某小区污水管网初步设计

0 河南工程学院 给水排水管网系统 课程设计 某小区污水管网初步设计某小区污水管网初步设计 学生姓名 学 院 资源与环境 专业班级 环境工程 专业课程 给水排水管网系统 指导教师 2015 年 1 月 8 日 1 目目 录录 一 设计概要 2 一 设计题目 2 二 主要设计内容 2 三 设计原始资料 2 二 排水系统概论 2 一 城市污水的分类 2 二 排水体制选择 3 1 排水体制 3 2 排水系统规划设计原则 5 3 排水体制的选择 5 三 污水管道系统的设计 6 一 污水设计流量的确定 6 1 居民生活污水设计流量的确定 6 2 工业废水设计流量 6 3 工业企业的生活淋浴污水设计流量的确定 7 4 公共建筑污水设计流量 7 5 城市污水设计总流量 7 二 污水管道的设计 8 1 在街坊平面图上布置污水管道 8 2 街坊编号并计算面积 9 3 管段水力计算 10 4 相关图形绘制 15 四 谢辞 15 五 参考文献 15 六 附录 16 一 附表 1 16 二 附表 2 16 2 一一 设计概要设计概要 一 一 设计题目设计题目 某小区污水管网初步设计 二 二 主要设计内容主要设计内容 本设计主要包括污水管网设计与计算 具体内容包括以下几个方面 1 排水体制的选择 2 污水量的计算 3 污水管网定线 4 管段流量计算 5 管网水力计算 6 管道剖面图绘制 三 三 设计原始资料设计原始资料 1 街坊平面图 1 100 2 街坊人口密度 400cap 104 3 设计流量 污水量标准 140L cap d 生活污水设计流量 8 24L s 淋浴污水设计流量 6 84L s 生产污水设计流量 26 4L s 4 工厂排出口地面标高为 43 5m 管底埋深不小于 2 0m 冻土深度为 0 8m 沿 河岸堤坝顶标高 40 0m 二二 排水系统概论排水系统概论 一 一 城市污水的分类城市污水的分类 在人类的生活和生产中 使用着大量的水 水在使用过程中受到不同程度的污染 改变了原有的化学成分和物理性质 这些用过后的水称作污水或废水 而城市污水是 排入城市排水管道的生活污水和工业废水的总称 1 生活污水 生活污水指人们日常生活中用过的水 主要包括从住宅 公共场所 机关 学校 3 医院 商店及其他公共建筑和工厂的生活间 如厕所 浴室 盟洗室 厨房 食堂和 洗衣房等处排出的水 生活污水中含有较多有机物和病原微生物等污染物质 在收集 后需经过处理才能排入水体 灌溉农田或再利用 2 工业废水 工业废水是指在工业生产过程中所产生的废水 工业废水水质随工厂生产类别 工艺过程 原材料 用水成分以及生产管理水平的不同而有较大差异 根据污染程度 的不同 工业废水又分为生产废水和生产污水 生产废水是指在使用过程中受到轻度 污染或仅水温增高的水 如冷却水 通常经简单处理后即可在生产中重复使用 或直接 排放水体 生产污水是指在使用过程中受到较严重污染的水 具有危害性 需经处理 后方可再利用或排放 不同的工业废水所含污染物质有所不同 如冶金 建材工业废 水含有大量无机物 食品 炼油 石化工业废水所含有机物较多 另外 不少工业废 水含有的物质是工业原料 具有回收利用价值 城市污水通常是指排入城市排水管道系统的生活污水和工业废水的混合物 在合 流制排水系统中 还可能包括截流入城市合流制排水管道系统的雨水 城市污水实际 上是一种混合污水 其性质变化很大 随着各种污水的混合比例和工业废水中污染物 质的特性不同而异 城市污水需经过处理后才能排入天然水体 灌溉农田或再利用 在城市和工业企业中 应当有组织地 及时地排除上述废水和雨水 否则可能污 染和破坏环境 甚至形成环境公害 影响人们的生活和生产乃至于威胁到人身健康 二 二 排水体制选择排水体制选择 1 1 排水体制排水体制 排水体制是指排水系统对生活污水 生产废水和降水所采取的不同收集和排除方 式 一般分为合流制和分流制两种类型 是针对污水和雨水的合与分而言的 1 合流制排水系统 合流制排水系统是指将生活污水 工业废水和雨水收入同一套排水管渠内排除的 排水系统 又可分为直排式合流制排水系统和截流式合流制排水系统 