给水排水与环境工程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第9章,给水排水与环境工程,9.1 给水排水工程,1. 给水排水工程的内容：,水的社会循环及其调控,是给水排水工程的研究内容。,给水排水工程是用于,水供给,、,废水排放,和,水质改善,的工程，主要包括给水工程和排水工程。,给水排水工程的目的：,古代：只是为城市输送用水和排泄城市内的降水和污水。,近代：是为控制城市内伤寒、霍乱、痢疾等传染病的流行和适应工业与城市的发展。,现代：已成为控制水媒传染病流行和环境水污染的基本措施，是发展城市及工业的基础设施之一，市政工程的主要组成部分。,9.1.1 给水工程,给水工程分类：,按用途主要分为供人们饮用、盥洗、洗涤、烹饪、沐浴等的,生活用水系统,，供生产设备冷却、原料产品洗涤、产品制造过程中所需生产用水的,生产给水系统,，供消防设备灭火用水的,消防给水系统,。,给水工程的组成：,城市给水系统,建筑给水系统,1. 城市给水系统,给水系统的,任务,，是从水源取水，按照用户对水质的要求处理，然后将水输送至给水区，并向用户配水。,城市给水工程分类：,按供水方式,可分为,自流系统,(重力供水)、,水泵供水系统,(加压供水)和两者相结合的,混合供水系统,；,按使用目的,，可分为,生活给水,、,生产给水,和,消防给水,系统,给水系统的组成设施,在以上组成中，泵站、输水管渠和管网以及调节构筑物等总称为输配水系统。从给水系统整体来说，它是投资最大的子系统，约占给水工程总投资的70%-80%。,地面水力水源的给水系统。取水构筑物从江河取水，经一级泵站，送往水处理构筑物，处理后的清水贮存在清水池中。二级泵站从清水池取水，经输水管送往管网供应用户。,用于地下水源的给水系统，常用管井、大口井等取水，地下水水质较好时可省去处理构筑物，只需进行消毒处理，从而使给水系统比较简化。,(1),取水构筑物,城市给水系统的取水构筑物可分为,地表水取水构筑物,和,地下水取水构筑物,。前者是从江河、湖泊、水库、海洋等地表水取水的设备；后者是从地下含水层取集表层渗透水、潜水、承压水和泉水等地下水的构筑物。,江心取水构筑物,渗渠示意图,辐射井构造示意图,(2),给水处理,水处理是指通过一系列水处理设备将被污染的工业废水或河水进行净化处理，使之达到国家规定的水质标准的过程，一般是采用,沉降,、,过滤,、,混凝,、,絮凝,，以及,缓蚀,、,阻垢,等水质调理，利用物理的、化学的方法，去除水中一些对生产、生活有害物质，其中加工原水作为生活或工业用水时为给水处理。,给水的,处理方法,可以概括为以下方式：最常用的是通过去除原水中部分或全部杂质来获得所需要的水质；通过在原水中添加新的成分来获得所需要的水质。,城市水厂给水的一般流程,(3),给水管网,给水管网的布置有两种基本形式，即,树枝状管网,和,环状管网,。,树枝状管网是将管网布置成象树枝一样这种形式的,管网，管道短，投资省,。但一条管道出现故障就将影响一大片的用水，供水安全性差；同时，树枝状管网末端的水流停滞，水质较差。,环状管网即管网内的管道是连成环状的，当某段管道损坏时，断水的范围较小。但管网内的,管道长度较长，投资多,。如农村给水系统中，由于经济条件的限制和供水点分散等特点，基本上以采用树枝状管网为宜。随着经济条件的改善，有条件时再逐步扩建为环状管网。,(4),泵站,给水系统中不可缺少的设备，从水源取水到输送清水，都要依靠水泵来完成，水泵站是安装水泵和动力设备的场所，是自来水厂的,心脏,。水泵站的基建投资在整个给水系统中所占的比重虽然不是太大，但是，水泵站运行所消耗的动力费用往往占自来水制水成本的50-70。