第1章排水系统概论 第1节概述 在人类的生活和生产中,使用着大量的水。水在使用过程中受到不同程度的污染,改变 了原有的化学成分和物理性质,这些水称做污水或废水。污水也包括雨水及冰雪融化水 按照来源的不同,污水可分为生活污水、工业废水和降水3类。 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、盥洗室厨房食堂和 洗衣房等处排出的水。它来自住宅、公共场所、机关、学校、医院商店以及1厂中的生活间 部分。 生活污水是属于污染的废水,含有较多的有机物,如蛋白质、动植物脂肪、碳水化合物、 尿素和氨氮等,还含有肥皂和合成洗涤剂等,以及常在粪便中出现的病原做年物,如寄生虫 卵和肠系传染病菌等。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所排出的废水,来自车间或矿场。由于各种工厂的生 产类别、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的不同,可分为:生产废水和生产污水两类。 生产废水是指在使用过程中受到轻度沾污或水温稍有增高的水。如机器冷却水便属于 这一类,通常经某些处理后郎可在生产中重复使用,或直接排放水体。 生产污水是指在使用过程中受到较严重污染的水。这类水多半具有危害性。例如,有 的含大量有机物,有的含氰化物、铬、汞、铅、镉等有害和有毒物质,有的含多氯联苯、合成洗 涤剂等合成有机化学物质,有的含放射性物质,有的物理性状十分恶劣,等等。这类污水大 都需经适当处理后才能排放,或在生产中使用。废水中的有害或有毒物质往往是宝贵的工 业原料,对这种废水应尽量回收利用,为国家创造财富,同时也减轻了污水的污染 工业废水按所含主要污染物的化学性质,可分为下列3类 (1)主要含无机物的,包括冶金、建筑材料等工业所排出的废水。 (2)主要含有机物的,包括食品工业、炼油和石油化工工业等废水。 (3)同时含大量有机物和大量无机物的废水,包括焦化厂、化学工业中的氮肥厂、轻工业 中的洗毛厂等废水。 工业废水按所含污染物的主要成分分类,如酸性废水碱性废水、含氰废水、含铬废水 含镉废水、含汞废水、含酚废水含醛废水、含油废水、含有机磷废水和放射性废水等。这种 分类法,明确地指出了废水中主要污染物的成分。 实际上,一种工业可以排出几种不同性质的废水,而一种废水又会有不同的污染物和不 同的污染效应。即便是一套生产装置排出的废水,也可能同时含有几种污染物。在不同的 工业企业,虽然产品、原料和加T过程截然不同,也可能排出性质类似的废水 3.降水即大气降水,包括液态降水(如雨露)和固态降水(如雪、冰雹、霜等)。前者通
常主要是指降雨。降落雨水…般比较清洁,但其形成的径流量大,若不及时排泄,则能使居 住区、厂、仓库等遭受淹没,交通受阻,积水为害,其山区的山洪水为害更甚。通常暴雨 水为害最严電,是排水的主要对象之-: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:-般,雨水不需处理,可直接就近排入水体。 雨水虽然一般比较清洁,但初降雨时所形成的雨水径流会挟带着大气地面和屋面上的 各种污染物质,使其受到污染,所以形成初雨径流的雨水,是雨水污染最严重的部分,应予以 控制:有的国家对污染严重地区雨水径流的排放作了严格要求,如工业区、高速公路、机场 等处的暴雨雨水要经过沉淀撤油等处理后才可以排放。近年来,由于大气污染严重,在某 些地区和城市出现酸雨,严重时pH达到3.4,因而初降雨时的雨水是酸性水。虽然雨水的 径流量大,处理较困难,但近年来的研究表明,对其进行适当处理后再排放水体是有必要的。 城市污水,是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,其性质变化很大,随着各 种污水的混合比例和工业废水中污染物质的特性不同而异。在某些情况下可能是生活污水 占多数,而在另一些情况下又可能是工业废水占多数。这类污水需经过处理后才能排入水 体灌溉农田,或再利用 污水量是以1或m3计量的。单位时间(s、h、d)的污水量称污水流量。