直排式合流制排水系统是最早出现的合流制排水系统 是将欲排除的混合污水不 经处理就近直接排入天然水体 因污水未经无害化处理而直接排放 会使受纳水体遭 受严重污染 国内外许多老城市几乎都是采用这种排水系统 这种系统所造成的污染 危害很大 现在一般不再采用 4 截流式合流制排水系统是在邻近河岸的街坊高程较低侧建造一条沿河岸的截流总 干管 所有主干排水管的混合污水都将接入截流总干管中 合流污水由截流总干管输 送至下游的排水口集中排出或进入污水处理厂 由于雨水流量的瞬时值可能很大 取决 于雨水设计采用的重现期 排雨水区域地面硬化情况和建筑密度以及当地的降雨量等 合流制截流总干管在管径确定方面通常只考虑截流非雨水污水量 称为合流制排水管道 的旱流量 一定倍数的雨水量 而不是把所有雨水量都截流在截流总干管中 为此 在 合流干管与截流总干管相交前或相交处需设置溢流井 溢流井的作用是 当进入管道 的城市污水和雨水的总量超过管道的设计流量时 多余的雨水 实际上是城市污水和雨 水的混合物 就会经溢流井排出 而不能向截流总干管的下游转输 截流总干管的下游 通常是市政污水处理厂 由于雨天初降雨的汇集量较小 一般都在截流总干管的设计 雨水截流能力范围内 故晴天的城市污水和雨天的初降雨都会排送至污水厂 经处理 后排入水体 当降雨过程延续 进入管道的混合污水流量超过截流总干管的设计输水 能力后 就有部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体 截流式合流制排水系统是国 内外改造旧城区合流制排水系统常用的方式 这种系统比直排式合流制排水系统有所 进步 但仍有部分混合污水未经处理直接排放 成为水体的污染源而使水体遭受污染 2 分流制排水系统 分流制排水系统是指将生活污水 工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独 立的管渠系统内排除的排水体制 排除生活污水 工业废水或城市污水的系统称为污 水排水系统 排除雨水的系统称为雨水排水系统 根据排除雨水方式的不同 又分为 完全分流制和不完全分流制排水系统 完全分流制排水系统具有相互完全独立的污水排水系统和雨水排水系统 污水排 至污水处理厂处理后排放 雨水就近排入水体 不完全分流制是指只有污水排水系统 而未建雨水排水系统 雨水沿街道边沟 水渠 天然地面等原有雨水渠道系统排泄 或者在原有渠道系统输水能力不足之处修建部分雨水管道 待城市进一步发展后再修 建完整独立的雨水排水系统 逐步改造成完全分流制排水系统 在一些大城市中 由于各区域的自然条件存在差异 同时排水系统的建设是逐步 进行和完善的 有时会出现混合制排水系统 即既有分流制也有合流制的排水系统 混合制排水系统在原为合流制的城市进行排水系统的改造扩建时常常出现 5 在工业企业中 由于工业废水成分和性质的复杂性 与生活污水不宜混合 而且 彼此之间也不宜混合 否则将造成污水和污泥处理复杂化 给废水重复利用和有用物 质的回收造成 困难 2 2 排水系统规划设计原则排水系统规划设计原则 1 排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划 并应与城市工业企业中期 他单项工程建设密切配合 相互协调 该现成的道路规划 建筑界限 设计规模对排 水系统的设计有很大的影响 2 排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调 3 考虑污水的集中处理与分散处理 4 设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调 以节省总投资 5 排水工程的设计应全面规划 按近期设计考虑远期发展 6 排水工程设计师考虑原有管道系统的使用可能 7 在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有 关标准 规范和规定 3 3 排水体制的选择排水体制的选择 排水系统体制应根据城市及工业企业的规划 环境保护的要求 污水利用情况 原油排水设施 水质 水量 地形 