污水管网设计及计算

9污水管网设计与计算综述功能为收集与输送城市区域中的市政污水，生活污水所占比例较大。污水管网设计的主要任务为：污水管网总设计流量与各管段设计流量计算污水管网管段管径、埋深、接口设计与水力计算污水提升泵站的设置与提升污水管网施工图绘制等。9.1设计污水量定额排放系数：城市用水量与排放量之间的关系；一般为60-80%，在干旱季节低达50%。但雨水可进入，以及企业与用户自备水源未统计部分进入，使得实际污水量增大。根据相关设计规定，污水量可按照当地设计用水定额的80-90%计算；工业企业生活污水量与淋浴水量可参照有关设计规范规定。工业废水量定额一般以单位产值、单位数量产品或单位生产设备所排出的废水量表示。污水管网按照最高日最高时污水排放流量进行设计。污水管网设计流量与供水管网设计流量的不同点在于供水管网设计流量采用最高日最高时用水量乘以总变化系数，而污水管网设计流量采用平均日污水量定额乘以相应的总变化系数。9.2污水量的变化系数污水量的变化可采用变化系数与变化曲线表示污水量日变化系数Kd：在设计年限内，最高日污水量与平均日污水量的比值。污水量时变化系数Kh：设计年限内，最高日最高时污水量与该日平均时污水量的比值。污水量总变化系数Kz：设计年限内，最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值。Kz=Kd×Kh9.2污水量的变化系数居民生活污水量变化系数工业废水量变化系数变化较小，可近似取为1。工业企业生活污水和淋浴污水量变化生活污水量一般按照每个工作班污水量定额计算，相应的变化系数班内给出，且与工业企业生活用水量变化系数相同，一般车间为3，高温车间为2.5。淋浴污水量计算方法同上，每班考虑在1h之内使用，且不考虑1h之内流量变化。Kz=2.3Qd=51000Qd51.3Qd100011.07.2Qd9.3污水流量计算1居民生活污水设计流量主要因素为生活设施条件、设计人口和污水流量变化。设计人口指设计年限终期所服务的人口数量。同一城市也存在多个排水服务区域，有时污水量标准不同，分别计算。2工业废水设计流量考虑水的重复利用率。3工业企业生活污水量和淋浴污水设计流量4公共建筑污水设计流量iiiiiTfNqKQ2222226.3)1()36003600(333333bibiaiaihaiaiNqTKNqQiihiiTKNqQ4444360049.3污水流量计算某大型企业年产值为10亿元，废水产生量定额为100t/万元，总变化系数为1.2；该厂三班制生产，每班工作8小时，最大班职工人数为2000cap，其中在高温及重污染车间工作的职工占总人数的30%，使用淋浴人数按照85%计算，其余70%在一般车间工作，使用淋浴人数按照30%计算，工厂居住区面积为50×104m2，人口密度为550cap/104m2，生活污水量标准为150L/（cap·d）。该厂设置污水处理站，所有污水由管道汇集进入污水处理站，请计算该厂的最大时污水设计流量。9.3污水流量计算分析：本题主要针对某工厂的废水量进行计算。对于本题，用水主要集中在以下几方面：1）工业生产排水；2）居住区居民生活污水；3）工人上班生活污水；4）工人下班淋浴污水。工业污水量的计算方法为：1）单位产品排水量；2）单位产值排水量；3）单位生产设备排水量。本题给定了单位产值排水量；在工业污水量的计算中还要注意是否存在水的重复利用率，本题不存在；也要注意时变化系数与日变化系数之关系和向公式中应该带入的值（？？）生活污水量的计算较简单，可根据定额与人口数量计算；唯一注意的是总变化系数的求解。工人上班时的生活污水量计算较简单，但要注意其班数及班时间；工人下班淋浴水量计算较简单，不管何种情况均按照淋浴持续一小时计算；但要注意一般车间和高温车间的用水量定额。