- I - 摘要 環境污染問題是當今世界上最大的社會問題之一，尤其是水資源的過度開發和不合理利用。合理利用水資源是解決這些問題的關鍵，因此，水處理的發展對我國能否實現可持續的戰略目標起著舉足輕重的作用。 本設計是吉林省長春地區 A 市的排水工程。其由兩部分組成，即，城市排水管網系統的設計和城市污水處理廠的設計。 排水管網系統共設計了 A 和 B 兩套方案，經過技術經濟比較，選擇 A 方案。 根據城市所處的地理位置和污水廠的規模，并結合考慮需脫氮除磷的要求，城市污水處理廠設計采用 A2/O 工藝。該工藝污水處理流程為：粗格柵泵房 細格柵沉砂池初沉池厭氧池缺氧池好氧池二沉池消毒池電磁流計量出水排放。污泥處理流程為：污泥污泥提升泵房污泥濃縮池貯泥池污泥消化池污泥脫水間泥餅外運。通過此工藝的處理，出水水質將達到 城鎮污水處理廠污染物排放標準（ GB18918-2002）一級 B 標準。 關鍵詞 城市排水管網；城市污水處理廠； A2/O； 沉淀池；污泥處理 - II - Abstract The problem of environmental pollution is nowadays one of the greatest social concerns in the world, especially overexploitation and unreasonable use of the water resource. The water resource of rational utilization is the key to solving these problems 。 So the development of water treatment plays a decisive role to realize our country the sustainable strategic objective. The design is a drainage system in A tomn of Changchun of Jilin Province. It is made up of two parts, namely, the design of the system of urban drainage pipeline networks and design of the urban sewage treatment plant . A and B two sets of schemes that the system of drainage pipeline networks has been designed altogether, and compare through technological economy, choose A scheme. According to tomns geographical position and scale of sewage treatment plant, combining with the demand of denitrification and dephosphorization in treatment process, the sewage treatment plant designs and adopts A2/O craft. The sewage disposal procedure is: the medium screenthe pumping stationthe fine screenthe grit poolthe preliminary settling tankthe anaerobic poolthe anoxc poolthe oxic poolthe secondary settling tankthe disinfection tankthe electromagnetic flow meterdischarged into the river. The sludge treatment procedure is: sludgethe bumping roomthe grawity thicke ning tankthe sludge storing tankthe sludge digesting pool the sludge dewatering room. After the treatment of this craft, the disposal water quality will reach the first class B standard of pollutant discharge standard of urban sewage treatment plant (GB18918-2002 ). Keywords urban drainage pipeline networks urban sewage treatment plant A2/O settling tank sludge treatment - 1 - 第 1章 緒論 1.1 概述 隨著科學技術的不斷發展，環境問題越來越受到 人們的普遍關注，為保護環境，解決城市排水對水體的污染以保護自然環境、自然生態系統，保證人民的健康，這就需要建立有效的污水處理設施以解決這一問題，這不僅對現存的污染狀況予以有效的治理，而且對將來工、農業的發展以及人民群眾健康水平的提高都有極為重要的意義，因此，城市排水問題的合理解決必將帶來重大的社會效益。