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给水排水专业导论 第三单元排水系统 水的社会循环 排水系统 一 排水工程技术概述二 我国排水工程事业的发展三 排水管道系统四 污水处理工程实例五 排水工程未来发展趋势 一 排水工程技术概述 1 排水工程主要任务2 排水系统组成3 污水水质及排放标准1 污水中的污染物2 水质指标3 水质标准4 排水工程技术概述 排水工程主要任务 1 迅速排除雨水和污水 城市 厂区的排水管网布置和设计2 分质处理污水 再排入水体或处理水回用污水的来源 来自水的社会循环工厂 工业废水和污水居民生活 生活污水初期雨水 城市污水的处理工业废水处理 2 排水系统组成 定义 将城市污水 降水有组织的排除与处理的工程设施称为排水系统排水系统组成 排水管道系统雨水管道系统 雨水提升泵站污水管道系统 污水提升泵站污水处理系统污水处理厂 污水泵站 污水处理设施 三 排水管道系统 1 排水管道系统任务和组成2 排水管网规划布置3 污水管道设计内容4 雨水管道设计内容5 排水管材 1 排水管道系统任务和组成 1 任务 及时排除城市雨水和污水2 组成 管道和附属构筑物组成污水管道 干管和支管雨水管道 干管和支管附属构筑物雨水口 检查井 泵站 出水口 倒虹管 跌水井 溢流井 防潮门等 排水管网规划布置 城市排水体制1 合流制排水系统2 分流制排水系统 雨水工程规划图 雨水工程规划图 污水工程规划图 3 污水管道设计内容 1 管道系统平面布置2 计算管道设计流量3 计算管径和坡度污水在管道中是非满流4 确定管道埋深5 附属构筑物设计 四 雨水管道设计内容 1 管道系统平面布置2 计算管道设计流量用当地暴雨公式计算3 计算管径和坡度雨水在管道中是满流4 确定管道埋深5 附属构筑物设计雨水泵站设计雨水井排出口 五 排水管材 1 金属管2 非金属管陶土管混凝土管 钢筋混凝土管 塑料管材 玻璃钢管3 大型排水渠道 给水排水泵站 水泵的作用 提升和抽送水水泵设计参数 流量 扬程常用的水泵类型离心泵 用于给水工程中清水泵 扬程大 流量小轴流泵 污水泵 用于排除污水和雨水扬程小 流量大混流泵 泵站类型 泵站类型 排水泵站污水泵站雨水泵站合流泵站污泥泵站 雨水排除系统 雨水管道系统雨水泵站出水口 渠 污水排除系统 污水管道系统污水泵站污水处理厂污水出口设施 1 污水中的污染物 城市污水中主要污染物有机物 蛋白质 淀粉 糖类 悬浮物氮 磷 病原微生物工业废水中污染物成分复杂无机物 有毒重金属和非金属物 酸碱有机物 无毒有机物 纤维素 蛋白质 淀粉 糖类 有毒有机物 苯类 酚类 有机农药 杀虫剂 特点 成分复杂 浓度高 流量变化大 应单独处理 2 水质指标 水中杂质 按形态大小划分 悬浮物 胶体物 溶解物按化学成分划分 有机物 无机物水质指标 物理学指标 悬浮物指标 SS 温度 色度等化学指标无机指标 六大毒物 镉 铬 汞 铅 砷 氰有机指标 综合性指标 化学需氧量COD 生物化学需氧量BOD生物学指标细菌总数 3 水质标准 水环境质量标准 地面水环境质量标准 GB3838 2002 P84 农田灌溉水质标准 GB5084 92 污水排放标准 污水综合排放标准 GB8978 1996 P85 工业 三废 排放试行标准 GBJ4 73 污水排入城市下水道水质标准 CJ18 86 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 污水综合排放标准 GB8978 1996 主题内容本标准按照污水排放去向 分别限规定了69种水污染物最高允许排放浓度及部分行业最高允许排水量 适用范围本标准适用于现有单位水污染物的排放管理 建设项目的环境影响评价 建设项目环境保护设施设计 竣工验收及其投产后的排放管理 地面水环境质量标准 GB3838 83 为首次发布 