水污染控制工程(上)

1、1.完整的排水工程包括两个方面：排水管渠系统和污水处理技术两局部。2.排水工程的概念：指为保护环境而建立的一整套用于收集、输送、处理和利用污水的工程设施3.水体污染的定义：排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力，而导致水体的物理、化学及卫生性质发生变化，使水体的生态系统和水体功能受到破坏。4.、有机型污染 采用需氧量作为有机污染物的指标：BOD ：生化需氧量; 20下微生物活动降解有机物需要的氧量COD：化学需氧量；TOC：总有机碳；TOD：总需氧量;将有机物中的等氧化为所消耗的氧量第1章排水管渠系统 1.保护环境免受污染，使城市免受污水之害和洪水之灾。 2.卫生

2、防疫，保证人们安康平安 污水危害方式： 含有致病菌，传播疾病 含有毒害物质，导致公害 3.经济方面 污水资源化，节约用水，创造价值 污水处理、排洪有利于工农业开展二排水系统的组成排水系统：排水的收集、输送、处理和排放等设施以一定方式组合成的总体，称为排水系统。排水系统由管道系统排水管网和污水处理系统污水处理厂组成。管道系统：是用于收集、输送废水至污水处理厂或出水口的设施。一般由排水设备、检查井、管渠、泵站等组成。污水处理系统：是用于处理和利用废水的设施。包括各种处理构筑物和除害设施等。三、排水系统体制的概念：生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管渠来排

3、除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。排水系统的体制是一个地区收集和输送废水的方式，简称排水体制制度。四、排水系统体制的分类：合流制：直排式对水体污染严重，不宜采用、截流式分流制：完全分流制和不完全分流制适用于地形适宜附近有水体，可顺利排水1合流制所谓合流制是指用同一种管渠收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。2分流制所谓分流制是指用两个或两个以上的管渠分别独立收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。排除生活污水、工业废水的系统称为污水排水系统。排除雨水的系统称为雨水排水系统。新建地区排水系统一般采用分流制五、合流制和分流制的比拟：1.环保方面：截流式合流制对

4、环境的污染较大，雨天时局部污水溢流入水体，造成污染；分流制在降雨初期有污染。2.造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%40%，但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制，总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地区适于采用。3.维护管理：晴天时合流制管道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走，减小了合流制管道的维护管理费。但是合流制污水厂运行管理复杂。六城市污水排水系统的组成局部七 管道用于哪些方面。各自的优缺点(一) 混凝土管管径小于450mm)混凝土管适用于排除雨水、污水。 管口有承插式、企口式和平口式。 制造方法有捣实法、压实法和振荡法。 缺

5、点：抗蚀性较差，既不耐酸也不耐碱；抗渗性也较差；管节短、接头多。(二) 钢筋混凝土管管径大于500mm)当管道埋深较大或敷设在土质条件不良的地段，以及穿越铁路、河流、谷地时都可采用钢筋混凝土管。管口：承插、企口和平口。 制造方法：捣实法、振荡法和离心法。(三) 陶土管工厂中用的较多陶土管能满足污水沟管在技术方面的各种要求，耐酸性很好，在世界各国被广泛采用，特别适用于排除酸性废水。 缺点：质脆易碎，不宜敷设在松土中。(四) 金属管在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下才采用金属管。八构筑物：雨水口，连接暗井，溢流井，跌水井，水封井，冲洗井，换气井，防潮门，倒虹管，出水口等。1. 雨水口雨水口是在雨

6、水沟道或合流沟道上收集地面雨水的构筑物。设在穿插路口、路侧边沟的一定距离处以及设有道路边石的低洼地方。雨水口的型式和数量应按汇水面积上所产生的径流量和雨水口的泄水能力来确定。 雨水口包括进水篦、井身和连接收三局部。 型式：边沟雨水口、侧石雨水口和联合式雨水口。雨水口分为落底有截流进入雨水口的粗重物体的作用和不落底的。 连接在同一连接收上的雨水口不宜超过三个。2、检查井为了便于对管道进展连接、检查和清通，必须设置检查井。常设在管渠交汇、转弯、管道尺寸或坡度变化等处，相隔一定距离的直线沟道上也设检查井。3. 跌水井当上下游沟段出现较大的落差(大于2m)时，一般检查井不再适用，改用跌水井连接。跌水井