本設計是針對 A 市的排水工程，包括城市排水管網和城市污水處理廠，進行系統全面的設計。 1.1.1 城市概況 A 市位于吉林省長春地區，該市人口約 24 萬人 。一條河流由西向東穿過市區，將城區分為區和區兩部分。兩區地勢均坡向河 流，并由一條鐵路相連。該市有 A、 B兩家企業分別位于兩區，火車站位于區，城市沿河下游有風景區，交通十分便利，具有良好的發展前景。 該市屬于規劃中的新興城市，為保護環境，實現社會、經濟的可持續性發展，應盡可能的減少污染物的排放量，故需對城市污水及工業廢水進行綜合處理，使排入河流的污水水質達到設計要求并符合國家規定的標準。 1.1.2 目的和意義 此工程設計研究的目的在于通過對該市進行排水流域劃分 ， 排水體制確定，城市排水管網設計計算，污水廠規模 、 處理程度，各處理構筑物工藝尺寸及運行參數進行計算，并對整個城市的排水工程的總 造價進行概預算分析及不同方案之間的技術經濟比較來確定一個較為合理的方案來解決該市現有的排水狀況問題。 意義在于通過設計研究，可以確定一套技術可行，經濟合理的方案。改善當地生態環境，提高人民生活質量和城市形象。避免城市下游旅游區由于受到污水的污染而影響經濟效益。另外通過本次畢業設計，讓 我們對排水工程有一個更系統全面深入地了解，培養我們分析問題、解決問題，綜合運用所學知識獨立工作的能力，并能從技術、經濟、環境與社會等多方面綜合考慮，為將來在排水工程的實際工作崗位上工作打下堅實的基礎。 1.1.3 設計內容 1.分析自然現狀 的排水條件，經濟合理的確定城市排水體制。 2.并確定排水管網的走向和位置，并進行經濟比較。 3.泵站的數量和規模。 - 2 - 4.確定污水廠位置和規模。 5.進行管網的水力計算。 6.確定污水和污泥的處理流程，進行各構筑物的設計計算。 7.進行經濟概算，成本核算。 8.繪制相關圖紙。 1.2 設計原始資料 1.2.1 地形與城市規劃資料 1.城市地形與總體規劃平面圖一張，比例 1： 10000。 2.城市各區人口密度與居住區生活污水量標準 （ 平均日 ） ： 表 1-1 城市人口密度與生活污水量標準 指標 區域 人口密 度 （人 /公頃） 污水量標準 （升 /人 日） 區 200 140 區 150 120 3.城市各區中各類地面與屋面的比例 （ %） ： 表 1-2 地面與屋面比例 區域 各種屋面 混凝土與瀝青路面 碎石路面 非鋪砌土路面 公園與綠地 區 50 20 10 10 10 區 40 20 10 10 20 4.工業企業與公共建筑的排水量和水質資料： 表 1-3 工業企業與公共建筑的排水量和水質資料 企業或公共建筑名稱 平均排水量m3/d 最大排水量m3/d SS mg/l COD mg/l BOD mg/l 總氮mg/l 總磷mg/l PH 水溫 A 廠 1000 50 800 1000 500 30 20 7 15 B 廠 800 40 1000 1200 600 35 15 7 20 火車站 500 30 300 450 300 20 7 7 15 注：工業企業廢水的特殊水質可以另行說明； 如果企業與公共建筑的廢水已經經過處理，按處理后的水質填寫。 1.2.2 氣象資料 1.氣溫（ ） 等資料見表 1-4。 表 1-4 氣象資料 年平均氣溫（ ） 5 月平均最高（ ） 20 年最 低氣溫（ ） -30 月平均最低（ ） -15 年最高氣溫（ ） 28 月平均氣溫（ ） 4 - 3 - 濕度在 -10以下的天數 100 濕度在 0以下的天數 120 降雨量（ mm/年） 400 年蒸發量（ mm/年） 200 2.常年主導風向：西北。 1.2.3 地質資料 城市的地質資料見表 1-5。 表 1-5 地質資料 土壤性 質 冰凍深度 m 地下水位（在地表下） m 承載力 kpa 排水管網在干管處一般性資料 粘土 -1.8 -8.0 250 污水總泵站與污水處理廠址處 亞粘土 -1.8 -9.0 250 1.2.4 受納水體水文與水質資料 受納水體為河流時，污水處理廠排放口處理資料見表 1-6。 表 1-6 受納水體水文與水質資料 流量m3/d 流速 m/s 水位標 高 m 水溫 DO mg/l BOD mg/l SS mg/l SS 允許增加量 mg/l 最小流量時（月平均） 210 1.2 92.0 4 4 1.0 1.2 0.1 最高水位時 400 4.0 96.0 20 6 1.0 1.0 0.1 常水位時 300 2.5 94.0 15 5 1.0 1.1 0.1 在污水總排放口下游 50 公里處有風景區，要求 BOD 1.5 mg/l。 - 4 - 第 2章 城市排水管網設計與計算 2.1 城市排水管網設計原則 2.1.1 排水系統的規劃設計原則 排水系統是控制水環境污染、改善和保護環境的重要設施，同時也是人民身體健康、日常生活以及廠礦企業發展的保障措施。因此，排水工程的規劃與設計必須在區域規劃及城市工業企業的總體規劃基礎上進行。 排水系統的規劃與設計應遵循以下原則： 1.要認真貫徹執行憲法中“國家保護環境和自然資源，防治污染和其它公害”以及環 境保護法、水污染防治法。堅持經濟建設、城市建設、環境建設同時規劃、同時實施、同時發展的原則，開展以城市為中心的環境綜合治理，以實施經濟效益、社會效益和環境效益的統一，在這些指導思想下，進行排水工程的規劃與設計。 2.認真貫徹“全面規劃、合理布局、綜合利用、化害為利”的環保方針，正確安排好工農、城市、生產、生活等方面的關系，使經濟發展和環境保護統一起來，注意預防和消除對環境的污染。 3.排水工程的規劃應符合區域規劃及城市和工業企業的總體規劃，并應與城市和工業企業中其它單項工程設施密切配合，互相協調。 4.排水工程的設計應全面規劃，按近期設計，考慮發展有擴建的可能性，并應根據使用要求和技術經濟的合理性等因素，對近期工程做出分期建設安排。 5.在規劃與設計排水工程時，必須注意要認真執行有關部門制定的現行有關標準、規范和規定。 必須執行國家關于新、改、擴工程實行防治污染的“三同時”規定。 6.排水系統的規劃與設計，要與鄰近區域的污水、污泥處理與處置相協調。必須在較大范圍內綜合考慮。 7.排水系統的規劃與設計，應處理好污染源治理與集中處理的關系。對工業廢水要進行適當的預處理，達到要求后排入城市排水系統。 2.1.2 排水管網定線原則 排水管網的定線原則是：應盡可能在管線較短和埋深較淺的情況下，讓最大區域的污水自流排除。 定線時通常考慮的因素是：地形和豎向規劃；排水體制；污水廠和出水口位置；水文地質條件；道路寬度；地下管線和構筑物的位置；工業企業和產生大量污水的建筑物的分布情況以及發展遠景和修建順序等。 地形一般是影響管道定線的主要因素，定線時應充分利用地形，使管道的走向符合地形趨勢，一般應順坡排水。地形標高較高的污水不要經較低地區泵站排水。 排水管網定線的順序應當是先確定污水處理廠的位置，然后依次確定主干管 、干 - 5 - 管、支管的位置。污水廠應設在河流下游，地下水流向的下游，城市主導風向的下風向。 管道埋深和泵站數量直接影響到工程總造價，管網定線需做方案比較，選擇最合適的管線位置，使其既能減少埋深，又可少建泵站。 排水管道定線應盡量避免或減少管道與河流、山谷、鐵路及地下構筑物交叉，以降低施工費用，減少養護工作的困難。 當排水干管與等高線垂直時，排水干管一般采用雙側集水；當排水干管與等高線斜向相交時，排水干管一般采用單側集水。當排水干管雙側集水時，干管間距一般為 600 1000m；當排水干管單側集水時，干管間距一般為 600 800m。 2.2 設計依據及排水體制的選擇 2.2.1 設計依據 設計依據包括： 1.GBJ14-87 室外排水設計規范； 2.GB8978-1996 污水綜合排放標準； 3.GB18918-2002 城鎮污水處理廠污染物排放標準； 4.CJ3082-99 污水排入城市下水道水質標準； 5.長春地區 A 市排水工程設計任務書； 6.給水排水設計手冊； 7.A 市總體規劃平面圖； 8.土建、市政工程估算定額標準。 2.2.2 排水系統體制的選擇 在城市和工業企業中通常有生活污水、工業廢 水和雨水。這些污水是采用一個管渠系統來排除，或是采用兩個或兩個以上各自獨立的管渠系統來排除。污水的這種不同排除方式所形成的排水系統，稱作排水系統的體制，簡稱排水體制。排水系統的體制，一般分為合流制和分流制兩種類型。 合流制排水系統是將生活污水、工業廢水和雨水混合在同一個管渠內排除的系統。現在常用的是截流式合流制排水系統，這種系統實在臨河岸邊建造一條截流干管，同時在合流干管和截流干管相交之前或相交處設置溢流井，并在截流干管下游設置污水處理廠。合流制特點如下： 1.從環境保護方面來看，它將生活污水、工業廢水和雨 水全部截流送往污水廠進行處理，然后排放，從控制和防止水體的污染來看，是較好的。可是雨天時有部分混合污水經溢流井溢入水體，使水體遭受污染，甚至達到不能容忍的程度。但此缺點可在溢流出水口附近設置雨水污水存儲池以減輕城市水體污染。 2.從工程造價方面來看，截流主干管尺寸很大，污水廠容量也增加很多，建設費用也相應地增高。但據國外有的經驗認為合流制排水管道的總造價比完全分流制一般要低 - 6 - 20% 40%。 3.從維護管理方面來看，晴天只是部分流，管內流速較低，易產生沉淀；雨天時接近滿管流，管中的沉淀物易被暴雨水沖走， 故可減低管道維護管理費用。但是晴天與雨天流入污水廠水量變化很大，增加了合流制排水系統污水廠運行管理的復雜性。 