生活污水收集管网工程设计.docx
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生活污水收集管网工程设计
第二章生活污水收集管网工程设计
2.1管网设计原则
执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法律、规范及标准，结合各集镇地形特点，设计方案力求合理、经济、并留有适当余地。
充分考虑近期和长远发展规划的结合，力求做到技术上近期可行，远期合理。
1）本着便于施工、维护、管理的原则，在管线布置时应综合考虑地形地貌特点、规划道路走向、自然坡降、施工条件因素，充分利用现状排水设施，尽量顺地形自然坡降重力输水，合理划分排水系统，有效降低工程造价。
2）窨井、检查井、化粪池等构造物的位置选择一方面根据设计方案和设计图纸进行确定，另一方面结合现场实际情况进行科学合理的调整。
3）选用运行安全、管理方便、使用寿命较长、经济合理的管材，尽量减少工程投资。
采用管材的性能指标符合本工程的使用要求，管材质量符合国家标准，确保工程质量。
4）管网设计还要遵循以下原则：
（1）符合地形趋势，顺坡排水；
（2）与集镇布局或规划相配合；
（3）经济合理，管网密度合适，排水路线最短；
（4）在流量和高程两个方面都能够顺利排除；
（5）汇水面积依据规划进行划分；
（6）管道避免穿越不易通过的建（构）筑物。
5）污水站、提升泵站等厂址的选择应遵循以下原则：
（1）符合”总规”和”分区规划”对厂址的要求；
（2）应与拟采用的污水处理工艺相适应，必须有适当可利用的土地面积；
（3）厂址选择应尽量做到少占农田和不占良田，且应有扩建条件，为今后发展留有余地；
（4）厂址必须位于给水水源下游至少500m，并应设在城镇、工厂厂区及生活区的下游和夏季城市主导风向的下风向，为保证卫生要求，厂址应与城镇、厂区、生活区及农村居民点保持一定的防护距离，有条件的最好保持300m以上的距离，但也不宜太远，以免增加管道长度，抬高造价；
（5）靠近城市污水收集系统末端，便于污水的收集；
（6）厂址应在工程地质条件较好的地方，一般应选在地下水位较低，地基承载力较大，湿陷等级不高，岩石无断裂带，以及对工程抗震有利的地段；
（7）厂址应尽量选择在交通方便的地方，以利于施工运输和运行管理；
（8）厂址应尽量靠近供电电源，以利于安全运行和降低输电线路费用；
（9）靠近水体，便于处理后出水的排放；且汛期不受洪水威胁；
（10）有合适的地势，最好污水能不经中途泵站提升而重力自流进入厂区处理构筑物，以节省动力费用，降低处理成本，同时地形宜有适当的坡度，以满足污水处理构筑物高程布置的需要，减少土方工程量，降低投资。
2.2污水收集管网现状
2.2.1排水现状
津市市西毛里湖五个环湖乡镇集镇区域内房屋基本以散落农民自建房为主，城区排水基础设施较薄弱，仅有的几条排水管渠均按合流制排水系统的建设，存在诸多不合理之处，给后续的排水系统设计、建设带来相当大的麻烦。
集镇范围内生活污水及农业生产污水均未经处理直接排放，雨水基本顺地势依靠地表漫流就近排入附近水体或农灌沟渠。
目前集镇范围内的污水排口都有多处，都是随着集镇的地势地形顺流，各排口处均出现臭水塘、臭水坑的集中式环境污染，给当地居民的生活环境造成严重影响。
2.2.2存在问题
随着城市建设的不断发展和工业生产、人民生活水平的日益提高，以及国家对环境保护的高度重视，城市排水的要求和标准愈来愈高。
环湖五个乡镇集镇排水存在的主要问题有：
1）排水体制落后
五个集镇的排水体制为雨污合流制，由于大量未经处理的生活污水自由排放，造成地表水污染，同时也造成了多处地方的集中水体污染。
2）排水管网建设滞后
五个集镇范围内近年新建道路均按规划随道路建设铺设了雨、污分流制管道，但由于建设经费和历史原因，集镇镇城区内目前多数排水管（渠）为砖砌盖板暗渠，也有部分混凝土管。
