1、國家統(tǒng)一環(huán)境污染治理設(shè)施運營培訓班,第二章 污廢水管渠和泵房 (課堂教學3課時) P38 P59 香港百姓集團武漢正源水務(wù)工程公司孫建國主講 注冊證書編號2006-JS-WFS-038,概述,污廢水處理中，有以下幾個主要方面經(jīng)常要應(yīng)用流體流動的基本原理及其流動規(guī)律。 流體的輸送 欲想把流體按所規(guī)定的條件，從一個設(shè)備送到另一個設(shè)備，通常設(shè)備之間是用管道或灌渠連接的，這就需要選用適宜的流動速度，以確定輸送管路的直徑。在流體的輸送過程中，常常要采用輸送設(shè)備，因此就需要計算流體在流動過程中應(yīng)加入的外功，為選用輸送設(shè)備提供依據(jù)。這些都是要應(yīng)用流體流動規(guī)律的數(shù)學表達式以進行計算 壓強、流速和流量的測量。

2、為了了解和控制生產(chǎn)過程，需要對管路或設(shè)備內(nèi)的壓強、流速及流量等一系列參數(shù)進行測定，以便合理地選用和安裝測量儀表，而這些測量儀表的操作原理又多以流體的靜止或流動規(guī)律為依據(jù)。,一、概述,研究流體流動時，常將流體視為由無數(shù)分子集團所組成的連續(xù)介質(zhì)，把每個分子集團稱為質(zhì)點，其大小與容器或管路相比是微不足道的。質(zhì)點在流體內(nèi)部一個緊挨一個，它們之間沒有任何空隙，即可認為流體充滿其所占據(jù)的空間。把流體視為連續(xù)介質(zhì)，其目的是為了擺脫復雜的分子運動，而從宏觀的角度來研究流體的流動規(guī)律。 污廢水泵房是污水處理的重要設(shè)施，泵房工作特點是它所抽升的水是不干凈的，一般含有大量的雜質(zhì)，而且來水的流量逐日逐時都在變化。因而

3、泵房的運行在污水處理設(shè)施運行管理中有重要的意義,二、水力學基礎(chǔ)知識,(一)水的主要物理性質(zhì) 液體沒有固定的形狀，隨盛裝它們的容器形狀而變化，這是液體區(qū)別于固體的一個基本特性。因為液體與固體相比其分子間內(nèi)聚力小得多，所以其抵抗拉力的能力很小，靜止時也不能抵抗切力。因此要破壞液體的靜止狀態(tài)使其流動，只要施以極微小的力即可做到。 在污水處理中可以利用液體易于流動的特征使污水從各家各戶通過管渠輸送到污水處理廠，在污水處理廠內(nèi)部的運輸和處理排出也是基于這個道理。,二、水力學基礎(chǔ)知識,水的主要物理性質(zhì)主要包括： 水的慣性與密度； 水的重力特性； 水的黏性； 水的壓縮性； 水的表面張力特性；,二、水力學基礎(chǔ)

4、知識,水的慣性與密度 慣性就是物體所具有的維持其原有運動狀況的物理性質(zhì)。慣性的度量單位就是質(zhì)量，也就是物體中所含物質(zhì)的多少。質(zhì)量愈大，慣性也愈大。慣性力以F表示 F=-ma * 物體的質(zhì)量為m， 加速度為a， 負號表示慣性力的方向與物體的加速度 方向相反。 密度是指單位體積水所具有的質(zhì)量，以p表示。 =m/v * 設(shè)其體積為V，質(zhì)量為m 工程上通常以一個標準大氣壓下、溫度為4C時的最大密度值作為計算值，其數(shù)值為1000 Kg/m3,二、水力學基礎(chǔ)知識,水的重力特性 物體之間相互具有的吸引力稱為萬有引力。在水的運動中，一般只需要考慮地球?qū)λ囊?，這個引力就是重力(重量)，來表示。 =mg *物

