排水管网课程参考教案.docx
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排水管网课程参考教案
《排水管网》课程参考教案
第一单元绪论（2学时）
1.教学任务
本章主要阐明三个问题：
一、城市为什么要建排水工程设施；二、何谓排水工程；三、排水工程的意义和作用。
2.大纲要求的基本概念、原理、规律、方法、重要公式、重要参数
本章涉及的主要概念：
排水工程
城市用于收集、输送、处理处置和利用污水的一整套工程设施，就称为排水工程。
3.教学重点内容、难点及处理方法
本教学单元无难点。
3.1城市为什么要建排水工程设施
3.1.1污水的产生和污水的成分
污水产生的主要途径：
人们的日常生活；工业生产；降水。
Ø人们日常生活排出的污水中主要含有机物、细菌、病毒以及氮、磷、钾等植物生长所需的营养元素。
Ø工业生产排放的污水成分随工业企业的性质不同和生产工艺的不同而有很大的不同，情况较为复杂。
Ø降水也会受到来自天空、地面的各种杂质的污染，降水在短时间内产生的水量很大，如暴雨等，如排除不及时，会引起洪涝灾害。
3.1.2污水不加处理的危害
Ø使水体、土壤从有氧状态变到无氧状态，正常的水生生态受到破坏，导致水体退化。
Ø传播有毒有害物质及病菌、病毒，威胁水生动植物，直接或间接威胁人类的生命。
Ø使水体水质不能满足生活和生产用水的要求，从而造成巨大的经济损失。
3.1.3人类的教训
英国泰晤士河；我国的苏州河、黄浦江；湖泊富营养化如我国的滇池；八大公害事件；因污染造成的水荒……
由于人类生产生活活动以及自然界的活动产生了大量被污染的水，这些污水不妥善处理，将会给人们的生存带来严重的威胁，限制经济的发展，同时，应该认识到污水本身也是资源，污水及污水中含有的大量有用物质，不加回收和再利用也会带来巨大的浪费，因此，为保护环境，促进人类的可持续发展，城市必须考虑污水的妥善收集和处理，这就是城市建排水工程设施的缘由。
3.2何谓排水工程
排水工程：
城市用于收集、输送、处理处置和利用污水的一整套工程设施。
基本任务：
保护环境、保障健康、发展经济，促进人类的可持续发展。
主要内容：
收集污水并输送至适当地点；妥善处理后排放或再利用。
3.3排水工程的意义和作用
1、环境保护方面
2、卫生方面
3、经济方面
（1）现代排水工程是保护水体，防止公共水体水质受到污染，以充分发挥其经济效益的基本手段之一。
（2）城市污水资源化，重复利用于城市或工业，是节约用水和解决淡水资源的一种重要途径。
（3）污水的妥善处理与处置，降水的及时排除，是保证工农业生产正常运行的必要条件之一。
（4）污水本身也是资源，有很大的经济价值
3.4排水工程师的任务
Ø加快城市排水系统的建设
Ø尽快探索经济、高效、节能、技术先进的符合我国国情的城市污水处理新工艺和新技术。
Ø大力开展污水资源化研究。
Ø大力加强水质监测新技术、操作管理自动化和水处理设备标准化的研究工作。
Ø无害无废水工艺、闭合循环和综合利用是60年代控制工业污染的新技术，应积极开展研究和加以推广。
Ø着手进行区域排水系统的研究工作。
4.教学方法与手段
本教学单元以课堂讲授为主，多举与同学们关系密切的实例，以提高同学们对本课程的兴趣。
5.课外要求
要求同学们查阅有关我国自建国以来城市排水工程发展状况的文献资料。
第二单元排水系统概论
（一）（2学时）
1.教学任务
Ø了解污水的分类及其特性；
Ø掌握排水系统的体制、类型及特点；掌握排水体制的选择原则；
Ø掌握城市污水、工业废水以及雨水排水系统的组成；
2.大纲要求的基本概念、原理、规律、方法、重要公式、重要参数
本节涉及的概念有：
污水或废水、生活污水、工业废水（生产污水、生产废水）、降水、城市污水、污水量；排水系统、城市污水重复使用（自然复用、间接复用、直接复用）、工业废水的循序使用和循环使用；排水体制、合流制（截流式合流制）、分流制（完全分流制与不完全分流制）、混合制。
3.教学重点内容、难点及处理方法
