水控污染工程 第三章污水沟道系统的设计

第 三 章 污 水 沟 道 系 统 的 设 计 本 章 节 主 要 内 容 ：v城 市 污 水 和 工 业 废 水 设 计 流 量 的 确 定 ；v污 水 排 水 系 统 的 平 面 布 置 及 污 水 沟 道 的 定 线 ；v污 水 沟 道 的 水 力 学 计 算 及 平 面 图 和 纵 剖 面 图 的 绘制 ；v污 水 泵 的 选 择 和 污 水 泵 站 的 设 计 。 第 一 节 污 水 设 计 流 量 的 确 定设 计 流 量 的 概 念 指 设 计 期 限 (20 30年 )终 了 时 的 最 大 日 (或 最 大 班 )最 大 时 的 污 水 流 量 ， 它 包 括 生 活 污 水 设 计 流 量 和 工 业 废 水 设 计 流 量 ， 在地 下 水 位 较 高 的 地 区 ， 宜 适 当 考 虑 地 下 水 渗 入 量 。一 、 居 住 区 的 生 活 污 水 设 计 流 量 的 确 定生 活 污 水 设 计 流 量 按 每 人 每 日 平 均 排 出 的 污 水 量 、 使 用 沟 道 的 设 计 人 数和 总 变 化 系 数 计 算 的 。 其 计 算 公 式 如 下 ： (3-1)式 中 ： q v 居 住 区 的 生 活 污 水 设 计 流 量 ， L/s； qvn 居 住 区 生 活 污 水 量 标 准 (每 人 每 日 平 均 排 出 的 污 水 量 )(见附 录 二 )； N 使 用 沟 道 的 设 计 人 数 ； K总 总 变 化 系 数 。 总KNqq vnv 360024 参 数 选 用 说 明 ： 1、 关 于 生 活 污 水 量 标 准 室 外 排 水 设 计 规 范 第 2.1.1条 规 定 ： 居 住 区 生 活 污 水 量 定 额 可 按 当 地 用水 量 定 额 的 80% 90%采 用 。 2、 关 于 设 计 人 口 (1) 按 城 市 总 体 规 划 确 定 的 人 口 密 度 计 算 。 (2) 按 人 口 自 然 增 长 率 估 算 3、 总 变 化 系 数变 化 系 数 包 含 以 下 几 种 ：日 变 化 系 数 （ K 日 ） 一 年 中 最 大 日 污 水 量 与 平 均 日 污 水 量 的 比 值 。时 变 化 系 数 (K时 ) 最 大 日 中 最 大 时 污 水 量 与 该 日 平 均 时 污 水 量 的 比 值总 变 化 系 数 (K总 ) 最 大 日 最 大 时 污 水 量 与 平 均 日 平 均 时 污 水 量 的 比 值K总 =K日 K时 (3-2) 表 3-1是 我 国 室 外 排 水 设 计 规 范 规 定 的 总 变 化 系 数 表 。表 3-1 总 变 化 系 数 表污 水 平 均 日 流 量（ l/s） 5 15 40 70 100 200 50 1000总 变 化 系 数 K总 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1。4 1.3 注 ： 当 污 水 平 均 日 流 量 为 中 间 数 值 时 ， 总 变 化 系 数 用 内 插 法 求 得 。 顺 便 指 出 ，在 设 计 污 水 沟 道 时 所 说 的 平 均 流 量 一 般 都 是 指 平 均 日 流 量 ， 下 文 将 援 用 这 个 习惯 。 由 式 (3-1)和 式 (3-2)得 总KAPqq vnV 360024 二 . 工 厂 生 产 区 的 生 活 污 水 设 计 流 量 的 确 定工 业 企 业 内 生 活 污 水 量 、 淋 浴 污 水 量 按 下 式 确 定 ：36003600 2413222111 DNDNT KBNKBNqv 3600604083600 5.2350.325 4321 NNNNqv 代 入 参 数 得 ： 三 工 业 废 水 设 计 流 量 的 确 定工 业 废 水 设 计 流 量 一 般 是 按 工 厂 或 车 间 的 每 日 产 量 和 单 位 产 品 (每 件 产 品 ， 每 吨产 品 等 )的 废 水 量 计 算 的 ， 有 时 也 可 以 按 生 产 设 备 的 数 量 和 每 一 生 产 设 备 的 每 日废 水 量 进 行 计 算 。 