,(5) 调节构筑物,管网的重要组成部分，其主要作用是在高峰用水、停电或检修设备时,调节水量,和,稳定供水压力,。调节构筑物主要有高位水池、水塔、气压给水设备和清水池。,2. 建筑给水系统,将城镇给水管网(或自备水源，如蓄水池)中的水引入一幢建筑或一个建筑群体供人们,生活,、,生产,和,消防,之用，并满足各类用水对水质、水量和水压要求的供应系统。建筑给水包括,建筑小区给水,和,建筑内部给水,。,建筑内部给水系统,建筑给水系统的组成：,引入管,又称进户管，是室外给水接户管与建筑内部给水干管相连接的管段。引入管一般,埋地敷设,，穿越建筑物外墙或基础。引入管受地面荷载、冰冻线的影响，进入建筑后立即上返到给水干管埋设深度，以,避免多开挖土方,。, 水表节点,水表节点是安装在引入管上的水表及前后设置的阀门和泄水装置的总称。水表用于计量该建筑物的总用水量，水表前后设置的阀门在检修、拆换水表时关闭管路，泄水口在检修时排泄掉室内管道系统中的水，也可用来检测水表精度和测定管道进户时的水压值。水表节点,一般设在水表井中,。, 给水管道系统,给水管道系统是指输送给建筑物内部用水的管道系统，由,给水管,、,管件,及,管道附件,组成。按所处位置和作用，分为给水干管、给水立管和给水支管。, 管道附件,管道附件是指用于,输配水,、,控制流量,和,压力,的附属部件与装置。在建筑给水系统中，按用途分为配水附件和控制附件。,从给水干管每引出一根给水立管，在出地面后设一个阀门，以便对该立管检修时不影响其他立管的正常供水。, 增压和贮水设备,当室外给水管网的水压、水量不能满足建筑用水要求，或要求供水压力稳定、确保供水安全可靠时，应根据需要，在给水系统中设置水泵、气压给水设备和水池、水箱等,增压,和,贮水,设备。, 消防设备,按照,建筑设计防火规范,和,高层民用建筑设计防火规范,的规定设置的消火栓、自动喷水灭火设备。,无负压管网增压稳流给水,建筑给水系统的分类：,生活给水系统,供居住建筑、公共建筑与工业建筑饮用、烹饪、洗涤、沐浴、浇洒和冲洗等生活用水的给水系统。, 生产给水系统,直接供给工业生产的给水系统，必须满足生产工艺对水质、水量、水压及安全方面的要求。, 消防给水系统,以水作为灭火剂供消防扑救建筑内部、居住小区、工矿企业或城镇火灾时用水的设施。其对水质要求不高，但必须按建筑设计防火规范保证有足够的水量和水压。, 组合给水系统,上述三种给水系统，在实际中不一定需要单独设置，通常根据建筑物内用水设备对水质、水压、水温及室外给水系统的情况，考虑技术、经济和安全条件，组合成不同的共用系统。,建筑内部给水系统的供水方案即为给水方式，其给水方式受到建筑房屋楼层高度的影响。,直接给水方式 水箱水泵联合给水方式 分区给水方式,中低层建筑常见的给水方式,高层建筑的给水方式与中低层建筑给水方式不同，采取竖向分区供水，将建筑物垂直按层分段。,串联式供水方式 减压式供水方式 并列式供水方式,高层建筑常见的给水方式,9.1.2 排水工程,排水工程定义：,排水工程主要指的是,收集,、,输送,、,处理,和,处置,废水的工程，一般由,排水管系,、,废水处理厂,和,最终处置设施,三个部分组成，通常还包括必要的抽升设施。,排水工程的组成：,城市排水系统,建筑排水系统,排水工程组成,1. 城市排水系统,城市排水系统通常由,排水管道,和,污水处理厂,组成。在实行污水、雨水分流制的情况下，污水由排水管道收集，送至污水处理厂处理后，排入水体或回收利用；雨水径流由排水管道收集后，就近排入水体。,城市排水系统,使整个城市的污水和雨水通畅地排泄出去，处理好污水，以达到环境保护的要求。,城市排水系统规划的任务,城市排水系统规划的内容,估算城市排水量，确定排水制度，设计排水管道，确定污水处理方法和城市污水处理厂的位置等。