本单元教学重点为：
排水系统的体制及其选择；排水系统的组成。
本单元虽然涉及的基本概念较多，但都容易理解，只是在教学过程中注意“成对”概念的区分。
如：
生产废水/生产污水；污水量/污水流量；循序适用/循环使用等。
3.1污水的概念、分类和特性
一、污水或废水
污水或废水：
水经人们生产和生活利用后，物理和化学性质以及化学成分发生了改变，这种水称为污水或废水。
习惯上也把降水（雨、冰雪融化水）包括在污水范围内。
二、污水的分类
（一）按来源分
1、生活污水
生活污水：
指人们日常生活中用过的水。
2、工业废水
工业废水：
指工业生产过程中排出的水。
（1）按工业废水的污染程度分
1）生产废水：
指生产过程中受轻度污染或水温稍有升高的水。
2）生产污水：
指在使用过程中污染严重的水。
（2）按污染物的化学性质分
含无机物的；含有机物的；含无机、有机混合的。
（3）按废水中污染物的成份分
这种分类法明确地指出了废水中主要污染物成分。
3、降水
降水：
即大气降水，包括液态降水（雨露）和固态降水（雪、冰雹、霜等）。
三、城市污水和污水量
（一）城市污水
城市污水：
指排入城镇污水排水系统的生活污水和工业废水。
在合流制排水系统中，还包括生产废水和截流的雨水。
城市污水实际上是一种混合污水，其特点是水质水量变化很大，随各种污水的混合比例和工业废水中污染物的特性不同而异。
（二）污水量
污水量：
是指排放的污水体积，一般以L或m3计。
（也有用重量表示，常用吨。
）
污水流量：
是指单位时间的污水量，用m3/d、m3/h、L/s等单位表示。
（若为重量流量，则多用吨/天。
）
常用的是污水流量的概念。
与污水量有关的概念是污染物浓度。
污染物浓度：
是指单位体积污水中所含污染物质的数量，常以mg/L、g/m3、kg/m3表示，用以表示污水的污染程度。
一般污水处理常用这一概念。
四、排水系统的组成
Ø排水的收集、输送、处理和排放等设施以一定方式组合成的总体，称为排水系统。
Ø排水系统由管道系统（排水管网）和污水处理系统（污水处理厂）组成。
Ø管网系统一般由排水设备、检查井、管渠、泵站等组成。
Ø污水处理系统包括各种处理构筑物和除害设施等。
五、污水的最终处置方式
所谓最终处置就是指最终的安排。
污水的最终处置方式有以下几种：
1、返回自然环境（水体、土壤、大气），但应注意环境容量问题。
2、人工处理后再利用。
3、隔离。
针对有害物质而言。
六、污水的出路（注意与最终处置的不同）
根据不同的要求，经处理后的污水其最后出路有：
1、排放水体，污水的自然归宿。
2、灌溉农田。
既是污水的利用，又是处理方法（土地处理）。
3、重复使用。
控制水污染、保护水资源的重要手段，节约用水的重要途径。
城市污水的重复使用方式有：
（1）自然复用
（2）间接复用
（3）直接复用（包括工业废水的循序使用和循环使用）
工业废水的循序使用是指某工序的废水用于其他工序，某生产过程的废水用于其他生产过程。
工业废水的循环使用是指某生产工序或过程的废水，经回收处理后仍作原用。
这里要注意污水的最终处置和污水的出路之间的不同，最终处置是对未经处理的污水而言，污水的出路是对经处理的污水而言。
3.2排水系统的体制及其选择（本单元重点）
一、排水系统的体制（排水体制）
污水的收集和输送依靠排水管渠，排除污水可以有不同的方式，可以把生活污水、工业废水以及雨水合并起来用一个管渠系统来排除，也可以把这些污水分类用不同的管渠系统来排除。
不同的收集输送方式所形成的排水系统就叫做排水系统的体制（排水体制）。
二、排水体制的类型
排水体制一般分为两类：
合流制；分流制。
1、合流制排水系统
合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。
合流制排水系统又有两种类型：
一是直流分散排放的合流制排水系统；二是截流式合流制排水系统。
（1）直流分散排放的合流制排水系统的特点：
①混合污水不经处理就近直接排入水体。
