城市排水设施规划

2.7　城市排水设施规划

2.7.1　排水泵站布置

当排水系统中需设置排水泵站时，泵站建设用地与建设规模、泵站性质、选址的水文地质条件、可想到的内部配套建(构)筑物布置的情况及平面形状、结构形式等因素有关。其用地指标宜按表2－8和表2－9合理选用。

表2－8　污水泵站规划用地指标　　m²·s/L

注:1．用地指标是按生产必需的土地面积。

2．污水泵站规模按最大秒流量计。

3．本指标未包括站区周围绿化带用地。

表2－9　雨水泵站规划用地指标　　m²·s/L

注:1．用地指标是按生产必需的土地面积。

2．雨水泵站规模按最大秒流量计。

3．本指标未包括站区周围绿化带用地。

4．合流泵站可参考雨水泵站指标。

排水泵站结合周围环境条件，应与居住、公共设施建筑保持必要的防护距离并进行绿化。防护距离的确定应根据泵站性质、规模、污染程度以及施工及当地自然条件等因素综合确定。

2.7.2　城市污水处理厂规划

1．污水的污染指标

污水的污染物可分为无机性和有机性两大类。无机性的有矿粒、酸、碱、无机盐类、氮磷营养物及氰化物、砷化物和重金属离子等。有机性的有碳水化合物、蛋白质、脂肪及农药、芳香族化合物、高分子合成聚合物等。污水的污染指标是用来衡量水在使用过程中被污染的程度，也称污水的水质指标。

1)生物化学需氧量(BOD)

城市污水中含有大量有机物质，其中一部分在水体中因微生物的作用而进行好氧分解，使水中溶解氧降低，至完全缺氧;在无氧时，进行厌氧分解，放出恶臭气体，水体变黑，使水中生物灭绝。由于有机物种类繁多，难以直接测定，所以采用间接指标表示。生物化学需氧量(BOD)就是一个反映水中可生物降解的含碳有机物的含量及排到水体后所产生的耗氧影响的指标。污水中可降解有机物的转化与温度、时间有关。为便于比较，—般以20℃时，经过5天时间，有机物分解前后水中溶解氧的差值称为5天20℃的生物需氧量，即BOD₅，单位通常用mg/L。BOD越高，表示污水中可生物降解的有机物越多。

2)化学需氧量(COD)

BOD只能表示水中可生物降解的有机物，并易受水质的影响，所以，为表示一定条件下，化学方法所能氧化有机物的量，采用化学需氧量(COD)。即高温、有催化剂及强酸环境下，强氧化剂氧化有机物所消耗的氧量。其单位为mg/L。化学需氧量一般高于生物化学需氧量。

3)悬浮固体(SS)

悬浮固体是水中未溶解的非胶态的固体物质，在条件适宜时可以沉淀。悬浮固体可分为有机性和无机性两类，反映污水汇入水体后将发生的淤积情况，其单位为mg/L。因悬浮固体在污水中肉眼可见，能使水浑浊，属于感官性指标。

4)pH值

酸度和碱度是污水的重要污染指标，用pH值表示。它对保护环境、污水处理及水工构筑物都有影响，生活污水呈中性或弱碱性，工业污水多呈强酸或强碱性。

5)氮和磷

氮和磷是植物性营养物质，会导致湖泊、海湾、水库等缓流水体富营养化，而使水体加速老化。生活污水中含有丰富的氮、磷，某些工业废水中也含大量氮、磷。

6)有毒化合物和重金属

这类物质对人体和污水处理中的生物都有一定的毒害作用。如氰化物、砷化物、汞、镉、铬、铅等。

7)感官性指标

城市污水呈现一定的颜色、气味，将降低水体的使用价值，也使人在感官上产生不愉快的感觉。温度升高也是水体污染的一种形式，会使水中溶解氧含量降低，所含的毒物加强，破坏鱼类的正常生活环境。

