城镇污水处理厂集水池容积计算

孙志华，李俊峰，刘生宝，徐 凤，吴心蓉

（石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003）

城镇污水处理厂集水池容积计算

孙志华，李俊峰，刘生宝，徐 凤，吴心蓉

（石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832003）

结合GB 50014—2006《室外排水设计规范》分析集水池容积计算过程，明确了集水池容积与水泵机组自动控制之间的关系及水泵选型过程，最后结合实例给出集水池容积经验法计算依据，为工程快速计算提供理论依据。

集水池；容积；计算

1 概述

集水池作为污水厂一个重要的组成部分，其作用是汇集、储存和均衡废水的水质水量。科学合理地设计集水池尺寸关系到泵站的工程造价和建成后运行管理的科学性。集水池容积直接影响工程投资，但在相关教程和工程资料中并未给出详细计算过程。

集水池在实际工程中一般按远期水量计算，按污水厂近期规模布置水泵，并预留远期污水泵接口和基座，且流入集水池的污水和雨水均应通过格栅。

2 设计水位

集水池内设计水位的波动范围，既要与管道充满度设计相结合，又要考虑水泵运行安全，保证一定的最低水位。GB 50014—2006《室外排水设计规范》对集水池的设计水位做出如下规定:①雨水泵站和合流污水泵站集水池的设计最高水位，应与进水管管顶相平。当设计进水管道为压力管时，集水池的设计最高水位可高于进水管管顶，但不得使管道上游地面冒水。②污水泵站集水池的设计最高水位，应按进水管充满度计算。③集水池的设计最低水位，应满足所选水泵吸水头的要求；自灌式泵房尚应满足水泵叶轮浸没深度的要求。④格栅与集水池间通过管道连接时，集水池进水管管底与格栅底边的落差不得小于0．5m，以防止淤积的杂物影响过水断面。

3 容积计算

为了保证泵组正常运行，集水池须有适当的有效容积，集水池设计最高水位与设计最低水位之间的容积称为有效容积。同时规定:①污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵5min的出水量（注:如水泵机组为自动控制时，每小时开动水泵不得超过6次）；②雨水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵30s的出水量；③合流污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵30s的出水量。

现行污水泵站集水池内的水泵机组基本均实现自动化控制，所以进行集水池容积计算时，第一条规定的注释至关重要，明确了集水池容积与并联水泵工状存在直接关系。

4 实例解析

某城市排水体制采用分流制，污水厂近期设计规模2×104m3/d，远期设计规模为4×104m3/d。

4.1 分析

依据规范，集水池容积计算与水泵的参数存在关联，且应考虑水泵近、远期的衔接。

集水池容积按远期水量计算，按近期需求布设水泵，并又预留远期污水泵接口或基座。

按远期平均日平均时流量Q=0．463m3/s，按GB50014—2006《室外排水设计规范》插值求得远期综合变化系数Kz=1．412，则远期最大设计流量Qmax=0．654m3/s。

最大设计流量与平均日平均时流量差值Qz=Qmax-Q=0．654-0．463=0．191m3/s，而Q/Qz=0．463/0．191=2．42，可知选取工作水泵台数应在2～3台，在此采用3台同型号水泵并联（2用1备）。

正常日时2台水泵并联工作，即:

1．9X1=Q=0．463m3/s→单台水泵流量X1=243．68L/s

最大流量时3台水泵并联工作，即:

2．51X2=Qmax=0．654m3/s→单台水泵流量X2=260．56L/s

所以，水泵选型流量满足260．56m3/s（扬程按实际计算取值）。

根据流量和扬程参数，查得某潜污泵参数:电机功率90kW；安装水位深度0．95m。

4.2 集水池容积

4.2.1 容积计算

集水池内设液位开关 （（设HH、H、L、LL为液位控制点，分别表示超高液位、高液位、低液位、超低液位，其中HH液位点与进水管道充满度一致，LL液位点与水泵安装水位一致，H、L液位点为水泵启停控制点），采用3台潜污水泵联合自动控制 （设计2用1备，最不利情况时备用泵参与工作），每小时开动水泵不得超过6次。当液位达到HH时，3台水泵同时工作；当液位在H和L之间时，2台水泵同时工作；当液位在L和LL之间时，1台水泵工作；当液位到LL时，水泵均停止工作（如图1）。

图1 水泵工作与液位控制图

集水池容积在LL-L段，L-H段，H-HH段时的计算依据应是水泵出水与管道进水之差值，由于水泵出水量可以定量计算，而管道进水量是变化的，为了便于理解与计算过程，按理想状态考虑，即:LL-L段，L-H段，H-HH段的充满值按瞬时考虑，且充满后停止进水。而计算后的集水池容积在实际中应加以修正。