对条件确定 1 从环境保护方面来看 如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理 然后再排放 从控 制和防止水体的污染来看 是较好的 但这时截流主干管很大 污水厂容量也增加很 多 建设费用也相应增加 采用截流是合流制时 雨天有部分混合污水经溢流井溢入 水体 水体受到污染 分流制排出污水和雨水 初雨径流未加处理就直接排入水体 对城水体也会造成 污染 但它比较灵活 比较容易适应社会发展的需要 故应采用分流制 2 从造价方面来看 合流制排水管道的造价比分流制一般要低 20 40 可是合流制的泵站和污水厂却 比分流制的造价要高 3 从维护管理方面来看 晴天时污水在合流制管道中只是部分流 雨天时才接近满管流 因而雨天时合流 6 制管道内流速较低 易于产生沉淀 但据经验 管中的沉淀易被暴雨水流冲走 这样 合流管道的维护费用可降低 但是 晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大 增加 了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性 而分流制系统可以保证管内的流速 不 致发生沉淀 同时 流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多 污水厂的运行易 于控制 综合考虑各个因素 为了更好的保护环境 适应以后的发展 且便于污水厂的运 行管理 采用分流制排水系统 即采用两个 雨水 污水 管道系统 本次设计只做 污水系统的设计与计算 三三 污水管道系统的设计污水管道系统的设计 一 污水设计流量的确定 一 污水设计流量的确定 1 1 居民生活污水设计流量的确定居民生活污水设计流量的确定 居民生活污水是指居民日常生活中洗涤 冲厕 洗澡等产生的污水 居民生活污水设计流量可按下式计算 3 L s 86400 kNq 360024 kNq Q z11z11 1 1 式中 Q 居民生活污水设计流量 L s 1 q 居民生活污水定额 L 人 d 1 N1 设计人口数 Kz 生活污水量总变化系数 设计人口指污水排水系统设计期限终期的规划人口数 它与城市的发展规模及人 口的增长率有关 2 2 工业废水设计流量工业废水设计流量 3 d mQ 3 2 i i2i2i2i 3 6T f 1Nqk 2 7 i2 i i i2 3 33 i2 k T f dN dm mmq 3 3 工业企业的生活淋浴污水设计流量的确定工业企业的生活淋浴污水设计流量的确定 工业企业生活污水和淋浴污水设计流量用下式计算 3 sL 3600 Nq T3600 Nqk Q bi3bi3 ai3 ai3ai3ai3h 3 3 3 3600 NqNq T3600 NqkNqk Q 2b32b31b31b3 ai3 2a32a32a3h1a31a31a3h 3 4 一般取 水时变化系数 高温车间职工生活污 一般取 水时变化系数 一般车间职工生活污 每班工作时数 淋浴人数 人 高温车间最大班职工 淋浴人数 人 一般车间最大班职工 班 人水量定额 高温车间职工淋浴污 班 人水量定额 一般车间职工淋浴污 人数 人 高温车间最大班职工 人数 人 一般车间最大班职工 班 人水量定额 高温车间职工生活污 班 人水量定额 一般车间职工生活污 式中 5 2 0 3 60 40 35 25 23 13 3 23 13 23 13 23 13 23 13 ah ah ai b b b b a a a a K K T N N Lq Lq N N Lq Lq 4 4 公共建筑污水设计流量公共建筑污水设计流量 可利用综合污水定额计算 如有具体资料也可单独计算 8 3 L s 4i 3600T 4i N 4i q h4i k Q4 5 式中 Q 各公共建筑污水设计流量 L s 4 q 各公共建筑最高日污水量标准 i4 L 用水单位 d N 各公共建筑用水单位数 i4 T 各公共建筑最高日排水小时数 h i4 K 各公共建筑污水量时变化系数 ih4 5 5 城市污水设计总流量城市污水设计总流量 