內蒙古某市排水工程給排水畢業(yè)設計說明書.doc

內蒙古工業(yè)大學本科畢業(yè)設計說明書引 言隨著城市和工業(yè)的飛速發(fā)展，污、廢水的排放量與日劇增。據統(tǒng)計資料，我國城市污水的年排放量已達400多億立方米，但在我國680多個城市中，僅有200多座在建和建成的污水處理廠，并且集中在近100個城市中。污水的大量排放，導致了水環(huán)境的污染和水資源可利用性的降低。城市污水、工業(yè)污水和農業(yè)面源污染致使我國城市水域90%受到污染，所以城市水質型水資源危機是我國普遍存在的現象。隨著社會和經濟的不斷發(fā)展，城市污水和廢水量會不斷的增加，污水處理就顯得尤為重要了。我國水資源短缺已經是一個不爭的事實，也引起了國家對污水治理的重視，并相應的出臺了一系列的政策，必須向建設節(jié)水型工農業(yè)、節(jié)水型城市、節(jié)水型社會的方向發(fā)展。這也在一定程度上促進了一些先進的處理工藝的誕生， 可以實現污水的再利用，實現水體的循環(huán)利用，水的循環(huán)利用不僅能減少向天然水體取水的數量，緩解水資源短缺，并且也減少了向天然水體排放污水的數量，減少了對水環(huán)境的污染。城市排水工程對于保護環(huán)境，促進工農業(yè)生產，保障人民健康都具有十分重要的意義。第一章 排水工程概況1.1 設計題目內蒙古自治區(qū)h市排水工程設計1.2 設計目標以培養(yǎng)工程師基本素質為中心，通過畢業(yè)設計的教學環(huán)節(jié)，使學生具備一些基本的工程知識：（1）調查研究、收集資料和閱讀中外文文獻的能力；（2）方案的技術、經濟、環(huán)境、社會等諸方面的綜合分析論證能力；（3）一定的理論分析與設計運算能力；（4）良好的計算機操作及應用（繪圖、方案論證、技術優(yōu)化等）能力；（5）熟悉并掌握與工程建設有關的標準和規(guī)范；（6）工程制圖及編寫說明書的能力。1.3 設計任務（1）排水管網的擴初設計；（2）排水泵站工藝設計，含部分工藝施工圖設計；（3）污水處理工藝設計，含部分單體構筑物的工藝施工圖設計；（4）污泥處理工藝設計，含部分單體構筑物的工藝施工圖設計；（5）平面布置及高程計算。1.4 基本要求（1）通過閱讀中外文文獻，調查研究與收集有關的設計資料，確定合理的污水處理工藝流程，進行各個構筑物的水力計算，經過技術與經濟分析，選擇合理的設計方案。（2）設計說明書應包括污水處理工程設計的主要原始資料，污水管道計算、污水處理程度計算、污水處理廠計算、排水總泵站計算，附有必要的計算簡圖，設計說明書要求內容完整，計算準確，文理通順、書寫工整，一般應在3.55.5萬字左右，應有300字左右的中英文說明書摘要，編寫格式參照內蒙古工業(yè)大學本科生畢業(yè)設計（論文）模板及表格（修訂）；（3）畢業(yè)設計圖紙應準確地表達設計意圖,圖面力求布置合理、正確、清晰，符合工程制圖要求，圖紙不少于10張（按1號圖紙計），有35張圖紙采用計算機繪制，至少有3張圖紙應基本達到施工圖圖紙深度；（4）設計中建議對有能力的學生進行某一專題或某一設計部分進行深入的計算，培養(yǎng)學生的獨立工作、善于思考的能力。1.5 設計原始資料1.5.1 地形與城市規(guī)劃資料（1）城市地形與總規(guī)劃圖一張；（2）城市各區(qū)人口密度與居住區(qū)生活污水量標準：l 城市各區(qū)的人口密度均按 380人/公頃 計算；l 污水量標準按 120l/人 計算；（3）屋面各類路面比例（%）：各種屋面混凝土與瀝青路面碎石路面非砌石路面綠地2035151515（4）工業(yè)、企業(yè)與公共建筑的排水量和水質資料：公共建筑名稱平均排水量m3/d最大排水量m3/hssmg/lcodmg/lbod5mg/lph水溫tn