂系统、格栅及提升泵房设计

兴湖路排洪暗涵的旱季污水流速小,远小于不淤积流速(0.6m/s),旱季污染物极易沉积在箱涵底部[2,9]。其次,厦门本岛地区开发强度大,建设密度高,雨水径流系数大,暗涵内的初期雨水中夹带大量砂粒等固体颗粒。为减轻污水管网淤积,本次设计设置2道格栅渠(互为备用)和一套除砂系统:截流站内设置齿耙式格栅机2台,规格为:b=10mm,B=1200mm,H=7900,α=75°,配套1台螺旋输送压榨机;截流站内设置一座BxL=2.6x9.5m沉砂池,池底坡度≥45°,设计流行时间2.5min,有效水深0.95m,内置两台抽砂泵,抽砂管采用D85钢丝软管,置于管沟中,便于检修;为提高沉砂效果,增设一道配水墙,如图3所示。砂水分离器置于室内,防止臭气污染、与周围环境协调。考虑暗渠内泥沙较多,格栅间、沉沙坑内有可能出现泥沙淤积板结,需人工清掏,因此进水渠考虑了超越进口,即污水不通过格栅间、沉砂坑而直接进入泵坑,同时在该超越进口处设置人工格网。泵房设计采用4台潜水泵(3用1备),同时设置两个独立的泵室(互为备用)提高泵房运行的安全性能。


  

 


3.6 除臭系统设计

排洪暗沟的臭味大,为保护环境,保障工作人员身心健康,本次设计考虑除臭系统设计。目前,治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法和生物法三类,其中生物除臭法最经济实用且运行简单,工艺成熟,运行效果良好。因此,本项目采用生物滤池除臭工艺。

闸室、格栅渠、沉砂池、泵房及砂水分离间产生的臭气经加盖密封收集,通过风机抽送到生物滤池除臭装置。在生物滤池除臭装置中经过预洗段、生物滤床段或加强段,可去除臭气中的氨、硫化氢、甲硫醇和甲烷等污染物质,降低废臭气浓度。当生物滤池出现故障、检修或进气浓度较大时可启动加强应急段,废臭气经加强液喷淋吸收后排放到大气中。本工程中闸室、格栅渠、沉砂池、泵房按2次/h的空间换气量设计,砂水分离间按6次/h的空间换气量设计,计算总换气量为5000m3/h。其工艺流程可见图4。

 

4工程难点及工程解决方案

4.1 工程难点

由于本工程截流现状排洪箱涵,因此在工程设计、施工过程中不可避免地遇到一些技术难题,总结所有厦门本岛雨水排放口截污点施工问题,主要包括以下几点:①截污点周围用地紧张,且项目需赶在汛期前投入使用,施工周期紧迫;②截污点周围影响因素多,施工期间须保证暗涵正常行洪,选择合适的施工导流措施难;③暗涵内不间断排水,现浇暗涵施工需要较干燥的环境、养护周期长,新旧暗涵衔接难度大。

4.2 工程解决方案

针对工程施工过程中的难点,设计方、业主和施工方进行了多次技术方案探讨,并确定了相对可行、经济的方案,主要包括以下几点:①根据实际情况,部分截流点采用一体化预制泵房设计,一体化预制泵房采用GRP筒体,内设置潜污泵、粉碎性格栅等设备;②根据各个截污点周围临时租用地难易程度,分别选择临时明渠导流措施或者埋管临时导流措施,待施工完后,恢复原状;③根据施工条件,部分截污点选择局部预制暗涵与现浇暗涵结合一起施工,新旧暗涵结合处设置沉降变形缝。以上技术方案经实践证明是比较成功的,节约用地和缩短工期,大部分厦门本岛雨水排放口截流点在汛期前改造完成。

5工程运行

厦门本岛雨水排放口截污工程于2014年底基本完工,绝大部分海岸线排水口,完成截流改造,运行效果如下:①提升泵房运行情况良好,未出现事故;②闸门安装后,实际启闭运行情况良好,未出现因阀门过大而导致的卡、顿等现象;③对截流污水进行水质检测,未出现Cl-浓度超标现象,说明整个工程的挡潮效果已达到;④抽砂系统运行情况良好,无抽砂管堵塞现象;⑤除臭系统运行效果良好,泵站内部及附近无臭味,对周围环境友好;⑥通过几次暴雨的检验,在汛期时,未影响暗涵正常行洪。

6结论

兴湖路截污点设计规模为1.35万吨/天,主要包括闸室、格栅渠、除砂系统、污水提升泵房、除臭系统、配电管理房等内容,项目总投资约1500万元。本项目采用具有挡潮、行洪、截污功能集成一体的截流闸门系统,在不影响现状暗涵正常行洪要求的前提下,将旱季污水和初期雨水截流,经泵提升至污水系统,最终送至污水处理厂处理。这不仅保护厦门本岛海域水体环境,也对提升厦门本岛居住品质、促进旅游业和经济发展起到至关重要作用。

参考文献

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作者简介:许东兴(1987-  ),男,福建龙海人,

硕士,工程师,从事给排水设计

通讯地址:福建省厦门市云顶中路2777号

QQ:1158933506

Tel:15985831510

E-mail:xudongxing1999@sina.com



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