5、體的質(zhì)量為m，重力加速度為g， 單位體積水所具有的重力稱為水的重度，或稱容重、重率，用符號表示。對于均質(zhì)水，設(shè)其體積為v，重量為w，則 = w/V *水的重度通常取9800 N/m3。,二、水力學基礎(chǔ)知識,水的黏性 物質(zhì)在外力作用下,液層發(fā)生位移,分子間產(chǎn)生摩擦,對摩擦所表現(xiàn)的抵抗性稱為絕對黏度,簡稱黏度 水具有易流動性，靜止時不能承受切向力抵抗剪切變形，但在運動狀態(tài)下，水就具有抵抗剪切變形的能力，這就是水的黏性 在剪切變形過程中，水體中質(zhì)點之間存在著相對運動，使水體內(nèi)部出現(xiàn)切向力，也稱為內(nèi)摩擦力，其作用是抗拒水體內(nèi)部的相對運動。因此，水在運動時必須克服黏性，從而要消耗一定的能量。 黏度是黏性

6、的度量，值愈大，黏性作用愈強。的大小與流體的種類有關(guān)，并隨壓強和溫度的變化而發(fā)生變化：對于常見的流體如水、油和空氣等，隨壓強的變化不大，一般可以忽略；溫度是影響值的主要因素，溫度升高時，水的值減小，而氣體的值則反而增大。 水體黏性的大小還可以用表示，它為黏度與密度的比值，即 =/ 的單位是m2/s或cm2/s。稱為運動黏度， 則稱為動力黏度。,二、水力學基礎(chǔ)知識,水的壓縮性： 當壓強增大時，水的體積減小，同時密度增大，這一性質(zhì)稱為壓縮性。 水的壓縮性很小，一般不必考慮，即把水看成是不可壓縮的。但在某些特殊情況下，這種壓縮性就不能忽略不計。例如，水在管道內(nèi)流動，當閥門突然關(guān)閉造成水擊時，必須考慮

7、水的壓縮性。,二、水力學基礎(chǔ)知識,水的表面張力特性 液體與氣體不同，它具有自由表面，而且存在著使自由表面自動收縮到最小表面形狀的力，這種力稱為表面張力。由于表面張力的作用，就會產(chǎn)生一種毛細現(xiàn)象。 例如：水是浸潤管壁的液體，它會沿毛細管上升；而水銀是不浸潤管壁的液體，它就會在毛細管中下降。毛細管現(xiàn)象在日常生活和工程技術(shù)中有重要作用。有些情況下應(yīng)設(shè)法防止毛細現(xiàn)象造成的危害，例如為防止建筑物受潮，要設(shè)置防潮層；液體通過某些測量儀表的毛細管時，可能會產(chǎn)生很大誤差，影響測量結(jié)果等。,二、水力學基礎(chǔ)知識,(二)水靜力學 1靜水壓強及其特性 重點掌握以下三點： 靜水壓強的定義； 壓強的單位 靜水壓強的兩個重

8、要特性。,二、水力學基礎(chǔ)知識,靜水壓強的定義 物體單位面積上所受的垂直壓力，叫壓強。同樣，對于液體的壓強也是這樣規(guī)定的。靜止液體作用在與之接觸的表面上的水壓力稱為靜水壓力，單位面積上作用的靜水壓力稱為靜水壓強。靜水壓強有平均壓強和點壓強之分。如果用F表示液體垂直的作用力，單位是牛頓(N)；用A表示與作用力，垂直的面積，單位是m。，根據(jù)定義，可以得到液體的靜壓強P的公式是 P =F / A帕 (N/m2),二、水力學基礎(chǔ)知識,壓強的單位 在我國法定計量單位中，壓強單位為帕斯卡(Pa)，1帕(Pa)=l牛頓/平方米(N/m2)。另外在水力學中，為了方便有時也用米水柱(mH20)高來表示壓強。 壓強

9、用液柱高度來表示，即液體的壓強等于液柱作用在它底部單位面積上的重力(重量)。 如果某液柱的密度是P，單位是Kg/m3；該液柱的底部面積是A，單位是m2；液柱高度是Z，單位是米。那么，該液體的體積是AZm3。，而質(zhì)量就是A Z kg。,二、水力學基礎(chǔ)知識,力學定律指出，物體的重力(重量)與其質(zhì)量的關(guān)系是： 質(zhì)量乘以重力加速度g，就是物體的重量，單位是N。所以，液柱重量就應(yīng)當是質(zhì)量AZP乘以g， 即 A Z pg，單位是N。 由定義，壓強P用液柱高度來表示： p= A Z g /A = Z g 可知：液體的壓強 p等于液柱的密度乘以液柱高度 Z，再乘以重力加速度g,二、水力學基礎(chǔ)知識,靜水壓強的兩

