农村生活污水收集系统设计实践

序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了1篇的农村生活污水收集系统设计实践样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。

以顺义区农村污水处理工程(东部片区)管网收集系统设计为例,阐述了污水主管线系统收集模式0引言农村生活污水治理是进一步提升北京市污水处理能力和水资源循环利用水平,缓解水资源短缺,有效保障首都水环境安全的重要内容,而污水管网收集系统作为农村生活污水治理的重要组成部分,其设计情况是关乎污水治理效果的重中之重。本文结合顺义区农村污水治理工程(东部片区),主要从污水主管线和接户支管线两个系统的设计情况进行分析、探讨,为其他农村污水收集系统设计提供宝贵经验。

1工程概况

顺义区农村污水处理工程(东部片区)包括北务镇、龙湾屯镇、张镇、大孙各庄镇、杨镇等5个镇97个行政村生活污水收集、处理系统的建设。主要建设内容为:①新建村内主管线602km,用于输送村内各农户及村内集体设施的生活污水至污水处理场站内;②每户新建化粪池用于处理各农户厕所污水;新建接户支管596km,用于收集农户的厨房、厕所、化粪池、洗衣间、浴室等污水,并输送至就近主管线系统的检查井内;③新建处理规模30~250m3/d的污水处理场站55座,对收集后的生活污水进行处理后,达标排放至就近水体。本项目采用PPP模式,总投资约15.6亿元,于2018年开工建设。

2村庄排水现状

顺义区东部97个村均无完善的污水收集及处理设施。根据村庄调研结果(如图1所示,均有雨水管沟指村内80%及以上街道均有雨水管沟。),79.34%村庄布设有雨水管沟,其中49.48%的村庄为村内主要街道有雨水管沟,胡同内并无雨水收集设施,仅有29.90%的村庄村内布设了基本完善的雨水收集设施。同时,村庄布设的雨水管沟实际为合流制沟渠,以收集雨水为主,同时也收集户内灰水,并排至村内的坑塘或河道内。厕所黑水收集处理主要采用化粪池,约80%农户为统一改造的三格式混凝土圆筒化粪池(无混凝土底板),15%农户为自建砖砌化粪池,5%农户无化粪池,仍为旱厕。农户生活污水处理与排放方式多采用以下四种型式:①村内有雨水管或雨水沟槽的,多将院内未处理的灰水直接接入雨水管沟内;②距雨水管沟较远的农户,多采用院内挖渗井,通过下渗作用消纳灰水;③部分洗衣水、洗菜水通过自家雨水沟(管)直接流入户外大街或洼地内;④村民每户设有统一改造的三格式化粪池,厕所水直接接入化粪池,采用化粪池下渗消纳厕所污水,每年抽取一次化粪池粪便。村内目前的排水情况,①村庄生活污水直接污染周围环境,造成坑塘、河道污染;②雨水沟长期存污水造成蚊蝇滋生、臭味弥漫,严重影响村民正常生活;③村民部分灰水直接流至村内道路上,影响人居环境,且冬天道路上污水结冰,产生安全隐患。同时,采用化粪池下渗的方式处理厕所污水,会严重影响地下水的卫生与安全。因此,农村污水治理需完善主管线收集系统及接户管线系统,全方面收集各农户的污水,才可从根本上解决农村污水横流及环境污染等问题。

3污水主管线系统

污水收集系统按“完全雨污分流制”排水体制设计,主要为收集村内各户污水(包括厕所黑水及厨房、洗浴、洗衣等灰水),雨水仍通过原有雨水管沟或地表径流等形式排放。污水主管线系统包括污水主管线、检查井及提升泵站等,用于将各户收集到的污水输送至污水处理站或市政管线内。