2．污水性质及排放标准

污水的性质取决于其成分，不同性质的污水反映出不同的特征。城市污水由生活污水和部分工业废水组成。

生活污水含有碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物，具有一定的肥效，可用于农用灌溉。生活污水一般不含有毒物质，但含有大量细菌和寄生虫卵，其中也可能包括致病菌，具有一定危害。生活污水的成分比较固定，只是浓度随生活习惯、生活水平有所不同。

生产污水的成分主要取决于生产过程中所用的原料和工艺情况，所含成分复杂多变，多半具有危害性。各工厂的污水情况要具体分析。

污水排放标准主要有《污水综合排放标准》(GB8978)、《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082)、《城市污水处理厂污水污泥排放标准》(CJ3025)及《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918)等。

3．污水处理技术概述

污水处理技术，就是采用各种方法将污水中所含有的污染物分离出来，或将其转化为无害和稳定的物质，从而使污水得到净化。

现代的污水处理技术，按其作用原理可分为物理法、化学法和生物法3类。

1)物理法

污水的物理处理法，就是利用物理作用，分离污水中主要呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变其化学性质。属于物理法的处理技术有以下几种。

(1)沉淀(重力分离)。利用污水中的悬浮物和水的相对密度不同的原理，借重力沉降(或上浮)作用，使其从水中分离出来。沉淀处理设备有沉砂池、沉淀池及隔油池等。

(2)筛滤(截留)。利用筛滤介质截留污水中的悬浮物。筛滤介质有钢条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等。属于筛滤处理的设备有格栅、微滤机、砂滤池、真空滤机、压滤机(后两种多用于污泥脱水)等。

(3)气浮。此法是将空气打入污水中，并使其以微小气泡的形式由水中析出，污水中比重近于水的微小颗胶状的污染物质(如乳化油等)黏附到空气泡上并随气泡上升至水面，形成泡沫浮渣而去除。根据空气打入方式的不同，气浮处理设备有加压溶气气浮法、叶轮气浮法和射流气浮法等。为了提高气浮效果，有时需向污水中投加混凝剂。

(4)离心与旋流分离。利用悬浮固体和废水质量不同造成的离心力不同，让含有悬浮固体或乳化油的废水在设备中高速旋转，结果质量大的悬浮固体被抛甩到废水外侧，使悬浮体与废水分别通过不同排出口得以分离。旋流分离器有压力式和重力式两种。

(5)反渗透。用一种特殊的半渗透膜，在一定的压力下，将水分子压过去，而溶解于水中的污染物质则被膜所截留，污水被浓缩，而被压透过膜的水就是处理过的水。反渗透法是膜分离技术的一种，属于膜分离技术的还有电渗析、渗析等。

属于物理法的污水处理技术还有蒸发等。

2)化学法

污水的化学处理法，就是通过投加化学物质，利用化学反应作用来分离、回收污水中的污染物，或使其转化为无害的物质。属于化学处理法的有以下几种。

(1)混凝法。水中呈胶体状态的污染物质，通常都带有负电荷，胶体颗粒之间互相排斥形成稳定的混合液，若向水中投加带有相反电荷的电解质(即混凝剂)，可使污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，失去稳定性，并在分子引力作用下，凝聚成大颗粒而下沉。这种方法用于处理含油废水、染色废水、洗毛废水等，其可以独立使用也可以和其他方法配合，作预处理、中间处理、深度处理工艺等。常用的混凝剂则有硫酸铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等。

(2)中和法。用于处理酸性废水或碱性废水。向酸性废水中投加碱性物质如石灰、氢氧化钠、石灰石等，使废水变为中性。对碱性废水可吹入含有CO₂的烟道气进行中和，也可用其他酸性物质进行中和。