1988年为第一次修订 1999年为第二次修订 GB3838 2002 为第三次修订 地表水环境质量标准 GB3838 2002 109项 p84 表1地表水环境质量标准基本项目标准限值 24项 表2集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值 5项 表3集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值 80项 基本项目适用于全国江河 湖泊 运河 渠道 水库等具有使用功能的地表水水域 水域功能和标准分类 依据地表水水域环境功能和保护目标 按功能高低依此划分为五类 类主要适用于源头水 国家自然保护区 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区 珍惜水生生物栖息地 鱼虾类产卵场 仔稚幼鱼的梭饵场等 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 鱼虾类越冬场 洄游通道 水产养殖区等渔业水域及游泳区 类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区 类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 全国主要流域重点断面水质自动监测周报 时间 2011年第38周 9月12日 9月18日 全国主要水系115个重点断面水质自动监测站八项指标的监测结果表明 水温 pH 浊度 溶解氧 电导率 高锰酸盐指数 氨氮和总有机碳 类水质的断面为84个 占73 类水质的断面为19个 占17 类水质的断面为5个 占4 劣 类水质的断面为7个 占6 4 排水工程技术概述 1 城市排水设施 2 污水处理概况 3 城市污水处理程度与工艺 4 城市污水处理发展历史 1 城市排水设施 城市排水是现代化城市不可缺少的重要基础设施是城市水污染治理和城市排涝 防洪的骨干工程 城市排水设施包括 接纳 输送城市排水的管网 雨水和污水 雨水泵站 污水提升泵站沟渠 起调蓄功能的湖塘 河道污水处理厂及相关设施 完善的城市排水设施是衡量现代化城市水平的重要标志 2 污水处理概况 城市污水处理接纳 城市生活污水工业废水 满足排入下水道标准的工业废水 初期的雨水主要污染物 悬浮物SS和有机物BOD处理方法 物理法 生物法工业污水处理处理方法 物理 化学 生物法 3 城市污水处理程度与处理工艺 处理程度一级处理 处理对象 悬浮物处理方法 物理方法二级处理 处理对象 有机物处理方法 微生物学方法三级处理 处理对象 氮 磷处理方法 物理化学方法 微生物学方法深度处理处理对象 进一步去除水中杂质 使水质达到回用目的 城市污水典型的流程 城市污水典型的流程 4 城市污水处理发展历史 1942年 英国曼切斯特污水厂主要去除水中悬浮物和有机物传统活性污泥法工艺1960 主要去除水中SS BOD和氨态氮要求 生物硝化反应新工艺 氧化沟工艺 AB1980 主要去除水中SS BOD 氮和磷新工艺 A O A A O SBR 二 我国排水工程事业的发展 最早的排水工程秦代已有用以排除城市雨水的管渠 唐长安城朱雀街两侧水沟 上口宽3 3m 底宽2 34m 深1 7 2 11m 可以排洪防涝 是真正的城市排水工程 北京城内 明清两代修建的矩型排水沟 有的至今仍在使用 解放前 排水工程发展缓慢全国城市中排水管道总长度只有6034km某些大城市仅有局部雨污水合流制管道 污水就近排入水体 排泄能力很低 污水处理设施全国共4座 上海3座 南京1座 日处理能力共计4万m3 解放后 排水工程迅速发展 50年代初期全国十几个大城市建成的城市排水管渠仅有3000km排水工程项目主要以治理雨污水 完善排水系统为重点 改造工程治水修塘如北京龙须沟 上海肇家浜 南京秦淮河 