水污染控制工程(上)上课讲义

1.完整的排水工程包括两个方面：排水管渠系统和污水处理技术两部分。

2.排水工程的概念：

——指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、处理和利用污水的工程设施

3.水体污染的定义：排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力，而导致水体的物理、化学及卫生性质发生变化，使水体的生态系统和水体功能受到破坏。

4.、有机型污染采用需氧量作为有机污染物的指标：

BOD ：生化需氧量;20℃下微生物活动降解有机物需要的氧量

COD：化学需氧量；TOC：总有机碳；

TOD：总需氧量;将有机物中的C.H.O.N.S等氧化为H2O.CO2.NO2.SO2所消耗的氧量

第1章排水管渠系统

一.排水工程的作用

1.保护环境免受污染，使城市免受污水之害和洪水之灾。

2.卫生防疫，保证人们健康安全

污水危害方式：

①含有致病菌，传播疾病

②含有毒害物质，导致公害

3.经济方面

①污水资源化，节约用水，创造价值

②污水处理、排洪有利于工农业发展

二．排水系统的组成

排水系统：排水的收集、输送、处理和排放等设施以一定方式组合成的总体，称为排水系统。

排水系统由管道系统（排水管网）和污水处理系统（污水处理厂）组成。

管道系统：是用于收集、输送废水至污水处理厂或出水口的设施。一般由排水设备、检查井、管渠、泵站等组成。

污水处理系统：是用于处理和利用废水的设施。包括各种处理构筑物和除害设施等。

三、排水系统体制的概念：

——生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。

排水系统的体制是一个地区收集和输送废水的方式，简称排水体制（制度）。

四、排水系统体制的分类：

合流制：直排式（对水体污染严重，不宜采用）、截流式

分流制：完全分流制和不完全分流制（适用于地形适宜附近有水体，可顺利排水）

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。

2．分流制

所谓分流制是指用两个或两个以上的管渠分别独立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。

新建地区排水系统一般采用分流制

五、合流制和分流制的比较：

1.环保方面：截流式合流制对环境的污染较大，雨天时部分污水溢流入水体，造成污染；分流制在降雨初期有污染。

2.造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%~40%，但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制，

总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地区适于采用。

3.维护管理：晴天时合流制管道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走，减小了合流制管道的维护管

理费。但是合流制污水厂运行管理复杂。

六．城市污水排水系统的组成部分

七．管道（用于哪些方面。各自的优缺点）

(一) 混凝土管（管径小于450mm)

混凝土管适用于排除雨水、污水。管口有承插式、企口式和平口式。制造方法有捣实法、压实法和振荡法。缺点：抗蚀性较差，既不耐酸也不耐碱；抗渗性也较差；管节短、接头多。

(二) 钢筋混凝土管（管径大于500mm)

当管道埋深较大或敷设在土质条件不良的地段，以及穿越铁路、河流、谷地时都可采用钢筋混凝土管。

管口：承插、企口和平口。制造方法：捣实法、振荡法和离心法。

(三) 陶土管（工厂中用的较多）

陶土管能满足污水沟管在技术方面的各种要求，耐酸性很好，在世界各国被广泛采用，特别适用于排除酸性废水。缺点：质脆易碎，不宜敷设在松土中。

(四) 金属管

在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下才采用金属管。

八．构筑物：

雨水口，连接暗井，溢流井，跌水井，水封井，冲洗井，换气井，防潮门，倒虹管，出水口等。

1. 雨水口

雨水口是在雨水沟道或合流沟道上收集地面雨水的构筑物。设在交叉路口、路侧边沟的一定距离处以及设有道路边石的低洼地方。雨水口的型式和数量应按汇水面积上所产生的径流量和雨水口的泄水能力来确定。雨水口包括进水篦、井身和连接管三部分。型式：边沟雨水口、侧石雨水口和联合式雨水口。

雨水口分为落底（有截流进入雨水口的粗重物体的作用）和不落底的。

连接在同一连接管上的雨水口不宜超过三个。

2、检查井

为了便于对管道进行连接、检查和清通，必须设置检查井。

常设在管渠交汇、转弯、管道尺寸或坡度变化等处，相隔一定距离的直线沟道上也设检查井。

3. 跌水井

当上下游沟段出现较大的落差(大于2m)时，一般检查井不再适用，改用跌水井连接。

跌水井是设有消能设施的窨井，它可以克服水流跌落时产生的巨大冲击力，宜设在直线沟段上。

形式

竖管式管径≤400

阶梯式管径>400

4、水封井

当某些废水能产生引起爆炸或者火灾的气体时，其废水管道系统中应设水封井。

水封井的作用：1.阻隔易燃气体的流通 2.阻隔水面游火，防止其蔓延

5、倒虹管

穿越河流、洼地、铁路、地下构筑物时，需按下凹的折线方式敷设管道，称为倒虹管。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管和出水井组成。