②排放口有多个，沿河道分布，形成“线源”。
③雨天、晴天都有污水排放。
直流分散排放的合流制排水系统属于早期的排水系统。
由于这类合流制排水系统所接纳的污水不经处理就直接排放入水体，会造成水体的严重污染，所以这类型式的排水系统无法满足环境保护要求。
（2）截流式合流制排水系统的特点：
①平行于河流有一条截流主干管。
②下游设污水处理厂。
③合流干管与截流主干管的相交处或相交前的合流干管上的检查井处设溢流井。
④晴天时只有一个污水出口，污水经截流主干管到污水处理厂处理后排放。
雨天时，只有部分混合污水（污水和初降雨水）进入污水厂，当污水量超过截流主干管的输水能力时，大部分混合污水经溢流井出水口排入水体。
优点是在条件允许时（环境保护条件），可以利用原有的直流分散式合流制排水管道系统，节省较多的建设资金，有利于老城市的管网改造。
缺点是在雨天仍有大量污水进入水体污染环境。
2、分流制排水系统
分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。
其中，排除生活污水、工业废水或城市污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。
根据雨水排水系统是否完善，分流制排水系统又分为完全分流制和不完全分流制排水系统。
完全分流制系统指具有完善的污水和雨水排水系统。
不完全分流制系统指具有完善的污水排水系统，而雨水排水系统未建或不完善的排水系统。
3、工业企业的排水体制
工业企业一般采用分流制排水系统，而且在多数情况下，采用分质分流、清污分流的几种管道系统来分别排除。
分质分流：
根据污水的成分和性质的不同分别采用独立的管道系统排除。
清污分流：
指生产废水和生产污水的分流。
如果水质相似，则可以合并；如果不同就应分开。
生产废水可并入雨水管道或循环重复利用。
对含特殊污染物质的生产污水不允许直排，应设局部处理设施。
对于有条件的，生活污水、生产污水可直接排入城市污水管道，但必须满足有关国家标准的规定。
4、混合制排水系统
所谓混合制排水系统是指一个城市既建有合流制也有分流制排水系统。
旧城市扩建容易出现混合制，我国目前有很多。
混合制不是独立的排水体制。
三、合流制、分流制排水系统在环境保护、经济和维护管理方面的优缺点
体制
项目
合流制
分流制
优点
缺点
优点
缺点
环境保护
一般不能满足环保要求。
污水全部送到污水厂处理。
容易适合城市发展需要，符合卫生要求。
是城市排水系统体制发展的方向。
初期雨水未加处理
造价
管道造价比完全分流制低20~40%。
总造价低于完全分流制。
泵站和污水厂造价比完全分流制高。
不完全分流制可节省初期投资，缩短工期，工程建设快，目前常采用。
完全分流制造价高。
维护管理
晴天易沉淀，雨天沉淀物被冲起。
水质变化大，污水厂运行管理复杂，运行费用高。
无沉淀，水质较稳定，污水厂运行管理较合流制好。
混合制的优缺点介于合流制与分流制之间。
四、排水系统体制的选择原则
排水系统是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。
Ø影响排水系统的设计、施工、维护管理，
Ø对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，
Ø影响排水系统工程的总投资和初期投资费用以及维护管理费用。
Ø环境保护是选择排水体制时所考虑的主要问题。
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总体规划、环境保护的要求、当地自然条件（地理位置、地形、气候）、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量和废水受纳水体条件等，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。