武汉黄孝河 天津市海河改造及污水改造工程等治理工程 50年代初 我国开始建城市污水处理厂 龙须沟变迁 早年的龙须沟 水流清澈 在清末民初时 龙须沟沿岸 开设了100多个洗染皮毛的小作坊 废水排入龙须沟里 又由于龙须沟沿岸居民任意往龙须沟旁倾倒垃圾 龙须沟彻底污染 水质变脏变臭 夏天蚊蝇乱飞 臭水到处流 1950年才将这段龙须沟改砌成暗沟 我国建城市污水处理厂 最早始于50年代初 50年代建的污水厂太原西郊 西安邓家村 兰州七里河等9座城市污水处理厂 特点 多为一级机械处理工艺处理规模小 总处理能力约36 3万m3 d 西安市邓家村污水处理厂 始建于1956年 处理规模4万m3 d 经过1963年和1979年的两次扩建后 处理能力达到12万m3 d 处理工艺 由一级物理处理提高到二级生物处理 接纳污水范围有130多家工厂的工业废水和近50万居民的生活污水 处理后出水水质达到国家排放标准 70 80年代 雨水排水工程北京市修建的北护城河整治工程污水灌溉工程上海市南区污水干线排灌工程等 90年代 国家制定关于治理 三河 治理淮河 海河和辽河 三湖 太湖 巢湖和滇池 环渤海 的要求 城市排水工程发展 截至2010年9月底 全国设市城市 县及部分重点建制镇累计建成污水处理厂2631座 污水处理能力达到1 22亿立方米 日 全国正在建设的城镇污水处理项目达1849个 总设计能力约4660万立方米 日 国家统计局 2010年末 城市污水处理厂日处理能力达10262万立方米 比上年末增长13 4 城市污水处理率达到76 9 城市排水建设资金 八五 期间按行业划分 城市排水设施的建设固定资产投资为160 18亿元 十一五 期间 在污水处理方面的投资达到3000多亿元 其中 城市污水改造工程共涉及投资836亿元 中国污水处理行业与发达国家相比 仍存有较大差距 目前所面临的问题 污水管道系统不完善 污水处理设施不完备 污水处理率偏低等 欧美发达国家污水处理率都在80 以上 美国 荷兰等国家的污水处理率近些年甚至超过90 四 污水处理工程实例 高碑店污水处理厂杭州市四堡污水处理厂南京江心洲污水处理厂济宁市污水处理厂工程青岛市团岛污水处理厂工程广州大坦沙污水处理厂污水回用重点示范工程 一体化 污水处理工程合肥王小郢污水厂 高碑店污水处理厂 全国最大的污水处理厂之一收水面积9661ha服务人口240万 占地1020亩 远期建设规模250万m3 d 近期建设规模100万m3 d 占全市污水处理总量的40 近期建设规模100万m3 d 分两期建设一期50万m3 d 93年 投资5 24亿元人民币二期50万m3 d 99年 工程总投资为11 2亿元人民币工艺设计处理流程前置缺氧段活性污泥法 一级处理 格栅 泵房 曝气沉砂池和矩形平流沉淀池 二级处理采用推流式曝气池 辐流式二沉池 污泥处理采用中温两级消化 工艺流程图 格栅间 一期工程安装两道格栅 粗格栅间隙100mm人工清除污物 中格栅间隙25mm 为链条式自动除污机 二期工程改造 将粗格栅改为连续式自动清渣 中格栅改为细格栅间隙5mm回转式自动除污机 栅渣用皮带输送装筒运往垃圾消纳厂填埋 进水泵房 安装6台水泵 一期4台 二期2台 曝气沉砂池 曝气沉砂池共2组每组分2池每组池长21m 宽6m 有效水深4 25m 每组池设1台移动桥式吸砂机及砂水分离器 瑞典PURAC公司 沉淀池 平流式初沉池池共48座单池 长75m 池宽14m 水深2 5m 排泥方式 采用进口桥式刮泥机12台 排泥采用定容式螺杆泵排泥 共24台 幅流式二沉池共24座直径50m采用桥式刮吸结合虹吸式静压排泥 曝气池 曝气池共24座单池隔成3廊道宽9 3m 长96m 水深6m的廊道 二期工程A O法 增加内回流设施 鼓风机共8台 2台备用 曝气方式采用曝气头一期采用国产钢钰式微式曝气器共90000个 二期采用进口膜片橡胶微孔曝气头 总数为36036个 重力浓缩池 