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第2章排水系统概论
【教学基本要求】
经过学习, 要求学生了解排水系统的基本知识, 熟悉并掌握排水系统中一些重要概念, 掌握排水管道施工图的识读, 初步具备城市排水管道工程基本知识的素质与能力, 为后续施工知识的学习打好基础。
【学习重点】
1、 排水系统的任务; 城市排水的分类; 排水系统的体制及选择
2、 排水系统的布置形式; 污水、 雨水管道的布置要求; 排水系统的组成
3、 污水、 雨水管道系统设计基本知识; 覆土厚度、 埋设深度等重要概念; 合流制管道
系统设计的基本知识
4、 排水管道施工图(平面图、 纵断面图等)的识读
5、 城市污水处理工艺流程
【内容提要和学习指导】
2.1排水系统的体制及其选择
城市排水系统服务对象按来源不同分为:生活污水、 工业废水和降水。
1.排水系统的体制
直泄式排水系统
合流制
截流式合流制排水系统
完全分流制
分流制
不完全分流制
2.排水系统的体制的选择
环境保护方面
造价方面
维护管理方面
施工方面
排水系统体制的选择应根据城镇及工业企业的规划、 环境保护的要求、 污水利用情况原有排水设施、 水质、 水量、 地形、 气候和水体等条件, 从全局出发, 在满足环境保护的前提下, 经过技术经济比较, 综合考虑确定。
2.2排水系统的组成和布置
1.排水系统的组成
( 1) 城市污水排水系统的组成
室内污水管道系统及设备
室外污水管道系统
污水泵站及压力管道
污水处理厂
污水出水口及事故排放口
( 2) 雨水排水系统的组成
建筑物的雨水管道系统。
居住小区或工厂、 街道雨水管道系统。
雨水泵站及压力管道。
出水口及事故排放口。
2.排水系统的布置形式
正交式、 截流式、 平行式、 分区式、 分散式、 环绕式
3.污水管网的布置
( 1) 污水管道的定线原则:
以最短的管道、 最小的埋深, 尽可能地让最大区域的污水自流排出。定线一般先确定主干管, 再是干管和支管。
( 2) 定线时应充分利用地形, 污水主干管尽可能设在地形低平位置, 沿河布置。
( 3) 污水干管一般沿城市道路敷设, 一般设在污水量大或地下管线较少一侧的人行道、 绿化带或慢车道下。
4.雨水管渠的布置
( 1) 充分利用地形, 就近排入水体。
( 2) 结合街区及道路规划布置雨水管道。
( 3) 合理布置雨水口, 以保证路面雨水排除通畅。
( 4) 合理选用出水口形式。
( 5) 雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定。
( 6) 充分利用地形, 选择适当的河湖水面和洼地作为调节池, 以调节洪峰流量。
2.3污水管道系统
1.污水设计流量计算
( 1) 污水量的总变化系数KZ: 指在设计年限内, 最高日最高时的污水量与平均日平均时的污水量的比值,
(5L/s<<1000L/s)
其中中≤5L/s时, KZ取2.3; ≥1000L/s时, KZ取1.3。
(2)污水设计流量计算
城市污水设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算, 即
Q=居住区流量+工厂( 职工+生产) 流量
例题: 已知某居住区的生活污水平均流量是10L/s, 则该居住区的生活污水设计流量是多少?
解答: 根据总变化系数的定义可知:
最高日最高时的污水量( 设计流量) ＝平均日平均时的污水量·KZ＝21L/s
其中
2.污水管道的水力计算设计规定
( 1) 设计充满度: 污水管道中充满度(h/D)应小于1
( 2) 设计流速: 污水管道的最小设计流速定为0.6m/s
( 3) 最小管径: 街坊和厂区内最小管径为200mm, 街道上最小管径为300mm。
( 4) 最小设计坡度: 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。
( 5) 污水管道的埋设深度
污水管道的埋设深度是指管道内壁底部到地面的垂直距离, 简称埋深。
管道外壁顶部到地面的距离, 称为覆土厚度。
管道最小覆土厚度应满足下列三个要求:
必须防止管道内的污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道。
必须防止管壁因地面荷载而受到破坏。
必须满足街区污水连接管衔接的要求。
上述三个不同因素下得到的最大值就是该管道的允许最小覆土厚度或最小埋深。
管道的最大埋深一般在干燥土壤中, 不超过7~8m, 在多水、 流砂、 石灰岩地层中, 一般不超过5m。
( 6) 污水管道的衔接: 水面平接和管顶平接
遵循两个原则:
一是尽可能抬高下游管段的高程, 以减小管道的埋深, 降低造价;
二是避免在上游管段中形成回水而造成淤积。
注意, 无论在任何情况下, 下游管段的起端水面标高不得高于上游管段的终端水面标高; 下游管段的管底标高不得高于上游管段的管底标高。
3.污水管道的水力计算
( 1) 几个概念
设计管段: 两个检查井之间, 若设计流量相同, 且采用相同的管径和坡度的管段。
本段流量q1:假定从管段起点流入的沿线街坊流来的流量;
转输流量q2:从上游管段和旁侧管段流来的流量;
集中流量q3:从工业企业或其它大型公共建筑物流来的流量。
( 2) 管段的设计流量:
4.污水管道的设计计算步骤
(1)污水管道定线
(2)街区编号并计算街区的面积
(3)划分设计管段, 列表计算设计流量
(4)水力计算
例题: 有两管段D300、 D400在检查井处连接, 已知D300管段坡度0.003, 管长30m, 上游管底高程为4.300m,试确定D400管段上游管內底高程?
解答: 两管段采用管顶平接。
D300下游管內底高程＝4.300－0.003×30＝4.210m
D400上游管內底高程＝4.210-( 0.4－0.3) ＝4.110m
5．绘制管道平面图和纵断面图

