一体化预制泵站在小区污水泵站迁建工程中的应用研究

汤庆丰

(上海市青浦区排水管理所，上海 201201)



· 治理技术 ·

一体化预制泵站在小区污水泵站迁建工程中的应用研究

汤庆丰

(上海市青浦区排水管理所，上海 201201)

为提高污水泵站的社会效益、环境效益和经济技术效益，以上海某小区排水泵站迁建工程为研究背景，以一体化预制泵站和传统混凝土泵站为主要设计方案，从社会效益、环境效益、经济技术效益和运行维护特点等方面对上述两种方案进行对比分析，指出一体化预制泵站可作为该小区原传统混凝土污水提升泵站的替代泵站。并以此案例指出，一体化预制泵站相比传统混凝土泵站，在占地面积、施工周期、高科技含量和资源可回收性等方面具有明显优势，适合人口流动量大、建设速度较快，且科技、社会与经济发展水平较高的城市，尤其是土地资源高度紧缺而市政规划变动较快的地区；但同时也指出一体化预制泵站在地下水位较高地区，相比传统混凝土泵站依然具有较大的应用风险，不推荐其提升可产生较高浓度危险气体或含有较高悬浮固体物(含砂砾)的污废水，但可作为临时性和应急性泵站的常备方案。

污水泵站；一体化预制泵站；小规模；临时性；迁建

1 引 言

污水泵站通过轴流泵或混流泵为污水提供势能和压能，是解决无自流条件下排污的主要自动化提升方法。传统钢筋混凝土泵站一般占地面积较大，包括泵房格栅间、出水井和附属用房，其中泵房格栅间和出水井为全地下结构，泵房格栅间深约十几米；附属用房包括变配电室、值班室和管理用房等，是地面以上的建筑物；站区布置应满足防火安全、卫生防护和环境绿化等要求，泵房附近和职工生活区宜列为绿化重点地段。泵站在运行期间应与居民生活区或主要活动区保持一定距离，降低噪音和臭气等对周围居民区的影响。然而，实际建设中，很多泵站建设方案无法同时满足社会、经济和环境效益，特别对高地价地区的小区，其中的污水提升泵站在设计中受制于过少的土地面积供应，在施工中受制于过短的建设周期，往往无法满足《泵站设计规范》(GB/T 50265-2010)的一般规定[1]。此外，小区改造后，若污水泵站经评估无法改造或无法继续得到利用，则需要废弃，报废过程既浪费资源，又污染环境，且需要支付可观成本，容易带来负面的社会影响，再加上新建泵站需要重新选址、设计方案、建设、评估、运行和维护，又需要支付额外成本和时间，影响环境美观和居民日常生活。这种重复建设的工程现象，有损国家利益和规划部门的社会形象。为此，为提高污水泵站的社会效益、环境效益和经济技术效益，需要寻找一种更为灵活的泵站设计方案，而预制泵站适合我国国情需要，既满足市区小型污水泵站需要不断迁建的要求，也符合我国集约型经济建设和节能降耗的政策导向。

一体化预制泵站(预制泵站)在欧洲的使用时间达50多年，且占泵站总数比例达70%。2010年，中国开始引进预制泵站。该泵站在我国属于新型泵站设计技术，目前仅在部分大城市得到应用，如大连、济南、银川、天津、唐山和上海等。预制泵站适用于位于高处或重力排水无法实现之处的输水管线的清水、雨水、灰水和污水的输送。预制泵站内，单个集水箱的容积可达500L，潜水泵的最大提升高度介于7.2～25 m，最大输送流量介于220～1 400 L/min，且针对有悬浮固体或纤维物质的污水，设有带漩涡式叶轮或研磨装置类型和带通道或双通道的叶轮类型。在我国，预制泵站主要应用于管网雨水或污水的收集和泵送，多为中小型泵站[2～4]，可解决城市中小型排涝泵站等快速建设难题[5]。目前预制泵站单个泵站筒井直径最大为4 m，由于交通等条件的限制，筒体内空间有限，多安装流量不大于1.0m3/s 的潜水泵(见表1)[6～8]。

2 预制泵站简介

预制泵站由顶盖、筒体、底座、潜水泵、服务平台和管道等部分组成，其成品外观见图1[9]。预制泵站是一种集成地埋式预制泵，可完全根据实际工程需求精确预制和组合应用。

表1 国内部分预制泵站一览表Tab.1 Parts of integrated prefabricated pumping stations in China

图1 预制泵站成品外观Fig.1 The outside view of assembled integrated prefabricated pumping stations