用于污泥浓缩一期直径23 5m 二期直径20m 园形共12座 消化池 共16座直径20m总高28 8m 地下5m 二级中温消化12座一级4座二级沼气储柜及废气燃烧器1座消化池污泥产生的沼气用以发电 补充本厂能源 发电机组的冷却水供消化池加热 杭州市四堡污水处理厂 建设规模 一级处理设计污水量40万立方米 d设计起止时间 1983年3月 1985年6月建成投产时间 1988年1月 设计主要特点 当时国内规模最大的城市污水一级处理厂服务面积为60平方公里 设计能力旱季污水量40万立方米 天 最大设计流量62万立方米 天雨季合流污水量80万立方米 天污水处理采用一级处理 即格栅 沉砂 沉淀处理 采用扩散管排江处理 污泥处理采用中温二级消化 全部污泥机械脱水 沼气用于烧锅炉 供污泥加热并供厂内部分生活用气 南京江心洲污水处理厂 1996年10月建成 污水处理能力26万m3 d扩建工程总规模64万m3 d 一期40万m3 d 二期24万m3 d 污水处理系统包括污水的收集 输送 提升 处理 排放等部分 机械处理段 一级处理细格栅间 曝气沉砂池 初沉淀池组成 生物处理段 二级处理生物池 二次沉淀池 鼓风机房组成 污泥脱水处理 由储泥池 污泥消化池 污泥脱水机房等组成 深度处理 将部分二级出水 1万m3 d 经进行深度处理 混凝 沉淀 过滤 后 用作厂区生活杂用水 不仅有效地节约了水资源 基建单位水量投资为1600元 m3 d 实际电耗0 15kWh m3水 实际运行成本0 33元 m3水 不计折旧 济宁市污水处理厂工程 竣工时间 2002年4月10日建设规模 20万m3 d AB法二级生化污水处理工程总投资为 2 99亿元特点工业废水约占总水量的70 处理出水经臭氧脱色处理后作为城市河道的补充水源及厂区自用水 曝气池设计 采用现浇钢筋砼结构 沿纵向设伸缩缝三道 沿横向设伸缩缝一道曝气池外墙根据水荷载的特点 设计为变断面并采用构造底板 节省了大量工程材料 卵形消化池结构设计 运用了无粘结预应力新技术节约用钢量及混凝土量 施工简单 池体为光滑曲面 没有弯折点 应力分布均匀 结构受力合理 有非常好的力学性能 可以连续施工 节能与利用 1 沼气利用2台沼气鼓风机 全年可节约939万度电 约占全厂用电总量的25 加热污泥 此热量相当于节省一台蒸发量1 2吨 时的蒸汽锅炉 2 鼓风机的调节控制方法 由现场PLC控制站根据曝气池中溶解氧的变化 调节阀门的开启度 改变空气管路的压力 进而反馈给鼓风机 调节鼓风机进 出风口导叶片 在保证系统恒定压力的前提下 改变系统的气量 此项措施可节省供气量的10 青岛市团岛污水处理厂工程 建设规模 10万t dA2 O工艺4万t d污水回用深度处理竣工时间 1999年4月工程总投资 3 2亿元 广州大坦沙污水处理厂 建设规模 二级处理量15万立方米 d建成投产时间 1988年12月工程投资 人民币8700万元 外币117万美元设计特点 A A O工艺 该工程自动化水平高 全厂采用微机控制运行 主要一次仪表为进口仪表 采用微孔曝气 并根据曝气池中DO值自动调节鼓风机风量 污水回用重点示范工程 纪庄子污水回用工程5万m3 d其中3万m3 d 采用传统老三段工艺 另外2万m3 d 采用CMF 臭氧处理工艺连续膜过滤技术 是一种新型的膜分离工艺过程 采用分质处理 分质供水方案 居民区 采用CMF膜 臭氧氧化 消毒工艺 回用水用于居民冲厕 家庭杂用水 喷洒道路 园林绿化和补充景观水体 工业区采用 传统混凝 沉淀 过滤 消毒工艺 回用水用于循环冷却或工艺过程 实现了优水优用 低水低用 每年可替代自来水1825万立方米 相当于目前天津市20天的用水量 经济 社会 环境效益明显 一体化 污水处理装置 深圳市对城市排水设施不完善地区的新建楼群的生活污水 要求采用 一体化 污水处理装置就地处理达标后利用或排放 控制了新区水污染 适用范围 适用于COD 