7、是设有消能设施的窨井，它可以克制水流跌落时产生的巨大冲击力，宜设在直线沟段上。形式竖管式 管径400阶梯式 管径4004、水封井当某些废水能产生引起爆炸或者火灾的气体时，其废水管道系统中应设水封井。水封井的作用：1.阻隔易燃气体的流通 2.阻隔水面游火，防止其蔓延5、倒虹管穿越河流、洼地、铁路、地下构筑物时，需按下凹的折线方式敷设管道，称为倒虹管。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管和出水井组成。管道直管式 中部管段折管式 两侧斜管6、出水口管道出水口：向水体中排放污水的构筑物。污水管道的出水口应淹没在水中，管顶标高在常水位以下目的：使污水和水体混合，防止污水沿滩流泻，污染环境雨水管道出水口

8、应露在水体面以上：晴天时河水倒灌进管道 雨水管道出水口的管底标高在常水位以上第二章排水管渠水力计算一、污水管渠水力设计原那么管渠水力计算应满足以下要求：不溢流：设计时采用的流量应是可能出现的最大流量；不淤积Vmin：流速的最低限值不冲刷管壁Vmax：流速的最高限值要注意通风充满度h/D：按不满流设计1.设计充满度h/D在设计流量下，污水管道中的水深h与管道直径D的比值称为设计充满度或水深比。当h/D时称为满流；当h/D1时称为不满流。规定最大设计充满度原因：污水量很难准确计算，应该留有余地；有利于管内通风，排除有害气体，防止爆炸；便于管道的疏通和维护管理。2.设计流速：与设计流量，设计充满度相

9、对应的水流平均速度叫做设计流速；为了保证管内不发生淤积，规定了最小设计流速为；为保证管道不被冲刷损坏规定了最大设计流速，金属管道为10m/s，非金属管道5m/s。3.最小设计坡度：相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度为最小设计坡度；5.污水管道的埋设深度1埋深概念：a.覆土厚度：管道外壁到地面的距离；b.埋设深度：管道内壁到地面的距离；2最小覆土厚度确定污水管道最小覆土厚度时，必须考虑以下因素：必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道主要考虑到北方的局部地区冬天气温低必须保证管道不致因为地面荷载而破坏必须满足街区污水管衔接的要求对每一管道来说，从上面三个不同的要求来看，可以得到三个不同的管

10、道埋深。三个值中，最大的一个即是管道的最小设计埋深。6.污水管道的衔接(1)衔接原那么：尽可能提高低游管道的的高程，以减少管道埋深，降低造价；防止上游管段中造成回水而造成淤积。(2)管道衔接的方法：水面平接 上游管段末端和下游管段的起端在制定设计充满度下水面相平。即标高一样！管顶平接常用 上游管段末端和下游管段的起端的管顶标高一样。第三章污水管道系统的设计一污水管道系统的平面布置确定排水区界，划分排水流域-选择污水厂出水口的位置-拟定污水干管及总干管的路线-确定需要抽升的排水区域和设置泵站的位置二、选择污水厂出水口的位置原那么1.城市的下风向 2水体的下游 3.离开居住区和工业区三、管道定线和

11、平面布置1.管道定线：在城镇总平面图上确定污水管道的位置和走向。管道平面布置：包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水厂、出水口的具体位置和资料。定线顺序：主干管、干管、支管。遵循的主要原那么：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出；考虑因素：地形、排水体制、污水厂和出水口位置，水文地质条件，道路宽度，地下管线等等。地形是管道定线的主要影响因素。污水管道的布置形式六种正交式 截流式 平行式 分区式 分散式 环绕式3支管取决于地形和街区建筑特征，并应便于用户接收排水。布置形式有：1低边式：当街区面积较小而街区内污水又采用集中出水方式时，支管敷设在效劳街区较低侧的街道下。

12、2周边式当街区面积较大且地势平坦时，宜在街区四周的街道下敷设支管。3穿坊式当街坊或小区已按规划确定，其内部的污水管网已按建筑物需要设计，组成一个系统时，可将该系统穿过其它街区，并与所穿街区的污水管网相连。四 污水设计流量确实定污水设计流量：是指污水管道及其附属构筑物能保证通过的污水最大流量。进展污水管道系统设计时常采用最大日最大时流量为设计流量，其单位为L/s。包括 生活污水设计流量；工业废水设计流量；地下水渗入量；城市污水设计总流量计算1居住区生活污水设计流量按下式计算：式中Q1 居住区生活污水设计流量L/s；qd 居住区生活污水定额L/人d；N 设计人口数；KZ 生活污水量总变化系数；2.