图2 预制泵站内部结构示意Fig.2 Schematic diagram of internal structure of integrated prefabricated pumping station

预制泵站内部结构图见图2。预制泵站机电设备主要包括水泵及其辅助设备、拦污清污设备和压力管道、阀类设备和控制系统等。泵站内宜设置服务平台。服务平台宜采用铝合金或玻璃钢材料制成。控制装置可实现泵站液位自动控制运行。

预制泵站一般配备简易的提篮格栅，也可根据实际需求配备粉碎型格栅。性能优良的粉碎型格栅能将各类水下垃圾粉碎成6～12 mm的小颗粒。粉碎后产生的垃圾颗粒，能随着水流顺利被泵抽取提升，不会堵塞泵，从而降低配备专人定时清理的运行管理成本和设备故障风险。粉碎型格栅可与预制泵站合建或分建，按照安装环境不同，可分为管道式、渠道式和传送式等系列。其中管道式粉碎型格栅用于管网安装；渠道式用于污水或雨水渠道以及预制泵站安装(见图3[8])；传送式应用于渠道，可将破碎后的水下垃圾颗粒集中提升到地面集中处理。

图3 预制泵站筒内设置粉碎型格栅Fig.3 The integrated prefabricated pumping station and the crushing grid

预制泵站施工包括施工准备、泵坑开挖、混凝土底板安装、泵站吊装、泵坑回填与压实，以及程序调试等。预制泵站安装现场图见图4[1]。预制泵站安装完成后现场图见图5。

图4 预制泵站安装现场Fig.4 The installation of integrated prefabricated pumping station

图5 预制泵站安装后现场Fig.5 The installed integrated prefabricated pumping station

3 污水泵站案例

3.1 项目背景

现状小区污水泵站位于上海某居民小区内中学操场旁(见图6)。小区生活污水经泵站提升后，向西排入市政道路下的Φ1000污水管。泵站前污水管管径为Φ450～Φ800，站后为Φ450混凝土管。现状泵站呈矩形，规模5 600m3/d，平面尺寸约为24m×28m，面积约650m2，站内配置干式泵3台，2用1备，规格为：流量202m3/h，功率7.5kW，扬程7～9m。泵站设置人工定期清理的格栅。现状泵站既影响学校环境，也威胁学生安全，同时影响学校操场面积的扩大，迫切需要迁移。

图6 工程平面设计示意

3.2 工程总体方案

工程总体方案为：在操场西南角新建一座污水泵站，将原有污水总管截流至新泵站，新泵站出水向东接入操场西南角外街坊道路上的现状Φ450污水管道；泵站设计规模不变，仍维持为5 600m3/d，配置3台泵，额定流量202 m3/h，2用1备，泵站提升能力维持在9 696 m3/d。

3.3 泵站方案比选

本工程泵站规模为5 600 m3/d，总体方案要求泵站提升能力不低于9 696 m3/d，上述流量都在预制泵站应用上限规模4 3200 m3/d内，故本方案可采用现浇式或购置预制板式的传统钢筋混凝土结构泵站，也可选择预制泵站。据格兰富公司报告，格兰富在中国市场已有超过250个预制泵站正在安全、稳定且高效地运行[9]。与国内其他预制泵站供应商相比，格兰富的预制泵站在预制泵站技术储备、建设安装经验以及市场占有率上，都具有较大优势，故也相应成为本项目预制泵站的主要制作商和供货商。

3.4 社会效益分析

预制泵站相比传统钢筋混凝土泵站，其社会效益分析见表2。预制泵站系统集成度高，占地面积小。混凝土泵站需要各设备制作商和土建方的相互配合，系统集成度低，占地面积大。预制好的一体化设备便于运输吊装，只要完成基坑开挖、预制好泵站底板，一周内即可完成安装。施工量小，安装工期短。传统混凝土泵站为钢砼结构，泵站底板、池壁、顶板分步施工，浇注和养护需要2～3个月工期。现场施工相比产品工厂化生产精度差。预制泵站采用玻璃钢材质，质轻而硬，不导电，性能稳定，机械强度高，有较强的抗化学腐蚀能力。混凝土为多孔材料，可与土壤中的气体和酸性物质发生反应，易受污水和土壤水分腐蚀，在防腐防渗工作欠缺或欠佳情况下，容易泄漏污水和破坏结构承重效果。上海地下水位常年居高，容易造成地下钢筋混凝土结构的腐蚀；且上海人口流动较大，容易影响传统钢筋混凝土泵站的稳定运行，最终导致排水系统规划设计的易变性，影响钢筋混凝土泵站以及附属管线管件这类国有资产的流失。预制泵站可广泛安装于室外、绿化带、道路等场所。尤其在施工作业面小、人口密度大、建筑集中的地方更有优势。传统混凝土泵站要求有开阔的施工空间，若在道路和居民住宅区施工要充分考虑交通和拆迁等问题。预制泵站的大部分资源可回收利用，拆装方便。传统混凝土泵站大部分资源无法回收或回收较困难，且钢筋混凝土材料需要特殊爆破手续，危险度较大。因此，预制泵站在该项目中具有较好的社会效益。