分流制排水系統是將生活污水、工業廢水和雨水分別在兩個或兩個以上各自獨立的管渠內排除的系統。排除生活污水、城市污水或工業廢水的系統稱污水排水系統；排除雨水的系統稱雨水排水系統。分流制特點如下： 1.從環境保護方面來看，生活污水和工業廢水全部送往處理廠進行處理，使受納水體免遭受污染。但分流制對初將雨水不能采取處理，造成初降雨水的污染，有時還很嚴重。 2.從工程造價方面來看，由于分流制雨水、污水分流而多設 一條雨水排水系統，但管徑可適當減小，該市又有較好的接納水體，雨水可就近排除。且分流制可以分期建設，縮短工期，提高效益，適合我國國情。 3.從維護管理反面來看，分流制可保證城市污水在水管內的流速不致太小而發生淤積，同時進入污水廠的水質水量變化小，有利于污水廠的運行管理。 所以，根據城市工業企業規劃，環境保護的要求，污水的利用情況，原有的排水設施，水質、水量、地形、氣候等條件，從全局出發，在滿足環境保護的前提下，綜合考慮，確定本設計采用分流制排水系統。 2.3 城市污水管網計算 2.3.1 城市污水管網設計方案 的確定 1.污水廠位置的選擇 綜合考慮 A 市地形、地勢及河水流向、風向等因素，將污水廠址選在該市東南角，靠近岸邊又與岸邊留有一定距離，且離市區符合衛生防護要求（污水廠距居民區大于300m）。污水廠設在河流下游，不會對城市的飲用水源及自然景觀產生污染。同時污水廠處于城市常年主導風向的下風向，不會對城市產生空氣污染。污水處理廠工程地質條件較好，交通方便，靠近受納水體，處理后的水可以就近排放。 2.污水管道定線 依據城市地形，將 A 市按城市分區也劃分為兩個排水區域，并 設計出兩種方案，以便于進行方案比較。兩種設 計方案分別為方案 A 和方案 B。 （ 1） 方案 A：根據城市的地形特點，兩個區的地勢均坡向河流，地面坡度不大，故 區和區均 采用正交截流式布置方案。 區 干管沿垂直（近似）等高線方向布置，干管采用雙側集水； 區街區規劃較為整齊，但街道與等高線斜交，故定設 干管與等高線斜向相交，干管采用單側集水。此方案共設有兩根主干管，穿越兩次鐵路，穿越一次河流。 （ 2） 方案 B：由于該市街區規劃較為規整，僅區火車道東側區域街區形狀有些輻射狀，故方案 B 只改動區火車道東側區域排水管道的走向，將方案 A 中的與等高 - 7 - 線垂直（近似）鋪設 的干管改為與等高線平行（近似）鋪設，但仍滿足污水順坡自流排除的原則，在街區的最東側設主干管收集來自干管的污水。 在管網布置中， 兩區沿河布置的污水主干管都得穿越一次鐵道，穿越鐵道需要頂管施工。區污水主干管在收集齊區污水后還得采用倒虹管施工方式過河，在與區污水主干管會合后將城市污水共同送入城市污水處理廠進行二級處理。 2.3.2 城市污水管網 A 方案水力計算 1.街區編號并計算面積、比流量 按各街 區的平 面范圍 計算 出街區 面積 。由原 始資料 可知 ， 區 人口 密度200cap/ha，污水量標準 140L/（ cap d）；區人口密度 150cap/ha，污水量標準 120L/（ cap d）。經計算統計，區街區面積總計 823.7ha，人口數為 164740 人，區街區面積總計 482.05ha，人口數為 72308 人。比流量 q0（ L/（ s ha），可用下式求得： 0 86400npq g（ 2-1） 式中 n 居住區生活污水定額（ L/（ cap d）； p 人口密度（ cap/ha）。 則區比流量： q0=140*200/86400=0.324 L/（ s ha） 區比流量： q0=120*150/86400=0.208 L/（ s ha） 2.劃分設計管段，計算各管段的設計流量 方案 A 中管網定線、設計管段的劃分見圖 2-1。由原始資料可知， A 市有兩家工業企業和一個火車站，排水量分別如下： （ 1） A 廠最大時排水量 50m3/h，設計秒流量 13.89L/s； （ 2） B 廠最大時排水量 40 m3/h，設計秒流量 11.11L/s； （ 3） 火車站最大排水量 30 m3/h，設計秒流量 8.33 L/s。 各設計管段的設計流量通過計算機進行計算，本設計是 初步擴大設計，只對干管和主干管進行設計計算，具體見附錄 1 中污水管道方案 A 電算結果。 3.設計規定 污水管道在設計時要滿足以下規定： （ 1）最小流速：為防止管道淤積，根據設計規范及有關運行經驗，污水管道最小流速定為 0.6m/s。 - 8 - B廠A廠火車站1 0 6 . 01 0 4 . 01 0 2 . 01 0 0 . 01 0 0 . 01 0 2 . 01 0 4 . 01 0 6 . 01 0 8 . 