13、比流量q0：单位排水面积上的平均流量 KZ可以根据左边公式求的，当Q1000L/S时， KZ取1.3. 3、污水总设计流量的计算Q=Qd+Q2+Q3+Qm+Q渗4.计算由控制点开场，从上游到下游控制点对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点或最低最远点。5. 1本段流量q1：是从管段沿线街坊流来的污水量2转输流量q2 ：是从上游管段和旁侧管段流来的污水量3集中流量q3：是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量包括工业企业的工业废水、生活污水、淋浴污水量第四章城镇雨水管渠的设计一影响雨量分析的几个要素1、降雨量降雨量：指降雨的绝对量，以降落在不透水面积上的雨水深度表示降雨深度。用H表示

14、，单位为mm。也可用单位面积上的降雨体积表示L/ha。2、阵雨历时、降雨历时阵雨历时：一场暴雨经历的整个时段降雨历时：指连续降雨的时段，可以指全部降雨的时间，也可指其中个别的连续时段，用t 表示，单位为min或h 。3、降雨强度暴雨强度决定雨水设计流量的主要因素暴雨强度：指某一连续降雨时段内的平均降雨量。即单位时间内的平均降雨深度。用i mm/min表示i=H在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积qL/s.公顷表示i与q两种表示方法的换算关系如下：q=167i1mm/min=10-3(m3 /m2)/min= 10-3(103L /m2)/min=1(L/m2)/min=1(L/min)

15、/m2=10000(L/min)/hm2=10000/60 =167 4、降雨面积：指降雨所笼罩的面积5、汇水面积：指雨水管渠聚集雨水的面积。单位常用hm2或km2。任意场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但是雨水管渠的汇水面积较小，因此可假设降雨在整个小汇水面积内的分布是均匀的。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。6、暴雨强度的频率：是指在屡次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数。即：Pn=m / n 100%式中：Pn=某值暴雨强度出现的频率m：将所有数据从大到小排序之后，某值暴雨强度所对应的序号n ：降雨量统计

16、数据的总个数n=N, Pn=m/n100%=m/N100 %为年频率；n=NM, Pn=m/n100% =m/NM100% 为次数频率。6、暴雨强度的频率： Pn=m /n+1 100%7、暴雨强度的重现期：是指在屡次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年a表示。重现期与频率互为倒数，即P=1/Pn按年最大值法选样时，第m项暴雨强度组的重现期为其经历频率的倒数，即重现期：按一年屡次法选样时，第m项暴雨强度组的重现期：注意两者的不同：对于年最大值法，因1年只取1个样本，样本之间的平均时间间隔为1年，而次样法1年取了多个样本，样本之间的间隔不是1年，故要多除一个M。某

17、一暴雨强度的重现期等于P，是指在相当长的一个时间序列中，大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/ P。重现期越大，降雨强度越大。确定设计重现期的因素有：排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。重现期的最小值不宜低于年，一般选用0.53年。重要的干道、区域，一般选用25年。二、暴雨强度公式暴雨强度公式是反映暴雨强度q(i)、降雨历时t、重现期P三者之间的关系，是设计雨水管渠的依据。我国?室外排水设计标准?中规定，我国采用的暴雨强度公式的形式为：式中： q设计暴雨强度，L/s.公顷； P设计重现期，年； t降雨历时，min； A1,c,b,n地方参数，根据统计方法

18、进展确定。三 雨水管渠设计流量确实定雨水管道设计流量一般采用的推理公式Qs雨水设计流量(L/s) A汇水面积(ha) i降雨强度(mm/min)q降雨强度(L/(s.ha) K换算系数等于167 径流系数其数值小于1二、流域上的汇流过程从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间。当流域最边缘线上的雨水到达集流点A时，在A点聚集的流量其汇水面积扩大到整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在A点产生最大流量。 设计降雨强度一般和降雨历时成反比，随降雨历时的增长而降低。 t t4时，只有一局部面积参与径流，与t=t4时相比拟，此时暴雨强度大于t=t4时的暴雨强度，但汇水面积

19、小。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=t4时的径流量。t t4时，全部流域面积参与径流。与t=t4时相比拟，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=t4时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=t4时的径流量。因此，我们得到两个重要结论：1. 全部汇水面积参与径流时，a点流量最大。2. 当降雨历时等于全流域集流时间时，a点产生的径流量最大。此时暴雨强度q、降雨历时t和汇水面积F都到达极限，这就是极限强度理论的核心内容。三极限强度理论降雨在某一汇水面积全部上发生。 成认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨历时成正比，而且汇水面积随降雨历时的增长较降雨强度