10、個重要特性 在研究液體靜壓強時，應(yīng)當先弄清如下兩一是液體靜壓強的方向與作用面垂直，并指向作用面； 二是水動力學液體任意點上各個方向的靜壓強相等。 靜水壓強方向與作用面的內(nèi)法線方向重合； 靜止液體中某點靜水壓強的大小與作用面的方位無關(guān)，同一點的不同方向靜水壓強大小均相等。,二、水力學基礎(chǔ)知識,重力作用下靜水壓強的分布規(guī)律 重點掌握以下四點： 設(shè)液面壓強為p0，均質(zhì)液體重度為y，則靜止液體內(nèi)某一點的壓強由式確定，下式是本節(jié)的重要公式之一 p=p0+h 式中：h為該點在液面以下的深度。 p0 為液面壓強 另外在壓強計算中還需掌握壓強的單位、絕對壓強、相對壓強、真空值、等壓面等概念。,二、水力學基礎(chǔ)知

11、識,絕對壓強、相對壓強、真空值 以絕對真空狀態(tài)作為起量點的壓強，稱為絕對壓強，以p表示；以當?shù)卮髿鈮鹤鳛槠鹆奎c的壓強稱目相對壓強，以p表示。兩者的關(guān)系為： p = p pa 絕對壓強p小于當?shù)卮髿鈮簭妏a的數(shù)值稱為真空值pv，即 pv = pa p,二、水力學基礎(chǔ)知識,測壓管高度、測壓管水頭及真空度 相對壓強用液柱高度表示，稱為測壓管高度(如圖)，即 h A = P A / 水力學上把任點A的相對壓強高度(即測壓管高度)與該點在基準面以上的位置高度之和稱為測壓管水頭 真空值用液柱高度表示，稱為真空度,二、水力學基礎(chǔ)知識,等壓面 液體中各點壓強相等的面稱為等壓面。 在重力作用下的靜止液體中，等壓

12、面是水平面，但一定是同種、連續(xù)液體。（a）連通容器中過1、2、3、4各點的水平面即等壓面；(b)中液體被閥門隔開(不連續(xù)的液體)；以(c)中一個水平面穿過兩種及以上不同介質(zhì)，則位于同一水平面上的各點壓強并不一定相等，因此水平面不一定是等壓面。等壓面概念常用于壓強的測量和計算中。,二、水力學基礎(chǔ)知識,(三)水動力學 1若干基本概念 包括以下基本概念： 過水斷面、流量和平均流速； 過水斷面 水斷面(簡稱斷面)是指流體運動時所通過的橫斷面，該斷面與流體運動方向垂直。過水斷面的形狀有圓形、矩形、梯形等。 流量 流量是指在單位時間內(nèi)流體通過過流斷面的體積或重力。前者稱體積流量，后者稱重力流量。,二、水力

13、學基礎(chǔ)知識,平均流速 在單位時間內(nèi)流體所移動的距離，稱為流速 由于黏性的影響，在過流斷面上各點的實際流速并不相同，但在工程上都是采用斷面上流速的平均值即平均流速來分析和解決流體運動問題的。平均流速是一個假想的流速，即假設(shè)過流斷面上各點的流速都相等，而按該流速計算出的流量就恰好等于實際流量。而事實上，過流斷面上有些點的實際流速比平均流速小，有些點的實際流速比平均流速大。,二、水力學基礎(chǔ)知識,元流和總流 過水面積無限小的流束稱為元流。 許多元流的有限集合體稱為總流。 有壓流與無壓流 *流體沿流程整個周界都與固體壁面接觸，而無自由表面，這種流動稱為有壓流或壓力流。自來水管道中的水流是有壓流動。 *流

14、體沿流程僅部分周界與固體壁面接觸，具有自由表面，與大氣相接觸，這種流動稱為無壓流或重力流。例如排水管、明渠與河道中的水流，都是無壓流動。,二、水力學基礎(chǔ)知識,恒定流與非恒定流 流體在運動過程中，其各點的流速和壓強不隨時間而變化，僅與空間位置有關(guān)，這種流動稱為恒定流；反之，流體各點的流速和壓強不僅與空間位置有關(guān)，而且還隨時間而變化，這種流動就稱為非恒定流。 例如當從水箱下部孔口泄水時，不斷向水箱充水，保持箱內(nèi)水位不變，即使泄水量與充水量相等，此時孔口泄流形狀、流速和壓強均不隨時間而變化，這就是恒定流。反之，不向水箱充水，在孔口泄水時，水位是不斷下降的，此時泄流形狀、流速和壓強都隨時間變化，這就是