012345678910111213142120191817162324222531302928272632333435363738939495969798991011021008283848586878889909192818079787776757473643940414243444546 5453525150494847555657585960616272717069686766156365( 1 0 3 )( 1 0 4 )( 1 0 5 )106( 1 0 7 )( 1 0 8 )( 1 0 9 )110111( 1 1 3 ) ( 1 1 4 ) ( 1 1 5 )( 1 1 6 )( 1 1 7 ) ( 1 1 8 )( 1 1 9 )120( 1 1 2 )河 流倒虹管污水處理廠圖 2-1 A 方案污水管網平面布置圖 B廠A廠火車站1 0 6 . 01 0 4 . 01 0 2 . 01 0 0 . 01 0 0 . 01 0 2 . 01 0 4 . 01 0 6 . 01 0 8 . 012345678910111213142120191817162324222531302928272632333435363738799596859399643940414243444546 5453525150494847555657585960616272717069686766156365( 1 0 0 )( 1 0 1 )( 1 0 2 )103( 1 0 4 )( 1 0 5 )( 1 0 6 )107108( 1 1 0 ) ( 1 1 1 ) ( 1 1 2 )( 1 1 3 )114 115( 1 1 6 )117( 1 0 9 )倒虹管污水處理廠7374757677 7884838281808687 8889909192( 9 4 )( 9 7 )( 9 8 )圖 2-2 B 方案污水管網平面布置圖 （ 2） 最小管徑：為防止管道淤積，減少清通次數，街區和廠區內連接管道的最小管徑 采用 200mm，街道管（支管、干管、主干管）的最小管徑采用 300mm。 （ 3） 最小設計坡度：管徑為 200mm 時，采用最小設計坡度為 0.004； 管徑為 300mm 時，采用的最小設計坡度為 0.003。 （ 4） 不同管徑的最大設計充滿度見“城鎮排水工程設計規范” 。 （ 5） 最大埋深：根據當地地下水位及地質情況，管道最大埋深采用 6.406.50m。 （ 6）最小覆土厚度：必須滿足三點要求：防止管道內污水冰凍和因土壤凍脹而損 - 9 - 壞管道，要求管內底標高在冰凍線以上 0.15m；防止管壁因地面荷載而受道破壞，要求覆土厚度 大于 0.7m；滿足街坊污水連接管銜接的要求。 4.管道起點埋深的確定 管道起點埋深要考慮冰凍深度、覆土厚度和管道連接要求，通過計算確定。 室外排水設計規范 規定：無保溫措施的生活污水管道或水溫與生活污水接近的工業廢水管道，管底可埋設在冰凍線以上 0.15m。有保溫措施或水溫較高的管道，管底在冰凍線以上的距離可以加大，其數值應根據該地區或條件相似地區的經驗確定。該地區最大冰凍深度為 1.80m，則干管起端管底埋深可為 1.65m。 覆土厚度采用 0.70m。 滿足連接要求所需的管道埋深按下式計算： H= h I L Z1 Z2 h （ 2-2） 式中 H 所需的管道起點的最小埋深（ m）； h 街區管起點出戶管最小埋深，一般采用 0.500.70m； Z1 管道起點地面標高（ m）； Z2 街區管起點地面標高（ m）； I 街區管和污水支管的坡度； L 街區管和污水支管的長度（ m）； h 街區管和污水支管的管內底高差（ m），高差取 0.1m。 各干管管段起點埋深計算結果見表 2-1，并與冰凍深度和覆土厚度相比較之后，得出最終干管起點埋深 H。冰凍線在地下 1.8m 處，覆土厚度為 0.7m。 5.控制點的確定 在污水排放區域內，對管道系統的埋深起控制作用的地點稱為控制點。確定控制點的標高一方面應根據城市豎向規劃，保證排水區域內各點的污水都能排出，并考慮發展，在埋深上留有余地。另一方面，不能因照顧個別控制點而增加整個管道系統的埋深。 根據 A 方案地形及管網布置的特點， 39 點為 區管網的控制點，該點埋深為1.82m； 1 點為 區管網 的控制點，該點埋深為 2.12m。 表 2-1 方案 A 各干管起點埋深計算表 （ m） 管段編號 h I L Z1 Z2 h H H 1 6 0.5 0.004 830 103.20 105.00 0.1 2.12 2.12 7 15 0.5 0.004 750 104.60 106.30 0.1 1.90 1.90 16 21 0.5 0.004 550 103.00 104.30 0.1 1.50 1.65 22 25 0.5 0.004 550 102.60 104.10 0.1 1.30 1.65 26 31 0.5 0.004 500 102.60 103.40 0.1 1.80 1.80 32 38 0.5 0.004 850 102.60 103.60 0.1 3.0 3.0 39 46 0.5 0.004 580 105.00 106.10 0.1 1.82 1.82 47 54 0.5 0.004 580 105.90 107.20 0.1 1.62 1.65 55 63 0.5 0.004 830 106.90 107.80 0.1 3.02 3.02 64 72 0.5 0.004 530 107.40 107.80 0.1 2.32 2.32 73 81 0.5 0.004 800 105.60 107.10 0.1 2.3 2.3 82 92 0.5 0.004 520 104.80 105.60 0.1 1.88 1.88 93 102 0.5 0.004 830 102.50 105.00 0.1 1.42 1.65 - 10 - 6.