20、随降雨历时增长而减小的速度更快。 降雨公式中的降雨历时t与该汇水面积上最远点的集流时间t4相等，即t=t4，此时全面积参与径流，产生最大流量。 在集流时间t4时段内的瞬时暴雨强度恰恰位于设计暴雨的雨峰此时暴雨强度为最大值时，全部汇水面积上的雨水径流都流入集流点，集流点发生最大流量在雨水管道的设计中,采用的降雨历时t等于汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间t4，此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。极限强度理论包括两局部内容：1.当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大；2.当降雨历时等于汇

21、水面积上最远点的雨水流达集流点的集流时间时，雨水管道需要排除的雨水量最大。四、设计管段流量确实定1、集水时间t(0)确实定集水时间由地面集水时间t1和管道内雨水流动的时间t2两局部之和组成式中：t1地面集水时间；指雨水从汇水面积上最远点流到第一个雨水口a的时间.m 折减系数；标准规定：暗管m =2，明渠m ，在陡坡地区的暗管m2。t2雨水在管道内流行时间。2.地面集水时间t1确实定根据?室外排水设计标准?规定：地面集水时间t1视距离长短、地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5-15min。 一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区，t1可采用5-8min;在建筑密度小、地形平坦、雨水

22、口稀疏的地区，t1可取10-15min。起点井上游地面流行距离以不超过120150m为宜3.雨水在管道内流行时间t2式中：L上游各管段的管长，m；v各管段满流时的水流速度，m/s。 在确定了集水时间t和重现期P后，雨水管渠的设计暴雨强度公式流量公式可改写成:雨水管渠的设计流量公式可改写成:五、地面径流与径流系数地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数，其值小于1。1、径流系数确实定 地面径流系数的值与以下几个因素有关：汇水面积上的地面材料性质、地形地貌、植被分布、降雨历时、暴雨强度以及暴雨雨型有关。 目前，在雨水管渠的设计中，通常按照地面材料性质确定径流系数的经历数值。我国排水设计标准中有关径流

23、系数取值的规定见下表不同地面的径流系数值如果汇水面积由不同的地面组合而成，整个汇水面积上的平均径流系数可按以下公式来求：区域综合径流系数六 雨水管渠系统的设计雨水管渠系统设计的根本要求是:能通畅、及时地排走城镇或工厂汇水面积内的暴雨径流量。雨水管渠系统的设计原那么：1.尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水管道的设置；2.利用地形就近排入水体；3.考虑采用明渠；应结合具体条件确定；4.防止设置雨水泵站；雨水口应根据地形以及汇水面积确定。一般来说，在道路穿插口的汇水点、低洼地段、道路直线段一定距离处2550m均应设置雨水口。道路穿插口处雨水口的设置但凡箭头相对的一定要设置雨水口；但凡

24、箭头相背的不设雨水口；但凡箭头或可设可不设雨水口七雨水管渠水力计算的设计参数1、设计充满度：管道按满流设计，h/D=1(明渠应有 的超高，街道边沟应有的超高)、设计流速：最小流速0.75m/s,(明渠流最小流速为0.40m/s)最大流速10m/s金属管，5m/s非金属管.、最小管径和最小设计坡度：雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为；雨水口连接收最小管径为200mm，最小坡度为、最大埋深与最小埋深：同污水管道的规定第五章排水泵站的设计一 排水泵站的功能和设置地点排水泵站的功能:1.把离地面较深的污水或雨水提升到离地面较浅的位置上;2.减小管道埋深、降低施工难度、减少工程费用.排水泵站的

25、组成：水泵间排水泵及附属设备、集水池、辅助间排水泵站的分类按排水性质分污水泵站 雨水泵站 合流泵站 污泥泵站按作用分中途泵站 将上游来水提升至下游管道内终点泵站 总干管的终端，把废水排入水体，或把废水送二常用排水泵1离心泵离心泵分卧式轮轴平放和立式轮轴竖放两种形式特点：流量小较，扬程高，常用于提升污水应用：城市排水系统中常采用立式泵。立式泵缺点：轴向推力很大，各零件易遭磨损，对安装技术要求较高，检修不如卧式泵方便。立式泵优点：1占地面积较小，能节省造价；2水泵和电动机可以分别安放在适宜的地方。2轴流泵轴流泵的主流方向与泵轴平行。轴流泵的特点是流量大，扬程低，吸水高度很低，仅有12m。轴流泵常用

