三污水工程规划PPT课件.ppt

第二节城市污水工程系统规划 城市污水系统主要包括污水管道系统和污水厂两个部分 城市污水管道系统规划的主要内容有 排水流域的划分 污水管道的定线和平面位置 城市污水和工业废水流量的确定 污水管道的水力计算 污水管道在道路上的位置确定等 1 一 城市污水量预测和计算 城市污水量包括城市生活污水量和部分工业废水量 与城市性质 发展规模 经济生活水平 规划年限等有关 居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额 结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度因素确定 可根据当地相关用水定额的80 90 采用 根据规划所预测的用水量 通常可选用城市污水排放系数和城市工业废水排放系数来计算城市污水量 污水排放系数是在一定的计算时间 年 内的污水排放量与用水量 平均日 的比值 按城市污水性质不同可分为 城市污水排放系数 城市综合生活污水排放系数和城市工业废水排放系数 当城市供水量 排水量统计分析资料缺乏时 城市分类污水排放系数可根据城市居住 公共设施和分类工业用地的布局 结合以下因素 按表4 1 表4 2的规划确定 2 城市污水分类排放系数表 3 城市中工业单位排污与城市污水处理厂排污分别执行下列标准 工业单位排污执行 污水综合排放标准 GB8978 1996 造纸 船舶 海洋石油 纺织 肉类 合成氨 钢铁 航天 兵器 磷肥 烧碱行业除外 排入GB3838 类水域 划定的保护区和游泳区除外 执行一级标准 类水域 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 排入GB3838 类水域执行二级标准 类水域主要适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区 类水域主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水 执行三级标准 4 城市污水处理厂排污执行 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002一级标准分为A标准和B标准 城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊 水库等封闭或半封闭水域时 执行一级标准中A标准 排入GB3838地表水 类功能水域执行一级标准的B标准 二级标准为出水排入GB3838 类水域时执行 三级标准为非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂 根据当地经济条件和水污染控制要求 采用一级强化处理工业时执行 但必须预留二级处理设施的位置 分期达到二级标准 城镇生活污水排放量指城镇居民每年排放的生活污水 用人均系数法测算 测算公式为 城镇生活污水排放量 城镇生活污水排放系数 市镇非农业人口 365 5 一 生活污水设计流量 1 居民区生活污水设计流量按下式计算 居民区生活污水设计流量按下式计算 Q1 n N Kz 24 3600 式中Q1 居住区生活污水设计流量 L s n 居住区生活污水定额 L cap d N 设计人口数 Kz 生活污水量变化系数 cap 人 的计量单位 居住区生活污水定额和综合生活污水定额或综合生活用水定额 居住生活污水定额是指居民每人每天日常生活中洗涤 冲厕 洗澡等产生的污水量 综合生活污水定额指居民生活污水和公共污水 包括娱乐场所 宾馆 浴室 商业网点 学校和机关办公室等地方 排出污水两部分的总和 居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额 结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定 6 2 设计人口 指污水排水系统设计期限终期的规划人口数 是计算污水设计流量的基本数据 该值是由城镇 地区 的总体规划确定的 在计算污水管道服务的设计人口时常用人口密度和服务面积相乘得到 人口密度表示人口分布的情况 是指住在单位面积上的人口数 以cap ha表示 若人口密度所用的地区面积包括街道 公园 运动场 水体等 该人口密度称为总人口密度 若所用的面积只是街区内的建筑面积时 该人口密度称作街区人口密度 在规划或初步设计时 计算污水量是根据总人口密度计算 而在技术设计或施工图设计时 一般采用街区人口密度计算 7 3 变化系数 污水量的变化情况常用变化系数表示 变化系数有日变化系数 时变化系数 和总变化系数 日变化系数Kd 最高日污水量 平均日污水量时变化系数Kh 最高日最高时污水量 最高日平均时污水量总变化系数Kz KdKh污水量变化系数随污水量的大小而不同 污水量越大 其变化幅度越小 变化系数较下 反之则变化系数较大 综合污水量的总变化系数可按当地实际综合生活污水量变化资料采用 没有测定资料时 可按表4 3 表4 4取值 8 4 工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量 工业区内生活污水量 沐浴污水量的确定 应符合现行国家标准 建筑给水排水设计规范 GB50015 