城市污水设计总流量 3 L sQQQQQ 4321 6 二 二 污水管道的设计污水管道的设计 1 1 在街坊平面图上布置污水管道在街坊平面图上布置污水管道 某一设计管段的设计流量可由下式计算 q q q k q 3 7 ij12 z3 式中 q 某一设计管段的设计流量 L s ij q 本段流量 L s 1 q 转输流量 L s 2 q 集中流量 L s 3 k 生活污水总变化系数 z 生活污水量总变化系数可以从下表查的 生活污水量总变化系数生活污水量总变化系数 表表 3 13 1 污水平均日流量 L s 5154070100200500 1000 9 总变化系数 Kz 2 32 01 81 71 61 51 41 3 各管段的生活污水总变化系数按照线性内插法求得 各设计管段的设计流量应列 表计算 由街坊平面图知 该地区地势自西北向东南倾斜 无明显分水线 可划分为一个 排水流域 干管布置考虑到地势的高低 沿街道自北向南布置 主干管在城区的北面 可以充分利用地势高度 减少埋深 整个管道布置呈截流式形式布置 2 2 街坊编号并计算面积街坊编号并计算面积 将各街坊编号 并按各街坊的平面范围计算它们的面积 列入下表 用箭头标出各街 坊污水的排出方向 街坊面积街坊面积 表表 3 23 2 街坊编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 面 积 10 7 57 56 46 46 46 46 46 4 街坊编号 10 11 12 13 14 15 16 17 18 面 积 10 6 06 06 46 46 4 街坊总面积为 24m 10 6 84 则服务总人口数为 污水量标准为 cap33840 6 84400 d capL140 居民平均日生活污水量为 sL83 54 360024 33840140 360024 Nq Q i 11i d 总变化系数为 74 1 83 54 7 2 Q 7 2 K 11 0 d z 11 0 居民生活污水设计流量 sL40 9574 1 83 54KQ 360024 Nq KQ zd i 1i 1 z1 10 工厂的生活污水设计流量sL24 8Q2 淋浴sL84 6 Q3 生产污水设计流量sL 4 26Q4 总设计流量sL88 136 4 2684 6 24 8 40 95QQQQQ 4321h 居民生活污水平均日流量按街坊面积比分配 比流量 24 i d A m10sL648 0 6 84 83 84 A Q Q 3 3 管段水力计算管段水力计算 在确定管段设计流量后 便可以从上游管段开始依次进行主干管各设计管段的水 力计算 一般常列表进行计算 水力计算步骤如下 1 计算每一设计管段的长度 结果见附表 4 表从管道平面布置图上量出每一设 计管段的长度 列入表中 2 将各设计管段的设计流量列入表中第 3 项 设计管段起讫点检查井处的地面 标高列入表中 4 计算每一设计管段的地面坡度 计算每一设计管段的地面坡度 作为确定管 道坡度时参考 5 确定起始管段设计参数 确定起始管段的管径以及设计流速 v 设计坡度 I 设计充满度 h D 首先拟采用 最小管径 mm 即查水力计算图 在这张计算图中 管径 D 和管道粗糙系数 n 为已知 其于 4 个水力因素只要知道 2 个即可求出另外 2 个 现已知设计流量 另 1 个可根据 水力计算设计数据的规定设定 本城镇由于管段的地面坡度很小 为了不使整个管道 系统的埋深过大 宜采用最小设计坡度为设定数据 将所确定的管径 D 管道坡度 I 流速 v 充满度 h D 分别列入下表中的第 4 5 6 7 项 充满度如下图所示 h D 图图 3 13 1 充满度示意图充满度示意图 11 5 确定其他管段设计参数 确定其它管段的管径 D 设计流速 v 设计充满度 h D 和管道坡度 I 通常随着设 计流量的增加 下一个管段的管径一般会增大一级或两级 50mm 为一级 或者保持不 变 这样便可根据流量的变化情况确定管径 然后可根据设计流速随着设计流量的增 大而逐段增大或保持不变的规律设定设计流速 根据 Q 和 v 即可在确定 D 那张水力计 