管網水力計算 管道的水力計算通過計算機進行計算，結果見附 錄 1。 7.管道穿越鐵路 管道在設計中有主干管穿越鐵路，其中區穿越鐵路的排水管道管徑為 700mm，區穿越鐵路的管道管徑為 500mm。管道在穿越鐵路的時候應按以下要求進行： （ 1）管線最好垂直于鐵路 ，以縮短穿越長度。 （ 2）穿越的管道在可能的條件下宜爭取敷設在鐵路下已有的涵洞中。 （ 3）穿越鐵路的管道，其斷面、坡度、流速、流量等設計數據宜與上下游管段相同或相當，高程應相互銜接。但管道結構尺寸應按照相應的外部荷載計算，并經當地有關鐵路交通管理部門同意。 （ 4）由于被穿越的鐵路連接被河分開的區與區，鐵路車流量大，所以采用套管頂管法施工。采用頂管施工時應注意覆土厚度、水質情況、地下水位等條件。套管管材一般采用加固管，管徑不小于 900mm。污水管道敷設在套管內通過，并設事故排出口和為排除套管內積水的措施。 兩端設檢查井，井位宜在車輪或荷載壓力線以外，并在路堤坡腳或路塹以外。 （ 5）套管管頂與鐵路軌底之間的垂直距離應不小于 1.2m。 8.管道穿越河流 管道在設計中有主干管穿越河流，且過河前管道直徑是 700mm。由于河面與河灘叫寬闊，河床深度較大，采用多折型倒虹管過河。多折型倒虹管，一般敷設 2 條工作管道，其位置宜設在河床、河岸不受沖刷的地段。河流兩端設置倒虹管進出水井并不受洪水淹沒，井內應有閘槽閘板或閘門、排氣閥和排水裝置。進水井內應備有沖洗設施和事故排出口。井的工作室高度（閘臺以上）一般為 2m。井室人孔中 心應盡可能安排在各條管道的中心線上。位于倒虹管前的檢查井，應設置沉泥槽。 為防止河底沖刷而損壞管道，不通航河流水平管外頂距河底高差不小于 0.5m；通航河流其高差不小于 1.0m。多折型倒虹管的上行下行斜管與水平管的交角一般不大于30，本設計采用 15角。倒虹管內設計流速應不小于 0.9m/s，也不應小于進水管內流速。當流速達不到 0.9m/s 時，應加定期沖洗措施，沖洗流速不小于 1.2m/s。倒虹管采用鋼管，其中一條發生事故時另外一條在提高水壓線后并不影響上游管段正常工作仍能通過設計流量。 倒虹管的水力計算： 由 管網的水力計算結果可知倒虹管的設計流量為 175.26L/s，倒虹管長為 600m，共四只 15彎頭。倒虹管上游管道流速 =0.82m/s。采用兩條管徑相同而平行敷設的工作管線，管徑 D=325mm，每條倒虹管流量 q=175.26/2=87.63 L/s。查表得 D=325mm，q=87.63 L/s， i=0.0047， =1.01 m/s 0.9m/s，同時 =1.01 m/s 0.82m/s。 倒虹管沿程水頭損失 h0=il=0.0047 600=2.82m 進口局部水頭損失 h1= 2v2g=0.5 21.012 9.8=0.026m - 11 - 出口局部水頭損失 h2= 2v2g=1.0 21.012 9.8=0.052m 彎頭局部水頭損失 h3= 2v2g， =0.15， 4只彎頭 h3=4 0.15 21.012 9.8=0.312m 倒虹管全部水頭損失 H =2.82+0.026+0.052+0.312=3.21m 9.泵站設置地點的確定 在排水系統中，由于地形條件等因素的影響，通常可能設中途泵站、局部泵站、終點泵站。當管道埋深接近最大埋深時，為提高下游管道的管位而設置的泵站稱為中途泵站。若將低洼地區的污水提升到地勢高地區管道中；或是將高層建筑地下室、地鐵、其它地下建 筑的污水抽送到附近管道系統所設置的泵站稱為局部泵站。此外，污水管道系統終點埋深通常很大，而污水理構筑物因受受納水體水位的限制，一般須埋深很小或設置在地面上，因此須設置泵站將污水抽升至處理構筑物，這類泵站稱為終點泵站或總泵站。 本設計中主要采用的是中途泵站和總泵站。據設計原始資料，排水管網干管處地下水位 -8.0 m，污水總泵站與污水處理廠址處地下水位 -9.0m。主干管的終端埋深由水力計算可知為 8.20m，可不設提升泵站；主干管 在 108 點的埋深為 7.54m（見水力計算表），后續的埋深都已超過地下水位。但此點 已在管網后段，考慮到提升主干管后下游干管能順利接入且管道提升前后埋深較為均勻，將污水提升泵站改設在 107 點。107 點的埋深為 6.08m，提升后污水管道埋深在冰凍線以上 0.15m，即 1.65m，提升高度為 4.43m。總泵站設在管網終端，城市污水處理廠內。 