蒋展鹏-环境工程学：水处理系统与废水最终处置PPT课件

.,1,第四章水处理系统与废水最终处置,.,2,本章内容,第一节给水与排水第二节再生水系统（本章重点）第三节废水的最终处置,.,3,水处理工程系统,给水工程系统：取水系统、水处理系统、输配水系统排水工程系统：废水收集系统、废水处理系统,.,4,第一节给水与排水,城镇给水系统示意图,.,5,一、给水工程系统,（一）供水管路系统配水管网的布置设计水量计算（二）给水处理系统给水处理厂总体设计给水处理厂工艺流程的选择,.,6,选择厂址,水厂总体布置,附属建筑物,选择工艺,确定药剂,选择消毒方法及设备,.,7,输水管网,输水管是指从水源到水厂或从水厂到配水管网的管道。管中流量沿程无变化。,.,8,配水管网,将输水管引来的水配送到用水区，供用户使用。因此，在管网规划布置时，应根据供水区域的建筑规划、地形及用水单位的分布情况，使管网布满全供水区，满足各用户的用水要求。管中流量随用水情况而变化。,.,9,管网形式,(a)枝状管网(b)环状管网(c)综合型管网,管道布置布置位置：沿道路或平行于建筑物，布置在绿化带、人行道及慢车道下，满足各种管线综合规划要求埋设深度：管顶最小覆土深度不得小于土壤冰冻线以下015m，行车道下的管线覆土深度不宜小于07m。管网的主干管布置在两侧用水量较大的地区，并以最短的距离向最大的用水户供水。,泵站,.,10,调节构筑物,调节构筑物有：清水池、管网高低水池或水塔。水塔是设在城市内的高架贮水箱，用以调节供水与用水量间的不平衡及稳定管网内压力。,.,11,管网上的附属设备,（1）阀门及阀门井在给水管道上要设置各种阀门来调节水量或进行开闭控制，同时还要在适当地方设置排水阀和排气阀来保证系统正常运行与维修，这里阀门都安装在阀门井内。（2）室外消火栓在给水管网的适当地点要设置室外消火栓，以保证有火灾时消防车能就近取水补救。室外消火栓的安装有地上式和地下式(设在室外消火栓井内)两种。,.,12,.,13,.,14,配水管网与输水管渠布置,1按水源的数目分类（1）单水源给水管网系统（2）多水源给水管网系统,图1.5多水源给水系统,.,15,2按系统构成方式分类（1）统一给水管网系统：同一管网按相同的压力供应生活、生产、消防各类用水。系统简单，投资较少，管理方便。适用在工业用水量占总水量比例小，地形平坦的地区。按水源数目不同可为单水源给水系统和多水源给水系统。,（2）分质给水系统：因用户对水质的要求不同而分成两个或两个以上系统，分别供给各类用户。可分为生活给水管网和生产给水管网等。可以从同一水源取水，在同一水厂中经过不同的工艺和流程处理后，由彼此独立的水泵、输水管和管网，将不同水质的水供给各类用户。,.,16,分质给水系统,采用此种系统，可使城市水厂规模缩小，特别是可以节约大量药剂费用和动力费用，但管道和设备增多，管理较复杂。适用在工业用水量占总水量比例大，水质要求不高的地区。,.,17,（3）分区给水系统将给水管网系统划分为多个区域，各区域管网具有独立的供水泵站，供水具有不同的水压。分区给水管网系统可以降低平均供水压力，避免局部水压过高的现象，减少爆管的几率和泵站能量的浪费。,.,18,分区给水管网系统,城镇地形较平坦，功能分区较明显或自然分隔而分区,.,19,并联分区给水管网系统a-高区；b-低渠；1-净水厂；2-水塔；,地形高差较大或输水距离较长而分区,.,20,串联分区给水管网系统a-高区；b-低区；1-净水厂；2-水塔；3-加压泵站,地形高差较大或输水距离较长而分区,.,21,按照输水方式分（1）重力输水管网系统无动力消耗，运行最为经济，但必须有合适的地形条件（如西安曲江水厂、南郊水厂等）（2）压力输水管网系统清水池的水经供水泵站加压后进入给水管网供应各个用户（有时需要多级加压）,.,22,2、管网布置的基本要求1）管网布置在整个给水区域内，在技术上要使用户有足够的水量和水压。2）正常工作或在局部管网发生故障时，应保证不中断供水。3）定线时应选用最短捷线路，并便于施工与管理。,.,23,3、管网的布置原则（1）输水管渠的布置必须与城市建设规划相结合、尽量缩短线路长度，减少拆迁，少占农田，便于管渠施工和运行维护，保证供水安全；选线时，应选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线、以便施工和检修；减少与铁路、公路和河流的交叉；管线避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河水淹没与冲刷地区，以降低造价和便于管理。,.,24,（2）配水管网布置1）应根据用水量要求合理分布于全供水区。2）必须安全可靠，局部管段事故，不能造成大面积停水。3）尽可能以最短的距离到达主要供水区、大用户。