mg/la廠50004503006002908.32320b廠3800200100012008007.82235（5）生活污水水質資料：ss mg/lcod mg/lbod5 mg/lph水溫 總氮 mg/l氨氮mg/l2204002657.81535301.5.2 氣象資料（1）氣溫資料：年平均氣溫 12月平均氣溫 19年最高氣溫 32月最高氣溫 28年最低氣溫 -18月最低氣溫 -13-10以下天數 d600以下天數 d100降雨量 mm/n300蒸發(fā)量 mm/n270（2）常年主導風向：見風玫瑰圖，最大風速3m/s ；（3）設計暴雨強度公式及參數： 。（4） 地質資料土壤性質冰凍深度（m）地下水位（m）承載力（mpa）2m以上為粘土2m以下以沙土為主1.27.0正常1.6 設計步驟1.6.1排水量計算1確定排水量標準，計算城市最高日排水量、居民最高日生活排水量、工廠最高日生產排水量、未預見排水量，即可得該城市最高日設計排水量；2計算城市最高日最大時的排水量，設計流量；3計算城市平均日平均時的排水量，平均流量；1.6.2 排水管網水力計算1排水方案、排水體制的選擇；2排水區(qū)域劃分、排水管網定線；3劃分設計管段，確定管段的設計流量；4管道的水力計算；5根據計算結果繪制管網平面布置圖；1.6.3污水處理程度計算1城市生活水和工業(yè)廢水綜合后的水質情況；2根據污水排放口的出水水質要求計算懸浮物ss、生化需氧量bod5、cod、氮和磷的處理程度。出水水質要求如下：ss 30 mg/l，codcr 120 mg/l，bod5 30 mg/l，tn 15 mg/l，tp 8 mg/l1.6.4 污水廠設計計算1根據地形、氣象、水文等原始資料，考慮城市總體規(guī)劃、污水的再生利用與環(huán)境影響等因素，通過技術經濟比較選擇適宜的廠址和處理方案，并加以說明；2確定各處理構筑物的設計流量；3確定各構筑物的形式和數目，根據確定的污水廠位置，初步進行污水廠的平面布置和高程布置，在此基礎上確定構筑物的形狀，有關尺寸和安裝位置等；4進行各構筑物的設計計算，訂出各構筑物和各主要構件的尺寸；5繪制出各構筑物的具體尺寸，確定各構筑物在平面布置上的確切位置，最后完成平面布置，確定各構筑物之間連接管道的位置、管徑、長度、材料及附屬設施，最后確定污水廠的高程布置；1.6.5泵站工藝設計計算泵站位置選擇和構造形式、主要尺寸、設備型號與數量、技術性能說明、水泵工作點計算和流量、揚程復核等計算、集水井的面積、平面尺寸、有效深度、進水格柵計算等，要求畫出水泵特性曲線與管路特性曲線。第二章 城市排水管網設計2.1排水工程的意義和特點2.1.1排水工程的意義我國地地域遼闊，小城鎮(zhèn)占地面積很大，基礎設施薄弱，尤其是小城鎮(zhèn)排水工程發(fā)展緩慢，許多小城鎮(zhèn)的排水一般是明溝，下雨時易堵塞造成滿街亂流，基于有些地方連明溝也沒有，污水四溢，嚴重地影響了環(huán)境衛(wèi)生和人民生活水平的提高。搞好小城鎮(zhèn)排水工程的規(guī)劃，對保證工農業(yè)生產，改善居民的居住環(huán)境，防止水體遭受污染，加速小城鎮(zhèn)現代化建設都具有重大的意義。2.1.2排水的特點小城鎮(zhèn)排水工程是隨著小城鎮(zhèn)工農業(yè)發(fā)展和人民生活的提高而逐步建立起來的，是社會發(fā)展的必然趨勢。1.小城鎮(zhèn)排水中主要是排除生活污水，小部分生產污水及雨水。由于小城鎮(zhèn)居民居住分散，工業(yè)企業(yè)規(guī)模較小，也較分散，所以小城鎮(zhèn)排水具有分散性。2.小城鎮(zhèn)居民大多數從事同一生產活動，生活規(guī)律基本相同，用水時間相對一致，其污水排放時間也較集中。3.小城鎮(zhèn)周圍一般有許多池塘和土地，因此可以采取氧化塘或土地處理系統(tǒng)進行污水處理。