排水工程的基本知识

第十一章排水工程的基本知识第一节排水系统的作用一、排水工程水是人们日常生活和从事一切活动不可缺少的物质。在人们的日常生活中，盥洗、沐浴和洗涤等都要使用水，用后便成为污水。现代城镇的住宅，人们利用卫生设备排除污水，并随污水排走粪便和废弃物。生活污水含有大量腐败性的有机物以及各种细菌、病毒等致病的微生物，也含有为植物生长所需要的氮、磷、钾等肥分，应当予以适当地处理和利用。在城镇，从住宅、工厂和各上公共建筑中不断地排出各种各样的污水和废弃物，需要对这些污水和废弃物及时妥善地处理或利用。在工业企业中，几科没有一种工业不用水。在总用水量中，工业用水量占有相当的比例。水经生产过程使用后，绝大部分成为废水。工业废水中工艺冷却废水一般只是温度的提高，污染轻，经适当的处理即可循环使用，胆有的则挟带着大量的污染物质，如酚、氰、砷、有机农药、各种重金属盐类、放身性元素和某些致癌物质等。这些物质多数既是有害的和有毒的，但也是有用的，必须妥善处理或回收利用。在工业生产和人民日常生活中会产生大量的污水，如不加以控制和妥善处理、任意直接排入水体（江、河、湖、海、地下水）或土壤，便会使地下水和土壤受到严重污染，破坏原有的自然环境，造成环境污染，这是由于污水中含有毒物和有机物。毒物过多将毒死水中或土壤中原有的生物，破坏原业的生态平衡。而生态系统一量遭到破坏，就会影响自然界生物与生物、生物与环境之间的物质循环和能量转化，给自然界带来长期的严重的危害。为了保护环境避免上述情况的发生，现代化城市就需要建设一整套将城市污水、工业废水、降水（雨水、冰雪融化水等）用完善的管渠系统、泵站及处理厂等各种设备，有组织地加以排除和处理，以达到保护环境，变废为宝，保证人们的正常生产和生活的目的的工程，这样的工程就称为排水工程。二、污水的种类人类的生活和生产使用水的过程中，水会受到不同程度的污染，改变了其原有的化学成分和物理组成，这些水就成为污水和废水。按其来源的不同可分为：生活污水、工业废水、城市污水、降水。1、生活污水：是指人们日常生活中用过的水。包括从厕所、浴室、盥洗室、厨房、食堂、洗衣房等处排的水，它来自住宅、公共场所、机关、学校、医院、商店、以及工厂中的生活间部分。生活污水一般不含有毒物质，但是它有适于微生物繁殖的条件，含有大量细菌和病原体，从卫生学角度来看具有一定的危害性，这类污水需要经过处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。2、工业废水：是指在工业生产中排出的废水，它来自工矿企业。由于各种工厂的生产类别、工艺过程，使用的原材料以及用水成分的不同，使工业废水的水质变化很大。工业废水按照污染程度不同，可分为生产废水和生产污水两类。生产废水是指在生产过程中受到轻度污染的污水，或水温有所增高的水。生产污水是指在生产使用过程中受到严重污染的水。污水中的有害或有毒物质往往是宝贵的工业原料，应尽量回收，为国家创造财富，同时也可减轻污水的污染程度。生产废水和生产污水两种，前者污染轻微，通常经过适当处理后即可在生产过程中重复利用，或直接排入水体；后者大部分具有危害性，污染程序较重，是处理的对象，必须经过处理后方能排放，或在生产中使用。3、城市污水：它是生活污水和工业废水的混合物。以消费为主的城市其比例为工业：生活=1：2此比例采用处理方法有关。城市污水的水质主要由工业污水所占的比例以及综合水质来决定。4、降水：是指在地面流泄的雨水和冰雪融化的水。降水常称雨水。这类水大部分比较清洁，但经流量大，若不及时排泄能使居民区、工厂等遭受淹没，交通受阻、积水危害、严重影响人们的政党生活和生产。降雨量的大小决定城市径流量和农业径流量。通常，暴雨危害最为严重，是排水的主要对象之一。冲洗街道和消防用水等，由于其性质和雨水相似，也并入雨水。一般情况下雨水不需处理，可直接就近排入水体。总之，污水的最终处理或者是返回到大自然水体、土壤、大气；或者是经过人工处理，使其再生为一种资源回到生产过程。根据不同的生产要求，经过处理后的污水其最后出路有：一是排放水体；二是灌溉农田；三是重复使用。三、排水系统的作用和任务排水系统是由管道系统（排水管网）和污水处理系统（污水处理厂）组成，它在我国现代建设中有着十分重要作用。