15、非恒定流。,二、水力學基礎(chǔ)知識,均勻流與非均勻流 位于同一流線上各質(zhì)點的流速大小和方向都相同的液流稱為均勻流，這就要求液流邊界必須是直的，而且過水斷面形狀大小也都一致；反之，就是非均勻流。 在管流中均勻(或非均勻)流和恒定(或非恒定)流相互獨立，四種組合中的任何一種都有可能。例如流量不隨時間變化時，在直徑一致的長、直管段中的管流，是恒定均勻流，在漸擴管中的管流，是恒定非均勻流；當流量隨時間而變化時，就分別成為非恒定均勻流和非恒定非均勻流。在明渠流中，因為有自由表面，一般沒有非恒定的均勻流，只可能有恒定均勻流，這時液體質(zhì)點做勻速直線運動。至于非均勻流，則恒定和非恒定都會發(fā)生。,二、水力學基礎(chǔ)知識

16、,（以下省略） 理想液體恒定元流能量方程； 實際液體恒定元流能量方程。 污廢水管渠水力計算公式,三、污水泵房,(一)概述 污水泵房在污水處理系統(tǒng)中常被稱為污水提升泵房，其作用主要是將上游來水提升至后續(xù)處理單元所要求的高度，使其實現(xiàn)重力自流。 污水泵房的組成與分類： 它的工作特點是它所抽升的水是不干凈的，一般含有大量的雜質(zhì)，而且來水的流量隨時都在變化。 污水泵房的基本組成包括：機器間、集水池、格柵、輔助間。機器間內(nèi)設(shè)置水泵機組和有關(guān)的附屬設(shè)備,三、污水泵房,泵房分類： 按水泵啟動前能否自流充水分為自灌式泵房和非自灌式泵房。 按泵房的平面形狀，可以分為圓形泵房和矩形泵房。 按集水池與機器間的組合情

17、況，可分為合建式泵房和分建式泵房。 按照控制的方式又可分為人工控制、自動控制和遙控3類。,三、污水泵房,污水泵房的基本類型 污水泵房的類型取決于進水管渠的埋設(shè)深度、來水流量、水泵機組的型號與臺數(shù)、水文地質(zhì)條件以及施工方法等因素。 下面就幾種典型的污水泵房說明其優(yōu)缺點及使用條件。 合建式圓形污水泵房，裝設(shè)臥式水泵，自灌式工作。適合中、小型排水量，水泵不超過4臺。圓形結(jié)構(gòu)受力條件好便于采用沉井法施工，可降低工程造價，水泵啟動方便，易于根據(jù)吸水井中水位實現(xiàn)自動操作。 缺點是：機器間內(nèi)機組與附屬設(shè)備布置較困難。當泵房很深時，上下不便，且電動機容易受潮。由于電動機深入地下，需考慮通風設(shè)施，以降低機器間的

18、溫度。,三、污水泵房,合建式矩形污水泵房，裝設(shè)立式泵，自灌式工作。大型泵站用此類型較合適。水泵臺數(shù)為4臺或更多時，采用矩形機器間，在機組、管道和附屬設(shè)備的布置方面較為方便，啟動操作簡單，易于實現(xiàn)自動化。電氣設(shè)備置于上層，不宜受潮，操作管理條件良好。缺點是建造費用高。當土質(zhì)差，地下水位高時，因不利施工，不宜采用。,三、污水泵房,分建式污水泵房 當土質(zhì)差，地下水位高時，為了減少施工困難和降低工程造價，將集水池與機器間分開修建。為了減小機器問的地下部分深度，應(yīng)盡量利用水泵吸水能力，以提高機器間標高。分建式泵房的主要優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)上比合建式簡單，機器間沒有污水滲透和被污水淹沒的危險。它的最大缺點是要抽真