2.3.3 城市污水管網 B 方案水力計算 1.劃分設計管段并計算各管段的設計流量 方案 B 中管網定線、設計管段的劃分見圖 2-2。設計中采用兩條主干管，穿越兩次鐵路的方案。各設計管段的設計流量通過計算機進行計算，計算結果見附錄 2 中污水管道 B 方案水力計算表。 2.確定各管段的起點埋深 如前所述，各干管起點埋深計算結果見表 2-2。 3.控制點的確定 B 方案控制點的選取同 A 方案。 4.管網水力計算 B 方案管道水力計算的計算結果見附錄 2。 表 2-2 方案 B 各干管起點埋深計算表 （ m） 管段編號 h I L Z1 Z2 h H H 終 - 12 - 73 79 0.5 0.004 720 106.40 107.20 0.1 2.68 2.68 80 85 0.5 0.004 940 105.70 107.20 0.1 2.86 2.86 86 93 0.5 0.004 840 104.40 105.80 0.1 2.56 2.56 5.中途泵站的確定 主干管 的終端埋深為 8.63m，不需要中途提升。主干管 的情況同方案 A 中主干管 的情況， 在 104 點設中途 提升 泵站， 中途 泵站 將管道埋深由 6.08m 提升到 1.65m，提升高度為 4.43m。總泵站設在管網終端，位于污水處理廠內。 2.3.4 城市污水管網結果分析 根據電算初步結果，確定 A 方案和 B 方案均須設一個中途泵站 ,泵站的位置及提升高度方面條件相同，兩套方案都穿越鐵路兩次。本設計主要考慮的是管網造價問題 。 表 2-3 A、 B 方案經濟比較 方案 A 方案 B 設中途泵位置 107 點 107 點 泵站設計水量（ L/s） 124.23 124.23 水泵靜揚程 (m) 4.43 4.43 泵站造價 (元 ) 621150.0 621150.0 終點埋深 (m) 8.20 8.63 總管長（ m） 32970.0 35940.0 管網總造價 (元 ) 6136883.0 6435718.0 總造價 (元 ) 6758033.0 7056868.0 由上表可以看出 A 方案的總造價要比 B 方案的少，在滿足同樣的城市排水要求下 ，最后選擇 A 方案為最終的設計方案。 2.4 城市雨水管道水力計算 2.4.1 雨水管道定線 該市 區和區 地形均坡向水體，本次設計僅選一條街道進行雨水管道水力計算。所選街道位于城市 區， 雨水干管將收集的雨水直接就近排入河流。但在實際工作中應注意在分流制排水系統中，地面雨水能以最短距離靠重力就近排入水體，應 少出現逆坡排水 。若有重要廣場，在雨水管道布置時注意避讓，避免雨水管道穿越廣場。 2.4.2 主要設計參數的確定 1.長春地區 A 市暴雨強度公式 經查 給水排水手冊 ，長春暴雨強度公式為： q=0 .7 61 6 0 0 (1 0 .8 lg )( 5 ) Pt （ 2-3） 式中 q 設計暴雨強度（ L/s ha）； P 設計重現期 ,據 A 市實際，取 P=1 年； t 設計降雨歷時 (min)； - 13 - t=t1+mt2 （ 2-4） t1 地面集水時間（ min）； t2 管渠內雨水流行時間（ min）； m 折減系數。 根據室外排水設計規范規定：暗管 m 2.0，明渠 m 1.2。本設計取 m 2.0。 2.地面集水時間 t1的確定 根據室外排水設計規范規定：地面集水時間視距離長短和地形坡度及地面覆蓋情況而定，一般采用 t1 =5 15min。根據經驗， A 市采用 t1=10min。 3.徑流系數 值的求定 整個匯水面積上的平均徑流系數為： iiiFF （ 2-5） 式中 Fi 各類地面的面積（ ha）； i 各類地面徑流系數。 各類地面徑流系 數 i 值見表 2-4。 根據表 1-2，可分別求出區、區的地面徑流系數 、 。 區： = 0.715；區： = 0.64。 表 2-4 地面徑流系數 i值 地面種類 值 各種屋面、混 凝土、瀝青路面 碎石路面 非鋪砌土路面 公園、綠地 0.90 0.40 0.30 0.15 4.雨水設計流量確定 雨水設計流量按下式計算： FqQ （ 2-6） 式中 Q 雨水設計流量（ L/s）； 地面徑流系數； F 雨水匯水面積（ ha）； q 設計暴雨強度（ L/s ha）。 5.一般規定 雨水管道設計應滿足以下規定： （ 1）雨水管道按滿流計算，最小設計流速一般不小于 0.75m/s，鋼筋混凝土管最大流速不超過 5m/s。 （ 2）雨水管道最小管徑為 300mm，相應最小設計坡度 3。 （ 3）管道的連接，一般采用管頂平接，必須保證進水管底不得低于出水管底，且保證覆土大于或等于 0.7m。 （ 4）充分利用地形，就近排入水體或低洼地區。 （ 5）根據城市規劃布置雨水管道，應平行道路鋪設，宜布置在行道或草地下，不 - 14 - 宜布置在快車道下，雨水口布置應使雨水不致漫過路面，間距視道路坡度、寬度不同而定。聯絡管最小管徑 300mm，最小坡度 0.01。 