《室外排水设计规范》、《城市排水规划规范》规定新建地区（新、扩、改地区）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。
国内一些观点：
两种体制的污染效应问题；已有合流制系统是否要逐步改造成分流制系统。
3.3排水系统的主要组成部分（本单元重点）
一、城市污水排水系统
城市污水排水系统主要由以下几部分组成：
1、室内污水管道系统和设备：
2、室外污水管道系统：
分布在地面下的依靠重力流输送污水至泵站、污水厂或水体的管道系统称室外污水管道系统。
它又分为居住小区污水管道系统及街道污水管道系统。
（1）居住小区污水管道系统：
敷设在居住小区内，并连接（各）建筑物出户管的污水管道系统称居住小区污水管道系统。
它分为接户管、小区支管、小区干管。
接户管是指布置在建筑物周围接纳建筑物各污水出户管的污水管道。
小区污水支管是指布置在居住组团内与接户管连接的污水管道。
一般布置在组团内道路下。
小区污水干管是指在居住小区内，接纳各居住组团内小区支管流来的污水的管道。
一般布置在小区道路或市政道路下。
居住小区污水排入城市排水系统时，其水质必须符合《污水排入城市下水道水质标准》、《污水综合排放标准》GB8978-96。
居住小区污水排出口的数量和位置要取得城市市政部门同意。
（2）街道污水管道系统：
敷设在街道下，用以排除居住小区管道流来的污水的管道系统称街道污水管道系统。
在一个市区内它由城市支管、干管、主干管等组成。
支管是承受居住小区干管流来的污水或集中流量排出的污水。
干管是汇集输送由支管流来的污水，在各排水流域内，也常称流域干管。
主干管是汇集输送由两个或两个以上干管流来的污水管道。
市郊干管是从主干管把污水输送至总泵站、污水处理厂或通至水体出水口的管道，一般在污水管道系统设置区范围之外。
（3）管道系统上的附属构筑物：
包括检查井、跌水井、倒虹管等等。
3、污水泵站及压力管道：
泵站分为局部泵站、中途泵站和总泵站等。
压送从泵站出来的污水至高地自流管道或至污水厂的承压管段，称压力管道。
4、污水处理厂：
供处理和利用污水、污泥的一系列构筑物及附属构筑物的综合体称污水处理厂。
在城市中常称污水厂，在工厂中常称废水处理站。
5、出水口及事故排出口：
污水排入水体的渠道和出口称出水口，它是整个城市污水排水系统的终点设备。
事故排出口是指在污水排水系统的中途，在某些易于发生故障的组成部分前面，所设置的辅助性出水渠，一旦发生故障，污水就通过事故排出口直接排入水体。
二、工业废水排水系统的组成部分
1、车间内部管道系统和设备：
2、厂区管道系统：
3、污水泵站及压力管道：
4、废水处理站：
是回收和处理废水与污泥的场所。
5、管道系统上的附属构筑物：
检查井、水质检测设施等。
三、雨水排水系统的主要组成部分
1、建筑物的雨水管道系统和设备：
收集屋面雨水、排入雨水管道系统
2、居住小区或工厂雨水管渠系统
3、街道雨水管渠系统
4、排洪沟
5、出水口
合流制排水系统的组成与分流制相似，在合流管道系统的截流干管处设有溢流井。
4.教学方法与手段
本教学单元以课堂讲授为主，采取图文并茂的方式，通过对比，列举实例，使同学们了解和掌握相关内容。
5.课外要求
要求同学们课后认真复习，结合对街区排水管网的考察，了解城市排水系统的构成，加深映像。
第三单元排水系统概论
（二）（2学时）
1.教学任务
Ø掌握排水系统的布置形式；
Ø正确处理工业企业排水系统和城市排水系统的关系；
Ø了解废水综合治理的作用和意义；区域排水系统的构成、优缺点和考虑因素；
Ø了解排水系统的规划设计原则和任务。
2.大纲要求的基本概念、原理、规律、方法、重要公式、重要参数
本单元涉及的基本概念为：
区域排水系统
3.教学重点内容、难点及处理方法
Ø排水系统布置的形式、特点及适用条件；
Ø工业企业排水系统和城市排水系统的关系
Ø排水系统的规划设计原则和任务。
本单元内容容易理解，无难点。
3.1排水系统布置形式、特点及适用条件
布置的总体原则：