9.3污水流量计算计算工业废水设计流量：日变化系数为近似为1，由于总变化系数为1.2，即时变化系数为1.2；则工业废水设计流量为380.52L/s；居民区生活污水流量总变化系数的计算1000360024365100002.110010000000001q380.52L/s)360024/(15050550/2q=47.74L/s765.174.477.211.0ZK则生活污水设计流量74.47765.12q=84.25L/s；高温与重度污染车间生活污水量与淋浴用水量计算836005.235%3020003q360060%85%302000+=10.32L/s；一般车间生活污水量与淋浴用水量计算83600325%7020004q+360040%30%702000=8.31L/s则本厂总设计流量为4321qqqqq=380.52+84.25+10.32+8.31=483.4L/s。9.3污水流量计算9.3污水流量计算几点讨论1.由上述讲解可知，通过分析城市污水的组成可以计算总量；计算总量的目的在于确定城市污水处理厂的规模。在这一点上，与给水的设计是相似的。2.所不同的在于居民生活污水量需要乘以总变化系数；而工业污水、工厂生活污水以及公共建筑污水要分别乘以各自的时变化系数或班内变化系数。而给水总用水量是加权所有的水量后，在平均时流量上乘以总变化系数。这一点是两者所不同的。3.当计算企业排水时，需要考虑水的复用系数。下述两点教材中未考虑或讲述有些偏差，我提出来共同讨论：1.关于企业自备水源的问题。在当今设计排水管网时已经对于水量要进行调查，并非听之任之。2.污水管网的普及问题。在教材中未涉及到此问题；城市的排水管网一定是完善的吗？若不完善是否应该有一个普及率？？？？我认为在计算总量时，不管是城市居民生活污水抑或企业排水或公共建筑排水均存在是否排入管网的问题，若不排入应该扣除。9.4管段设计流量计算9.4.1节点与管段将污水管网中流量与埋设坡度不变的一段管道叫做管段。管道的两端点叫做节点。一般在节点上肯定存在水的流态或流速的变化；比如跌水井、提升泵站等。节点处肯定设置检查井。污水管段很容易出现事故，为了检修方便每间隔一定距离在管段上需要设置检查井；若管段长度过大可设置若干检查井，这也说明检查井未必是节点。9.4管段设计流量计算9.4.2节点设计流量计算由于污水管网水的流态为重力流；故为降低水头损失，最好的办法就是增大管径。如何增大管径呢？只有唯一的办法是增大管段设计流量；于是这就决定了污水节点的设计流量与给水管网的不同。在污水管网设计中，流量也分为两种沿线流量和集中流量；但在污水管网中，沿线流量被叫做本段流量。在污水管网设计中，节点流量是该节点下游一条管段所连接的用户污水流量与该节点所接纳的集中污水流量之和。如下图所示意。9.4管段设计流量计算集中流量本段流量节点流量的合并计算9.4管段设计流量计算由上图也可看出；污水管网和给水管网节点设计流量方法是不同的。在污水管网设计中，管段起端节点流量为本节点收集的集中水量和本段流量之和。那么，本段流量如何计算呢？和给水管网相似，计算比流量，按照面积或管段长度分配本段流量。要牢记一点：本段流量是完全加到管段起端节点，而非一分为二。9.4管段设计流量计算9.4.3管段设计流量计算前面讲到，污水管网的设计按照最高时设计；但最高时未必同时出现。前面也得知，变化系数主要针对生活污水而言较复杂，每一管段流量不同，其变化系数也是不同的；故对于管段设计流量而言，污水管网节点不会满足流量连续性条件；但分配的平均时流量满足质量守恒。这也是污水管网与给水管网相比的最大不同之处。污水管网水力计算，从上游起端节点向下游节点进行。污水管网进行计算时，节点与管段的流量也应满足流量连续性方程。但污水管网的设计流量却不满足流量连续性方程；原因在于设计流量为最高时流量，它们一般不会同时出现，连续性条件只能对同一时段内的流量运用。在计算和分配居民生活污水量时，对平均日流量满足流量连续性；每条管段又乘以各自的总变化系数作为设计流量。