2003的有关规定 一般按下式计算 Q2 A1B1K1 A2B2K2 3600T C1D1 C2D2 3600 4 2 式中Q2 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 cap A2 热车间最大班职工人数 cap B1 一般车间职工生活污水定额 以25 L cap 班 计B2 热车间职工生活污水定额 以35 L cap 班 计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 cap C2 热车间最大班使用淋浴的职工人数 cap T 每班工作时数 h 淋浴时间以60min计 9 二 工业废水设计流量计算 工业区内工业废水量和变化系数的确定 应根据工艺特点 并与国家现行的工业用水量有关规定相协调 工业废水设计流量一般按下式计算 Q2 m M K2 3600T 4 3 式中Q3 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 L 单位产品 M 产品的平均日流量T 每日生产数 h K2 总变化系数生产单位产品或加工单位数量原料所排出的平均废水量 也称作生产过程中单位产品的废水量定额 工业企业的工业废水量随各行业类型 采用的原材料 生产工艺特点和管理水平有很大差异 近年来 随着国家对水资源开发利用和保护的日益重视 有关部门正在制定各工业的工业用水量等规定 排水工程设计时应与之协调 10 三 地下水渗入量 在地下水位较高地区 因当地土质 管道及借口材料 施工质量等因素的影响 一般均存在地下水渗入现象 设计污水管道系统是宜适当考虑地下水渗入量 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 日本规程 指针 规定采用经验数据 每人每日最大污水量的10 20 11 四 城市污水设计总流量计算 根据 室外给水设计规范 GB50013 2006 城镇旱流污水设计流量 应按下列公式计算 Qdr Qd Qm 4 4 式中Qdr 截留井以前的旱流流水设计流量 L s Qd 设计综合生活污水量 L s Qm 设计工业废水量 L s 以上Qd为Q1与Q2之和 Qm即为Q3 城市污水总的设计流量是居住区生活污水 工业企业生活污水和工业废水设计流量三部分之和 在地下水位较高地区 还应加入地下水渗入量 因此 城市污水设计总流量一般为 Q Q1 Q2 Q3 Q4 4 5 上述求污水总的设计流量的方法是假定排出的各种污水 都在同一时间内出现最大流量的 污水管道设计是采用这种简单累加法来计算流量的 但在设计污水泵站和污水厂时 如果也采用各项污水最大流量之和最为设计依据 将很不经济 因此 早 城市排水工程规划规范 GB50318 2000中规定 城市污水最宜根据城市综合用水量 平均日 乘以城市综合生活污水排放系数确定 城市工业废水量最宜根据城市工业用水量 平均日 乘以城市工业废水排放系数 或由城市污水量减去城市综合生活污水量确定 12 二 城市污水管网布置 13 一 污水管网布置形式 定线 在进行城市污水管道的规划设计时 先要在在城市总平面图上进行管道系统的平面布置 主要内容 确定排水区界 划分排水流域 选择污水厂和出水口的位置 拟定污水干管及主干管的路线 确定需要抽升的排水区域和设置泵站的位置 14 1 污水干管的布置形式 按干管与地形等高线的关系分为平行式和正交式 正交式 正交式布置是干管与地形等高线垂直相交 而主干管与等高线平行敷设 适应地形平坦略向一边倾斜的城市 15 平形式 平行式 平行式布置是污水干管与等高线平行 而主干管则与等高线基本垂直 适应城市地形坡度很大时 可以减少管道的埋深 避免设置过多的跌水井 改善干管的水利条件 16 2 污水支管的布置形式 污水支管的平面布置取决于地形 建筑特征和用户接管的方便支管低边式 围坊式 穿坊式 17 低边式地形倾斜明显 街坊面积不大的情况 围坊式用于地势平坦的大面积街坊 穿坊式管线较短 用于集中规划的新区 18 二 污水管道布置原则 尽可能在管线较短和埋深较小的情况下 让最大区域上的污水自流排出 定线时应充分利用地形 在整个排水区域较低的地方 如集水线或河岸低处敷设主干管及干管 地形较复杂时 宜布置成几个独立的排水系统 污水主干管的走向与数目应根据污水厂和出水口的位置与数目确定 若区域内几个城镇合建污水厂 则需建造相应的区域污水管道系统 尽可能采用重力流形式 避免提升 选择最适当的定线位置 减小管道埋深 节约管道长度 19 管道应减少与河流 山谷 铁路及各种地下构筑物相交叉 并考虑地质条件的影响 污水干管一般沿城市道路布设 道路宽度大于40米时 可以考虑在道路两侧各设一条污水管 污水干管最好以排放大量工业废水的工厂 和污水量大的公共建筑 为起端 以较快发挥效用和保证良好的水力条件 管线布置不要绕弯 并避免在平坦地段布置流量小而长度大的管道 管线布置考虑城市的远 近期规划及分期建设的安排 与规划年限相一致 对不同重要性的管道 其设计年限应有差异 20 三 城市污水管道敷设 一 污水管道与其他管线 建筑物 构筑物 的间距因污水管线主要是重力流管道 其埋设深度较其他管线大 且有很多支管 连接处都要设检查井 对其他管线的影响较大 所以在管线综合时 应首先考虑污水管道在平面和垂直方向上的位置 