2.4.3 匯水面積計算 根據管道的具體位置，在管道轉彎處，管徑或坡度改變處，有支管接入 或兩條以上管道交匯處以及超過一定距離的直線管段上應設檢查井，兩檢查井之間流量、管徑、坡度不變的管段為設計管段，各設計管段匯水面積的劃分應結合地形坡度、匯水面積大小及雨水管道布置情況而劃定。 1.管道定線、劃分流水流域和設計管段 根據城市總體規劃平面圖，選擇一條街道布置雨水管道，并確定各設計管段。 2.計算各設計管段的匯水面積 各設計管段匯水面積的劃分應結合地形坡度、匯水面積的大小和雨水管道的布置情況而劃定。雨水管道的匯水面積應基本上保證均勻增加，這樣才能保證管徑是均勻增加的，另外在管徑發生變化的地方應對匯 水面積適當的加以調整。一般而言，管徑變化的管段上游應適當的減少匯水面積而在下游增加匯水面積，這樣做的原因是可以使管道的坡度都適當的減小。 2.4.3 雨水管道水力計算 雨水管道通過計算機程序進行計算，其結果見附錄 3。 - 15 - 第 3章 城市污水處理廠設計計算 3.1 城市 污水水量水質計算 3.1.1 污水水量水質計算 1.設計流量 根據電算結果， 生活污水平均流量： Q 生活平均 =367.90L/s 1324.44m3/h 31787 m3/d 又因為 A 廠平均排水量： qA=1000 m3/d=41.67 m3/h=11.57 L/s B 廠平均排水量： qB=800 m3/d=33.33m3/h=9.26 L/s 火車站平均排水量： q 火 =500 m3/d=20.83 m3/h=5.79 L/s 所以城市污水平均流量： Q 平均 =367.90+11.57+9.26+5.79=394.52 L/s=1420.27 m3/h 34087 m3/d 城市污水設計流量： Q 設計 551.97 L/s 1987.10m3/h 47690 m3/d 2.設計人口數 根據工廠及火車站廢水量和工廠及火車站廢水中含有的懸浮物濃度和生化 需氧量濃度，折算成工廠及火車站廢水的當量人口數。 表 3-1 工廠及火車站廢水折合的當量人口數 廠名 平均日污水量（ m3/d） 五日生化需氧量（ BOD5） 懸浮物（ SS） 濃度 C（ g/m3） 總量 CQ（ g/d） 當量人口N1/人 濃度 C（ g/m3） 總量 CQ/（ g/d） 當量人口 N1/人 A 廠 1000 500 500000 16667 800 800000 17778 B 廠 800 600 480000 16000 1000 800000 17778 火車站 500 300 150000 5000 300 150000 3333 合計 2300 37667 38889 生活污水中的 BOD 及 SS 值分別取 30g/（人 d）和 45 g/（人 d）。據此工廠及火車站廢水折合成當量人口數如表 3-1 所示。 根據電算結果，居住區生活污水為污水來源的城市居民人口數 N=237048 人。綜合上表結果，可算出該城市總的設計人口數，如表 3-2 所示。 表 3-2 設計人口計算表 污水來源 設計人口數 /人 按 BOD5 計算 按 SS 計算 居住區生活污水 237048 237048 工廠及火車站廢水 37667 38889 - 16 - 合計 274715 275937 3.污水水質污染程度 每 人每天生活污水量為： 3 1 7 8 7 1 0 0 0237048SQQ N 生 活 平 均 =134.1L/（人 d） 生活污水平均 BOD5 濃度為： 53 0 3 01 3 4 . 1B O D SC Q =0.224 g/L =224mg/L 生活污水平均 SS 濃度為： 4 5 4 51 3 4 .1SS SC Q =0.336g/L=336mg/L 生活污水 COD 平均濃度為 CCOD=400mg/L 生活污水 TN 平均濃度為 CN=40mg/L 生活污水 TP 平均濃度為 CP=8mg/L 生活污水與工業廢水混合后， BOD5 濃度為 5 5 5 55 B O D A B O D A B B O D B B O DB O DABQ C q C q C q CCQ q q q 生 活 平 均 廠 廠 火 火生 活 平 均 火= 3 6 7 . 9 2 2 4 1 1 . 5 7 5 0 0 9 . 2 6 6 0 0 5 . 7 9 3 0 03 6 7 . 9 1 1 . 5 7 9 . 2 6 5 . 7 9 =242.03mg/L 生活污水與工業廢水混合后， SS 濃度為 S S A S S A B S S B S SSSABQ C q C q C q CCQ q q q 生 活 平 均 廠 廠 火 火生 活 平 均 火= 3 6 7 . 9 3 3 6 1 1 . 5 7 8 0 0 9 . 2 6 1 0 0 0 5 . 7 9 3 0 03 6 7 . 9 1 1 . 5 7 9 . 2 6 5 . 7 9 =343.26mg/L 生活污水與工業廢水混合后， COD 的濃度為 C O