4.2.1.1 HH-H间容积V4

当液位由HH降到H时，3台水泵工作变为2台水泵工作，此时耗时当液位由H升到HH时，2台水泵工作变为3台水泵工作，此时耗时T42=（T42为最大设计流量时充满V4时间，实际会大于此值）；按规范规定每小时开动水泵不得超过6次，即T41+T42=10min，解得V4=76．75m3。

4.2.1.2 H-L间容积V3

当液位由H降到L时，2台水泵工作变为1台水泵工作，此时耗时；当液位由L升到H时，1台水泵工作变为2台水泵工作，此时耗时（T32为最大设计流量时充满V3时间，实际会大于此值）；按规范规定每小时开动水泵不得超过6次，即T31+T32=10min，解得V3=131．43m3。

4.2.1.3 L-LL间容积V2

当液位由L降到LL时，1台水泵工作变为0台水泵工作，此时耗时；当液位由LL升到L时，0台水泵工作变为1台水泵工作，此时耗时（T22为最大设计流量时充满V2时间，实际会大于此值）；按规范规定每小时开动水泵不得超过6次，即T21+T22=10min，解得V2=111．94m3。

依据3段容积之和即为集水池液位变化容积，计320．12m3，根据水泵的安装尺寸布置设计集水池的平面尺寸8m×12m，则变化水位深度为3．33m。

4.2.1.4 LL-池底间容积V1

LL液位应满足所选水泵吸水头的要求；潜污泵泵体不得露出水面。 算得V1=A×h1=8m×12m×0．45m=43．2m3（A为集水池的平面面积，h1为LL-池底间距离，查得水泵安装水深0．95m，其中集水池中集水坑或槽深度按0．5m取值，即LL-池底间容积水深为0．45m）。

集水池容积V=V1+V2+V3+V4=363．32m3

计算所得集水池的尺寸为8m×12m×3．78m （水深）

4.2.2 近期集水池容积校核

近期平均日平均时流量Q′=0．2315m3/s，插值求得近期综合变化系数Kz=1．49，则近期最大设计流量Qmax′=0．345m3/s。

由Qmax′/X2=0．345/0．261=1．32，可知近期选取与远期同型号工作水泵台数应在1～2台，在此近期安装2台与远期同型号水泵并联（1用1备）。

污水泵站集水池的容积，不应小于最大一台水泵5min的出水量。

因此，V′=X2×5×60=260．56L/s×5min×60s/min=78168L=78．17m3＜V，满足要求。

4.2.3 集水池尺寸与水泵布置

近期设计规模2×104m3/d，远期设计规模4×104m3/d。

计算远期选取3台同型号水泵（2用1备），近期按2台同型号水泵安装（1用1备）。

集水池的平面尺寸应按实际水泵规格和预留水泵基座、布局规划取值调整。

在进行集水池设计时应按流量计算管径，并在集水池修建时预埋相应管道，远期时校对水泵选型与预留管道衔接即可。

5 结语

按GB 50014—2006《室外排水设计规范》相关规定分析集水池的计算依据，其计算过程繁琐且难理解。按上述集水池容积可推得其远期水力停留时间约13．1min。因计算过程未考虑进水量的影响，所以此计算值偏大，实际可按计算结果的60%～80%取值。

在实际工程中多数按水力停留时间的经验法进行容积计算，如按远期水量在集水池的水力停留时间8～10min进行快速计算。

［1］GB50014—2006，室外排水设计规范［S］．

［2］陆耀庆．实用供热空调设计手册［K］．北京:中国建筑工业出版社，1993．

Calculation about collecting tank volume in WWTP

SUN Zhi-hua,LI Jun-feng,LIU Sheng-bao,XU Feng,WU Xin-rong
（College of Water Conservancy&Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832003,China）

Writer give the calculation process about collecting tank volume in WWTP by Code for Design of Outdoor Water Supply Engineering （GB 50014—2006）， give a clear relationship between the collecting tank volume and water pump unit that is controlled automatically，and give a process of selecting pump model．In the end， summed up the collecting tank volume calculation method on the basis of examples of calculation，which provides the basis of rapid calculation for engineering．

collecting tank； volume； calculation

X703

B

1672-9900（2015）05-0079-03

2015-06-26

“十二五”国家科技支撑计划项目（2013BAJ03B02）；国家自然基金（51109135）；石河子大学《青年骨干教师培养计划》（3152SJXY02042）

孙志华（1982-），男（汉族），山东威海人，硕士，主要从事给水排水工程与环境卫生工程工作，（Tel）15299949950。