26、于输送雨水，广泛应用于城市雨水防洪泵站，大型污水泵站，农业排灌泵站以及大型工矿企业的冷却水泵站中。3混流泵混流泵构造根本上于离心泵一样，只是叶轮的设计不同，泵内主流方向介于辐射和轴向之间。4螺旋泵特点：扬程低，流量范围较大，构造简单，造价低无需做泵房；无阻塞问题；低速运行，机械磨损小，运行费用低，叶轮外露，维修方便；电耗低；但占地大。应用：灌溉、排涝、提升污水和污泥。尤其用于污水处理厂的污泥提升方面。缺点：1占地较大；2扬程低一般为36米。5螺杆泵螺杆泵应用范围很广，可输送所有流动介质甚至非流动物料。螺杆泵因其可变量输送、自吸能力强、可逆转、能输送含固体颗粒的液体等特点，在排水工程中，广泛地被

27、使用在输送湿污泥和絮凝剂药液方面。6潜水泵随着防腐措施和防水绝缘性能的不断改善，电动泵组可以制成能放在水中的泵组，称潜水泵。特点：无需正规的泵站，占地面积小；管路简单，配套设备少。三排水泵引水设备1.在排水泵站中，当水泵高程在进水池启动水位以下时，那么水泵及其吸水管内时刻充满着水，水泵可直接启动，这种泵站称自灌式泵站。反之，那么必须人工引水入泵，水泵才能启动。常用的引水设备：真空泵系统；水射器泵2.有效容积：进水池最高水位和最低水位之间的容积。有效高度一般为米。有效容积确定：进水池的有效容积不小于最大一台泵的5分钟出水量。进水池容积还与水泵的操作方式有关，人工操作每小时不宜多于4次，自动操作每

28、小时不宜多于6次。3.污水泵站的建筑型式1 污水泵站建筑形式 按泵站与集水井的组合方式区分合建式 常用，进水间与泵组间下层在同一高程上，水泵轴线低于进水室中水位分建式 少用，可用于土质差、施工困难、进水间深度大的场合，缺点是水泵启动需用引水设备2污水泵站建筑形式 按泵站平面形状矩形 便于安排设备,需开挖法施工圆形 对土质要求低，可采用沉井法施工组合 地下局部圆形，地上局部矩形，适用于小型泵站四排水泵站水力计算1、泵站设计流量确实定排水泵站的设计流量一般均按最高日最高时污水流量决定。一般小型排水泵站(最高日污水量在5000m3以下)，设l-2套机组；大型排水泵站(最高日污水量超过15000m3)

29、设3-4套机组。泵的选择主要考虑：流量和扬程。要使泵的运行尽可能低在高效段，同时满足扬程的需要。泵的扬程=静扬程+水头损失+平安水头泵的流量：依最大设计流量和最小设计流量确定。泵站中管路系统的局部水头损失：沿程水头损失：Hf=iL由v=(R2/3i1/2)/n 五 污水泵站水力计算举例某工业城镇,居住区生活污水的平均流量为8.5L/s,KZ=2.1.镇上有甲、乙两个工厂，工厂甲三班制工作，设计流量为26L/s，工厂乙一班制工作，生活污水和工业废水在8h内均匀排出，设计流量为6L/s。现要求对污水管网的终点泵站进展设计。污水处理厂第一个水池沉砂池的水面高程为，终点泵站处的地面高程为，泵站入流管管

30、径为350mm，水面高程，管底高程。试确定水泵的扬程和流量。污水泵站水力计算举例泵站的设计流量：应考虑Qmax和QminQmax居住区生活污水最大流量工厂甲设计流量工厂乙设计流量2.1+26+6=/s50L/sQmin居住区生活污水最小流量工厂甲、乙设计流量居住区生活污水最小时流量可以按照平均日流量的1估算，那么居住区生活污水最小流量8640013600 2L/s Qmin226+634L/s 泵站的设计流量应能适应3450L/s间的任何流量最小扬程沉砂池水面标高泵站进水间的最高水位泵站进水间的最高水位泵站入流管水面标高格栅水损格栅水损815cm泵站进水间的最高水位36.45-0.10=36.35(格栅水损取10cm)最小扬程泵站进水池最低水位在最高水位下处扬程的上限最小扬程可见净扬程在之间。实际选泵的扬程时，还要加上管线水头损失约和自由水头。这样就可以根据确定的流量和扬程对水泵选型。选用4PW型水泵3台，转速n=960r/min，2用一备。查水泵特性曲线有，其高效工作段的流量为2233L/s，总扬程为12.0-10.5m 。进水池池容可根据一台泵5min的扬水量确定。水泵的最大流量为33L/s，那么进水池池容33605/1000=10m3。那么进水池池有效水深取，进水池面积