给排水科学与工程.ppt

城市给水排水工程,供排水现状管理,地表水水源水利部门地下水水源地矿局水源水质环保局城市自来水厂建委、城市公用事业局或建委与爱委会城市排水城市公用事业局排水处,给水工程,给水现状,全国663个设市城市都建有供水设施，供水能力达到2.18亿m3/d，是1949年的91倍；城市用水人口发展到2.03亿人，是1949年的20倍，自来水普及率达到96.7%，全国城市人均用水量从1952年的38L/人.d发展到220L/人.d。2005年，全国城市供水普及率将达到98.5%，新增城市供水能力4500万m3/d,给水工程,取水工程,净水工程,输配水工程,给水工程,建设部提出,提高供水水质提高供水安全度降低电耗降低药耗降低漏水率,给水工程,用户对供水的要求,水量水质水压,给水工程,对水量的要求,居民：维持生命2.5L/人.d由气候、生活习惯、给排水设施完善程度分三大区制定了综合用水标准（GB50282-98城市给水工程规划设计规范)工业：用水定额消防：13处23h失火用水量,给水工程,对水质的要求,居民：满足生活饮用水水质标准工业：按工艺要求决定消防：基本无要求,给水工程,饮用水水质标准GB5749-85,感官性指标:色度、浊度NTU等细菌学指标：大肠杆菌、细菌菌群有毒有害物质指标：汞、砷、铬、放射性物质等WHO135项（其中96项有指导值）日本59项、欧共体66项、美国83项,给水工程,对水压的要求,居民：满足最不利点出流水头的要求工业：满足工艺对水压的要求消防：低压网消火栓10mH2O高压网满足直接灭火的水压要求,给水工程,给水系统的设计依据是最高日用水量城市最高日用水量包括：居住区居民最高日生活用水量Q1、全市性公共建筑生活用水量Q2、工业企业职工生活用水量Q3、工业企业职工日淋浴用水量Q4、工业企业生产用水量Q5、市政用水量Q6及未预见水量（一般以Q1Q6总和的10%20%考虑）,给水工程,给水系统的设计依据是最高日用水量,给水工程,最高日平均时流量，取水与水厂设计流量,最高日最高时流量，管网设计流量,二泵站分级供水流量,水源,地表水和地下水水源满足饮用水水源卫生标准满足规划期内供水水量要求满足保证率为97的最高日平均时用水量关于微污染水水源,给水工程,水源保护,合理开发利用、加强水源管理进行流域面积内的水土保持工作地表水取水口上游1000m至下游100m的水域内不得排入工业废水和生活污水；取用地下水时，在单井或井群的影响半径范围内，不得使用工业废水或生活污水灌溉和施用持久性或剧毒的农药，不得修建渗水厕所、渗水坑、堆放废渣或铺设污水渠道，不得从事破坏深层土层的活动。,给水工程,微污染水源水CODCr3mg/L时，不宜采用预氯化，一般控制TOC15NTU加凝聚剂加氯氨滇池水配水井气浮池气水反冲滤池清水池吸水井泵房管网,给水工程,瑞士苏黎士的Lengg水厂源水浊度0.4NTU,沉淀池平流沉淀池国外停留时间一般为24小时，我国停留时间多为12小时。选择较长的停留时间可以节约药剂，提高沉淀后的水质，并有足够的调节余地，抗冲击负荷能力较强,斜管沉淀池斜管上升流速我国多选用2.5mms3.0mms，国外多选用2.0mms以下。另外，由于水在斜管沉淀池内停留时间一般约20分钟至30分钟，在斜管内停留时间仅56分钟，由于停留时间短，使斜管沉淀池运行管理要求提高，我国在管理水平上有差距。澄清池:趋向于在大型水厂采用。,给水工程,过滤和反冲洗,滤料的品种和级配改进：大粒径、大厚度。粒径我国一般0.45mm1.1mm，国外1.0mm1.4mm，厚1.1m；美国洛杉矶水厂1.5mm2.2mm单层无烟煤1.83m辅助冲洗的普遍应用：反冲洗由水反冲气冲水反冲气冲水反冲水表扫自用水量的降低：采用不膨胀冲洗膜过滤的应用,给水工程,消毒工艺,氯气Cl2消毒二氧化氯ClO2臭氧O3消毒氯氨消毒,给水工程,清水池,调节一级泵站与二级泵站之间的供水差额，减小水厂设计规模储存消防水量储存厂自用水水量,给水工程,给水工程,一泵站供水线,二泵站供水线,配水管网,管网布置形式：一般指配水干管的布置有树状网、环状网以及树状与环状相结合的管网,给水工程,树状网,给水工程,树状网供水可靠性较差，在管网末端，水质容易变坏，但投资最省，一般适用于小城镇和小型工矿企业。