污水、 雨水管道平面图

污水纵断面图
2.4雨水管渠系统
1.几个概念
( 1) 暴雨强度: 单位时间内单位面积上降落在不透水地面上的雨水体积称为暴雨强度q(L/(s·hm2)。中国采用的暴雨强度公式的表示式为:

注意: 重现期P选取与经济条件、 地理位置或地区的重要性、 技术条件、 地形条件等有关, 经济条件好的城市, 较重要的干道、 立交桥等, 重现期P可选较大值。
(2)降雨历时(集水时间)t
集水时间由两部分组成:地面集水时间t1和雨水在管道内流到该设计断面所需的时间t2。可由下式表示:
t=t1+mt2
( 3) 径流系数ψ: 径流量与降雨量的比值, 其值常小于1。
地面径流系数与汇水面积上的地面材料性质、 地形地貌、 植被分布、 建筑密度、 降雨历时、 暴雨强度及暴雨雨型有关。
在实践中, 可按不透水区域覆盖面积取经验数值, 参见现行设计规范。
2．雨水管渠设计流量计算
例题: 已知设计暴雨强度q＝200(L/(s·hm2), 径流系数ψ＝0.5, F＝2hm2, 则单位面积径流量q0为多少?
解答: 根据雨水管渠设计流量计算公式Q=ψqF可知:
单位面积径流量q0=ψq＝0.5×200＝100(L/(s·hm2)
3.雨水管渠水力计算的设计规定
( 1) 设计充满度: h/D=1
(2)设计流速: 满流时管道内最小设计流速为0.75m/s
(3)最小管径和最小设计坡度:
在街道下的雨水管道, 最小管径为300mm, 相应的最小坡度为0.003; 雨水口连接管的最小管径为200mm, 最小坡度为0.0l。
4.雨水管渠水力计算
雨水管道各设计管段在高程上采用管顶平衔接。
(1)根据城市规划和排水区的地形, 划分排水流域和管道定线。
(2)划分设计管段。
(3)划分并计算各设计管段的汇水面积。
(4)确定各排水流域的平均径流系数值。
(5)确定设计重现期、 地面集水时间。
(6)求单位面积径流量ψq。
(7)列表进行雨水干管的设计流量和水力计算。
(8)绘制雨水管道平面图及纵断面图。
2.5　合流制排水管渠
1.合流制管渠系统的使用条件
( 1) 排水区域内有一处或多处水量充沛的水体, 其流量和流速都足够大, —定量的混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内。
( 2) 街坊和街道的建设比较完善, 必须采用暗管渠排除雨水, 而街道横断面又较窄, 管渠的设置位置受到限制时, 可考虑选用合流制。
( 3) 地面有一定的坡度倾向水体, 当水体高水位时, 岸边不受淹没。
(4)水体卫生要求特别高的地区, 雨、 污水均需处理。
(5)雨水较稀少的地区。
2.合流制排水管渠的设计流量
例题: 某合流制溢流井上游管网系统中的旱流流量Qf为10L/s, 雨水设计流量为100L/s, 则计算该合流制溢流井上游管网系统中的设计流量?
解答: 溢流井上游管渠的设计流量为旱流量与雨水设计流量之和。
＝10+100＝110L/s
3.城市旧合流管渠系统的改造
( 1) 改合流制为分流制
( 2) 保留合流制, 修建合流管渠截流管
( 3) 对溢流的混合污水进行适当处理
( 4) 对溢流的混合污水量进行控制
2.6城市污水处理简介
处理方法
物理处理法
化学处理法
生物处理法

简要介绍
利用物理作用分离和去除污水中呈悬浮固体状态的污染物质
利用化学反应的作用, 分离回收污水中处于各种形态的污染物质(包括悬浮的、 胶体的、 溶解的等)
利用微生物的代谢作用, 使污水中呈溶解胶体状态的有机污染物质, 转化为稳定的无害物质
常见方法
筛滤、 沉淀和过滤
中和、 混凝、 电解、 氧化还原、 萃取和吸附
活性污泥法、 生物膜法

2.7城市污水的处理工艺
处理工艺
一级处理
二级处理
三级处理

去除对象
悬浮状态的固体物质
大幅度地去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物
进一步去除水中难降解的有机污染物、 氮和磷等能导致水体富营养化的可溶性有机物等
构筑物
格栅、 沉砂池、 初沉池
曝气池、 二沉池

效果
生物化学需氧量(BOD)一般只能去除30%左右, 依然不能排放, 必须进行二级处理
BOD、 化学需氧量(COD)物质, 去除率可达90%以上, 有机污染物可达排放标准
活性污泥法、 生物膜法

城市污水处理工艺示意图