(3)氧化还原法。废水中呈溶解状态的有机或无机污染物，在投加氧化剂或还原剂后，由于电子的迁移，而发生氧化或还原作用，使其转变为无害的物质。常用的氧化剂有空气、纯氧、漂白粉、氯气、臭氧等，氧化法多用于处理含酚、氰废水。常用的还原剂则有铁屑、硫酸亚铁、亚硫酸氢钠等，还原法多用于处理含铬、含汞废水。

(4)电解法。在废水中插入电极并通以电流，则在阴极板上接受电子，在阳极板放出电子。在水的电解过程中，在阳极上产生氧气，在阴极上产生氢气。上述综合过程使阳极上发生氧化作用，在阴极上发生还原作用。目前，电解法主要用于含铬及含氰废水。

(5)吸附法。将污水通过固体吸附剂，使废水中的溶解性有机污染物吸附到吸附剂上，常用的吸附剂为活性炭、硅藻土、焦炭等。此法可吸附废水中的酚、汞、铬、氰等有毒物质。此法还有脱色、脱臭等作用。一般也用于深度处理。

(6)离子交换法。使用离子交换剂，其每吸附一个离子，也同时释放一个等当量的离子。常用的离子交换剂有无机离子交换剂(沸石)和有机离子交换树脂。离子交换法在废水处理中应用广泛。

(7)化学沉淀法。通过向废水中投加化学药剂，使之与要除去的某些溶解物质反应，生成难溶盐沉淀下来。此法多用于处理含重金属离子的工业废水。

(8)电渗析法。通过—种离子交换膜，在直流电作用下，废水中的离子朝相反电荷的极板方向迁移，阳离子能穿透阳离子交换膜，而被阴离子交换膜所阻;同样，阴离子能穿透阴离子交换膜，而被阳离子交换膜所阻。污水通过由阴、阳离子交换膜所组成的电渗析器时，污水中的阴、阳离子就可以得到分离，达到浓缩和处理的目的。此法可用于酸性废水回收、含氰废水处理等。

属于化学法处理技术的还有汽提法、吹脱法和萃取法等。

3)生物法

污水的生物处理法，就是利用微生物新陈代谢功能，使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质，使污水得以净化，属于生物处理法的工艺有以下几种。

(1)活性污泥法。这是目前使用很广泛的一种生物处理法。将空气连续鼓入曝气池的污水中，经过一段时间，水中即形成繁殖有大量好氧性微生物的絮凝体————活性污泥，活性污泥能够吸附水中的有机物，生活在活性污泥上的微生物以有机物为食料，获得能量并不断生长增殖，有机物被去除，污水得以净化。

从曝气池流出的并含有大量活性污泥的污水————混合液，经沉淀分离，水被净化排放，沉淀分离后的污泥作为种泥，部分地回流曝气池。

活性污泥法自出现以来，经过不断演变，出现了各种活性污泥的方法，但其原理和工艺过程没有根本性的改变。

(2)生物膜法。使污水连续流经固体填料(碎石、炉渣或塑料蜂窝)，在填料上就能够形成污泥状的生物膜，生物膜上繁殖着大量的微生物，能够起到与活性污泥同样的净化作用，吸附和降解水中的有机污染物，从填料上脱落下来的衰死生物膜随污水流入沉淀池，经沉淀池被澄清净化。

生物膜法有多种处理构筑物，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化以及生物流化床等。

(3)自然生物处理法。利用在自然条件下生长、繁殖的微生物处理污水，形成水体(土壤)—微生物—植物组成的生态系统对污染物进行一系列的物理、化学和生物的净化。生态系统可对污水中的营养物质充分利用，有利于绿色植物生长，实现污水的资源化、无害化和稳定化。该法工艺简单、费用低、效率高，是一种符合生态原理的污水处理方式。但容易受自然条件影响，占地较大。主要有稳定塘、水生植物塘、水生动物塘、湿地、土地处理系统及上述工艺的组合系统。