,城市排水工程系统规划,城市排水系统的分类,生活污水排水系统,生活污水排水系统一般由室内污水管道系统和设备、室外污水管道系统、污水泵站、污水厂及出水口等几部分组成。, 工业废水排水系统,主要由车间内部管道系统和设备、厂区管道系统、废水泵站和压力管道、废水处理站和出水口(渠)等几部分组成。, 雨水排水系统,雨水排水系统一般由房屋雨水管道系统和设备、街坊或厂区雨水管渠系统、道路雨水管渠系统及雨水泵站及压力管等几个部分组成。,2. 建筑排水系统,将建筑内部生产、生活中使用过的水及时排到室外的系统。建筑内部排水系统的组成应满足三个基本要求：,(1),系统能迅速畅通地将污、废水排到室外,；,(2),排水管道系统气压稳定，有毒有害气体不能进入室内，保持室内环境卫生,；,(3),管线布置合理，简短顺直，工程造价低,。,建筑内部排水系统的基本组成,建筑内部排水系统的组成,污(废)水收集器,用来收集污(废)水的器具，如室内的卫生器具、生产污(废)水的排水设备及雨水斗等。, 排水管道,由器具排水管、排水横支管、排水立管和排出管等组成。,基本组成,作用及用途,器具排水管,连接卫生器具和排水横支管之间的短管，除坐式大便器等自带水封装置的卫生器具外，均应设水封装置。,排水横支管,将器具排水管送来的污水转输到立管中。,排水立管,用来收集其上所接的各横支管排来的污水，然后再把这些污水送入排出管。,排出管,收集一根或几根立管排来的污水，并将其排至室外排水管网中。, 通气管,把管道内产生的有害气体排至大气中去，减轻废水、废气对管道的腐蚀；在排水时向管内补给空气，减轻立管内气压变化的幅度，防止卫生器具的水封受到破坏，保证水流畅通。, 清通设备,包括疏通排水管道之用的检查口、清扫口、检查井等。, 抽升设备,建筑内部标高低于室外地坪的车间和其他用水设备的房间，其污水一般难以自流排至室外，需要抽升排泄。, 污水局部处理构筑物,当建筑内部污水不允许直接排入城市排水系统或水体时，而设置的局部污水处理设施。,类型,作用,粪便污水排水系统,排除大便器(槽)、小便器(槽)等卫生设备排出的含有粪便污水的排水系统。,生活废水排水系统,排除洗涤盆(池)、洗脸盆、淋浴设备、盛洗槽、化验盆、洗衣机等卫生设备排出废水的排水系统。,生活污水排水系,将粪便污水及生活废水合流排除的排水系统。,生产污水排水系统,排除被污染的工业用水(还包括水温过高，排放后造成热污染的工业用水)的排水系统。,生产废水排水系统,排除在生产过程中污染较轻及水温稍有升高的污水(如冷却废水等)的排水系统。,工业废水排水系统,将生产污水与生产废水合流排除的排水系统,屋面雨水排水系统,排除屋面雨水及雪水的排水系统。,其中屋面雨水排水系统可根据建筑物的结构形式、气候条件及使用要求等因素采用外排水系统和内排水系统，经过技术经济比较选择合适的排水系统。,3. 建筑排水系统的分类,外排水系统,屋面不设雨水斗，建筑物内部没有雨水管道的雨水排放系统。,一般屋面普通外排水 天沟外排水, 内排水系统,屋面设雨水斗，建筑物内部有雨水管道的雨水排水系统。,内排水系统,4. 污水处理,常用的污水处理技术,具体方法,生物化学法,活化污泥法，生物结层法，混合生物法等。,物理化学法,粒质过滤法，活化炭吸附法，化学沉淀法，膜滤/析法,自然处理法,稳定塘法，氧化沟法，人工湿地法，化学色可赛思树脂处理法,污水处理一般来说包含以下三级处理：,一级处理,是通过机械处理，如格栅、沉淀或气浮，去除污水中所含的石块、砂石和脂肪、油脂等。,二级处理,是生物处理，污水中的污染物在微生物的作用下被降解和转化为污泥。,三级处理,是污水深度处理，它包括营养物的去除和通过加氯、紫外辐射或臭氧技术对污水进行消毒。