以 每 日 产 量 和 单 位 产 品 废 水 量 为 基 础 的 工 业 废 水 设 计 流 量 ，可 用 下 式 计 算 ： 式 中 ： qv 工 业 废 水 设 计 流 量 ， L/s； m 生 产 每 单 位 产 品 的 平 均 废 水 量 ， m3； M 产 品 的 平 均 日 产 量 ； T 每 日 生 产 时 数 ； K总 总 变 化 系 数 ， 因 为 K日 =1， 所 以 ， K总 =K时 。总KTMmqv 36001000 第 二 节 污 水 沟 道 系 统 的 平 面 布 置 一 污 水 沟 道 系 统 的 平 面 布 置 内 容 包 括 ： 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 沟 及 总 干 沟 的 路 线 ； 确 定 需 要 抽 升 的 排 水 区 域 和 设 置 泵 站 的 位 置等 。1） 确 定 排 水 区 界2） 划 分 排 水 流 域3） 选 择 污 水 厂 出 水 口 的 位 置4） 管 道 定 线 定 线 应 遵 循 的 主 要 原 则 是 ： 1.应 尽 可 能 地 在 路 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.污 水 总 干 沟 的 走 向 取 决 于 污 水 厂 和 出 水 口 的 位 置 。 因 此 ， 在 大 城 市或 地 形 平 坦 的 城 市 ， 可 能 要 建 几 个 污 水 厂 ， 这 就 需 要 敷 设 几 条 总 干 沟 。 定 线 时 应 充 分 利 用 地 形 ， 一 般 原 则 如 下 ： a、 在 整 个 排 水 区 域 较 低 的 地 方 设 总 干 沟 及 干 沟 ， 便 于 干 沟 及 支 沟 的 污 水 自流 接 入 。 b、 在 地 形 平 坦 略 向 一 边 倾 斜 的 地 区 ， 总 干 沟 与 等 高 线 平 行 敷 设 ， 干 沟 与 等高 线 垂 直 敷 设 (如 图 3-2， a) c、 当 地 形 斜 向 河 道 的 坡 度 很 大 时 ， 总 干 沟 与 等 高 线 垂 直 ， 干 沟 与 等 高 线 平行 (如 图 3-2， b)。 d. 总 干 沟 应 尽 量 布 置 在 坚 硬 密 实 的 土 壤 中 。 如 遇 到 劣 质 土 壤 (松 软 土 、 回填 土 、 土 质 不 均 匀 等 )或 地 下 水 位 高 的 地 段 时 ， 污 水 沟 道 可 考 虑 绕 道 或 采 用 其 他施 工 措 施 和 其 他 办 法 加 以 解 决 。 e. 沟 道 定 线 时 应 尽 量 避 免 或 减 少 与 河 道 、 山 谷 、 铁 路 及 各 种 地 下 构 筑 物 交叉 f. 一 般 情 况 下 ， 污 水 沟 道 沿 道 路 敷 设 的 (与 道 路 中 心 线 平 行 )。 在 无 道 路 的 场 地 ， 如 堆 场 等 空 旷 地 上 ， 沟 道 不 应 直 接 穿 过 ， 而 必 须 沿 道 路 绕 过 它 ， 以 免 沟道 被 将 来 的 建 筑 物 或 堆 物 压 在 下 面 ， 造 成 渗 漏 和 养 护 的 困 难 。 g. 污 水 干 沟 一 般 不 宜 在 交 通 繁 忙 而 狭 窄 的 街 道 下 ,造 成 检 修 困 难 。 h. 沟 道 定 线 还 应 考 虑 居 住 区 和 工 业 企 业 的 远 近 期 规 划 以 及 分 期 建 设 的 安 排,其 布 置 与 敷 设 应 满 足 近 期 建 设 的 要 求 ， 同 时 ， 还 应 考 虑 远 期 有 无 扩 建 的 可 能 。 5) 污 水 泵 站 的 设 置污 水 泵 站 一 般 分 为 中 途 泵 站 （ 提 升 泵 站 ） 和 终 点 泵 站 。中 途 泵 站 的 位 置 是 根 据 沟 道 的 最 大 合 理 埋 深 而 决 定 的 。 污 水 沟 道 当 埋深 超 过 最 大 埋 设 深 度 时 ， 需 设 置 中 途 泵 站 抽 升 污 水 。 在 沟 道 定 线 时 ， 应选 择 适 当 的 定 线 位 置 ， 使 之 能 尽 量 节 省 埋 深 ， 又 可 少 建 泵 站 。终 点 泵 站 一 般 是 设 在 污 水 厂 内 处 理 构 筑 物 之 前 。 