稳定塘利用塘水中自然生长的微生物(好氧、兼性和厌氧)分解废水中的有机物。而由在塘中生长的藻类的光合作用和大气复氧作用向塘中供氧。其生化过程与自然水体净化过程相似。稳定塘按微生物反应类型分为好氧塘、兼性塘、厌氧塘、曝气塘等。土地处理是以土地净化为核心，利用土壤的过滤截留、吸附、化学反应和沉淀及微生物的分解作用处理污水中的污染物。农作物可充分利用污水中的水分和营养物。污水灌溉是一种土地处理方式。

(4)厌氧生物处理法。利用兼性厌氧菌在无氧的条件下降解有机污染物。主要用于处理高浓度、难降解的有机工业废水及有机污泥。主要构筑物是消化池，近年来开发了厌氧滤池、厌氧转盘、上流式厌氧污泥床、厌氧流化床等高效反应装置。该法能耗低且能产生能量，污泥产量少。

4)污泥的处置利用

污泥是污水处理的副产品，有相当大的产量。污泥含有水分和固体物质，主要是所截留的悬浮物质及经过处理后的胶体物质和溶解物质所转化而来的产物。污泥聚集了污水中的污染物，还含有大量细菌和寄生虫卵，所以必须经过适当处理，防止二次污染。现在大量未经稳定处理的污泥，已成为城市污水处理厂的沉重负担和环境污泥的极大威胁。在城市给水排水规划工程中，必须考虑污泥的出路，减少污泥对环境的污染。

4．污水处理工艺流程的选择

污水处理厂的工艺流程是指在保证处理水达到所要求的处理程度的前提下，所采用的污水处理技术和污泥处理技术各单元的有机组合。污水处理工艺流程选定主要以下列各项因素作为依据。

1)污水的处理程度

污水的处理程度是污水处理工艺流程选定的主要依据，而污水的处理程度又主要取决于处理水的出路和去向。当处理水排放水体时，污水处理程度根据当地环境保护部门对该水体规定的水质标准进行确定。当处理水回用时，无论回用的途径是城市景观水域的补给水还是农业灌溉，在进行深度处理之前，城市污水必须经过完整的二级处理。

2)原污水的水量与污水流入工况

除水质外，原污水的水量也是选定处理工艺需要考虑的因素，水质、水量变化较大的原污水，应考虑设调节池或事故贮水池，或选用承受冲击负荷能力较强的处理工艺。

3)当地的各项条件

当地的地形、气候等自然条件，原材料、电力供应等也对污水处理工艺流程的选定具有一定的影响。例如，当地拥有农业开发利用价值不大的旧河道、洼地、沼泽地等，就可以考虑采用稳定塘、土地处理等污水的自然生物处理系统。在寒冷地区应当采取适当的技术措施后，在低温季节也能够正常运行，并保证取得达标水质的工艺，而且处理构筑物都建在露天，以减少建设与运行费用。

4)工程造价与运行费用

减少占地面积是降低建设费用的重要措施，对污水处理厂的经济效益和社会效益有着重要的影响。

以原污水的水质、水量及其他自然状况为已知条件，以处理水应达到的水质指标为制约条件，以处理系统最低的总造价和运行费用为目标函数，建立三者之间相互关系的数学模型，即可确定适合的污水处理工艺。

此外，工程施工的难易程度和运行管理需要的技术条件也是选定处理工艺流程需要考虑的因素。

图2－21为城市污水处理厂的典型流程。

图2－21　城市污水处理厂典型流程

5．城市污水处理厂的选址及用地指标

污水处理厂的作用是对生产或生活污水进行处理，以达到规定的排放标准，使之无害于环境。污水处理厂应布置在排水系统下游方向的尽端。一个城市通常建有几个污水处理厂。

选择污水处理厂的用地时，应考虑以下几个问题。

(1)污水处理厂应设在地势较低处，便于城市污水汇流入厂内。其位置应靠近河道，最好布置在城市水体的下游，这样既便于排出处理后的污水，又不致污染城市附近的水面。但要考虑到可能被洪水淹没的问题。