管道

直管式中部管段

折管式两侧斜管

6、出水口

管道出水口：向水体中排放污水的构筑物。

污水管道的出水口应淹没在水中，管顶标高在常水位以下

目的：使污水和水体混合，避免污水沿滩流泻，污染环境

雨水管道出水口应露在水体面以上：晴天时河水倒灌进管道雨水管道出水口的管底标高在常水位以上

第二章排水管渠水力计算

一、污水管渠水力设计原则

管渠水力计算应满足下列要求：

? 不溢流：设计时采用的流量应是可能出现的最大流量；

? 不淤积（Vmin）：流速的最低限值

? 不冲刷管壁（Vmax）：流速的最高限值

? 要注意通风（充满度h/D）：按不满流设计

1.设计充满度h/D

在设计流量下，污水管道中的水深h与管道直径D的比值称为设计充满度（或水深比）。当h/D＝１时称为满流；当h/D＜1时称为不满流。

规定最大设计充满度原因：

①污水量很难精确计算，应该留有余地；

②有利于管内通风，排除有害气体，防止爆炸；

③便于管道的疏通和维护管理。

2.设计流速：

与设计流量，设计充满度相对应的水流平均速度叫做设计流速；为了保证管内不发生淤积，规定了最小设计流速为0.6m/s；为保证管道不被冲刷损坏规定了最大设计流速，金属管道为10m/s，非金属管道5m/s。

3.最小设计坡度：

相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度为最小设计坡度；

5.污水管道的埋设深度

（1）埋深概念：

a.覆土厚度：管道外壁到地面的距离；

b.埋设深度：管道内壁到地面的距离；

（2）最小覆土厚度

确定污水管道最小覆土厚度时，必须考虑下列因素：

①必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道主要考虑到北方的部分地区冬天气温低

②必须保证管道不致因为地面荷载而破坏

③必须满足街区污水管衔接的要求

对每一管道来说，从上面三个不同的要求来看，可以得到三个不同的管道埋深。三个值中，最大的一个即是管道的最小设计埋深。

6.污水管道的衔接

(1)衔接原则：

①尽可能提高下游管道的的高程，以减少管道埋深，降低造价；

②避免上游管段中造成回水而造成淤积。

(2)管道衔接的方法：

①水面平接上游管段末端和下游管段的起端在制定设计充满度下水面相平。即标高相同！

②管顶平接（常用）上游管段末端和下游管段的起端的管顶标高相同。

第三章污水管道系统的设计

一．污水管道系统的平面布置

确定排水区界，划分排水流域--选择污水厂出水口的位置--拟定污水干管及总干管的路线--确定需要抽升的排水区域和设置泵站的位置

二、选择污水厂出水口的位置原则

1.城市的下风向2．水体的下游 3.离开居住区和工业区

三、管道定线和平面布置

1.管道定线：在城镇总平面图上确定污水管道的位置和走向。

管道平面布置：包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水厂、出水口的具体位置和资料。

定线顺序：主干管、干管、支管。

①遵循的主要原则：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出；

②考虑因素：地形、排水体制、污水厂和出水口位置，水文地质条件，道路宽度，地下管线等等。

地形是管道定线的主要影响因素。

污水管道的布置形式（六种）

正交式截流式平行式分区式分散式环绕式

（3）支管

取决于地形和街区建筑特征，并应便于用户接管排水。布置形式有：

1）低边式：

当街区面积较小而街区内污水又采用集中出水方式时，支管敷设在服务街区较低侧的街道下。

2）周边式

当街区面积较大且地势平坦时，宜在街区四周的街道下敷设支管。

3）穿坊式

当街坊或小区已按规划确定，其内部的污水管网已按建筑物需要设计，组成一个系统时，可将该系统穿过其它街区，并与所穿街区的污水管网相连。

四．污水设计流量的确定

污水设计流量：是指污水管道及其附属构筑物能保证通过的污水最大流量。

进行污水管道系统设计时常采用最大日最大时流量为设计流量，其单位为L/s。

包括生活污水设计流量；工业废水设计流量；地下水渗入量；城市污水设计总流量计算

1．居住区生活污水设计流量按下式计算：

式中Q1 ——居住区生活污水设计流量（L/s）；

qd ——居住区生活污水定额（L/（人·d））；

N——设计人口数；

KZ ——生活污水量总变化系数；

2.比流量q0：单位排水面积上的平均流量

KZ可以根据左边公式求的，当Q<5L/S时，KZ取2.3；当Q>1000L/S时，KZ取1.3.