主管渠埋深普遍较浅，由于多种原因，排水沟渠堵塞现象严重，再加上清淤工作跟不上，造成沟渠坡度不一，部分断面压缩，形成“卡脖子”现象；排水系统排水方向不明确，排水分区混乱。
3）城市水体已受到不同程度的污染
根据现场踏勘，五个集镇范围内的排水渠均受到了不同程度的污染。
2.3污水收集体制
2.3.1排水体制简述
通常排水体制的选择是城市排水系统规划中的首要问题。
它影响排水系统的设计、施工、维护和管理，对城市规划和环境保护也影响深远，同时也影响排水系统工程的总投资、初期投资和运行管理费用。
一般应根据城市总体规划、环境保护的要求、原有排水设施、水环境容量、地形、气候条件，从全局出发综合考虑。
排水体制分为合流制和分流制两种形式。
将生活污水、工业废水和雨水混合在一个管渠内排除的系统称为合流制。
合流制又分为一直排式合流制和截流式合流制两种。
前者是混合污水不经任何处理和利用直接就近排放水体，不设置污水处理设施。
后者在前者的基础上，修建截流干管（一般是沿河流或其他受纳水体），在截流处设置溢流井，并设污水处理厂，下雨初期和旱季污水全部流入污水处理厂，雨量增加时混合污水溢流到水体排除。
分流制是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管区内排出的系统，有完全分流和不完全分流。
完全分流制具有污水排水系统和雨水排水系统；不完全分流制未建雨水排水系统。
在分流系统中还可以有污水和洁净废水的独立系统，以便于处理或回用。
合流制系统造价低、施工容易，但不利于污水处理和系统管理。
分流制系统造价较高，但易于维护，有利于污水处理。
一个城市，通常采用混合制排水体制，既有分流制又有合流制，这也是与城市发展相联系的。
城市建设初期，周围水体良好，水环境容量大，并受建设资金限制，多采用合流制。
随着城市的发展和水环境的恶化。
因为此时进行完全分流改造由于建筑密度、改造资金等社会、自然因素影响，往往不能完成，所以在水体岸边进行截流，将污水排入污水处理厂。
而新建城区往往按雨、污分流规划设计，采用分流制。
2.3.2排水体制选择
排水体制的选择是城市排水系统规划设计的首要问题，也是最重要的问题。
它影响排水系统的设计、施工、维护和管理，对城市规划和环境保护也影响深远，同时还决定了排水系统工程的总投资、初期投资和运行管理费用。
一般应根据城市总体规划、环境保护的要求、原有排水设施、水环境容量、地形、气候条件，从全局出发综合考虑。
对于本项目的五个集镇排水体制的确定，应本着保护环境、减少工程投资的原则，同时根据具体情况考虑工程的可实施性和可操作性，力求做到环境效益、社会效益和经济效益的统一。
表A-2.1排水体制优缺点比较表
排水体制
直排式合流制
截流式合流制
完全分流制
不完全分流制
适用范围
城市发展开始阶段，水环境容量大
城市发展开始阶段，没有条件改造的城区
新建城多，有条件改造的城区
城市发展区，有适合的地形，是过渡措施
环境保护
最差
较差
好
好
投资
小
大
大
先小后大
实施难度
最容易
较容易
较难
先易后难
运行费用
最低
高
高
先低后高
施工管理
简单
较简单
复杂
先简单后复杂
能否采用
不符合国家地方有关环保政策
不能采用
可在难改造的老城区采用
新建区、可改造区采用
经济条件一般的改造区可采用
考虑到本项目的五个集镇镇区规模较小，都未进行雨污分流，现状排水设施老化严重、排水能力普遍不足，埋深过浅，可资利用的排水设施较少，但本次项目主体不包括雨水的处理，因此本次规划推荐五个集镇的排水体制采用不完全分流制排水体制，雨水随其原有污水管网排放。
因此本项目仅设计污水收集管网。
2.4污水收集流程及说明
2.4.1污水管道收集流程
图A-2.1污水管道收集流程
2.4.2污水管道收集流程说明
集镇住户产生的生活污水由住户协助配合接至窨井中，窨井中设置栅网，拦截污水中的菜叶、塑料袋等杂物，窨井中的垃圾由住户或清洁工定期清理。