表2 预制泵站与钢筋混凝土泵站社会效益分析Tab.2 Analysis on the social benefit between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

3.5 环境效益分析

预制泵站与传统钢筋混凝土泵站的环境效益分析见表3。预制泵站主要挖坑埋筒体，大部分设备在下坑之前都已经安装调试完备，周期短，相对传统混凝土泵站，对环境产生的噪音，以及施工过程中材料、设备和垃圾堆放对环境的破坏性较小。传统钢筋混凝土泵站中的现浇泵站，在施工中对环境产生的噪音绝对量和破坏性相对最大。且预制泵站筒体材料抗渗性好，可抑制污水向土壤环境渗漏。预制泵站体积小巧，设备占据主要空间，为此，降低了集水池体积，故臭气也随污水驻留量的降低也减少。预制泵站的筒体表面积小，缝隙小，臭气扩散到外界环境的速率也相对较小。

表3 预制泵站与传统钢筋混凝土泵站的环境效益分析Tab.3 Analysis on environmental benefit between the integrated prefabricated pumping station

3.6 经济技术效益分析

预制泵站与传统钢筋混凝土泵站的经济技术效益分析见表4。预制泵站占地面积小，因而在场地平整过程中需要迁移的植被、建筑等少，影响的地下管材和涉及的部分也少。由于预制泵站一体化程度较高，一旦泵站中出现设备损失或零件磨损，更换较困难，不及传统泵站安全快捷。但对于处于高速建设发展中的城市而言，泵站频繁迁址、扩建会增加建设成本、浪费资源和污染环境，而预制泵站对零部件的可靠性要求较高，对技术的依赖性极强，对于没有拥有该泵站技术中主要技术专利的国家而言，普及该泵站的应用会产生高昂的技术专利费，不利于资源的优化配置。预制泵站在工厂组装和预制，责任方为工厂一家，各部件之间高度匹配，确保泵站系统在正常工况下有较高的工作效率。传统混凝土泵站是不同品牌的不同部件组装在一起，匹配程度较差，不总满足泵站最优的水力条件。由于预制泵站可整体移动，降低了传统泵站的报废和资源回收成本。传统混凝土泵站构造复杂，投资成本相对较高。预制泵站由于结构紧凑，投资成本相对较低。

表4 预制泵站与传统钢筋混凝土泵站的经济技术效益分析Tab.4 Analysis on the economic-technology benefit between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

图7 预制泵站与混凝土泵站造价对比Fig.7 Cost comparison of the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

图7显示了预制泵站与混凝土泵站的部分成本分布情况。其中土建工程不计土地占用费。普通混凝土的土建成本、安装工程成本、设备购置成本和总成本分别为627.4万元、36.8万元、459.4万元和1 123.6万元，而预制泵站的土建成本、安装工程成本、设备购置成本和总成本分别为33.5万元、28.5万元、805万元和867万元。混凝土泵站在设

备购置和安装成本上大大低于混凝土泵站，但土建费用、安装工程都远远高于预制泵站，进而总体成本相比预制泵站较高。因此，在泵站规模较小时，通过将泵站设备化，可节约大量土建费用，而增加的设备费用小于节约的土建费用，因此，在较小规模时，采用预制泵站经济较优。若考虑土地成本，则采用传统泵站需要650 m2土地，但采用预制泵站后只需10 m2土地。则采用预制泵站可以节约原泵站640 m2土地，按市场售价2万/m2计算，可节约土地费用1 280万元。因此，就上海高地价这一特点，采用预制泵站方案后，仅节约的土地费用，就能再投资建设一个同样规模的预制泵站。