19、空啟動，為了滿足排水泵房來水的不均勻，啟動水泵較頻繁，給操作帶來困難,三、污水泵房,(二)污水泵房的工藝特點 1） 水泵的選擇 水泵的選擇考慮以下各項確定： 泵房設(shè)計流量的確定 按最高日污水量確定 泵房的揚程 泵的揚程可按下式計算： H = Hss + Hsd + hs + hd (m) 式中： Hss吸水地形高度(m)，為集水池內(nèi)最低水位與水泵軸線之際高差 Hsd壓水地形高度(m)，為水泵軸線與輸水最高點(壓水管出口處)之高差； hs和hd污水通過吸水管路和壓水管路中的水頭損失(包括沿程損失和局部損失)。,三、污水泵房,由于污水泵房一般揚程較低，局部損失占總是比重較大，所以不可忽略不計。 考

20、慮到污水泵在使用過程中因效率下降和管道中阻力增加而增加的能量損失，在確定水泵揚程時，可增大l2m安全揚程。,三、污水泵房,泵的選擇 工作泵可以選用總的要求是在滿足最大排水量的條件下，減少投資，節(jié)約電耗，運行安全可靠，維護管理方便。在可能的條件下，每臺水泵的流量最好相當于1/21/3的設(shè)計流量，并且以采用同型號水泵為好。這樣對設(shè)備的購置，設(shè)備與配件的備用，安裝施工，維護檢修都有利。但是從適應(yīng)流量變化和節(jié)約電能考慮，采用大小搭配較為合適。如選用不同型號的兩臺水泵時，則小泵的出水量不小于大泵出水量的1/3。污水泵房中，一般選用立式離心污水泵，當流量較大時，可選擇軸流泵。當泵房不太深時，也可選用臥式離

21、心泵。 為了保證泵房的正常工作，需要有備用機組和配件。如果泵房經(jīng)常工作的水泵不多于四臺，且為同一型號，則可只設(shè)一套備用機組；超過4臺時，除安設(shè)一套備用機組外，在倉庫中還應(yīng)存放一套。,三、污水泵房,確定集水池容積 污水泵房集水池的容積與進人泵房的流量變化情況、水泵的型號、臺數(shù)以及工作制度、泵房操作性質(zhì)、啟動時間等有關(guān)。 集水池的容積在滿足安裝格柵和吸水管的要求，保證水泵工作時的水力條件以及能夠及時將流入的污水抽走的前提下，應(yīng)盡量小些。因為縮小集水池的容積，不僅能降低泵房的造價，還可以減輕集水池污水中大量雜物的沉淀和腐化。 污水泵房集水池容積是根據(jù)工作水泵機組停車時啟動備用機組所需的時間來計算的。

22、一般可采用不小于泵房中最大一臺水泵5min出水量的體積。,三、污水泵房,機組與管道布置的特點 機組與管道的布置： 機組布置的特點； 機組布置的特點污水泵房中機組臺數(shù)，一般不超過34臺；而且污水房都是從軸向進水，一側(cè)出水，所以常采用并列的布置形式。 機組間距及通道大小，按有關(guān)設(shè)計規(guī)定。 為了減小集水池的容積，污水泵機組“開”“?！北容^頻繁。為此，污水泵常常采取自灌式工作。這時，吸水管上必須裝設(shè)閘門，以便檢修水泵。但是，采取自灌式工作，會使泵房埋深加大，增加造價。,三、污水泵房,管道的布置與設(shè)計 每臺水泵應(yīng)設(shè)置一條單獨的吸水管，這不僅改善了水利條件，而且可減少雜質(zhì)堵塞管道的可能性。 吸水管的設(shè)計流

23、速一般采用1.01.5m/s最低不得小于0.7m/s，以免管內(nèi)產(chǎn)生沉淀。吸水管很短時，流速可提高到2.0-2.5 m/s。 壓水管的流速一般不小于1.5 m/s；但兩臺獲兩臺以上水泵合用一條壓水管而僅一臺水泵工作時，其流速也不得小于0.7m/s，以免管內(nèi)產(chǎn)生沉淀。每臺水泵的壓水管上均裝設(shè)閘門。污水泵出口一般不裝設(shè)止回閥。,三、污水泵房,污水泵房中的輔助設(shè)備 *格柵； *水位控制器； *計量設(shè)備； *引水裝置； *反沖洗裝置； *排水設(shè)備； *采暖與通風設(shè)施； *起重設(shè)備。,三、污水泵房,格柵 格柵是污水泵房中最主要的輔助設(shè)備。格柵一般由一組平行的柵條組成，斜置于泵房集水池的進口處。 水位控制器 為適應(yīng)污水泵房水泵開停頻繁的特點，往往采用自動控制機組運行。自動控制機組自動停車的信號，通常是由水