窨井出水进入污水收集管网的支管，支管汇集附近区域窨井中的生活污水后进入化粪池，污水通过化粪池进行初步厌氧处理后进入污水主管。
由污水主管将集镇的生活污水集中收集至污水站。
在某些部位如白衣镇省道边，由于地势较低，若需顺流进入污水站内，后续的管道挖深将很大，一方面是大大增加施工成本，另一方面由于道路和房屋的限制，施工难度也很大。
这种情况下，可以在合适位置建设一座污水提升泵站，通过提升管网将污水送至污水站或后续管道，大大降低建设难度和建设投资。
所有污水进入污水处理站后，得到有效处理，达标排放。
2.5管网配套工程设计
2.5.1检查井
在管道每隔一定距离设置检查井，间距根据具体情况确定为30～50m，在管线转弯角度较大处、断面变化处、支管接入处等，均按规范要求设置检查井，排水管道的检查井采用河马井。
检查井结构为砖混。
检查井设计按照以下原则：
1）检查井的位置，应设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。
2）检查井在直线管段的最大间距应根据疏通方法等具体情况确定，宜按下表的规定取值。
表A-2.2检查井最大间距
管径或暗渠净高（mm）
最大间距（m）
污水管道
雨水（合流）管道
200～400
40
50
本设计中管径取值为200-400mm，故检查井设置为每隔40m设置一个。
3）检查井各部尺寸，应符合下列要求：
（1）井口、井筒和井室的尺寸应便于养护和检修，爬梯和脚窝的尺寸、位置应便于检修和上下安全；
（2）检修室高度在管道埋深许可时一般为1.8m，污水检查井由流槽顶起算，雨水（合流）检查井由管底起算。
4）检查井井底宜设流槽。
污水检查井流槽顶可与0.85倍大管管径处相平，雨水（合流）检查井流槽顶可与0.5倍大管管径处相平。
流槽顶部宽度宜满足检修要求。
5）在管道转弯处，检查井内流槽中心线的弯曲半径应按转角大小和管径大小确定，但不宜小于大管管径。
6）位于车行道的检查井，应采用具有足够承载力和稳定性良好的井盖与井座。
7）检查井宜采用具有防盗功能的井盖。
位于路面上的井盖，宜与路面持平；位于绿化带内井盖，不应低于地面。
8）在污水干管每隔适当距离的检查井内，需要时可设置闸槽。
9）接入检查井的支管（接户管或连接管）管径大于300mm时，支管数不宜超过3条。
10）检查井与管渠接口处，应采取防止不均匀沉降的措施。
2.5.2户用窨井
入户管道进入污水收集管网主、支管处，设置一个方形户用窨井，在特殊部位，窨井可以两户或三户共用一个。
户用窨井设置拦污格栅，将住户污水中的大颗粒悬浮物或漂浮物隔离，并由户主或清洁员负责定期清理，由此保证管网的畅通。
户用窨井结构为砖混结构，窨井井盖采用超高分子复合材料轻质井盖，在保证强度的同时减轻重量，利于清理和维修。
2.5.3化粪池
化粪池是处理粪便并加以过滤沉淀的设备。
其原理是固化物在池底分解，上层的水化物体，进入管道流走，防止了管道堵塞，给固化物体（粪便等垃圾）有充足的时间水解。
化粪池指的是将生活污水分格沉淀，及对污泥进行厌氧消化的小型处理构筑物。
化粪池是一种利用沉淀和厌氧发酵的原理，去除生活污水中悬浮性有机物的处理设施，属于初级的过渡性生活处理构筑物。
生活污水中含有大量粪便、纸屑、病原虫，悬浮物固体浓度为100~350mg/L，有机物浓度BOD5在100~400mg/L之间，其中悬浮性的有机物浓度BOD5为50~200mg/L。
污水进入化粪池经过12~24h的沉淀，可去除50%~60%的悬浮物。
沉淀下来的污泥经过3个月以上的厌氧发酵分解，使污泥中的有机物分解成稳定的无机物，易腐败的生污泥转化为稳定的熟污泥，改变了污泥的结构，降低了污泥的含水率。
定期将污泥清掏外运，填埋或用作肥料。
要求：
化粪池的沉淀部分和腐化部分的计算容积，应按《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第4.8.4～4.8.7条确定。