在 地 形 复 杂 的 城 市 ，有 些 地 区 比 较 低 洼 ， 需 设 置 局 部 泵 站 抽 升 污 水 ； 在 一 些 高 楼 的 地 下 室 、地 下 铁 道 和 其 他 地 下 建 筑 物 中 ， 其 污 水 也 需 要 设 置 局 部 泵 站 抽 升 。 a 地 形 坡 度 较 小 时 ， 总 干 沟 与 等 高 线 平 行 、 干 沟 与 等 高 线 垂 直 布 置 支 沟 ； 干 沟 ； 地 区 干 沟 ； 拦 集 干 沟 ； 主 干 沟 ； 出 口 渠 渠 头 ； 溢 流 日 ； b 地 形 坡 度 较 大 时 ， 总 干 沟 与 等 高 线 垂 直 、 干 沟 与 等 高 线 平 行 布 置 支 沟 ； 干 沟 ； 地 区 干 沟 ； 拦 集 干 沟 ； 主 干 沟 ； 出 口 渠 渠 头 ； 溢 流 日 ； 第 三 节 沟 道 敷 设 的 位 置 规 范 中 规 定 ： 排 水 管 沟 与 其 它 地 下 管 线 、 建 筑 物 、 构筑 物 等 相 互 间 的 位 置 ， 应 符 合 下 列 要 求 ：1 在 敷 设 和 管 道 时 检 修 不 应 相 互 影 响 ；2 排 水 管 道 损 坏 时 不 应 影 响 附 近 建 筑 物 、 构 筑 物 的 基 础或 污 染 生 活 饮 用 水 ；3 排 水 管 道 宜 与 道 路 中 心 线 平 行 敷 设 ， 并 宜 尽 量 设 在 快车 道 以 外 ；4 污 水 管 道 、 合 流 管 道 与 生 活 给 水 管 道 相 交 时 ， 应 敷 设在 生 活 给 水 管 道 下 面 。 图 35街 道 地 下 管 线 的 布 置 雨 水 沟 ； 雨 水 口 ； 无 轨 电 车 电 缆 ； 供 热 管 ； 污 水 沟 ； 给 水 管 ； 煤 气 管 ； 电 话 线 ； 电 线 第 四 节 污 水 沟 道 的 水 力 学 设 计 污 水 沟 道 水 力 学 设 计 的 任 务 ： 是 根 据 已 经 确 定 的 沟 道 路 线 ， 计 算 和确 定 各 设 计 沟 段 的 设 计 流 量 、 管 径 、 坡 度 、 流 速 、 充 满 度 和 沟 底 高 程 。 计 算 次 序 ： 从 确 定 控 制 点 开 始 ， 从 上 游 到 下 游 ， 计 算 和 确 定 各个 设 计 沟 段 的 有 关 数 据 。 控 制 点 ： 是 对 整 个 沟 道 系 统 的 高 程 起 控 制 作 用 的 地 点 。 一 般是 位 于 离 污 水 厂 或 出 水 口 最 远 处 或 排 水 流 域 中 ， 地 面 高 程 最 底 处 ； 设 计 沟 段 的 设 计 流 量 组 成 ： (1)沿 线 流 量 从 本 沟 段 服 务 的 街 坊 流 来 的 流 量 。 (2)集 中 流 量 从 工 厂 (生 产 车 间 及 生 活 区 )或 公 共 建 筑 来 的 流 量 (3)转 输 流 量 从 上 游 沟 段 和 旁 侧 沟 段 来 的 流 量 。 图 37 某 城 镇 污 水 干 沟 平 面 布 置 图 表 3-4 某 城 镇 污 水 干 沟 设 计 流 量 计 算 表沟 段编 号 沿 线 流 量 集 中 流 量 总 设 计流 量qv(L.s-1)本 段 流 量 转 输流 量(L.s -1) 累 计平 均流 量 q0S(L.s-1) 总 变化 系数K总 累 计设 计流 量q1(L.s-1) 本 段流 量(L.s-1) 转 输流 量(L.s-1) 累 计 设计 流 量q2(L.s-1)街坊编号 S/ha q0(L.s-1.ha-1) q0S(L.s-1)(1) (2) (3) (4) (5)=(3)x(4) (6) (7)=(5)+(6) (8) (9)=(7)x(8) (10) (11) (12)=(10)+(11) (13)=(9)+(12)5-4 29 29 29 4-3 7 0.69 4.9 4.9 2.3 11 29 29 403-2 8 0.69 5.5 4.9 10.4 2.1 22 5 29 34 562-1 8 0.69 5.5 10.4 15.9 2.0 32 34 34 66 图 3-8 沟 道 管 径 、 长 度 和 高 程 等 标 注 方 法 第 五 节 沟 道 施 工 图 的 绘 制为 了 便 于 施 工 和 管 理 ， 沟 道 平 面 图 应 分 段 绘 制 并 装 订 成 册 ，图 的 比 例 尺 通 常 采 用 1： 500。 