4.小城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)建設要結合當地經濟發(fā)展條件，注意節(jié)約投資。在資金不足的情況下，可采取分期建設，使其逐步趨于完善。2.2城市排水方案確定排水體制一般分合流排水系統(tǒng)和分流排水系統(tǒng)兩種類型：1）合流制排水系統(tǒng)該系統(tǒng)是將生活污水、工業(yè)廢水和雨水混合在同一個管渠內排除的系統(tǒng)。目前廣泛采用的是截流式合流制排水系統(tǒng)。2）分流制排水系統(tǒng)該系統(tǒng)是將生活污水、工業(yè)廢水和雨水分別在兩個或兩個以上各自獨立的管渠內排除的系統(tǒng)。由于排除雨水方式的不同，分流制排水系統(tǒng)又分為完全分流制（具有污水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)）和不完全分流制（只具有污水排水系統(tǒng)）排水系統(tǒng)。 從環(huán)境保護方面來看，采用截流式合流制的城市，水體仍然遭受污染，甚至達到不能容忍的程度。采用分流制的城市，初雨徑流未加處理就直接排入水體，會對城市水體造成污染。盡管如此，分流制較靈活，以適應社會發(fā)展的需求，一般又能符合城市衛(wèi)生的要求，所以在國內外獲得了較廣泛的應用。 從造價方面來看，分流制可保持管內的流速，排水管道的造價較合流制高，但污水廠及泵站造價較合流制低。 從維護管理方面來看，合流制排水系統(tǒng)污水廠的運行管理較復雜，而分流制系統(tǒng)可保持管內流速，不致發(fā)生沉淀，且流入污水廠的水量和水質變化小，污水廠的運行易于控制。本設計為內蒙古自治區(qū)h市，有a、b兩家工廠。排水管網的設計主要包括二個方面：污水管網設計計算，雨水管網設計計算。該市地處北方，降雨主要集中在夏秋兩季，此次設計采用分流制排水系統(tǒng)。從環(huán)境保護，工程造價及維護管理等各個方面的因素考慮，選擇完全分流制的排水體制，即分別設置污水排水系統(tǒng)和雨水排水系統(tǒng)，污水排放到污水處理廠統(tǒng)一處理，雨水通過收集直接排入到河流中。2.3污水管網定線2.3.1污水管網布置原則1）按照城市總體規(guī)劃，結合當地實際情況布置排水管網，要進行多方案技術經濟比較；2）先確定排水區(qū)域和排水體制，然后布置排水管網，應按從干管到支管的順序進行布置；3）充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并使管線最短和埋深最小；4）協(xié)調好與其他管道，電纜和道路等工程的關系，考慮好與企業(yè)內部管網的銜接；5）規(guī)劃時要考慮到使管渠的施工，運行和維護方便；6）遠近期規(guī)劃相結合，考慮發(fā)展，盡可能 安排分期實施。2.3.2污水管網定線原則其主要內容有：確定排水區(qū)域，劃分排水流域；選擇污水廠和出水口的位置；擬定污水干管及主干管的路線；確定需要提升的排水區(qū)域和設置泵站的位置等。平面布置得正確合理，可為設計間段奠定良好的基礎，并使整個排水系統(tǒng)的投資節(jié)省。污水管道平面布置，一般按先確定主干管，再定干管，最后定支管的順序進行。應盡可能地在管線較短和埋深較小的情況下，讓最大區(qū)域的污水能夠自流排出。為實現這一原則，定線時通?？紤]的因素是：1）地形和豎向規(guī)劃；2）排水體制和線路數目；3）污水廠和出水口位置；4）水文地質條件；5）道路寬度；6）地下管線及構筑物位置；7）工業(yè)企業(yè)和產生大量污水的建筑物分布情況；本設計由于地形向城市一邊傾斜。定線時充分利用地形趨勢來順坡排水。采用主干管與等高線垂直，干管與等高線平行。