3.7 运行维护特点

由于预制泵站对设备高度集成，且自动化水平较高，造成其与传统混凝土泵站在运行维护上具有诸多差异，见表5。预制泵站管理相对方便，维修次数相对较少，但很多设备及其附件的选用和更换周期由设备制造商决定，技术垄断程度高，市场可选择性较小，管理相对被动。预制泵站由于集水池容积较小，泵的开启次数常常大于设计次数，有的得泵站甚至超过15次/h。相对传统泵站，预制泵站对泵的质量要求极高，且维修成本也相对较高。

表5 预制泵站与传统钢筋混凝土泵站在运行维护方面的部分差异Tab.5 Some differences about operating and maintaining between the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

3.8 综合评价

该项目中，预制泵站与传统混凝土泵站之间存在明显的社会效益、经济技术效益和环境效益差异。总结二者主要差异，得表6。预制泵站的运行维护不同于传统混凝土泵站，大大提高对先进设备和技术的依赖性，但尚未达到可以完全取代传统混凝土泵站的地步。但从另一个角度分析知，预制泵站比传统混凝土泵站更好解决了本项目所面临的社会压力，既解决了污水提升的基本需求，也提高了本泵站的自动化水平和技术含量，符合科学技术发展趋势，同时其小巧灵活的设计也提高了土地利用价值，符合当今社会发展需要。

表6 预制泵站与传统混凝土泵站的综合评价表Tab.6 Comprehensive evaluation table of the integrated prefabricated pumping station and conventional pumping station

4 结论及建议

以上海某小区污水泵站迁建工程为例，指出预制泵站在高速建设地区，相对传统混凝土泵站，建设费用偏少，建设周期偏短，对周边环境的影响较少，占地面积大幅度减小；新材料和新技术含量增加，设备的集成度与复杂度偏高，自动化水平大幅度提高，泵站管理与维护更加简单和便利。目前该技术在我国其他污水泵站项目中都有应用，泵站供货方也拥有较为完善的售后技术服务体系，因而可以作为本项目最终方案。同时也为其他类似项目在方案选择上提供参考。

然而，预制泵站在我国排水泵站项目中，主要应用于雨水泵站，在生活污水排水系统中应用经验不足。且根据预制泵站自身特点知，预制泵站规模受单个泵井尺寸的限制，应用规模有限。根据国内已有雨水预制泵站建设经验知，在地质条件较差区域，基坑支护方案费用较多。而有关预制泵站在运行维护上遇到的问题和管理运行成本鲜有报告。但根据其设计特点知，人工维修泵站内部设施具有较高风险；此外，泵内设备质量缺乏第三方检测报告，泵站技术集成度高，运行过程中一旦遇到设备故障等，容易受设备制造商钳制。为此，将预制泵站作为与传统泵站等同地位的长久工程，有待进一步实践检验。但对于部分规划变化较快的地区，推荐预制泵站为临时泵站或应急泵站的常备方案。

[1] GB/T 50265-2010,中国人民共和国水利部. 泵站设计规范[S].

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Study on the Application of Integrated Prefabricated Pumping Station in the Sewage Pumping Station Relocation Project

TANG Qing-feng

(DrainageManagementInstituteforShanghaiQingpuDistrict,Shanghai201201,China)

In order to raise the social, environmental, and economic-technological benefits of sewage pumping stations, this paper studied the relocation project of a sewage pumping station in a residential village at Pudong District, Shanghai, China. The integrated prefabricated pumping station (IPPS) and traditional pumping station (TPS) were compared from benefits of the society, environment, and economic-technology as well as the operating maintenance characteristics. Pointed out that IPPS could be used instead of the TPS. And a conclusion could be drawn from above that IPPS had significant advantages over TPS from land demand, construction period, high-tech content and the possibility of resource recycling. It is suitable for cities with a large mobile population, fast urban construction, and have higher developing level of technology, economy and society, especially for the areas with extremely precious land supply and mutable city planning. However, this paper also pointed out that in the areas with high ground water level, the IPPS had higher application risk compared to TPS. It is not recommended to pump wastewater or sewage water which may produce concentrated harmful gases or suspended solids (including sand and gravel). It can be used as temporary or emergency pumping station.

Sewage pumping station; integrated prefabricated pumping station; small-scale; temporality; relocation

2016-01-17

汤庆丰(1982-)，男，上海人，2005年毕业于同济大学环境工程专业，工程师。

X703.1

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1001-3644(2016)03-0094-07