排水系统的基本任务是保护环境免受污染和及时排除雨水或冰雪融化水，以促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常生活。其主要内容包括：一是收集成区各种降水并及时排到委员长中自然水体中；二是收集各种污水并及时地将其输送至适当地点；三是对污水妥善处理后排放或再利用。排水系统在我国现代化建设中起着十分重要的作用。从环境保护方面讲，排水系统有保护和改善环境，消除污水危害的作用。从卫生角度讲，排水系统的兴建对保障人民的健康具有深远的意义。从经济上讲，水是生活和生产都必不可缺少的资源，水资源的短缺，已成为世界性的问题，而水体的污染，又加重了水资源的缺乏，这必须会影响到工农业生产和人民的生活。总之，排水系统作为国民经济的一个组成部分，对保护环境、促进工农业生产和保障人民的健康，具有巨大的现实意义和深远的影响。作为从事排水工作的工程技术人员，应当充分发挥排水工程在现代化建设中的积极作用，使经济建设、城乡建设与环境建设同步规划、同步实施、同步发展、以实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。第二节排水系统的体制及选择一、排水系统的体制在城市和工业企业中通常有生活污水、工业废水和降水。这些污水是采用一个管渠系统来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称作排水系统的体制（简称排水体制）。（一）合流制排水系统是将生活污水、工业废水和降水在同一个管渠内排除的系统。根据污水、废水、雨水混合汇集后的处置方式不同，可分为下列三种情况：1、直泄式合流制：管渠系统布置就近坡向水体，分若干排出口，混合的污水不经处理直接泄入水体。我国城市旧城区的排水方式大多是这种系统，但是，随着现代化工业与城市的发展，污水量不断增加，水质日趋复杂，所造成的污染危害很大。因此，这种直泄式合流制排水系统目前不宜采用。2、全处理合流制：污水、废水、雨水混合汇集后全部输送到污水厂处理后再排放。这对防止水体污染，保障环境卫生方面当然是最理想的，但需要主干管的尺寸很大，污水处理厂的容易也增加很多，基建费用相应增高，很不经济。因此，这种方式在实际情况下也很少采用。3、截流式合流制：在街道管渠中合流的生活污水、工业废水和雨水，一起排向沿河的截法干管，在截流干管处设置溢流井，并在干管下流设污水厂。晴天和初降雨时所有污水都排送到污水厂，经处理后排入水体，随着降雨量的增加，雨水径流也增加，当混合污水的流量超过截流干管的输水能力后，就有部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体。国内外在改造老城市的合流制作水系统时，通常采用这种方式。（二）分流制排水系统将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各种独立的管渠系统内排除的排水系统。排除生活污水和工业废水的系统称污水排水系统；排除雨水的系统称雨水排水系统。通常分流制排水又分为下列两种：1、完全分流制：分别设置污水和雨水两个管渠系统，前者用于汇集生活污水和部分工业废水，并输送到污水处理厂，经处理后再排放；后者汇集雨水和部分工业废水，就近直接排入水体。2、不完全分流制：城市中只有污水管道系统而没有雨水管渠系统，雨水沿着地面、道路边沟上窜下壑明渠泄入天然水体。这种体制只有在地形条件有利时采用。对于机关报建城市或地区，有时为了急于解决污水出路问题，初期采用不完全分流制，先只埋设污水管道，以少量经费解决近期近切的污水问题。待将来配合道路工程的不断完善，增设雨水管渠系统，将不完全分流制改成完全分流制。对于垫平坦、多雨易造成积水地区，不宜采用不完全分流制。二、排水体制的选择近年来，为了解决可用水资源减少和水质不断恶化的问题，以及随着污染物排放标准的提高，提出了污水资源化问题，出现了以城市污水的处理水作为工业用水或杂用水新水源再利用系统（或称城市污水回用系统）。不同的再利用途径，其对水质的要求不相同。杂用水的范围很广，包括公共、公用和高层建筑中的厕所冲洗用水、洗车用水、洒水、消防用水、空调用水，以及在工业上用作设备冷却水等。这种系统对解决水源不足、有效利用水资源、减少污水排放量、控制河流水质污染、改善和保护生态环境具有很大作用。