,给水工程,环状网,给水工程,环状网供水可靠性较高可大大减轻因水锤作用产生的危害但造价明显比树状网要高适用于城镇中心地区和用水可靠性较高的工矿企业,给水工程,管网上的附件,阀门：干管上每600800m设排气阀：管道高处泄水阀：检修放空消火栓：不大于120m设一个,给水工程,6、管网的技术管理,管网技术资料检漏管网水压和流量测定水管防腐蚀刮管涂料维持管网水质调度管理,给水工程,分区检漏,给水工程,管网等压线图,给水工程,管网技术资料,给水管网平面图管线图管线过河、过铁路、公路的构造详图竣工记录和竣工图,给水工程,水管防腐蚀,采用非金属管材，如预应力或自应力钢筋混凝土管、石棉水泥管、塑料管等在金属管表面上涂油漆、水泥砂浆、沥青等，以防止金属和水相接触而产生腐蚀阴极保护,如使用消耗性的阳极材料，如铝、镁、锌等,刮管涂料,提高流速清垢：松软的积垢气压脉冲法：松软的积垢刮管法：坚硬的积垢须用刮管法清除。刮管器刮管适用于刮除小直径水管内的积垢。旋转法刮管适用于大直径水管清管器：清管器用聚氨脂泡沫制成，其外表面有高强度材料的螺纹，外形如炮弹，外径比管道直径稍小，由水力驱动，大小管径均可适用酸洗法,维持管网水质,定期放去管网中的部分“死水”；常期未用的管线或管线尽端，在恢复使用时必须冲洗干净；管线延伸过长时，应在管网中途加氯；定期清管、刮管和衬涂水管内壁，以保证管线输水能力不致下降；无论在新敷管线竣工后，或旧管线检修后均应冲洗消毒。,水厂运营管理,（1）国外的水厂已基本实现了建立完整的水质在线连续监测系统（2）应用计算机进行运营的监控和管理,水质监测,原水、出厂水水质全分析按国家规定对饮用水卫生标准的各项指标进行全面检测地下水1次/半年地表水：1次/季度；1次/半年或委托当地水厂或卫生防疫站进行,给水工程,原水、出厂水水质简分析,色度、浊度、臭、味、肉眼可见物、pH、铁、锰、细菌总数、大肠菌、氨氮、游离性余氯、亚硝酸氮、氯化物、耗氧量、总硬度共15项地下水1次/月其中细菌总数、大肠菌、游离性余氯1次/日,给水工程,原水、出厂水水质简分析,地表水1次/日出厂水余氯、浊度、pH由生产班组负责1次/h管网水水质（余氯）、细菌总数、大肠菌群、浊度四项1次/周,给水工程,水质检验方法,生活饮用水标准检验法GB5750-85水质化验人员必须经专业培训，掌握化验基本知识，经考试合格方可做化验工作,给水工程,报告制度,生产班组每日将余氯、浊度、pH值的检验结果报告厂部水质管理人员或水质化验室（员）。水厂化验室（员）将原水和出厂水水质简分析结果和考核指标按月汇总报告厂部主管领导，迂有紧急情况，要及时汇报、同时采取相应措施，迅速解决。,给水工程,水厂综合报表,给水工程,排水工程,目录,排水系统的分类排水体制旧城区排水体制的改造城市污水厂简介,排水工程,污水处理现状,1949年全国只有4座污水处理厂，总计日处理能力4万m3，且多为一级处理。到2000年底，全国已有310个城市建立了污水处理设施，建设污水处理厂417座，污水处理能力3110万m3/d，污水处理率达到34.2%。,排水工程,我国平均668万人拥有一座污水处理厂，而美国每万人拥有一座污水处理厂，瑞典每五千人就有一座污水处理厂。5年内所有设市城市都要建设污水处理设施，处理规模将达到4000-5000万m3/d，污水处理率将达到45%。,排水工程,按照来源不同,污水可分为:生活污水、工业废水降水,污水分类,排水工程,返回到自然水体、土壤、大气；经过人工处理，使其再生成为一种资源回到生产过程；采取隔离措施。,污水的最终处置,排水工程,对生活污水、工业污废水进行处理处理后的污水检测主要指标：SS、CODcr、BOD5、NH3-N、TP、重金属等,排水工程,污水综合排放标准,一、排水系统的主要组成部分,1、城市污水排水系统2、工业废水排水系统3、雨水排水系统,排水工程,1、城市污水排水系统的主要组成部分,(1)室内污水管道系统和设备；(2)室外污水管道系统；(3)污水泵站及压力管道；(4)污水处理与利用构筑物；(5)排入水体的出水口。