3.1污水收集处理模式选择

农村地区人口居住密度低,住宅较为分散,导致污水排放面广而分散,单面面积污水量较小,因此不宜采用传统的城市污水收集及处理模式,应根据当地农村经济水平、自然条件及环境目标等因素,综合分析选择污水收集处理模式[1-2]。根据农村的特点,当前主要有3种污水收集处理模式,分别为集中布置模式、分散布置模式、管网截污模式。其中管网截污模式及集中布置模式较适合在本工程中应用,而分散布置模式即单户或联户净化处理方式,因北京地区农村居住较密集,村内较难有合适的位置放置处理设备;且处理后的尾水仍需大量管线输送至排水地点,因此不适宜在北京地区应用。同时,参考北京地区其他农村污水处理工程的经验[1-3],本工程采用3种污水治理模式:分别为管网截污模式(“镇带村”)、联村集中处理模式及单村集中处理模式。管网截污模式是指距离镇规划污水管线较近的村庄,可考虑铺设污水管线收集全村污水后,接入到附近的市政管网内。卜全民[4]村庄距离市政管网距离不超过5km时,污水接入市政管网投资省、施工周期短;于法稳等[5]调研发现,城镇污水管网延伸的半径5km范围内的村庄污水,依靠重力汇入管网进行集中处理经济性较优;胡明等[6]通过对农村污水治理模式的经济性评价后,建议户间临界距离选用190m,村间临界距离选用4.5km。然而污水收集模式不因仅考虑经济性问题,同时应符合各镇污水管线规划情况及镇污水处理厂处理水量情况,并应考虑地形高差及管线布设线路障碍等问题。因此,本工程将镇污水处理厂收水范围内的村庄及镇规划污水管线1.4km以内的村庄优先考虑利用重力收集污水汇入镇污水管网,共17个村采用该模式收集处理污水。集中布置模式是平原地区的农村污水治理的主要模式,它是将污水通过收集管网输送至污水处理站进行集中处理。按新建污水处理站收集处理的村庄个数,可分为联村集中处理和单村集中处理。为降低工程总体投资,减少后期污水处理场站运维工作量的角度,各村庄优先考虑采用联村集中处理方式,本工程优先考虑将1.4km以内的村庄利用重力收集污水联村建站,考虑将2.4km以内的村庄利用泵站及压力管线收集污水联村建站,同时避免管线穿越铁路、市级公路、高速公路及重要河道等位置,共49个村联村建站集中处理,其余31个村单村集中处理。

3.2污水管网管材

目前,农村污水工程中较常用的管材有承插式钢筋混凝土管、高密度聚乙烯(HDPE)双壁波纹管、硬聚氯乙烯(PVC-U)实壁管、聚乙烯(PE)平壁管、玻璃钢夹砂管等,各管材特点及指标特征如表2所示。以“保证项目整体污水收集率,控制建设投入,减少后期运营维护,降低施工难度”为原则,通过对上述五种管材综合对比,并结合本项目实际特点,确定本工程:主管线系统管材主要埋设与村内各街道以下,选择DN200及以上HDPE双壁波纹管,环刚度≥8kN/m2;接户支管线管材选择DN110PVC-U实壁管,环刚度≥4kN/m2;承插式钢筋混凝土管因刚度较大,在穿越主要道路、桥涵和河流处仍采用该管材;玻璃钢夹砂管及PE平壁管因价格较高,本次设计暂不选用。

3.3污水管网设计管径

污水管网管径选择依据规范设计,村民最高日污水定额取80L/P,污水总变化系数取2.3,管道最大设计充满度依照规范[7]执行。同时,参考其他项目管径设计经验(见表3)。因此,本工程设计1~25户采用DN200管径,26~350户采用DN300管径,大于351户采用DN400管径。管道坡度依照规范选择,DN200管径最小坡度选择0.004,DN300管径最小坡度选择0.002,DN400管径最小坡度选择0.0012。

