排水工程(污水管道系统设计.pptx

一、设计资料的调查及方案确定设计资料调查 设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总 体规划及其他基础设施情况 自然资料：地形资料，包括地形图、等高线气象资料，包括气温、风向、降雨量等水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级工程资料：道路、通讯、供水、供电、煤气等 3一、设计资料的调查及方案确定（续）设计方案确定 包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案 4二、污水设计流量的计算污水设计流量 指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，设计流量包括生活污水量和工业废水量。生活污水设计流量 居住区生活污水 公共建筑生活污水 工业企业生活污水及淋浴污水 工业废水设计流量 5二、污水设计流量的计算（续1）（1）居住区生活污水量计算 式中：Q1居住区生活污水设计流量，L/s；n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室外排水设计规范选用，欧洲的典型值为200（L/(d.人)），美国的典型值为250450（L/(d.人)）；N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供的参数选用；KZ总变化系数，是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值6居住区生活污水排水定额卫生设备情况室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备室内有给水排水卫生设备和淋浴设备室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应分区一二三四五生活污水每人每日排水定额（L）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北的一小部分，宁夏偏东的一部分；第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分；第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部，河南南部；第四分区包括：广东、台湾的南部，广西的大部分，福建、云南的南部；第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分7二、污水设计流量的计算（续1）（1）居住区生活污水量计算 式中：Q1居住区生活污水设计流量，L/s；n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室外排水设计规范选用，欧洲的典型值为200（L/(d.人)），美国的典型值为250450（L/(d.人)）；N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供的参数选用；KZ总变化系数，是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值8Kd日变化系数，是最大日污水量与平均日污水量的比值Kh时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值KZ=KdKh生活污水量总变化系数污水平均日流量（L/s）总变化系数（KZ）52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.410001.39二、污水设计流量的计算（续2）（2）公共建筑生活污水量计算 式中：Q2公共建筑生活污水设计流量，L/s；S公共建筑生活污水量标准（L/(d.人)），一般按室内给水排水和热水供应设计规范推荐的参数选用，排水量大的建筑也可以通过调查或参考相近建筑选用。Kh时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值10二、污水设计流量的计算（续3）（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算 式中：Q3工业企业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s；A1一般车间最大班职工人数，人；A2热车间最大班职工人数，人；B1一般车间职工生活污水量标准，为25(L/(人.班)；B2热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人.班)；K1一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；K2热车间生活污水量时变化系数，以2.5计；C1一般车间最大班使用淋浴的职工人数，人；C2热车间最大班使用淋浴的职工人数，人；D1一般车间的淋浴污水量标准，为40(L/(人.班)；D2热车间的淋浴污水量标准，为60(L/(人.班)；T每班工作时数，h。11二、污水设计流量的计算（续4）（4）工业废水设计流量计算 式中：Q4工业废水设计流量，L/s；m生产过程中每单位产品的废水量标准，L/单位产品；M产品的平均日产量；T每日生产时数；KZ总变化系数，与工业企业性质有关。12二、污水设计流量的计算（续5）Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗 Q渗指地下水渗入量，一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算，日本规定采用经验数据，按每人每日最大污水量的10%-20%。13三、污水管道的水力计算污水管道内水质特点：污水管道内水流特点 重力流非满流近似均匀流排水管网理论与计算周玉文、赵洪宾著14三、污水管道的水力计算（续1）水力计算的基本公式 式中：Q流量，m3/s；过水断面面积，m2；v流速，m/s；R水力半径（过水断面积与湿周的比值），m；I水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）；C流速系数，或谢才系数。C值一般按曼宁公式计算，即n管壁粗糙系数 15三、污水管道的水力计算（续2）污水管道水力计算的设计数据 设计充满度（h/D）设计流速（v）最小管径（D）最小设计坡度（i）16设计充满度（h/D）指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。h/D=1时，满流h/D1时，非满流室外排水设计规范规定，最大充满度为：管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大充满度（h/D）20030035045050090010000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD17为什么要做最大设计充满度的规定？1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击，为未预见水量的增长留有余地；2、有利于管道内的通风；3、便于管道的疏通和维护管理。18设计流速与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道的最大流速为5m/s。*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。19最小管径1、为什么要规定最小管径？街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段？在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段称为不计算管段。20最小设计坡度相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。（1）（2）（3）规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm的最小设计坡度为0.0015。21三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：覆土厚度埋设深度决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道22哈尔滨建筑大学与东北院部分研究结论：1、东北寒冷地区城镇冬季生活污水水温在4-15度之间，以地表水为给水水源所排出的生活污水水温在4-10度之间，以地下水为水源排出的生活污水水温在8-15之间。