,排水工程,2、雨水排水系统的主要组成部分,(1)房屋的雨水管道系统和设备；(2)街坊或厂区雨水管渠系统；(3)街道雨水管渠系统；(4)排洪沟；(5)出水口。,排水工程,二、排水系统的体制及选择,不同污水的不同排除方式所形成的排水系统，称做排水系统的体制（简称排水体制）。排水体制一般分为合流制和分流制两种类型。,排水工程,1、合流制排水系统,直排式合流制截流式合流制,排水工程,直排式合流制布置方式,排水工程,Qw+Qy,截流式合流制布置方式1-合流干管2-截流主干管3-溢流井4-污水厂5-出水口6-溢流出水口,排水工程,Qy+Qw,Qw（nQw）y,n截流倍数15,2、分流制排水系统,完全分流制：雨污分流不完全分流制：污水分流雨水不收集,排水工程,分流制排水系统的布置方式1-污水干管2-污水主干管3-污水厂4-出水口5-雨水干管,排水工程,Qw,Qy,不完全分流制(1)完全分流制（2）不完全分流制1污水管道2雨水管渠3原有渠道4出水口5污水厂,排水工程,城市污水排水系统总平面示意,1-城市边界2-排水流域分界线3-支管4-干管5-主干管6-总泵站7-压力管道8-城市污水厂9-出水口10-事故排放口11-工厂,排水工程,城市及工业企业的污水设计总流量应包括,居住区生活污水设计流量工业废水设计流量工业企业生活污水及淋浴污水,污水管道设计要点,重力流、非满流最小流速防淤积，0.6m/s最大流速防冲刷,10m/s最小设计坡度最小DN200mm，相应的最小底坡为0.004最大充满度容纳超设计流量、管道通风，排除有害气体,雨水管道设计要点,重力流、满流最小流速防淤积，0.75m/s;明渠0.4m/s最大流速防冲刷,金属管10m/s，非金属管5m/s最小设计坡度最小DN300mm，相应的最小底坡为0.003,城市旧合流制排水管渠的改造,1、改合流制为分流制可以完全杜绝溢流混合污水对水体的污染。住房内部有完整的卫生设备工厂内部可清浊分流城市横断面有足够位置芝加哥全改成分流制，须投资22亿美圆，重修因新建污水管道所破坏的道路，要延续十几年。,排水工程,2、保留合流制，修建合流管渠截流管,投资限制了采用分流制的改造时采用。但截流式合流制的溢流混合污水的污染程度仍然会对水体造成局部或整体污染。,排水工程,3、对溢流的混合污水进行适当处理,为保护水体，对溢流污水进行适当处理：细筛滤、沉淀、有时加氯消毒后排入水体增设蓄水池或地下人工水库，将溢流的混合污水储存起来，暴雨过后再抽送至截流干管往污水厂处理后排放,排水工程,4、对溢流的混合污水量进行控制,在土壤有足够渗透性且地下水位较低（低于排水管底标高）的地区，可采用提高地表持水能力和地表渗透能力的措施减少暴雨径流，以降低溢流的混合污水量，如采用透水性路面或没有细料的沥青路面。美国研究结果，可以削减高峰径流量83%,排水工程,污水管道的连接,排水工程,五、排水管渠系统上的构筑物,排水工程,检查井1-井底2-井身3-井盖,排水工程,溢流堰式溢流井,1-合流管2-截流干管3-排出管道,排水工程,跳跃堰式溢流井,1-合流管2-截流干管3-排出管道,排水工程,平箅式雨水口1-进水箅2-井筒3-连接管,排水工程,有沉泥井的雨水口,排水工程,雨水管连接暗井,排水工程,溢流堰式跌水井,排水工程,竖管式跌水井,排水工程,淹没式出水口,排水工程,排水管渠系统的管理和维护,1、排水管渠的管理和养护：(1)验收排水管渠；(2)监督排水管渠使用规则的执行；(3)经常检查、冲洗或清通排水管渠，以维持其通水能力；(4)修理管渠及其构筑物，并处理意外事故等。,排水工程,3、城市污水处理厂流程简介,预处理工艺、一级处理工艺、二级处理工艺、深度处理工艺、污泥处理工艺、污泥处理。,排水工程,城市污水厂流程,排水工程,预处理工艺,格栅处理、泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截留大块物质以保护后继水泵管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后继建在地面上的各个处理构筑物。沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后继构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响设备的正常运行。,排水工程,一级处理工艺,主要是初次沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初次沉淀池可去除50%左右的悬浮物和25%左右BOD5。,排水工程,二级处理工艺,由曝气池和二次沉淀池构成；通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成CO2和H2O；曝气池内微生物在反应过后与水一起不断地流入二次沉淀池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回送到曝气池前端与新流入的污水混合；二次沉淀池上面澄清的处理水则源源不断地通过出水堰流出污水厂。,排水工程,深度处理,为了满足高标准的受纳水体要求或回用于工业等特殊用途而进行的进一步处理，通常的工艺有混凝沉淀和过滤。深度处理的末端往往还要有加氯要求和接触池。,排水工程,污泥处理和污泥最终处置,浓缩：有机械浓缩或重力浓缩消化：通常是厌氧中温消化，消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或用于制作化工产品等脱水：减少体积成饼成形，有利运输,排水工程,我国的污水设备存在着效率低、能耗高、维修率高、自动化程度低等缺点。目前我国现存污水处理的设备运行状况是1/3运行正常、1/3不正常、1/3处于停止状态。这使污水处理厂的运转率只能达到50%,排水工程,我国排水管道总长,排污管道总长度（含污水管和雨水管）已从1989年的5.45万km上升为1998年的12.59万km，增长了1.31倍，是1980年的5.49倍，是建国初期的12.47倍（不包括香港、澳门、台湾）,排水工程,我国排水管网密度,以城市市区面积计，1998年我国城市排污管网密度为0.075km/km2。按国家统计局的划分方法计，我国东部城市排污管网密度为0.170km/km2，中部城市为0.053km/km2，西部城市仅为0.026km/km2；其中，城市排污管网密度最高的是上海，为1.775km/km2，北京次之为0.869km/km2，分别是全国平均水平的23.7倍和11.6倍。,排水工程,排水工程,德国情况,尽管其国土面积只是我国的1/27，但1995年其排污管道总长度已达39.50万公里，是我国的3.14倍；居民接管率从1979年的84.5%上升到1995年的92.2%，即占全国人口总数92.2%的居民的生活废水已纳入排污管网，其中10万人以上的大城市居民接管率超过98%，小于2000人的村庄居民接管率也已达70%。,排水工程,废水排放量,近十年来全国废水排放总量一直维持在350亿m3左右，但生活污水所占的比例上升很快，已从1989年的28.6%提高到1998年的53.2%，超过了工业废水排放量。其中，东部、中部和西部城市生活污水排放量分别占全国生活污水排放总量的55.7%、31.2%和13.1%。年平均污水排放增长率为1%，其中工业废水占60%，并且呈下降趋势，年平均下降2%，生活污水约占40%上升趋势，年平均增长7.9%。,排水工程,排水工程,废水处理工艺,目前，我国采用各种生化处理工艺处理的城市污水约占其处理总量的92%，包括普通活性污泥法、接触氧化法、氧化沟法、AB法以及SBR法等，只有少数城市污水处理厂因其实际情况而选用物理或物化的方法处理废水。,排水工程,废水处理率,以城市污水处理厂实际处理的生活污水量与生活污水排放总量之比，作为城市生活污水集中处理率来进行评价。1998年我国城市生活污水集中处理率仅为10.3%；其中，北京生活污水集中处理率最高，为40.3%，天津、云南次之，分别为37.2%和34.3%。