污水在化粪池中停留时间宜采用12h~24h。
对于无污泥处置的污水处理系统，化粪池容积还应包括贮存污泥的容积。
化粪池结构采用钢混结构，具体结构详见《国家建筑标准设计图集钢筋混凝土化粪池》（03S702）。
2.5.4提升泵站
1）泵站工艺设计
泵站的工艺流程为：
污水→粗格栅→吸水井→提升泵→出水管
泵站内设有格栅间、集水井和泵房以及辅助设施。
2）泵站平面布置
由于污水提升泵站机械设备较少，且平时均处于自动控制无需管理人员，所以不设置设备房或其它建筑物。
场内设置幅宽4m宽的进站道路，为混凝土路面，四周设置围墙，所有外露部分均设置大面积草坪为主的绿化用地。
图A-2.2提升泵站平面图
3）构筑物结构设计
（1）地质概况
由于拟建的污水提升泵站尚未进行地质勘探，本工程暂按一般性粘性土考虑，地基按天然地基。
待详细勘探后，再进一步确定基础施工方案及地基处理方案。
（2）抗震设计
根据地震设防烈度，本工程设计按6度设防。
（3）地下水对混凝土的影响
场地内最高地下水位取设计地面下0.5米，地下水对混凝土的侵蚀性尚不明确。
（4）荷载情况
各种荷载按照GB50009－2001《建筑结构荷载规范》、GBJ69－84《给排水工程结构设计规范》采用。
（5）构筑物设计
提升泵站及粗格栅间采用现浇整体式钢筋混凝土结构
（6）主要工程材料
混凝土:
构筑物水池为C25，抗渗等级为S6；素混凝土垫层为C10；填料砼为C15。
砖砌体：
±0.000以下采用M5水泥砂浆砌MU10机制实心砖
±0.000以上采用M5混合砂浆砌MU10机制承重多孔砖
钢筋:
直径＜φ12用HPB235，直径≥φ12用HPB335;钢结构构件采用Q235钢。
4）电气设计
（1）设计范围
提升泵站电气设计范围包括以下内容：
a）提升泵站配电所及供配电装置。
b）提升泵站电气传动及自动化控制。
c）提升泵站电缆工程设计。
d）提升泵站的防雷接地设计。
（2）电气设计
泵站的设计包括泵站内新建的建（构）筑物的动力配线、电气控制、室内外照明和防雷接地。
泵站外供电线路不属于本设计范围。
提升泵站供电电源由业主和当地供电部门协商，电源由业主负责引至站内低压开关柜。
该电源应属于二级负荷，宜由两回线路供电，但在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回路专用的架空线路供电。
泵站的用电设备共一台（一用一备），电动机最大容量为5.5KW。
电能计量采用低压侧计量。
新建单体建（构）筑物的防雷等级均按第三类防雷建筑物保护措施设计。
在需要防雷的建、构物顶部设置避雷带，利用柱中的结构主筋焊接作为引下线，利用桩基、底板中的主筋焊接作为接地体。
泵站的低压接地系统采用TN-S系统。
（3）保护方式
低压配电系统保护
低配进线总开关设过载延时保护、短路延时及速断保护；低压用电设备及线路设过载和短路保护。
接地系统
提升泵站属第三类防雷建筑，按规程要求设置构筑物防雷保护接地，工作接地、计算机接地等，从而保证人身与设备的安全。
防火
低压配电室及控制室由厂方配置手持式灭火设施，采用阻燃型电缆，配电室、控制室电缆进出洞孔采用防火材料封堵。
5）自动化控制设计
提升泵站是用来排放市政污水及防涝设施，中途泵站自动化系统包括自自控系统和信号传输系统组成。
控制柜设置自动控制和手动控制，提升泵的自动控制采用液位和时间联动控制。
信号传输系统参见后续的电气、自控、仪表及远程监控设计章节。
6）主要设备
（1）可提升式不堵塞潜污泵
数量：
2台（一用一备）
设计参数：
Q=100m3/h，H=10m，N=5.5kw
根据泵池水位，由时间和液位控制系统自动控制，水泵运行按顺序转换启动运行，同时现场设手动控制。
（2）人工粗、细格栅
数量：
2套
设计参数：
B=500mm，b=10mm/5mm
格栅材质：
0.8mm厚，20mm不锈钢管。
2.6污水收集管网设计计算