2.3.3污水管線選擇比較管道系統(tǒng)布置符合地形趨勢，一般為順坡排水，取短捷線路。每段管道均劃分適宜的服務面積。匯水面積劃分除依據明確的地形外，在平坦地區(qū)要考慮各毗鄰系統(tǒng)的合理分擔。在設計中盡量避免或減少管道穿越不易通過的地帶和構筑物，如高地，基巖，基地土質不好的地帶，河道，鐵路，地下管道，人防工事等。安排好控制點的高程。一方面應根據豎向規(guī)劃，保證匯水面積內個點的水都能排出，并考慮發(fā)展，在埋深上適當留有余地；一方面應避免因照顧個別控制點而增加全線管道的埋深。在進行雨水管渠的系統(tǒng)規(guī)劃時，應綜合考慮城市地形和雨水管渠系統(tǒng)的布置原則，盡量采用重力流最短距離就近排至河流。2.3.4布置方案的選擇 根據管道定線原則及城區(qū)實際情況，設計初步考慮兩套方案。管道的布置方案應在同等條件和深度下進行技術經濟比較，選擇一最佳方案。兩個方案的污水管道系統(tǒng)都采用截流式布置。 方案一：由于城鎮(zhèn)地形東西高程變化大，而南北高程變化小，考慮風向為西北風，河流處于城市南部方向自西向東。所以污水廠及出水口設在城市東南面，使所有污水盡量靠重力排出。主干管盡量平行于河流布置，干管盡量垂直于河流布置。 方案二：相對方案一作了較大的改動。水廠改在更靠近河下游位置， 管段增多。主干管垂直于河流布置，干管平行于河流布置，在布置雨水干管時和雨水干管交叉。管線較密，工程造價較高。所以選擇方案一。2.4污水設計流量的確定污水管道及附屬構筑物能確保通過的污水最打流量稱為污水設計流量。進行污水管道系統(tǒng)設計時采用最大日最大時流量，為設計流量，其單位為l/s。2.4.1.居住區(qū)生活污水設計流量 （2-1）式中： 居住區(qū)生活污水設計流量（l/s）;居住區(qū)生活污水定額l/(人d);設計人口數；生活污水量總變化系數 （2-2） （2-3）居住區(qū)生活污水設計流量為： （2-4）2.4.2、工業(yè)企業(yè)生活污水及淋浴污水的設計流量工廠a: 工廠b： （2-5）2.4.3、公共建筑污水設計流量2.4.4、城市污水總設計流量污水的總設計流量是居住區(qū)生活污水、工業(yè)企業(yè)生活污水、和工業(yè)廢水設計流量、未預見水量四部分組成，因此，根據排水管網計算結果 （2-6） 2.5 污水管網水力計算2.5.1水力計算的基本公式污水管道水力計算的目的，在于合理、經濟的選擇管道斷面尺寸、坡度和埋深。排水管道的水力計算中采用均勻流公式。流量公式 （2-7）流速公式 （2-8）式中 流量（）；過水斷面面積（）流速（）水力半徑（過水斷面面積與濕周的比值）（）水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）流速系數值一般按曼寧公式計算，即： （2-9）將公式（3-1）和（3-2）和（3-3）聯立得： （2-10）式中：管壁粗糙系數。根據室外排水設計規(guī)范（gb50014-2006），該值根據管渠材料而定，混凝土和鋼筋混泥土污水管道的管壁粗糙系數一般采用0.014.2.5.2污水管道水力計算的設計參數根據室外排水設計規(guī)范（gb50014-2006），設計參數要求如下所訴。1設計充滿度在設計流量下，污水在管道中的水深h和管道直徑d的比值為設計充滿度，當h/d=1時稱為滿流；當h/d1時稱為非滿流。污水管道的設計按非滿流進行設計，其最大設計充滿度的依據室外排水設計規(guī)范（gb50014-2006）, 2設計流速污水在管內流動緩慢時，污水中所含雜質可能下沉，產生淤積；當污水流速增大時，可能產生沖刷現象，甚至損壞管道。為了防止管道中產生淤積或沖刷，設計流速不宜過小或過大，應在最打和最小設計流速圍之內。最小設計流速是保證管道內不致發(fā)生淤積的流速。這一最低的限值與污水中所含懸浮物的成分和粒度有關；與管道的水力半徑，管壁的粗糙系數有關。