图 上 除 应 绘 出 初 步 设 计 平 面 图上 的 项 目 以 外 ， 还 应 绘 出 现 有 的 地 面 设 施 (人 行 道 边 线 、 房屋 界 线 、 树 木 、 电 杆 木 、 各 种 窨 井 、 水 准 点 等 )和 所 有 的 现存 地 下 各 种 管 线 。 如 图 3-10所 示 。技 术 设 计 中 的 沟 道 剖 面 图 是 沟 道 施 工 和 管 理 的 最 主 要 的 图 纸之 一 。 图 上 除 绘 出 初 步 设 计 剖 面 图 上 的 项 目 以 外 ， 还 应 绘 出或 注 明 沟 道 材 料 和 基 础 做 法 ， 与 沟 道 直 交 的 其 他 地 下 管 线 的资 料 ， 设 计 沟 道 的 走 向 和 改 向 角 度 。 图 的 水 平 比 例 尺 通 常 采用 1:1 000， 垂 直 比 例 尺 1:100。 如 图 3-11所 示 。 第 六 节 污 水 泵 站 的 设 计 排 水 泵 站 设 计 中 要 解 决 的 问 题 有 ：(1)泵 组 的 选 择 ；(2)进 水 池 容 积 的 决 定 ；(3)泵 站 的 建 筑 设 想 及 泵 组 与 管 道 的 布 置 ；(4)起 重 设 备 的 选 择 和 布 置 ；(5)电 器 设 备 和 自 动 化 设 备 的 选 择 ；(6)施 工 方 法 的 确 定 ；(7)泵 站 的 建 筑 与 结 构 设 计 。 一 、 污 水 泵 的 选 择 水 泵 应 根 据 最 大 时 ， 平 均 时 和 最 小 时 人 流 量 以 及 相 应 的 全 扬 程 (净 扬 程 、总 水 头 损 失 、 自 由 水 头 )， 按 照 水 泵 的 特 性 曲 线 进 行 选 择 ， 每 个 泵 房 的 水泵 宜 选 用 同 一 型 号 ， 且 不 宜 少 于 2台 ， 并 应 有 备 用 。二 、 进 水 池 进 水 池 既 要 满 足 水 泵 吸 水 管 和 其 他 设 备 (格 栅 等 )安 装 上 的 要 求 ， 又 要满 足 水 泵 能 正 常 工 作 的 容 积 要 求 。 进 水 池 最 高 水 位 和 最 低 水 位 之 间 的 容 积称 为 进 水 池 的 有 效 容 积 ， 有 效 容 积 应 不 小 于 最 大 一 台 泵 的 五 分 钟 出 水 量 。进 水 池 的 底 部 设 有 集 水 坑 ， 其 深 度 一 般 不 小 于 0.5m,池 底 向 坑 口 倾 斜 ， 坡度 在 0.01 0.1之 间 。 进 水 池 容 积 还 与 水 泵 的 操 作 方 式 有 关 ， 人 工 操 作 每小 时 不 宜 多 于 4次 ， 自 动 操 作 每 小 时 不 多 于 6次 。 进 水 池 中 应 设 置 水 位 指 示 器 。 在 污 水 泵 站 进 水 池 内 设 置 格 栅 以 阻 挡 粗 大 的 物 质 ， 保 护 水 泵 。 图 3-12 a 履 带 式 机 械 格 栅 电 动 机 ； 减 速 箱 ； 链 轮 ； 链 条 ； ， ， 滚 轮 ； 格 栅 ； 耙 ； 滚 轮 图 3-12 b 抓 头 式 机 械 格 齿 耙 ； 钢 丝 绳 ； 刮 污 器 ： 刮 污 器 触 杆 ； 格 栅 ； 电 机 ； 减 速 箱 ； 卷 扬 机 构 行 车 传 动 装 置 ； 垃 圾 车 ； 支 座 三 、 吸 水 管 及 出 水 管 在 一 般 情 况 下 ， 每 台 水 泵 都 应 布 置 单 独 的 吸 水 管 ， 并 应力 求 短 而 直 ， 以 减 少 阻 力 损 失 。 按 自 灌 式 布 置 的 水 泵 ， 其吸 水 管 上 应 安 装 闸 阀 。 吸 水 管 入 口 处 装 有 喇 叭 口 ， 为 便 于吸 水 管 中 贮 积 空 气 的 排 除 ， 吸 水 管 的 水 平 部 分 应 顺 着 水 流方 向 略 微 抬 高 ， 管 坡 可 采 用 0.005。 吸 水 管 与 水 泵 连 接 处 需要 渐 缩 时 ， 应 采 用 偏 心 大 小 头 。 吸 水 管 中 的 流 速 常 采 用 0.7 1.5 m/s。 四 、 污 水 泵 站