城市、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置，随着地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况，以及污水的种类和污染程度等因素而定。
在工厂中，车间的位置、厂内交通运输线，以及地下设施等因素都将影响工业企业排水系统的布置。
在实际情况下，单独采用一种布置形式较少，通常是根据当地条件，因地制宜地采用综合布置形式较多。
1、正交布置
在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置，这种布置也称正交布置。
正交布置的优缺点：
优点：
干管长度短、管径小，因而经济，污水排出也迅速。
缺点：
由于污水未经处理就直接排放，会使水体遭受严重污染，影响环境。
适用场合：
在现代城市中，这种布置形式仅用于排除雨水。
2、截流式布置
若沿河岸再敷设主干管，并将各干管的污水截流送至污水厂，这种布置形式称截流式布置，所以截流式是正交式发展的结果。
对减轻水体污染、改善和保护环境有重大作用。
截流式布置的优缺点：
优点：
若用于分流制污水排水系统，除具有正交式的优点外，解决了污染问题。
缺点：
若用于截流式合流制排水系统，因雨天有部分混合污水泄入水体，造成水体污染，这是它的严重缺点。
适用场合：
它适用于分流制污水排水系统，将生活污水及工业废水经处理后排入水体；也适用于区域排水系统，区域主干管截流各城镇的污水送至区域污水厂进行处理。
也适用于截流式合流制排水系统。
3、平行式布置
在地势向河流方向有较大倾斜的地区，为了避免因干管坡度及管内流速过大，使管道受到严重冲刷，可使干管与等高线及河道基本上平行、主干管与等高线及河道成一定斜角敷设，这种布置也称平行式布置。
平行式布置的优缺点：
优点：
减少管道冲刷，便于维护管理。
缺点：
干管长度增加。
适用场合：
地势向河流方向有较大倾斜的地区。
4、分区布置
在地势高低相差很大的地区，当污水不能靠重力流流至污水厂时，可分别在高地区和低地区敷设独立的管道系统。
高地区的污水靠重力流直接流人污水厂，而低地区的污水用水泵抽送至高地区干管或污水厂。
这种布置形式叫分区布置形式。
优点：
能充分利用地形排水，节省电力。
适用场合：
这种布置只能用于个别阶梯地形或起伏很大的地区，如果将高地区的污水排至低地区，然后再用水泵一起抽送至污水厂是不经济的。
5、辐射状分散布置
当城市周围有河流，或城市中央部分地势高、地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分散布置，各排水流域具有独立的排水系统。
优点：
这种布置具有干管长度短、管径小、管道埋深可能浅、便于污水灌溉等优点。
缺点：
污水厂和泵站（如需要设置时）的数量将增多。
适用场合：
在地形平坦的大城市，采用辐射状分散布置可能是比较有利的，如上海等城市便采用了这种布置形式。
6、环绕式布置
近年来，由于建造污水厂用地不足以及建造大型污水厂的基建投资和运行管理费用也较建小型厂经济等原因，故不希望建造数量多规模小的污水厂，而倾向于建造规模大的污水厂，所以由分散式发展成环绕式布置。
这种形式是沿四周布置主干管，将各干管的污水截流送往污水厂。
3.2工业企业排水系统和城市排水系统的关系
在规划工业企业排水系统时，对于工业废水的治理，应做到不排或少排废水。
对于必须排出的废水，还应采取下列措施：
（1）采用循环利用和重复利用系统，尽量减少废水排放量；
（2）按不同水质分别回收利用废水中的有用物质，创造财富；
（3）利用本厂和厂际的废水、废气、废渣，以废治废。
而无废水无害生产工艺、闭合循环重复利用以及不排或少排废水，是控制污染的有效途径。
在规划工业企业排水系统时，会遇到经过回收利用后的工业废水，能否直接排入城市排水系统与城市生活污水一并排除和处理的问题。