算图中查出相应的 h D 和 I 值 若 h D 和 I 值 若 h D 和 I 值符合设计规范的要求 说明水力计算合理 将计算结果填入表中相应的项中 在水力计算中 由于 Q v h D I D 各水力因素之间存在相互制约的关系 因此在查水力计算图时实际存 在一个试算过程 最大设计充满度最大设计充满度 表表 3 33 3 管径 D 或暗渠高 H mm 最大设计充满度 D h 200 300 350 450 500 900 1000 0 55 0 65 070 0 75 6 最小管径与最小设计坡度 原因 养护方便 一般在污水管道的上游部分 设计流量很小 若根据流量计算 则 管径会很小 根据养护经验表明 管径过小易堵塞 使养护管道的费用增加 而小口 径管道直径相差一号在同样埋深下 施工费用相差不多 减小管道的埋深 此外采用较大的管径 可选用较小的坡度 使管道埋深减小 12 最小管径可见下表 最小设计坡度 相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度 即保证管 道内污物不淤积的坡度 最小管径与最小设计坡度可见下表 最小管径和最小设计坡度最小管径和最小设计坡度 表表 3 43 4 7 计算各管段上端 下端的水面 管底标高及其埋设深度 根据设计管段长度和管道坡度求降落量 根据管径和充满度求管段的水深 确定管网系统的控制点 本题离污水厂最远的干管起点是 13 及 1 点 13 点的 埋深可用最小覆土厚度的限值确定 因此至南地面坡度约为 0 0025 可取干管坡度与 地面坡度近似 因此干管埋深不会增加太多 整个管线上又无个别低洼点 见表 4 5 故 13 点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度 对主干管起决定作用的控制点是 1 点 1 点是主干管的起始点 它的埋深考虑到管道内污水冰冻 地面荷载 覆土厚度等各因 素 求设计管段上 下端的管内底标高 水面标高及埋设深度 求设计管段上 下端的管内底标高 水面标高及埋设深度如下图所示 污水管道位置最小管径 mm 最小设计坡度 街坊和厂 区内街道 200 300 0 004 0 003 13 图图 3 23 2 管道埋深示意图管道埋深示意图 最小埋深 确定污水管道最小埋设深度时 必须考虑下列因素 a 必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道 土壤的冰冻深度 不仅受当 地气候的影响 而且与土壤本身的性质有关 所以 不同的地区 由于气候 条件不 同 土壤性质不同 土壤的冰冻深度也各不相同 在污水管道工程中 一般所采用的 土壤冰冻深度值 是当地多年观测的平均值 由于生活污水水温教高 且保持一定的流量不断地流动 所以污水不易冰冻 由 于污水水温的辐射作用 管道周围的土壤不会冰冻 所以 在污水管道的设计中 没 有必要将整个管道都埋设在土壤的冰冻线以下 但如果将管道全部埋在冰冻线以上 则会因土壤冻涨而损坏管道基础 b 必须保证管道不致因为地面荷载而破坏为保证污水管道不因受外部荷载而 破坏 必须有一个覆土厚度的最小限值要求 这个最小限值 被称为最小覆土厚度 此值取决于管材的强度 地面荷载类型及其传递方式等因素 现行的 室外排水设计规范 规定 在车行道下的排水管道 其最小覆土厚度一 般不得小于 0 7 m 在对排水管道采取适当的加固措施后 其最小覆土厚度值可以酌减 8 污水管道的衔接 14 检查井设置原则 污水管道在管径 坡度 高程 方向发生变化及支管接入的 地方及直线管段每隔一定距离 水管道在检查井中衔接时应遵循两个原则 a 尽可能提高下游管段的高程 以减少管道埋深 降低造价 b 避免上游管段中形成回水而造成淤积 管道的衔接方法 主要有水面平接 管顶平接两种 a 水面平接 是指在水力计算中 上游管段终端和下游管段起端在指定的设计 充满度下的水面相平 即上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同 适用于管径相同时的衔接 b 管顶平接 是指在水力计算中 