3.4污水主管线布置

农村污水管网布置应根据村内地形特征、场站位置、道路情况、水系分布、街道宽度及附近建筑物情况等多方面因素,综合分析布设。管线布置应尽量布设于村内公共位置(如道路、绿化地、林地等),减少村民矛盾;同时管线布置应尽量避免或减少穿越河道、县级以上公路等重要节点。本工程根据前期调查,大部分村民现状化粪池位于房屋西南侧位置,且约90%村民建议化粪池原位改造,因此,管网布置应尽量经过村民住宅西南侧,便于后期化粪池接入。管网设计高程与工程造价、施工难度直接相关,同时影响后期运营管道的清理,因此应重点控制管网设计深度。根据顺义区冻土层厚度(0.8m)及各村现状自来水管线情况(埋深0.8~1m),同时考虑为村民接户管接入预留条件,管道起点段管顶覆土不小于1m。管网主管线距离较长时,会因管道坡度导致管网末端埋深较深,可采用增加管径的方式,降低管道坡度,从而减少管网末端埋深。本工程管网布置采用“以重力流为主和压力流相结合的输送方式”,设计尽量以较短的管线和较小的管道埋深实现污水收集,采用重力流,合理设置加压泵井。本工程设计在以下条件时,可在合适位置增加提升泵站:①管网埋设深度≥4m采用顶管施工,在顶管施工因街道狭窄(宽度<5m)无法施工或顶管深度超过5m施工困难时;②局部区域较低,正常接入会增加全线管道埋深;③部分管段布设于湿流沙地段,且大段管道埋深大于2.5m时。

4接户支管线系统

接户支管线系统主要为收集各农户生活污水,主要包括接户管、化粪池等内容的施工及安装。农村各户接户支管布置方式受建筑位置、地形情况、村民要求等问题的影响,本工程对接户支管线的布置进行设计如下:(1)厨房、洗浴、洗衣等污水应直接接入主管网内,厕所污水需先接入化粪池后再接入主管网内。(2)房屋雨水及雨污合流水不能接入管网内。(3)接户支管线因管径较小且直接接入村民厕所污水,为防止后期堵塞等问题,需接户支管线保证最小坡度为0.008,且尽量减少弯头的使用。(4)各接户管线及化粪池同样应埋设于冻土层以下,保证0.8m及以上的埋深,针对部分无法保证埋深的情况,应采取保温措施。4.1接户支管线施工边界确定根据现场调研,部分农村居民化粪池位于院内(如图2所示),若想在原位改造化粪池且接入至污水主管网内,需入户施工。通过分析对比接户管入户施工与不入户施工优缺点(如表4所示),入户施工阻力较大,实施较为困难,确定本工程以各户建筑围墙为界,不进行户内施工及改造,户内部分由村民自行施工并将污水管线接出围墙外。4.2化粪池设计为避免污水管网发生堵塞并有效减低污水处理站进水负荷,每户均需设置化粪池。化粪池采用一户一座方式设置,该方式可减少邻里矛盾,方便工程实施[8]。化粪池容积选择参考化粪池选型的相关规定,设计化粪池使用人口5人,污水在化粪池停留时间12h,并取清掏周期为1年,计算出化粪池容积应为0.51m3。化粪池选择较大时,理论上可使清掏周期变长,降低清掏运营成本,但实际上会使粪便在化粪池中过分发酵,使后端污水处理设施进水可生化性降低,因此,本工程选取1m3容积的化粪池。

5结论

(1)顺义农村污水治理工程(东部片区)包含5个镇97个村污水治理,应完善主管线收集系统及接户管线系统,全方面收集各农户的污水。(2)本工程采用3种污水治理模式,其中17个村采用管网截污模式,49个村采用联村集中处理模式,31个村采用单村集中处理模式。(3)本工程污水主管线系统,采用DN200~DN400HDPE双壁波纹管,接户支管线采用DN110PVC-U实壁管,在穿越道路、河道处采用承插口钢筋混凝土管;主管线布置以重力流为主,可在合理情况下增设提升泵站。(4)本工程接户支管系统,为后期运维角度考虑,选取1m3容积的化粪池;为施工实施角度考虑,以各户建筑围墙为界,不进行户内施工及改造。、管道参数及布置方式等内容,同时开展了对接户支管线系统的布置方案、施工边界等问题的探讨。

作者:杨敬亭 韩亚超 王刚 单位:北京水汇生态环境治理有限公司 北京首创生态环保集团股份有限公司 泛华建设集团有限公司