3、污水总设计流量的计算

Q=Qd+Q2+Q3+Qm+Q渗

4.计算由控制点开始，从上游到下游

控制点——对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点或最低最远点。

5.

（1）本段流量q1：是从管段沿线街坊流来的污水量

（2）转输流量q2 ：是从上游管段和旁侧管段流来的污水量

（3）集中流量q3：是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量（包括工业企业的工业废水、生活污水、淋浴污水量）

第四章城镇雨水管渠的设计

一．影响雨量分析的几个要素

1、降雨量

降雨量：指降雨的绝对量，以降落在不透水面积上的雨水深度表示（降雨深度）。用H表示，单位为mm。也可用单位面积上的降雨体积表示（L/ha）。

2、阵雨历时、降雨历时

阵雨历时：一场暴雨经历的整个时段

降雨历时：指连续降雨的时段，可以指全部降雨的时间，也可指其中个别的连续时段，用t 表示，单位为min或h 。

3、降雨强度（暴雨强度）决定雨水设计流量的主要因素

暴雨强度：指某一连续降雨时段内的平均降雨量。即单位时间内的平均降雨深度。用i （mm/min）表示i=H 在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s.公顷）表示i与q两种表示方法的换算关系如下：q=167i

1mm/min=10-3(m3 /m2)/min= 10-3(103L /m2)/min

=1(L/m2)/min=1(L/min)/m2=10000(L/min)/hm2

=10000/60 （L/s.hm2）

=167 （L/s.hm2）

4、降雨面积：

指降雨所笼罩的面积

5、汇水面积：

指雨水管渠汇集雨水的面积。单位常用hm2或km2。

任意场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但是雨水管渠的汇水面积较小，因此可假设降雨在整个小汇水面积内的分布是均匀的。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。

6、暴雨强度的频率：

是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数。即：Pn=m / n ×100%

式中：

Pn=某值暴雨强度出现的频率

m：将所有数据从大到小排序之后，某值暴雨强度所对应的序号

n ：降雨量统计数据的总个数

n=N, Pn=m/n×100%=m/N×100 %为年频率；

n=NM, Pn=m/n×100% =m/NM×100% 为次数频率。

6、暴雨强度的频率：

Pn=m /（n+1）×100%

7、暴雨强度的重现期：

是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年（a）表示。

重现期与频率互为倒数，即P=1/Pn

按年最大值法选样时，第m项暴雨强度组的重现期为其经验频率的倒数，即重现期：

按一年多次法选样时，第m项暴雨强度组的重现期：

注意两者的不同：对于年最大值法，因1年只取1个样本，样本之间的平均时间间隔为1年，而次样法1年取

了多个样本，样本之间的间隔不是1年，故要多除一个M。

①某一暴雨强度的重现期等于P，是指在相当长的一个时间序列中，大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/ P。

②重现期越大，降雨强度越大。

确定设计重现期的因素有：

排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。

重现期的最小值不宜低于0.33年，一般选用0.5~3年。重要的干道、区域，一般选用2~5年。

二、暴雨强度公式

暴雨强度公式是反映暴雨强度q(i)、降雨历时t、重现期P三者之间的关系，是设计雨水管渠的依据。

我国《室外排水设计规范》中规定，我国采用的暴雨强度公式的形式为：

式中： q——设计暴雨强度，L/s.公顷；

P——设计重现期，年；

t——降雨历时，min；

A1,c,b,n——地方参数，根据统计方法进行确定。

三．雨水管渠设计流量的确定

雨水管道设计流量一般采用的推理公式

Qs——雨水设计流量(L/s) A——汇水面积(ha)i——降雨强度(mm/min)

q——降雨强度(L/(s.ha)) K——换算系数等于167Ψ——径流系数其数值小于1

二、流域上的汇流过程

从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间。

当流域最边缘线上的雨水达到集流点A时，在A点汇集的流量其汇水面积扩大到整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在A点产生最大流量。

设计降雨强度一般和降雨历时成反比，随降雨历时的增长而降低。

t﹤ t4时，只有一部分面积参与径流，与t=t4时相比较，此时暴雨强度大于t=t4时的暴雨强度，但汇水面积小。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=t4时的径流量。

t﹥ t4时，全部流域面积参与径流。与t=t4时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=t4时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=t4时的径流量。

因此，我们得到两个重要结论：

1. 全部汇水面积参与径流时，a点流量最大。

2. 当降雨历时等于全流域集流时间时，a点产生的径流量最大。此时暴雨强度q、降雨历时t和汇水面积F 都达到极限，这就是极限强度理论的核心内容。

三．极限强度理论