使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高 相同 采用管顶平接时 下游管段的埋深将增加 这对于平坦地区或埋深较大的管道 有时是不适宜的 这时为了尽可能减少埋深 可采用水面平接的方法 适用于管径不相同时的衔接 两种衔接情况可如下图所示 图图 3 33 3 水面平接示意图水面平接示意图 15 图图 3 43 4 管顶平接示意图管顶平接示意图 注意 a 下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底 标高 b 当管道敷设地区的地面坡度很大时 为调整管内流速所采用的管道坡度将会 小于地面坡度 为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深 可根据地 面坡度采用跌水连接 c 在旁侧管道与干管交汇处 若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高相 差 1m 以上时 为保证干管有良好的水力条件 最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干 管相接 以上计算均应列表计算 各节点的高程 各管段长度及水力计算表见附表 5 9 倒虹吸的设计 因为该城市有铁路穿过 所以采用倒虹吸将污水送至铁路另一侧 根据平面图可 知在管段 2 2 设置倒虹吸 考虑采用两条管径相同且平行敷设的倒虹管线 一条留以备用 倒虹吸的流量为 8 20L s 倒虹吸管径 D 200mm 水力坡度 I 0 005 流速 v 0 91m s 最小流速 0 9m s 倒虹吸管的沿程水力损失 16 il 0 005 125 0 375m 倒虹吸管的全部水力损失 H1 1 10 0 375 0 0 4125m 倒虹吸进 出井水位差值 H H1 0 10 0 5125m 10 提水泵站设置 由于污水厂污水进口埋深的限制 必须设置提水泵站 其提水高度为 H 5 458 2 000 3 458 m 4 4 相关图形绘制相关图形绘制 1 污水主干管纵剖面图绘制 2 检查井节点详图绘制及示意图绘制 结果见图纸 四四 谢辞谢辞 以上内容为本次课程设计的依据与计算过程 其中不足之处请老师给予纠正 通过一个学期的学习 我掌握了排水工程的一些专业知识 而这次设计让我对给 排水系统有了更进一步的了解 在设计过程中也遇到了很多问题 比如用计算机出图 在老师的指导和同学们的帮助下 终于顺利完成了本次设计 总之 通过本次课程设计 使我巩固了已经学习的专业基础知识 锻炼了综合运用 所学知识和解决问题的能力 培养了独立完成对小区的污水管道的设计能力 同时又 加强了计算机绘图能力 真正实现了由理论向实践的过渡 本设计是在陈勇老师的亲切关怀和悉心指导下完成的 老师严肃的科学态度 严 谨的治学精神 精益求精的工作作风 科学的工作方法深深地感染和激励着我 从课 题的选择到最终完成 老师提出了许多的宝贵意见 并始终给予我细心的指导和不懈 的支持 最后再次感谢老师的耐心教导及在设计中给予的指导与帮助 谢谢你们 五五 参考文献参考文献 1 孙慧修 排水工程 M 北京 中国建筑工业出版社 1999 2 HYDROLOGICAL PROCESSES Semimonthly ISSN 0885 6087 JOHN WILEY BAFFINS LANE CHICHESTER W SUSSEX ENGLAND PO19 1UD 17 3 姚雨霖 城市给排水工程 M 北京 中国建筑工业出版社 1986 4 利亚峰 给水排水工程专业毕业设计指南 M 北京 化学工业出版社 2003 5 给水排水设计手册 第 1 3 9 10 12 册 6 叶晓芹 给水排水工程制图 M 北京 高等教育出版社 1993 7 田会杰 给水排水工程施工 第二版 M 北京 中国建筑工业出版社 2005 8 给水排水管道工程 第四版 M 北京 中国水利水电出版社 2005 六六 附录附录 一一 附表附表 1 1 污水主干管设计流量计算表污水主干管设计流量计算表 居民生活污水日平均流量