污水中的污染 物质浓度是指单位体积污水中所含污染物质的数量,通常以mg或gm3计,用以表示污 水的污染程度。生活污水量和用水量相近,而且所含污染物质的数量和成分也比较稳定 1业废水的水量和污染物质浓度差别很大,取决于工业生产性质和工艺过程 在城市和工业企业中,应当有组织地、及时地排除上述废水和雨水,否则可能污染和破 坏环境甚至形成公害,影响生活和生产,以及威胁人民健康。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。排水系统通常由管道系统(或称排水管 网〕和污水处理系统(即污水处理厂)组成。管道系统是收集和输送废水的设施,把废水从 生处输送至污水厂或出水口,它包括排水设备、检查井、管渠、水泵站等工程设施。污水处理 系统是处理和利用废水的设施,它包括城市及工业企业污水厂(站)中的各种处理构筑物及 除害设施等 污水的最终处置或者是返回到自然水体、土壤、大气;或者是经过人工处理,使其再生成 为一种资源国到生产过程;或者采取隔离措施。其中关于返回到自然界的处理,因自然环境 具有容纳污染物质的能力,但具有一定界限,不能超过这种界限,否则就会造成污染。环境 的这种容纳界限称环境容量。图1-1为污水处理与处置系统的一种模式。若所排出的污水 不超过河流的环境容量时,可不经处理直接排放,否则应处理后再排放。处理后的水也可以 再利用。在本系统中污泥处置采用焚烧法,焚烧需要利用大气的环境容量。 根据不同的要求,经处理后的污水其最后出路有:一是排放水体;二是灌溉农田;二是重 复使用。 排放水体是汽水的自然归宿。水体对污水有一定的稀释与净化能力也称污水的稀释 处理法,这是最常用的种处置方式。 灌溉农田是污水利用的一种方式,也是污水处理的一种方法称为污水的土地处理法 重复使用是一种合适的污水处置方式。污水的治理由通过处理后达到无害化后排放, 发展到处理后重复使用,这是控制水污染保护水资源的重要手段,也是节约用水的重要途
径。城市污水重复使用的方式有: (1)自然复用一条河流往往既作 给水水源,也受纳沿河城市排放的污水。 流经河流下游城市的河水中,总是掺杂 有上游城市排入的污水。因而地面水源 中的水,在其最后排入海洋之前,实际已 被多次重复使用 (2)间接复用将城市污水注入地 下补充地下水,作为供水的间接水源,也 可防止地下水位下降和地面沉降。我国 已有这方面的实际应用,美国加州橙市 WF-21污水厂的出水补充地下水等均 图1·1污水处理与处置系统 是间接复用的实例。 1—污水发生源;2一-污水;3一污水厂;4处理水 5—河流环境容量;6—海洋环境容量;7~土壤环境容量 (3)直接复用可将城市污水直接8气环境容量:9水资游:10-污泥:1-樊烧 作为城市饮用水水源、工业用水水源、杂 12—隔离(有害物质):13一用水供应:14再利用 用水水源等重复使用(或称再利用,也称 回用)。城市污水经过人工处理后直接作为城市饮用水源,目前世界上仅南非某城处, 对严重缺水地区来说,可能是必要的。近年来,我国也提倡采用中水道,而且已有不少工程 实例,它是利用处理过的生活污水作冲洗厕所、洗车、园林灌溉冷却设备补充水等杂用水。 利用处理后的城市污水作为工业水源,目前日本应用较多,多半用作设备冷却水。我国在大 连巳经研究成功并开始使用。 将民用建筑或建筑小区使用后的各种排水,如生活污水、冷却水等经适当处理后回用 于建筑或建筑小区作为杂用水的供水系 统,我国称为建筑中水。图12为单幢建 筑中水系统及图13为居住小区屮水系统 的示意图。图14是以城市污水的处理水 作工业用水和杂用水再利用(回用)系统 的一种方式。 工业废水的循序使用和循环使用也 是直接复用。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,称做循序使用。某生产工序或过程的 废水,经回收处理后仍作原用,称做循环 使用。习惯上称循序使用为循序给水称 循环使用为循环给水。我国工业用水重 复利用率一般不到40%,远远低于工业发 图1-2单魔建筑中水系统 饮用水系 达国家,如日本为70%.前苏联为75%~ 4-杂用水系统;5中水处理设施:6排入城市污水管道80%,不断提高水的重复利用是今后发展 的必然趋势