2.6.1管道选型
1）管材简介
（1）普通钢筋混凝土管
普通钢筋混凝土管价格便宜，施工方法成熟，广泛用于城市雨水排放系统，但是用于污水管容易被腐蚀。
（2）钢筋混凝土防腐管凝土防腐管是在混凝土管内
钢筋混壁涂衬防腐涂层，以预防管道内介质对管材的腐蚀，这种管材防腐效果较好，广泛用于城市污水管网工程，但是价格比普通钢筋混凝土管高。
钢筋混凝土管制作工艺简单、造价低、较适合我国的经济状况，得到普遍应用，但管材生产过程中存在喷浆质量不稳定，易脱落和起鼓等问题，且体积和重量大造成运输和安装均不方便，管道连接不严，易泄露，易受管道内污水产生的H2S气体腐蚀等。
（3）硬聚氯乙烯（PVC-U）双壁波纹管
PVC-U管耐腐蚀，内壁光滑，过水能力强，可以替代比其管径大一级的混凝土管。
这种管材随着管径的增大，成本增加很多，因此主要用于小口径排水管，直径一般不超过300mm。
PVC-U管对外部压力负荷强度比混凝土管低，覆土深度一般不超过3m，不能用于覆土较深的污水管。
（4）高密度聚乙烯（HDPE）双壁波纹管
HDPE管的性能与PVC-U管相似，但其强度比PVC-U管提高了许多，可用于覆土很深的管道。
管材价格比PVC-U管略低。
（5）玻璃纤维增强树脂夹砂（GRP）管
GRP管具有和PVC-U管相同的优点，而且强度较高，可以制造出大口径的管道，但价格较高。
玻璃钢管强度较高，重量轻，耐腐蚀、不结垢，内壁光滑阻力小，在相同管径、相同流量条件下比其他管道水头损失小、节省能耗。
玻璃钢管的连接采用承插式，并设置胶圈，安装方便。
玻璃钢管存在的问题首先是抗外压强度低，通常要预选压制成扁椭圆状再埋地，以承受外荷载和土压力；接口型式不过关，常常造成渗漏；且单位造价要大大高于钢筋混凝土管。
（6）陶土管
陶土管这种古代的排水管材，近年来经过改进，又重新用于排水工程，是混凝土管的良好替代物。
但是制造技术不成熟、价格很高，限制了这种管材的推广应用。
2）推荐使用管材
通过对不同管材的价格、性能进行市场分析、综合考虑后，HDPE管由于强度高，重量轻，施工安装方便，应用较广，在d≤500mm的管网部位采用其作为本工程实施的主要管材之一；同时大口径砼排水管由于其价格低、施工方便，作为本工程实施的管材之一。
2.6.2污水收集管网设计计算
排水管渠的流量，应按下列公式计算：
Q=Av
式中：
Q－设计流量（m3/s）；
A－水流有效断面面积（m2）；
v－流速（m/s）。
排水管渠的流速v，
式中：
v—流速（m/s）；
R—水力半径（m）；
I—水力坡降；
n—粗糙系数。
排水管渠粗糙系数，宜按本规范表A-2.3的规定取值。
表A-2.3排水管渠粗糙系数
管渠类别
粗糙系数n
管渠类别
粗糙系数n
UPVC管、PE管、玻璃钢管
0.009~0.01
浆砌砖渠道
0.015
石棉水泥管、钢管
0.012
浆砌块石渠道
0.017
陶土管、铸铁管
0.013
干砌块石渠道
0.020~0.025
混凝土管、钢筋混凝土管、水泥砂浆抹面渠道
0.013~0.014
土明渠
（包括带草皮）
0.025~0.030
我们设计采用的是HDPE双壁波纹管，按照PE管的类别，选择粗糙系数0.01。
排水管渠的最大设计充满度和超高，应符合下列规定：
重力流污水管道应按非满流计算，其最大设计充满度，应按本规范表A-2.4的规定取值；
表A-2.4最大设计充满度
管径或渠高（mm）
最大设计充满度
200~300
0.55
350~450
0.65
（1）根据以上设计依据，管径300mm的管道最大可收集的水量：
其中，最大设计充满度为0.50，则水力半径R=45mm，水流有效断面面积A=0.035m2，I=0.3%，n=0.01，
=0.0452/3*0.0031/2/0.01=0.69m/s
则Q=A
=0.035*0.69=0.024m3/s=2073.6m3/d
选取综合生活污水量总变化系数为2.3，则Q=2073.6/2.3=901m3/d；