1000mg l的可生化污水的处理 主要用于生活小区 学校 医院 宾馆 食品加工业及部分工业废水等区域可生化处理的污水进行处理 一体化污水处理设备 好氧的全淹没膜生物处理装置 利用微生物在有氧条件下对污水中有机物进行降解反应的高科技产品 其主要的技术核心是 新型的膜技术 溶解氧转移率提高技术 自动控制技术有机完美的结合 特点微生物的浓度比常规生物法高三到四倍 这样它的处理效率要高两倍以上 有机物分解彻底 对难降解的物质也可以有很好的去除效果 一体化污水处理设备型号 WT 20 小型生活污水处理设备 处理能力为1 15吨 天 采用最先进的MBR生物膜法处理 特点 该设备占地少 尺寸3800 1500 2000mm 能耗少 仅0 5WK 时 自动化控制 无人管理 维修保养方便 可地埋式也可露天式安装 安装简单 出水优于国家一级排放标准 可回用于地面冲洗和绿化浇灌 适合于小区生活污水处理 MBR工艺 膜生物反应器工艺是现代膜分离技术与生物技术有机结合的一种新型废水生物处理技术 原理 它利用膜分离装置将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质有效截留 替代二沉池 合肥王小郢污水厂 简介 占地面积 公顷 15处理规模 万立方 日 15处理深度 二级处理工艺 氧化沟服务面积 平方公里 45 68服务人口 万人 75 9污水回用量 万立米 日 6工业废水占处理水理 30建设日期 93 9 1 投产日期 98 5 1 工程设计主要特点 采用具有除磷脱氮功能的氧化沟处理工艺 该工艺组成 粗格栅 进水泵房 细格栅 圆形旋流沉砂池 厌氧池 改良型卡鲁塞氧化沟 沉淀池 回流及剩余污泥泵房 污泥浓缩脱水机房等9种工艺构筑物组成 工程建成投入运行后 出水水质很快达到了国家污水综合排放标准的二级排放标准指标要求 工程特点 采样先进的施工工艺 全厂共设厌氧池3座 每座尺寸为29 3m 70m 5m 氧化沟3座 每座尺寸为83 05m 136 4m 4 85m 池体采用 加强带 的作法 通过使用高效膨胀剂进行的无缝设计 减少池体裂缝和渗漏现象 另一方面 厌氧池和氧化沟采用了挡水墙结构和构造底板 为工程节省了大量混凝土和工程投资 工程特点 设置圆形辐流式沉淀池6座 每座沉淀池直径 45m 池边深4 45m 池中心深5 9 7 1m 根据该沉淀池的受力特点 设计采用了预制拼装预应力绕丝结构 即池底板与中心筒为现浇 壁板和集水槽为预制 池壁外侧采用预应力绕丝结构来承受内侧水压产生的环拉力 工程特点 采样先进的施工工艺 全厂共设厌氧池3座 每座尺寸为29 3m 70m 5m 氧化沟3座 每座尺寸为83 05m 136 4m 4 85m 这2种构筑物属于超长型结构 按设计规范应每隔25m左右需设温度缝一道 采用 加强带 的作法 在加强带控制的范围内向混凝土中加入一定比例的新型高效膨胀剂 从而使混凝土产生适度膨胀 并在结构中产生一定的预压应力 这一应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉力 同时也可抵消由于温度作用在混凝土内产生的拉应力 进而防止或减少混凝土收缩开裂且使混凝土致密化 提高了池体结构的防渗能力 通过使用高效膨胀剂进行的无缝设计 在宽度方向上取消了温度缝 保留一道加强后浇带 长度方向上只留了一道温度缝和两道加强后浇带 经过几年的正常运转 厌氧池和氧化沟在结构上没有出现裂缝和渗漏现象 另一方面 厌氧池和氧化沟采用了挡水墙结构和构造底板 为工程节省了大量混凝土和工程投资 五 排水工程未来发展趋势 强化城市排水设施的建设在更大的范围内 结合流域的特点 科学合理地规划建设排水系统 完善城市排水管网系统 加快污水处理设施建设要采用先进的技术和工艺流程 加强水处理工艺研究应该向高效 低耗 少占地 自动化方向发展 2010年 重点城市污水集中处理率不低于40 