4）施工、运行方便、尽量避免和其他构筑物和管线冲突5）考虑分期建设的可能，留有充分发展余地。,.,25,管网布置形式,树状网树状网一般适用于小城市和小型工矿企业，这类管网从水厂泵站或水塔到用户的管线布置成树枝状。树状网的供水可靠性较差，因为管网中任一段管线损坏时，在该管段以后的所有管线就会断水。树状网的末端，因用水量已经很小，管中的水流缓慢，甚至停滞不流动，因此水质容易变坏，有出现浑水和红水的可能。树状网中水锤作用损坏管线较严重。,.,26,环状网环状网中，管线连接成环状，当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门使和其余管线隔开，然后进行检修，水还可从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而供水可靠性增加。环状网还可以大大减轻因水锤作用产生的危害。但是环状网的造价明显地比树状网为高。,.,27,管网布置形式,.,28,管网布置形式,一般，在城市建设初期可采用树状网，以后随着给水事业的发展逐步连成环状网。实际上，现有城市的给水管网，多数是将树状网和环状网结合起来。在城市中心地区，布置成环状网，在郊区则以树状网形式向四周延伸。供水可靠性要求较高的工矿企业须采用环状网，并用树状网或双管输水到个别较远的车间。给水管网的布置既要求安全供水，又要贯彻节约投资的原则，为安全供水以采用环状网较好，要节约投资最好采用树状网。,.,29,二、排水工程系统,将污水、废水和城市降水系统有组织地排除与处理的工程设施称为排水系统。排水系统通常由管道系统和污水处理系统组成。（一）污水收集系统1、合流制排水系统2、分流制排水系统3、混合制排水系统（二）污水处理系统,.,30,污水排出系统,排水支管、干管、主干管及排水沟构筑物等部分组成。建筑排水系统室外污水管渠系统排水管道系统上的附属设备污水处理和利用构筑物污水排入水体的出水口及事故排出口,.,31,排水管道系统示意图1-排水管道；2-水量调节池；3-提升泵站；4-输水管道（渠）；5-污水处理厂,.,32,雨水排水系统,用于收集径流的雨水，并将其排入水体。一般是由建筑物的雨水管道系统和设备、居住小区或工厂雨水管渠系统、街道雨水管渠系统、排洪沟、雨水局部提升泵站和出水口等组成。雨水排出一般为重力流排出，必要时设提升泵。,.,33,工业废水排水系统,工业企业中，需要用管道将厂内各车间及其他排水对象所排出的不同性质的废水收集起来，送至废水回收利用和处理构筑物。,.,34,排水系统服务对象,生活污水工业废水生产废水生产污水降水,.,35,排水管道系统,1、排水管道系统的组成排水管道系统一般由废水收集设施、排水管道、水量调节池、提升泵站、废水输水管（渠）和排放口等组成。如下图所示。,.,36,排水管道系统示意图1-排水管道；2-水量调节池；3-提升泵站；4-输水管道（渠）；5-污水处理厂,.,37,2、排水管网系统的体制排水系统的体制是指在一个地区内收集和输送废水的方式，简称排水体制（制度）。它有合流制和分流制两种基本方式。,1合流制所谓合流制是指用同一种管渠收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。根据污水汇集后的处置方式不同，又可把合流制分为下列三种情况：,.,38,（）直排式合流制：,管道系统的布置就近坡向水体，分若干排出口，混合的污水未经处理直接排入水体，我国许多老城市的旧城区大多采用的是这种排水体制。,特点：对水体污染严重，系统简单。这种直排式合流制系统目前不宜采用。,.,39,（）截流式合流制：,这种系统是在沿河的岸边铺设一条截流干管，同时在截流干管上设置溢流井，并在下游设置污水处理厂。,晴天和初降雨时污水,污水处理厂,排入水体或再利用,.,40,当混合污水的流量截流干管的输水能力，,特点：比直排式有了较大的改进，但在雨天时，仍有部分混合污水未经处理而直接排放，成为水体的污染源而使水体遭受污染。,适用于对老城市的旧合流制的改造,.,41,（）完全合流制,是将污水和雨水合流于一条管渠，全部送往污水处理厂进行处理。,特点:卫生条件较好,在街道下，管道综合也比较方便，但工程量较大，初期投资大，污水厂的运行管理不便。,因此，采用者不多。,.,42,2分流制,所谓分流制是指用不同管渠分别收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。排除生活污水、工业废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。