从统计结果看，西部城市生活污水集中处理率高于全国平均水平，这与云南生活污水集中处理率较高以及西部城市生活污水排放量较低有很大关系。,排水工程,排水工程,排水水质,1998年全国266座城市污水厂平均进水COD浓度为336.4mg/l，出水COD浓度为83.3mg/l，去除率达75.2%,削减COD74.07万吨。全国城市污水处理厂的运行成本平均为0.367元/m3污水，去除每公斤COD花费1.451元。,排水工程,剩余污泥处置,剩余污泥的处理也是城市污水处理中的一个重要环节，目前我国处置剩余污泥的主要途径是填埋，且大多数是与城市垃圾一并进行填埋处置，只有一小部分是焚烧处理。需要指出的是，约一半以上的剩余污泥未经稳定、消化处理，这不仅使其在农林方面的利用受到限制，也增加了污泥处置的费用。,排水工程,堆肥或农用填埋：污泥可以进行人工堆肥或机械堆肥。堆肥后的污泥是一种很好的土壤改良剂。对于重金属含量超标的污泥，经脱水处理后一般需要将其填埋封闭起来。,排水工程,欧洲污泥处理趋势,近年来，由于严格控制大气污染物的排放和填埋技术的进一步发展，欧洲各国污泥处置情况发生了一些变化，目前以填埋和农用为主，焚烧处理的比例已大幅下降。,排水工程,排水工程发展展望,设计规范化产品标准化投资多元化运营专业化,排水工程,城市节水,2000年世界各国的工业需水量约占世界总需水量的25%。城市和工业用水大体上经过15年的时间用水量翻一番。,工业节水,工业与生活节水,目前，我国水的重复利用率只有50%60%。发达国家在70%以上。我国城市工业万元产值耗水量近200m3，发达国家仅为2030m3，相差10倍。,工业节水,工业与生活节水,江苏省,我省提出,工业重复利用率由2000年的52%提高到2010年的65%万元国内生产总值取水量由59.5m3,下降到46m3,我国大中城市的工业用水一般要占整个城市用水总量的50%到60%左右，甚至高达70%。,工业节水,工业与生活节水,国外发达国家城市工业节水措施主要是运用循环水和冷却水。,工业节水措施,工业与生活节水,重复利用工业内部已使用过的水，按水源要求，在各工艺间或厂际间顺序重复用水，即一水多用。,工业与生活节水,工业节水措施,工业用水一般流程,复用给水,循环给水,国外很多公司通过改进冷却塔给水系统而节约用水，明显地减少了废水排放量。以色列安装冷却塔的工厂耗水量可减少95%，冷却水用量约占工业总用水量的30%；,工业节水措施,工业与生活节水,（2）积极开展节水科研工作，推广节水新工艺、节水设备。（3）制定合理的工业用水定额，实行用水定额节奖超罚。,工业节水措施,工业与生活节水,污废水的复用、中水道技术民用建筑或居住小区用后排放的各种生活污水、冷却水等，经适当处理后再回用于建筑或居住小区作为杂用水的工程系统。,工业节水措施,工业与生活节水,中水水源可取自生活用后各种排放的污水和冷却水。一般可按下列次序取舍：冷却水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水，最后为厕所排水。,中水道技术,工业与生活节水,小区中水利用系统,建筑中水系统,城镇中水系统,1）急需开发节水型坐便器，较传统的产品节水50以上。2）民用水龙头。3）公共建筑的卫生器具是节水重点。4）加强市政设施和施工用水管理。,（4）采用节水型设备,工业与生活节水,（5）加强施工、维护和管理，减少水量漏失自来水管道的漏损率一般都在10%左右。,工业与生活节水,在城市工业生产和生活中开发利用海水替代部分淡水，是缓解淡水资源不足最根本的出路，是一项值得重视的战略措施。,（6）海水利用,工业与生活节水,海水代替淡水直接使用海水用作工业冷却水工业冷却水是海水在工业上直接利用的主要用水，约占海水总利用量的90%。,海水利用,工业与生活节水,日本已有几十年的历史。工业用水量的40%50%为海水，仅电力企业直接利用的海水即达每年100多亿m。,海水直接利用,工业与生活节水,美国70年代末，海水的直接利用量已达每年720亿m。20