由于污水管道渗透的污水会对其他管线产生影响 所以应考虑管道损坏时 不影响附近建筑物 构筑物的基础或污染生活用饮用水 当其他管线与排水管道有少许相碰时 管道顶部允许作适当压缩后便于各自按原坡度通过 21 二 污水管道的埋深与覆土厚度 埋设深度 管道内壁底部至地面最大埋深 因为管道埋深越大 工程造价就越高 施工难度也越大 所以管道埋深有一个最大限值 称为最大埋深 最大埋深 干燥土壤 7 8m 多水 流砂 石灰岩地质等不良地段 5m 覆土厚度 管道外壁顶部至地面最小覆土厚度 尽管管道埋深越小越好 但管道的覆土厚度有一个最小限值 叫最小覆土厚度 最小覆土厚度 A冰冻 无保温措施 埋深可在冰冻线上0 15m 有保温可提高 B地面荷载覆土 车行道下 0 7m 非车行道下0 5m C管道的衔接 考虑上游管道的接入 污水支点起点埋深 0 6 0 7m 22 三 关于控制点 在一个排水区域内 对管道系统的埋设深度起到控制作用的点称为控制点 离污水厂或出水口最远或最低的点是整个系统的控制点 控制点一般是该排水管道系统的最高点 规划中应尽量采取措施来减少控制点的埋深 如增加管道强度 减少埋深 填土提高地面高程以保证最小覆土厚度 必要时设置泵站 提高管位等 23 三 城市污水管网的水力计算 24 一 管道水力计算的基本公式 管道水力学的两个基本公式 均匀流 流量公式Q 流速公式 C RJQ 设计管段的设计流量 m s 设计管段的过水断面面积 m 过水断面的平均流速 m s R 水力半径 过水断面面积与湿周的比值 m J 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 1 n R1 6n 管壁粗糙系数 由管渠材料定 可查表 25 函数关系Q f1 D h D 1 n R2 3 1 2 f2 n D h D Qn已知 其余未知 若已知其中任意两个因素 可查水力计算图和水力计算表确定另外两个 26 二 管渠的断面和衔接 排水管渠的断面形式常用管渠的断面形式有圆形 半椭圆形 马蹄形 矩形梯形及蛋型等 圆形具有水力条件好 能适应流量变化 并且便于预制和运输 受力条件好 用材省等优点 运用广泛 排水管道的断面形式须满足静力学 水力学及经济和养护管理上的要求 27 污水管道在管径坡度高程方向发生变化及支管接入的地方都需设检查井 其中在考虑检查井内上下流管道衔接时应遵循以下原则 1 尽可能提高下游管段的高程 以减少埋设 降低造价 2 避免上游管段中形成回水而造成淤积 3 不允许下游管段的管底高于上游管段的管底 28 排水管渠的衔接方法主要有水面平接 管顶平接 管底平接 特殊情况 城市污水管道一般采用管顶平接法 无论采用哪种衔接方法 下游管段的水面和管底部都不应该高于上游管段的水面和管底 29 水面平接 污水管道水力计算 上 中 下游管段的高程相同 特点 为了避免上游管段回水 在平坦地区 为减少管道埋深 异管径的管段有时也采用水面平接 管顶平接 污水管道水力计算 上 中 下游管段的管顶内壁位于同一高程 特点 可以避免上游管段回水 但增加了下游管段的埋深 管顶平接一般用于不同口径管道的衔接 城市污水管道一般都采用管顶平接法 在坡度较大的地段 污水管道可采用阶梯连接或跌水井连接 30 三 污水管道水力计算的设计数据 为保证排水管道设计的经济合理 室外排水设计规范 GB50014 2006对充满度 流速 管径与坡度作了规定 作为设计时的控制数据 31 1 设计充满度污水管道是按不满流的情况进行设计的 在设计流量下 管道中的水深h和管径D的比值称为设计充满度 图4 13 设计充满度有一个最大的限值 及规范中规定的最大设计充满度 表4 6 明渠的超高 渠中最高设计水面至渠顶的高度 应不小于0 2m 32 2 设计流速设计流速指管渠在设计充满度情况下 排泄设计流量时的平均流速 为防止管道因积而堵塞或因冲刷而损坏 规范对设计流速规定了最低限制 即最小设计流速 又称自净流速或不淤流速 及最高限值 即最大设计流速 表4 6 就整个污水管道系统来讲 各设计管段的设计流速从上游到下游最好是逐渐增加的 33 34 3 最小管径一般污水管道系统的上游部分流量很小 若根据流量计算 管径也将很小 管径过极易堵塞 另外 采用较大管径 可选用较小的坡度 使管道埋深减小 因此规定了一个允许的最小管径 若按计算所得的管径小于最小管径 则采用最小管径 规范中队最小管径作了规定 表4 7 35 4 最小设计坡度坡度和流速之间存在着一定的关系 同最小设计流速相应的坡度是最小设计坡度 表4 7 相同直径的管道 如果充满度不同 可以有不同的最小设计坡度 当设计流量很小而采用最小管径的设计管段称为不计算管段 由于这种管段不进行水力计算 没有设计流速 因此直接规定管道的最小设计坡度 表4 7 36 四 污水管道水力计算的方法 污水管道系统水平面布置完成后 即可划分设计管段 计算每个管段的设计流量 以便进行水力计算 水力计算的任务是计算的任务是计算各设计管段的管径 坡度 流速 充满度和井底高程 污水管道中 任意两个检查井间的连续管段 如果流量基本不变 管道坡度不变 则可选择相同的管径 这种管段称为设计管段 作为水力计算中的一个计算单元 通常根据管道平面布置图 以街坊污水支管及工厂污水出水管等接入干管的位置作为起迄点 划分设计管段 管段的起讫点