,9.1.3 给水排水工程的发展,雨水循环利用示意,(1). 设计与施工以人为本,贯彻,以人为本,的人性化设计与施工理念是其发展的必然趋势。其中，自动抄水表系统和卫生间排水系统的设计和施工是这一问题的突出体现。,(2). 节水与开源齐头并进, 建筑中水的回收利用, 雨水循环利用,(3). 舒适与安全兼顾,建筑热水供应是舒适的前提条件，而建筑消防给水则是安全的基本保障。, 建筑热水供应,开式热水供水方式 闭式热水供水方式, 建筑消防给水,半循环加热供水方式 全循环加热供水方式,9.2 环境工程,环境工程的定义：,环境工程作为一门研究环境污染防治技术原理和方法的科学，其内容广泛而复杂，涉及化学、物理学、生物学、医学、给水排水工程、土木工程、机械工程、化学工程等原理和手段。,环境工程的基本指导思想：,9.2.1 环境工程简介,其以环境污染综合防治作为基本指导思想,环境工程的研究内容：,研究防治环境污染和公害的技术措施，自然资源的保护和合理利用，各种废物的资源化，以及对局部的规划等，以获取最优的环境效益、社会效益和经济效益。,污水处理,自来水的净化,英国在19世纪中叶开始建立污水处理厂,20世纪初开始采用活性污泥法处理污水,废水处理是一个高投入、见效慢、经济效益不明显的过程，关系到人民群众的身体健康状况和生命安全,松花江重大污染事件：,2005年11月13日下午，吉林石化分公司双苯厂的苯胺车间发生剧烈爆炸，据专家测算，约有100吨苯类污染物进入松花江水体，形成的硝基苯污染流经吉林、黑龙江两省，在我国境42天，12月25日入俄罗斯境内，进而影响到俄罗斯城市的一些水源问题。松花江重大污染事件导致流域内居民出现大面积恐慌，争相抢购瓶装水，造成了非常大的国内和国际影响。,太湖蓝藻污染事件：,2007年5月29日，太湖发生了严重的蓝藻水污染事件，导致数百万人饮水短缺。大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”(和海洋发生的赤潮对应)。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类(如微囊藻)还会产生毒素(简称MC)，大约50%的绿潮中含有大量毒素。毒素除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。,固体废物处理,公元前30001000年，古希腊即开始对城市垃圾采用了填埋的处置方法,20世纪，固体废物处理和利用的研究工作不断取得成就，出现了利用工业废渣制造建筑材料等工程技术,大气污染控制,美国在1885年发明了离心除尘器,20世纪以后，除尘、空气调节、燃烧装置改造、工业气体净化等工程技术逐渐得到推广应用,离心除尘原理,噪声控制,高速公路隔音屏障,中国和欧洲一些国家的古建筑中，墙壁和门窗位置的安排都考虑到了隔声的问题,20世纪，人们对控制噪声问题进行了广泛的研究,从50年代起，建立了噪声控制的基础理论，形成了环境声学,9.2.2 环境工程的研究内容,(1),水污染防治工程,水污染是各种污染物进入水体，其数量超过水体自净能力的现象，又称水体污染。水体污染主要来自,生活污水,和,工业废水,。,必须考虑当地的社会条件、自然条件及污染源的性质，研究当地水体、土壤自然净化能力，分析有无对废水进行自然净化的可能。在确定治理工艺后，还必须对处理后废水的排放及回用作出妥善的安排。,(2),大气污染防治工程, 大气污染源,大气污染是指进入大气层的污染物的浓度超过环境所能允许的极限，改变正常大气的组成，破坏其物理、化学和生态平衡体系，使大气质量恶化，从而危害人类生活、生产、健康，损害自然资源，给正常的工农业带来不良后果的大气状况。