为降低计算复杂性，总是假定居民生活污水、工业废水、工业企业生活污水和淋浴污水、公共建筑污水等四大类污水的最高时流量同时出现，其设计流量可直接叠加。管段设计流量计算式如下：iiiiiziqqqqKq43211i=1，2，3……M9.4管段设计流量计算9.5污水管道设计参数由水力学公式可知，设计流量与设计流速及过水断面积有关；流速是管壁粗糙系数、水力半径以及水力坡度的函数。1设计充满度非满管流设计：污水流量随时变化，雨水或地下水可能随时渗入，有必要保留部分空间给未预见水量，防止污水溢出。管道内沉积的污泥可能分解出一些有害气体，要留出适当空间进行通风排气。管道的疏通与管理。最大设计充满度与管径大小相关联，可在规范中查出。当管径小于等于300mm时，应按段时间内的满管流核算，保证污水不会溢流到地面。采用明渠流时，设计超高不小于0.2m。9.5污水管道设计参数2设计流速与设计流量、设计充满度相对应；为防止管道冲刷以及沉积，设计流速在最大与最小设计流速范围内。最小设计流速为不产生沉积流速，与污水中含有物质的颗粒以及成分和管道水力半径以及管道粗糙度有关。规范规定管道最小设计流速为0.6m/s，若含有重金属、矿物固体或重油则适当加大。明渠设计为0.4m/s。地形平坦地区，若最小设计流速大，则会增加管道敷设深度。最大设计流速与管材相关。金属管道最大允许流速为10m/s；非金属管道允许5m/s。9.5污水管道设计参数3最小管径在污水管网的上游部分，污水管段的设计流量较小，根据设计流量计算管径极小，易于产生堵塞现象。对于200与150管径，堵塞次数后者为前者的2倍；在同样埋深条件下，两者管道造价相差不多；采用较大管径可选用较小管道坡度，使管道埋深减少。为维护管理方便，规范规定，街区与厂区内最小管径为200mm，街道下的最小管径为300mm。在进行水力计算时，由设计流量得出的管径小于最小管径时，应采用最小管径值。一般可根据最小管径的最小设计流速和最大充满度下能通过的最大流量值，确定设计管段的服务面积，若设计管段的服务面积小于此值，直接采用最小管径与最小坡度而不进行设计计算。这种管段叫做不计算管段。在不计算管段中可考虑设置冲洗井。9.5污水管道设计参数4最小设计坡度管网敷设时，使得管道敷设坡度与地形坡度走向一致而获得较小的埋深。当地形平坦，或两值走向相反时，尽可能减少管道敷设坡度。但由该管段敷设坡度形成的流速应等于或大于最小设计流速，防止管道内沉积。将对应于最小设计流速的坡度称为最小设计坡度。不同污水管道应有不同的最小设计坡度。管径相同的管道，充满度不同，设计最小坡度也不同。当在给定的设计充满度下，管径越大，相应的最小设计坡度值越小。规范中规定了最小管径对应的最小设计坡度；200mm时最小设计坡度为0.004；300时为0.003。较大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证。9.5污水管道设计参数5污水管道埋设深度指管道的内壁底部离开地面的垂直距离。管道顶部离开地面的垂直距离叫做覆土厚度。在实际工程中，污水管道的造价由选用的管道材料、管径、施工现场地质条件与埋深等因素决定。管道埋设深度包括起点埋深、终点埋深与平均埋深。为保证污水管道不受外界压力和冰冻的影响，管道的覆土厚度的最小值叫做最小覆土厚度。最小覆土厚度满足下列要求：1）防止管道内污水冰冻以及土壤冰冻而破坏管道。规范规定：无保温措施，管低可埋设在冰冻线以上0.15m。有保温措施可适当加大。9.5污水管道设计参数2）防止地面荷载的破坏动力车道下污水管道最小覆土厚度不宜小于0.7m。3）满足街区污水连接管衔接的要求为使得污水顺利进入污水管网，保证污水干管起点的埋深大于或等于街区内污水支管终点的埋深，而污水支管起点的埋深又必须大于或等于建筑物污水出户管的埋深。污水出户管的最小埋深一般采用0.5-0.7m，所以污水支管起点最小埋深也有0.6-0.7m。还应考虑最大埋深一般在干燥