到2015年 城市排水管网污水收集率不低于80 城市污水集中处理率不低于60 大城市不低于80 中等城市不低于60 小城市不低于50 到2030年 城市污水集中处理率不低于80 大城市不低于90 中等城市不低于80 小城市不低于70 思考题 题目 我家乡的排水工程蓝图提示 排水工程的主要任务 排水系统组成 举例说明城市排水设施在城市建设中有何作用 介绍你家乡的城镇或乡村有哪些排水设施 目前排水系统主要存在哪些问题 你希望大学毕业后为家乡排水工程做哪些事情 环境保护部发布2009年度城市环境综合整治考核结果 城市地表水环境功能区 城区 水质达标率平均为89 84 比2008年提高4 44个百分点 2009年 全国城市生活污水集中处理率平均为63 42 比2008年提高8 03个百分点 其中 445个城市的城市生活污水集中处理率超过60 比2008年增加80个城市 全国主要流域重点断面水质自动监测周报 2010年第45周 11月1日 11月7日 全国主要水系100个重点断面水质自动监测站八项指标 水温 pH 浊度 溶解氧 电导率 高锰酸盐指数 氨氮和总有机碳 的监测结果表明 类水质的断面为76个 占76 类水质的断面为11个 占11 类水质的断面为6个 占6 劣 类水质的断面为7个 占7 我国城市排水工程建设发展简表中国建设报2002 04 04制表 郑贤谷李树平时间特征实例五十年代 一些城市的排水工程建设以排除暴雨渍水危害为主 如天津 哈尔滨 武汉 齐齐哈尔和南京等不少城市 另有一些工业发展较快的城市和工业企业 由于未经妥善处理的废水量日益增加而直接排入水体 超过了水体自净能力 开始出现了对受纳水体的污染 甚至在一定程度上污染了饮用水源 因此这些城市大多抓紧了水体整治和排水工程的建设 1953年 上海建设了曹杨污水处理厂 该污水处理厂日处理能力0 57万m3 采用二级活性污泥法处理工艺 服务地区敷设直径230 1050毫米各种规格混凝土管道12046米 这是我国第一座自行设计 施工和采用国产机电设备的污水处理厂 曹杨新村也成为解放后最早实行雨污水分流制的地区 1954年国家成立建筑工程部给水排水设计院 随后又设立了东北 长春 华北 天津 西北 兰州 西南 成都 中南 武汉 5个部属设计院 另有北京 上海 天津市等市政设计院 1957年在全国学习苏联的基础上颁布了我国第一个排水设计规范 1973年经修订改为室外排水设计规范 1997年又经局部修订 使用至今 为改善上海老城区的排水问题 1958年动员杨浦 长宁等7个区的社会群众205万人次参加臭水浜治理工程 历经2年 填没法华 虹镇老街等臭水浜162公里 埋设各类排水管道193公里 天津市于1958 1960年进行海河清浊分流工程 新建排水管道185km 排水提升泵站23座 整治污水河道126km 排水支渠146km 桥涵和扬水站闸179座 海河水质得以明显好转 六十年代 经过适当处理的生活污水用于灌溉农田 节约农业用水 对工业废水采取 就地回收 因地制宜 适当处理 充分利用 的原则来解决 为解决老城区合流制排水系统对受纳水体的污染问题 一些城市沿受纳水体建造截流管道 结合新兴城市和工业项目建设 配套建设了一些城市污水处理厂 上海于1965年5月完成苏州河地区治理污水初步规划 此规划结合污水灌溉农田和合流污水排放长江 南区和南区两条输水干线分别于1970年和1973年相继建成 设计日输送能力为118万立方米 七十年代 为解决城市污水的净化处理问题 一些城市利用郊区的坑塘洼地 废河道 沼泽地等 稍加整修或围地筑坝 建成稳定塘 对城市污水进行净化处理 开始重视防止 公害 和引进先进工业技术 开展与国外的技术交流 并逐步加以应用国外先进技术和设备 逐步探索和适应我国国情的设计和工程技术 为随之而来的建设高潮奠定了基础 1973年 在全国第一次环境保护会议上 制定了 全国规划 合理布局 综