,生活污染 工业污染 交通污染, 颗粒污染物净化技术,大气中的烟尘主要是由于固体燃料(煤)的燃烧产生的。根据烟尘(颗粒污染物组成)的特性，可以将其分为,粉尘,、,烟,和,雾,三种类型。,去除大气中颗粒污染物的方法很多，根据它的作用原理，可以分为下列四种类型：,干法,去除颗粒污染物、,湿法,去除颗粒污染物、,过滤法,去除颗粒污染物、,静电法,去除颗粒污染物。,粉尘 烟 雾, 气态污染物净化技术,气态污染物种类较多，性质各异。排放量较大的有二氧化硫物(SO2)、氮氧化物(NOx)、汽车尾气、碳氢化合物、碳氧化物等。排放量较少的有化工及各种生产过程中排放出的废气等。常用的净化方法有：,吸收法,、,吸附法,、,催化转化法,、,燃烧法,等。,受大气污染的云冈石窟,(3),噪声防治技术,从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习、工作和休息的声音，凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。,噪声的主要危害：, 干扰休息和睡眠、影响工作效率。, 损伤听觉、视觉器官。, 对人体的生理影响。,噪声控制的一般原理：, 控制噪声源。, 阻断噪声传播。, 在人耳处减弱噪声。,(4),其他污染及防治, 电磁辐射,大功率输电线,以电磁波形式向空间环境传递能量的过程或现象。影响人类生活环境的电磁污染可分,天然电磁污染,和,人为电磁污染,两大类。,天然的电磁污染是某些自然现象引起的。最常见的是雷电，火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁爆等都会产生电磁干扰。,人为的电磁污染包括有：脉冲放电。例如切断大电流电路时产生的火花放电，其瞬变电流很大，会产生很强的电磁。射频电磁辐射已经成为电磁污染环境的主要因素。, 放射性污染,切尔诺贝利核电站泄露意外事故,人类活动排出的放射性污染，使环境的放射性水平高于天然本底或超过国家规定的标准，即为放射性污染。环境放射性辐射源有,天然辐射源,和,人工辐射源,两大类。,天然辐射源中，一种是通过地球大气层的宇宙射线，另一类是地球水域和矿床(如铀、镭等矿)的天然辐射源。,人工辐射源有医用射线源、核试验产生的放射性沉降以及核能工业的各种放射性废物。,(5),固体废物的处理与处置, 固体废物及其特性,固体废物是指在生产建设、日常生活和其他活动中产生的污染环境的固态、半固态废弃物质。固体废物具有鲜明的,时间,和,空间,特征。,固体废物问题较之其他形式的环境问题有其独特之处，即为,最难得到处置,、,最具综合性的环境问题,、,最晚得到重视,、,最贴近,的环境问题。,典型固体废物,固体废物的特点,独特之处,具体内容,最难得到处置,含有的成份相当复杂，其物理性状(体积、流动性、均匀性、粉碎程度、水份、热值等等)也千变万化。,最具综合性的环境,伴随着水污染及大气污染问题。仅在对固体废物进行最简单符合环境要求处理的垃圾卫生填埋场，就必须面对垃圾渗沥液对地下水的污染问题,最晚得到重视,固、液、气三种形态的污染(固体污染、水污染、大气污染)中，固体废物的污染问题较之大气、水污染是最后引起人们的注意，也是最少得到人们重视的污染问题。,最贴近的环境,固体废物问题，尤其是城市生活垃圾，最贴近人们的日常生活，因而是与人类生活最息息相关的环境问题。, 固体废物的来源及分类,按其性质分：,有机物和无机物,按其形态分：,固体的(块状、粒状、粉状)和泥状的,按其来源分：,城市生活固体废物、工业固体废物、农业废弃物和放射性固体废物, 固体废物的危害,固体废物对大气的污染表现为三个方面：,废物的细粒被风吹起，增加了大气中的粉尘含量，,加重了大气的尘污染,。