图1-4城市污水再利用(回用)系统 1—取水;2一给水厂 3一再利用(或称再生)水厂; 图1-3居住小区中水系统 生活用水;5一杂用水; 一居住小区;2-城市给水 6工业用水;7—污水处理厂 3—生活饮用水系统;4一杂用水系统 8出水口 5一中水处理设施;6—排水城市污水管道 第2节排水系统的体制及其选择 如前所述,在城市和工业企业中通常有生活污水、工业废水和雨水。这些污水是采用一 个管渠系统来排除,或是采用两个或两个以上各自独立的管渠系统来排除。污水的这种不 同排除方式所形成的排水系统,称做排水系统的体制(简称排水体制)。排水系统的休制 般分为合流制和分流制两种类型。 合流制排水系统是将生活污水、工业废水利雨 水混合在同一个管渠内排除的系统。最早出现的合流制 排水系统,是将排除的混合污水不经处理直接就近排入 水体,国内外很多老城市以往几乎都是采用这种合流制 排水系统。但由于污水未经无害化处理就排放,使受纳 水体遭受严重污染。现在常采用的是截流式合流制排水 系统(图1-5)。这种系统是在临河岸边建造一条截流干 管,同时在合流于管与截流干管相交前或相交处设置溢 图15截流式合流制排水系统流井,并在截留干管下游设置污水厂。晴天和初降雨时 一合流干管2-截流主+管;所有污水都排送至污水厂,经处理后排入水体,随着降雨 3—溢流井;4—污水处理厂 量的增加,雨水径流也增加,当混合污水的流量超过截流 5一出水;6溢流出水 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。截流式合流制排水系统较前一种方式前进了一大步,但仍有部分混合污水术 经处理直接排放,成为水体的污染源而使水体遭受污染,这是它的严重缺点。国内外在改造
老城市的合流制排水系统时,通常采用这种方式。 2.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(图16)。排除生活污水、城市污水或L业废水的系统称污水排水系 统;排除雨水的系统称兩水排水系统 由于排除雨水方式的不同,分流制排水系统又分为完全分流制和不完全分流制两种排 水系统(图1-7)。在城市中,完全分流制排水系统具有污水排水系统和雨水排水系统:而 不完全分流制只具有污水排水系统,未建雨水排水系统,雨水沿天然地面街道边沟、水渠等 原有渠道系统排泄,或者为了补充原有渠道系统输水能力的不足而修建部分雨水道,待城市 进一步发展再修建雨水排水系统转变成完全分流制排水系统。 图1-6分流制排水系统 图17完全分流制及不完全分流制 1一污水干管;2一污水主「管; (1)完全分流制;(2)不完全分流制 污水处理厂;4一出水; 污水管道;2—雨水管集;3一原有集道 5一雨水干管 4-污水厂;5一出水口 在工业企业中,一般采用分流制排水系统。然而,往往由于工业废水的成分和性质很复 杂,不但与生活污水不宜混合,而且彼此之间也不宜混合,否则将造成污水和污泥处理复杂 化,以及给废水重复利用和回收有用物质造成很大困难。所以,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。但如生产污水的成分和性质同生活污水类似时, 可将生活污水和生产污水用同一管道系统来排放。生产废水可直接排入雨水道,或循环使 用重复利用。图1-8为具有循环给水系统和局部处理设施的分流制排水系统。生活污水 生产污水、雨水分别设置独立的管道系统。含有特殊污染物质的有害生产污水,不容许与生 活或生产污水直接混合排放,应在车间附近设置局部处理设施。冷却废水经冷却后在生产 中循环使用。如条件容许,工业企业的生活污水和生产污水应直接排入城市污水管道,而不 作单独处理,如图中12所示。 在座城市中,有时是混合制排水系统,即既有分流制也有合流制的排水系统。混合制 排水系统一般是在具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在大城市中,因各区域 的自然条件以及修建情况可能相差较大,因地制宜地在各区域采用不同的排水体制也是合 理的。如美国的纽约以及我国的上海等城市便是这样形成的混合制排水系统