城市污水的处理水作为工业用水和杂用水再利用系统的一种方式。这种方式在工厂给排水中用得也越来越多，是他约用水、控制污染的好方法。合理地选择排水体制，是城市排水系统规划中一个十分重要的问题。它关系到整个排水系统是滞实用，能否满足环境保护要求，同时也影响排水工程的总投资、初期投资和经营费用。对于目前常用的分流制和合流制的分析比较，可从下列几方面说明。1、环境保护方面：如果采用合流制将城市生活污水、工业废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，但这时截流主干管尺寸很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应地增高。采用截流式合流制时，降雨初期的雨水可送到污水处理厂处理，这对保护环境是有利的，但随着降雨量的增加，有部分污水通过溢流井直接排放水体，实践证明，这种排水方式会使河道污染日益严重。对于分流制排水系统，将城市污水全部送到污水厂处理，对保护环境十分有利；但初期雨水径流未加处理直接排入水体，是其不足之处。国外对雨水径流的水质调查发现，雨水径流特另是初降雨水径流对水体的污染相当严重。分流制虽然具有这一缺点，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，所以在国内外获得方广泛采用，而且也是城市排水系统体制发展的方向。2、基建投资方面：据国外有的经验认为合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%—40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。由于管渠造价在排水系统总造价中占70%—80%，影响大，所以合流制的总造价一般还是比完全分流制的低。从节省初期投资考虑，采用不完全分流制具有较大的经济意义，因为初期只建污水排除系统而缓建雨水排除系统，这样可分期建设，节约初期投资费用，同时不完全分流制施工期限短，发挥效益快，随着城市发展，可再逐步建造雨水管渠。我国过去很多新建的工业基地和居住区均采用不完全分流制排水系统。3、维护管理方面：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，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中的沉淀物易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护管理费用可以降低。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中的复杂性。而分流制系统可以保持管内的流速，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。4、施工方面：合流制管线单一，减少与其他地下管线、构筑物的交叉，管渠施工较简单。但在建筑物有地下室情况下采用合流制，遇暴雨时有可能倒流入地下室内，合流制安全性不如分流制。总之，排水系统体制的选择是一项很复杂很重要的工作。应根据城镇及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。由于截流式合流制对水体污染严重，危害环境，所以新建地区排水系统一般应采用分流制。但在附近有水量充沛的河流或近海，发展又受到限制的小城镇地区；在街道较窄地下设施较多，修建污水和雨水两条管线有困难的地区；或在雨水稀少，废水全部处理的地区等，采用合流制排水系统有时可能是有利和合理的。三、排水系统的主要组成部分（一）城市污水排水系统的主要组成城市污水包括生活污水和工业废水两大部分，将工业废水与生活污水采用同一排水系统就组成了城市污水排水系统。它是由下列几部分组成：1、室内污水管道系统和设备；2、室外污水管道系统；3、污水泵站及压力管道；4、污水处理与利用构筑物；5、排入水体的出水口。（二）工业废水排水系统的主要组成根据企业性质及其行业不同产生废水的性质也不同，当废水所含物质的浓度不超过国家规定的排入城市排水管道的允许值时，可直接排入城市污水管，当浓度超标时必须经收集处理后排