2、出户管及起始端污水支管容易发生冰冻，主要是因为流量小，坡度小，容易产生沉积堵塞而发生冰冻。加大污水管坡度，可使容易冰冻的污水支管不发生冰冻。3、污水管埋深必须避开有严重破坏能力的冻胀层或对冻胀层加以处理。粗砂和砂砾层冰冻时，水向下流，不具有冻胀性。24室外排水设计规范规定：无保温措施的生活污水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管底在冰冻线上0.3m；管径大于500mm，为0.5m。25三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：覆土厚度埋设深度决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道26H=h+IL+Z1-Z2+h式中：H街道污水管网起点的最小埋深，m；h街坊污水管起点的最小埋深，0.60.7m；Z1街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m；Z2街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m；I街坊污水管和连接支管的坡度；L街坊污水管和连接支管的总长度，m；h连接支管与街道污水管的管内底高差，m。27三、污水管道的水力计算（续4）污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法 首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。28例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。29例1已知n=0.014,D=300mm,h/D=0.55,Q=32L/s,求v和I。30四、污水管道的设计确定排水区界，划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点设计管段及设计流量的确定污水管道的衔接污水管道在街道上的位置31确定排水区界，划分排水流域排水区界是污水排水系统设置的界限。排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）32管道定线在总平面图上确定污水管道的位置和走向。管道定线的影响因素地形污水厂和出水口的位置所采用的排水体制管道定线时注意事项主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地避免与地下构筑物交叉不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下集中流量尽量排入上游33控制点确定和泵站设置地点对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点中途泵站局部泵站总泵站34设计管段及设计流量 两个检查井之间，设计流量不变，且采用同样的管径和坡度的管段，称为一个设计管段。一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时（3070m）。设计流量本段流量转输流量集中流量1234ABCDq35式中：q1设计管段的本段流量，L/s；F设计管段服务的街坊面积，公顷；KZ生活污水量总变化系数；q0单位面积的本段平均流量，即比流量，L/s.公顷可用下式求得。式中：n污水量标准，L/(人.d)；p人口密度，人/公顷。36污水管道的衔接衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价；避免上游管段回水淤积。衔接的方式水面平接管顶平接跌水连接37污水管道在街道上的位置 与其他管线、构筑物有一定的距离与其他管线、构筑物有一定的距离 与给水管相交时，设于给水管下方与给水管相交时，设于给水管下方 尽量避免敷设在机动车道下，设在人行道下尽量避免敷设在机动车道下，设在人行道下 38五、污水管道的设计举例原始资料：给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊人口密度为350人/公顷，污水量标准为120L/(人.d)，火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和4L/s，工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与6L/s。生活污水及经过局部处理的工业废水全部送至污水处理厂进行处理。工厂甲废水排出口的管底埋深为2.0m39平面图40管道定线41街坊面积计算街坊编号1234567891011街坊面积（公顷）1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.042.40街坊编号1213141516171819202122街坊面积（公顷）2.401.212.281.451.702.001.801.661.231.531.71街坊编号2324252627街坊面积（公顷）1.802.202.042.4042划分设计管段，计算设计流量管道的水力计算绘制图纸（平面图和管道纵剖面图）43水力计算注意问题控制点选择管道坡度与地面坡度设计流速与设计管径注意水头损失旁侧支管连接44六、国外污水管道的设计方法介绍常规设计方法给水量60%80%排水量查曲线最小流量最大流量校核自净流速设计流量乘系数（考虑地下水和雨水）设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管45七、城市污水回用工程污水回用意义污水回用目标与水质污水回用处理技术46地球上水的总量1.361018m3淡水储量仅为3.51016m3不足全球总水量的3%易开发利用的淡水储量为4.01015m3，占淡水的11%世界水资源概况世界水资源研究所：全世界有26个国家2.32 亿人口面临缺水的威胁 联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争47我国水资源现状n 人均水资源占有量人均水资源占有量2200立方米立方米n 约为世界平均水平的约为世界平均水平的1/4n 排名世界第排名世界第112位位n 每年因缺水而造成的经济损失约每年因缺水而造成的经济损失约 20003000亿元亿元48解决水资源缺乏的途径n 海水淡化海水淡化n 修建水库，贮存雨水修建水库，贮存雨水n 长距离引水长距离引水n 开发地下水开发地下水n 节约用水节约用水n 污水回用污水回用49污水回用对象n n污水回用于农业灌溉n n污水回用于工业：如冷却水n n污水回用于城市生活：即建筑中水 （市政用水、生活杂用水）由于生活污水水量大且流量稳定，成为主要的回用研究对象50我国生活杂用水水质标准51日本的中水水质标准项目单位标准值臭气色度浊度总蒸发残渣悬浮物pH值COD（KMnO4）BODPO4阴离子表面活性剂大肠菌群落一般细菌余氯TOC-度度mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L个/mL个/mLmg/Lmg/L无不快感105500以下5以下5.88.620以下10以下1.0以下1.0以下没有检出100以下0.1以下1552典型的中水处理工艺流程出水出水进水进水格格栅栅沉沉砂砂池池初初沉沉池池曝曝气气池池二二沉沉池池投药投药混凝混凝反应反应沉沉淀淀池池过过滤滤池池消消毒毒池池预处理预处理中心处理中心处理后处理后处理二级生物处理、给水处理工艺的组合53中水回用过程中存在的问题n n传统的处理工艺流程复杂，自动化水平不高，要求管传统的处理工艺流程复杂，自动化水平不高，要求管理人员有较高的专业水平，使得中水设施建成后，能理人员有较高的专业水平，使得中水设施建成后，能够正常运行的不多。够正常运行的不多。n n中水处理成本偏高，同国内偏低的自来水价格相比，中水处理成本偏高，同国内偏低的自来水价格相比，并无优势，而且中水水质难以保证，使得人们难以接并无优势，而且中水水质难以保证，使得人们难以接受中水这一受中水这一“新鲜新鲜”事物。事物。n n房地产开发商在配套中水设施时，会因增加建设成本房地产开发商在配套中水设施时，会因增加建设成本而影响其在市场的竞争力。而影响其在市场的竞争力。n n人们的水资源危机意识还较淡薄，使得中水设施的发人们的水资源危机意识还较淡薄，使得中水设施的发展受到了阻碍。展受到了阻碍。54