,生产过程中由于除尘效率低，使,大量粉尘,直接从排气筒排放到大气环境中，,污染大气,。,排放的固体废物中的有害成分由于挥发及化学反应等，产生,有毒气体，导致大气的污染,。,污染大气,固体废物未经无害化处理和随意堆放，将随天然降水或地表径流进入河流、湖泊，长期淤积，使水面面积缩小，其有害成分造成了水体的污染，如果将固体废弃物直接倾倒入水体中，造成的危害将更大，固体废物的有害成分能随渗沥水进入土壤，从而污染地下水。,污染水体,土壤是许多细菌、真菌等微生物聚居的场所，这些微生物与土壤本身构成了一个平衡的生态系统。未经处理的有害固体废物，经过雨淋、地表径流等作用，其有毒液体将渗入土壤，进而杀死土壤中的微生物，破坏了土壤的功能，污染严重的地方甚至寸草不生。许多有毒有害成分还会经过动植物进入人的食物链，危害人体健康。,污染土壤,不断增加的固体废弃物如不加利用，就要占用土地来堆放。一般来说，堆存一万吨废物就要占地一亩，而受污染的土壤面积往往比堆存面积大12倍。,侵占土地,随着经济迅速发展，应加大对有害固体废物的处理、处置，提高固体废物的综合利用程度，尽可能地开发寻求无害工业的替代项目，以最大程度实现固体废物的,减量化,、,无害化,、,资源化,。, 固体废物的处理与处置,固体废弃物处理是指通过,物理,、,化学,、,生物,、,物化,及,生化,方法把固体废物转化为适于运输、贮存、利用或处置的过程。,固体废弃物处理的目标是无害化、减量化、资源化。,目前采用的主要方法包括压实、破碎、分选、固化、焚烧、生物处理等。,固体废物处理过程示意,压实技术,通过对废物实行减容化，降低运输成本、延长填埋场寿命的预处理技术。,破碎技术,为了使进入焚烧炉、填埋场、堆肥系统等废弃物的外形尺寸减小，预先必须对固体废弃物进行破碎处理。,固体废物分选技术,是实现固体废物资源化、减量化的重要手段，通过分选将有用的充分选出来加以利用，将有害的充分分离出来；另一种是将不同粒度级别的废弃物加以分离。,焚烧技术,固体废物高温分解和深度氧化的综合处理过程，好处是把大量有害的废料分解而变成无害的物质。,固体废物焚烧炉,由于固体废弃物中可燃物的比例逐渐增加，采用焚烧方法处理固体废弃物，利用其热能已成为必然的发展趋势。该方法处理固体废弃物，占地少，处理量大，在保护环境、提供能源等方面可取得良好的效果。但焚烧法也有缺点，例如，投资较大，焚烧过程排烟造成二次污染，设备锈蚀现象严重等。,热解技术,将有机物在无氧或缺氧条件下高温(500-1000)加热，使之分解为气、液、固三类产物。与焚烧法相比，热解法则是更有前途的处理方法。它的显著优点是基建投资少。,固化处理技术,通过向废弃物中添加固化基材，使有害固体废弃物固定或包容在惰性固化基材中的一种无害化处理过程。,生物处理技术,利用微生物对有机固体废物的分解作用使其无害化，可以使有机固体废物转化为能源、食品、饲料和肥料，还可以用来从废品和废渣中提取金属，是固体废物资源化的有效的技术方法。,终态固体废弃物的处置,海洋处置,海洋处置主要分为海洋倾倒与远洋焚烧两种方法。海洋倾倒是将固体废弃物直接投入海洋的一种处置方法。远洋焚烧，是利用焚烧船将固体废弃物进行船上焚烧的处置方法。,陆地处置,陆地处置的方法包括土地填埋、土地耕作、深井灌注等。土地填埋是从传统的堆放和填地处置发展起来的一项处置技术，它是目前处置固体废弃物的主要方法。,9.2.3 环境工程的发展,(1),生物新技术的应用, 生化强化废水处理技术。, 空气净化生物技术。, 有机废物快速堆肥和发酵技术。, 固定化微生物技术。, 膜生物反应器。, 光合细菌法。,(2),核技术的应用, 辐射技术的应用。, 用辐照法处理生活污水和工业废水。, 用,射线辐照处理固体废物。, 用电子束处理废气。,