(2)污水处理厂用地的水文地质条件须能满足构筑物的要求，地形宜有一定的坡度，有利于污水、污泥自流。

(3)处理厂应设在城市常年最多风向的下风地带并与城市居住区边缘保持一定的卫生防护地带。卫生防护地带一般考虑采用300m;经处理后的水如用于农田灌溉时，最好保持500～1000m。

(4)污水处理厂不宜设在雨季容易被水淹没的低洼之处。靠近水体的污水处理厂，厂址标高一般应在20年一遇洪水位以上，不受洪水威胁。

(5)处理厂应有两个供电电源。

(6)选择处理厂厂址时，还要为城市发展和污水厂本身发展留有足够的备用地。污水处理厂面积与污水量及处理方法有关。表3－10所列为各种污水量不同处理方法的污水厂所需的用地面积，作为估算面积时参考。对于丘陵地区，表中所列面积数据偏低，可增加50%～100%。

表2－10　城市污水处理厂规划用地指标　　m²· d/m³

注:1．用地指标按生产必须的土地面积计算。

2．本指标未包括厂区周围绿化带用地。

3．处理级别以工艺流程划分。一级处理工艺流程大体为泵房、沉砂、沉淀及污泥浓缩、干化处理等。二级处理(一)，其工艺流程大体为泵房、沉砂、初次沉淀、曝气、二次沉淀及污泥浓缩、干化处理等。二级处理(二)，其工艺流程大体为泵房、沉砂、初次沉淀、曝气、二次沉淀、消毒及污泥提升、浓缩、消化、脱水及沼气利用等。

4．本用地指标不包括进厂污水浓度较高及深度处理的用地，需要时可视情况增加。

2.7.3　城市废水受纳体的选择

城市废水受纳体应是接纳城市雨水和达标排放污水的地域，包括水体和土地。受纳水体应是天然江、河、湖、海和人工水库、运河等地面水体。受纳土地应是荒地、废地、劣质地、湿地以及坑、塘、淀洼等。

选择城市废水受纳体应符合污水受纳水体应符合经批准的水域功能类别的环境保护要求，现有水体或采取引水增容后水体应具有足够的环境容量。雨水受纳水体应有足够的排泄能力或容量。

当污水排入水体后，在一定范围内，水体具有净化水中污染物质的能力，称为水体自净。水体自净过程很复杂，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入污染物质的浓度，随着时间的推移在向下游流动的过程中自然降低。从外观看，河流受生活污水污染后，河水变浑，有机物和细菌含量增加，水质下降;随着水流离管道出水口越来越远，河水逐渐变清，有机物和细菌恢复到原有状态。

必须指出，水体自净有一定的限度，即水环境对污染物质都有一定的承受能力，叫水环境容量。如果水体承纳过多污水，则会破坏水体自净能力，使水体变得黑臭。随着城镇区域化发展，对一条河流、已无所谓上游、下游，因为对一个城市来说河流的下游会成另一个城市的上游。由于污水的不断排放，整条河流始终处于污染状态。所以，进行城市总体规划和给水排水工程规划时一定要充分考虑环境容量，并从整个区域来处理水污染控制问题。

受纳土地应具有足够的容量，同时不应污染环境、影响城市发展及农业生产。城市废水受纳体宜在城市规划区范围内或跨区选择，应根据城市性质、规模和城市的地理位置、当地的自然条件，结合城市的具体情况，经综合分析比较确定。

根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的处理工艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。

一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执行一级标准的A标准。城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水Ⅲ类功能水域(划定的饮用水水源保护区和游泳区除外)、GB3097海水二类功能水域时，执行一级标准的B标准;排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭或半封闭水域时，执行一级标准的A标准。城镇污水处理厂出水排入GB3838地表水Ⅳ、Ⅴ类功能水域或GB3097海水三、四类功能海域，执行二级标准。非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件和水污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准。但必须预留二级处理设施的位置，分期达到二级标准。