根据雨水的排除方式不同，分流制又分为下列两种情况：,.,43,生活污水工业废水,污水厂,排入水体或再利用,（）完全分流制,既有污水管道系统，又有雨水管渠系统,雨水,排入水体,雨水排水系统,污水排水系统,特点：比较符合环境保护的要求，但对城市管渠的一次性投资较大。适用于新建城市。,.,44,（）不完全分流制,这种体制只有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统。各种污水通过污水排水系统送至污水厂，经过处理后排,如城镇的地势适宜，不易积水时，或初建城镇和小区可采用不完全分流制，先解决污水的排放问题，待城镇进一步发展后，再建雨水排水系统，完成完全分流制的排水系统。这样可以节省初期投资，有利于城镇的逐步发展。,入水体；雨水沿道路边沟，地面明渠和小河，然后进入较大的水体。,.,45,（3）半分流制：,既有污水排水系统，又有雨水排水系统。,初降雨水,污水厂,排入水体或再利用,后续雨水,排入水体,雨水排水系统,雨水跳跃井,.,46,特点：可以更好地保护水环境，但工程费用较大，目前使用不多。适用于污染较严重地区。,混合制,既有分流制，又有合流制，这种体制可称为混合制。,.,47,第二节再生水系统,再生水的水源：经过处理的工业废水、城市集中污水处理厂二级处理出水、建筑和住宅小区生活污水。根据不同的再生水水源，可以将污水回用系统分为三类：工业废水回用系统、城市污水回用系统、建筑和住宅小区回用系统。,.,48,1、回用于工业,回用途径,2、回用于农业,3、回用于城市用水,工业冷却循环水,锅炉补给水,工艺用水,农业灌溉,土地处理系统,饮用水源,绿化娱乐、景观补水及消防,4、回用于补充水源,地表水,地下水,.,49,水回用的公共问题与环境问题,何种组分是必须去除的，去除到什么程度？,.,50,污水回用标准（美国EPA）,.,51,再生水在加利福利亚州的典型用途和应用方法（部分）,.,52,奥运再生水水质标准,.,53,再生水的储存,储存的必要性用水的时间性（日，月）,.,54,农业和景观的灌溉,灌溉水水质指南（1）盐碱化（2）特殊离子的毒性（3）水的渗透特性,.,55,工业冷却水的循环与水质稳定,冷却对象,热交换器,压缩机组,炼钢、轧钢,化学反应器,发电机组,.,56,.,57,开放式循环水冷却原理,1、水-气间的接触传热,传热速率与双膜厚度成反比。,.,58,二、冷却设备的种类与结构,冷却池,冷却塔,天然冷却池,喷淋冷却池,开放式冷却塔,风筒式冷却塔,鼓风式冷却塔,抽风式冷却塔,混流式冷却塔,.,59,又称凉水池，需要冷却的水流入池内，通过自然蒸发、辐射和对流传热逐渐将水冷却到适当再用的温度。,1）天然冷却池,.,60,冷却过程缓慢，效率低，温差小；且需要很大的贮水池；,缺点：,.,61,池内装有水管、喷嘴或电动喷水组件，由喷嘴把水喷到大气中，从而增加了蒸发量。,2）喷水冷却池,.,62,由喷嘴把水喷到大气中，从而增加了蒸发量，即使在较小的水池也能加速冷却。,优点：,水的消耗大，约为循环水量的1.0-5.0%;易带入周围的杂质。,缺点：,.,63,是一个塔型建筑，水气热交换在塔内进行，可以人工控制空气流量来加强空气与水的对流作用来提高冷却效果。,3)冷却塔,1、塔体2、淋水装置；3、填料4、空气5、接水盘6、冷却水7、热水8、排风扇；9、热空气和水蒸汽,.,64,按照循环水与空气是否直接接触，冷却塔分为湿式（敞开式）、干式（密闭式）、干湿式（混合式）。,占地面积小冷却效果好,优点：,.,65,干式冷却塔,是指水和空气不直接接触，冷却介质为空气，空气冷却是在空气器中实现的，只单纯传热。,.,66,干湿式冷却塔,是指热水和空气进行干式冷却后再进行湿式冷却。,.,67,三、循环水水质稳定性及其影响因素,什么是稳定性水质？水中的碳酸体系对水质起着多方面的作用。当水中的碳酸体系在某条件下处于平衡时，水中的碱度、pH、硬度及各离子态物质均达到一平衡的定值。此时的水质既不会出现碳酸钙的沉淀倾向，也不会出现水中游离CO2对设备与管道的侵蚀倾向，此水质为稳定性水质。,.,68,水中的离子平衡：,.,69,水质稳定性的判断方法,饱和指数法IL=pH0-pHs稳定性指数法：IR=2pHs-pH20极限碳酸盐判断法,水质稳定的IR范围6.06.5,pH0为实际水溶液中的pH，pHs该温度下碳酸盐平衡体系中理论pH值，pH20为20度时碳酸盐平衡体系中理论pH值。,水质稳定的IL范围0.250.3,.,70,pHs：碳酸盐平衡体系中理论pH值的计算,水的pH在6.59之间时，水的碱度以碳酸盐碱度为主：,因为CaCO3的溶度积有：KsCa2+CO32-,(1),(2),(3),(4),.,71,对4式取对数：,式中Ca2+，AlK为实际测量值。,.,72,四、循环冷却水稳定性处理,聚合磷酸盐类,有机磷酸盐类,聚羧酸盐类,.