工业废水排入城市排水系统的水质，应不影响城市排水管渠和污水厂等的正常运行，不对养护管理人员造成危害，不影响污水处理厂出水和污泥的排放和利用为原则。
工业废水排入城市下水道，必须满足国家相关规范和标准：
《污水排入城市下水道水质标准》
《室外排水设计规范》
《污水综合排放标准》
当工业企业排出的工业废水，不能满足上述要求时，应在厂区内设置废水的局部处理除害设施，以满足排入城市排水管道所要求的条件，然后再排入城市排水管道。
当工业企业位于城市远郊区或距离较远时，符合排入城市排水管道的工业废水，是直接排入城市排水管道或是单独设置排水系统，应根据技术经济比较确定。
3.3废水的综合治理和区域排水系统
将两个以上城镇地区的污水统一排除和处理的系统，称做区域（或流域）排水系统。
区域排水系统是由局部单项治理发展至区域综合治理，是控制水污染、改善和保护环境的新发展。
区域排水系统的干管、主干管、泵站、污水厂等，分别称为区域干管、主干管、泵站、污水厂等。
区域排水系统具有：
（1）污水厂数量少，处理设施大型化集中化，每单位水量的基建和运行管理费用低，因而经济；
（2）污水厂占地面积小，节省土地；（3）水质、水量变化小，有利于运行管理；（4）河流等水资源利用与污水排放的体系合理化，而且可能形成统一的水资源管理体系等方面的优点。
但是，它也具有：
（1）当排入大量工业废水时，有可能使污水处理发生困难；
（2）工程设施规模大，造成运行管理困难，而且一旦污水厂运行管理不当，对整个河流影响较大；（3）因工程设施规模大，发挥事业效益就慢等方面的缺点。
在确定区域排水系统方案时，应考虑下列问题：
（1）近期和远期的全部污水量和水质；
（2）通过采取改革生产工艺、废水部分或全部循环利用以及本厂和厂际的重复利用等措施，尽量减少工业废水的排放量；
（3）应考虑工业废水与生活污水混合处理的可能性，以及雨水和生产废水混合排除和利用的合理性；
（4）对用水和取水点的河水水质，应预计到当位于该点上游的全部排水对象的污水排入时所产生的后果。
3.4排水系统的规划设计原则和任务
排水工程的设计对象是需要新建、改建或扩建排水工程的城市、工业企业和工业区。
主要任务是规划设计、收集、输送、处理和利用各种污水的一整套工程设施和构筑物，即排水管道系统和污水厂的规划与设计。
排水工程的规划与设计是在区域规划以及城市和工业企业的总体规划基础上进行的。
排水系统的设计规模、设计期限，应根据区域规划以及城市和工业企业规划方案的设计规模和设计期限而定。
排水工程的建设和设计必须按基本建设程序进行。
基建程序可归纳分为下列几个阶段：
（1）可行性研究阶段；
（2）计划任务书阶段；
（3）设计阶段；
（4）组织施工阶段；
（5）竣工验收交付使用阶段。
排水工程设计工作，可分为3个阶段（初步设计、技术设计和施工图设计）设计和两个阶段设计（初步设计或扩大初步设计和施工图设计）。
大中型基建项目，一般采用两阶段设计，重大项目和特殊项目，根据需要，可增加技术设计阶段。
排水工程的规划与设计，应遵循下列原则：
（1）排水工程的规划应符合区域规划以及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其他单项工程建设密切配合，互相协调。
（2）排水工程的规划与设计，要与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置协调。
（3）排水工程规划与设计，应处理好污染源治理与集中处理的关系。
（4）城市污水是可贵的淡水资源，在规划中要考虑污水经再生后回用的方案。
（5）排水区域内需考虑给水和防洪问题时，污水排水工程应与给水工程、雨水排水工程应与防洪工程协调，以节省总投资。
（6）排水工程的设计应全面规划，管网按远期设计，处理厂按近期设计，考虑远期发展有扩建的可能。
（7）对于城市和工业企业原有的排水工程在进行改建和扩建时，应从实际出发，在满
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