考虑生活污水中杂质较多，为减小管道的堵塞风险，水量小于400t/d收集管网的管道采用DN300双臂波纹管。
（2）根据以上设计依据，管径400mm的管道最大可收集的水量：
其中，最大设计充满度为0.50，则水力半径R=61mm，水流有效断面面积A=0.0628m2，I=0.3%，n=0.01，
=0.0612/3*0.0031/2/0.01=0.847m/s
则Q=A
=0.0628*0.847=0.053m3/s=4579m3/d
选取综合生活污水量总变化系数为2.3，则Q=4579/2.3=1991m3/d；
考虑生活污水中杂质较多，为减小管道的堵塞风险，水量在400t/d至1000t/d收集管网的管道采用DN400双臂波纹管。
2.7污水管网工程量清单
本工程污水管网工程量清单如下表A-2.5所示：
表A-2.5污水管网工程量清单
序号
区域名称
项目名称
规格尺寸
数量
备注
1
渡口集镇
UPVC管
Φ160
2400m
住户至窨井和窨井至支管，
品牌：
联塑、神塑、旭峰
2
HDPE双壁波纹管
Φ300
2900m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
3
HDPE双壁波纹管
Φ400
150m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
4
单户窨井
450×300
400座
窨井
5
管道检查井
Φ800；砖砌
85座
6
复合材料井盖及井圈
Φ800
85套
7
复合材料井盖及井圈
450×300
400套
窨井
8
HDPE双壁波纹管变径三通
200/300、400
800
胶圈连接
9
标准化粪池
25m3
1座
钢砼
10
标准化粪池
40m3
2座
钢砼
11
标准化粪池
100m3
1座
钢砼
序号
区域名称
项目名称
规格尺寸
数量
备注
12
保河堤集镇
UPVC管
Φ160
1600m
住户至窨井和窨井至支管
品牌：
联塑、神塑、旭峰
13
HDPE双壁波纹管
Φ300
8550m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
14
HDPE双壁波纹管
Φ400
850m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
15
单户窨井
450×300
400座
窨井
16
管道检查井
Φ800；砖砌
265座
17
复合材料井盖及井圈
Φ800
265套
18
复合材料井盖及井圈
450×300
400套
窨井
19
HDPE双壁波纹管变径三通
200/300、400
540
胶圈连接
20
标准化粪池
40m3
1座
钢砼
21
标准化粪池
100m3
1座
钢砼
22
保河堤农村集中区
UPVC管
Φ160
500m
住户至窨井和窨井至支管
品牌：
联塑、神塑、旭峰
23
HDPE双壁波纹管
Φ300
2260m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
24
单户窨井
450×300
63座
窨井
25
管道检查井
Φ800；砖砌
38座
26
复合材料井盖及井圈
Φ800
38套
27
复合材料井盖及井圈
450×300
63套
窨井
28
HDPE双壁波纹管变径三通
200/300、400
126
胶圈连接
29
标准化粪池
100m3
1座
钢砼
30
李家铺乡集镇
UPVC管
Φ160
650m
住户至窨井和窨井至支管
品牌：
联塑、神塑、旭峰
31
HDPE双壁波纹管
Φ300
2740m
品牌：
联塑、神塑、旭峰
32
单户窨井
450×300
100座
窨井
33
管道检查井
Φ800；
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