從實際運行情況看，流速是防止管道中污水所含懸浮物沉淀的重要因素，但不是唯一的因素。引起污水中懸浮物沉淀的覺得因素是充滿度，即水深。一般小管道水量變化大，水深變小時就容易產生沉淀。大管道水量大、動量大，水深變化小，不易產生沉淀。因此不需要按管徑大小分別規(guī)定最小設計流速。根據國內污水管道實際運行情況的觀測數據并參考國外經驗，污水管道的最小設計流速定為0.6m/s。含有金屬、礦物困提或重油雜質的生產污水管道，其最小設計流速宜適當加大。最大設計流速是保證管道不被沖刷損壞的流速。改值與管道材料有關，通常的最大設計流速為10m/s，非金屬管道的最大設計流速為5m/s。3最小管徑為了養(yǎng)護工作的方便，常規(guī)定一個允許的最小管徑。在街區(qū)和常去內最小管徑為200mm，在街道下為300mm。在進行管道水力計算時，上游管道由于服務的排水面積小，因而設計流量小，按此流量計算得出的管徑小于最小管徑，此時就采用最小管徑值。4設計坡度在污水管道系統(tǒng)設計時，通常使管道埋設坡度與設計地區(qū)的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速應等于或大于最小設計流速，以紡織管道內產生沉淀。這一點在地勢平坦或管道走向與地面坡度相反時尤為重要。因此，將相應于管內流速為最小設計流速時的管道坡度叫做最小設計坡度。當在給定設計充滿度條件小，管徑越大，相應的最小設計坡度值也就越小。具體規(guī)定是：管徑200mm的最小設計坡度0.004；管徑300mm的設計坡度0.003。5污水管道的埋設深度污水管網占污水工程總投資的一多半，因此，合理地確定管道埋深對于降低工程造價是十分重要的。在土質較差、地下水位較高的地區(qū)，若能設法減小管道埋深，對于降低工程造價尤為明顯。管道埋深深度主要考慮以下兩點：1）、覆土厚度：指管道外壁頂部到地面的距離2）、埋深深度：指管道內壁底到地面的距離污水管道的最小覆土厚度，應滿足下手三個因素：1）、必須防止管道內污水冰凍和因土壤凍脹而損壞管道。根據規(guī)范規(guī)定，排水管道埋深在冰凍線以下。當該地區(qū)或條件相似的去有乾埋經驗或此案去相應措施時，也可以埋設在冰凍線以上。2)、必須反正管道因地面荷載而受到破壞。管頂最小覆土深度宜為：人行道下0.6m,車行道下0.7m。3)、必須滿足街區(qū) 污水連接管銜接的要求。污水出戶管的最小埋深一般采用0.5-0.7m，所以街坊污水管道起點最小埋深也應有0.6-0.7m。故街道污水管網起端的最小埋深h按下式計算： （2-11）式中： 街道污水管網起點的最小埋深，（m）；街區(qū)污水管起點的最小埋深，（m）；街道污水管起點檢查井處地面標高，（m）；街區(qū)污水管起點檢查井處地面標高，（m）；街區(qū)污水管和連接支管的坡度，（m）；街坊污水管和連接支管總長度，（m）連接支管和街道污水管的管底標高差（m）。 在施工過程中，若埋深過大，不僅增加工程投資，而且增大施工難度。因此，在設中需擬定最大埋深。一般干燥土壤78m，在多水、流砂、石灰?guī)r中5m。從以上三個因素出發(fā)，可以得到三個不同的管底埋深。從這三個數值中選最大的設計深度。6污水管道的銜接污水管道在管徑、坡度、高程、方向發(fā)生變化及支付接入的地方都需要設置檢查井。管道的銜接時應遵循以下原則：1）盡可能提高下游管道的高程，以減少管道埋深，較低造價2）避免上游管道中形成回水而造成淤積3）不允許下游管段管底標高高于上游管管底標高，以免形成淤積管的銜接的方法，通常有水面平接和管頂平接兩種。特殊情況下可采用官邸平接或跌水連接方法。2.5.3污水管網水力計算步驟1管段設計流量計算管道設計流量包括三種流量：本段流量，從本管段沿線街坊流來的污水量；轉輸流量，從上游管段和旁側管道流來的污水量；集中流量，從工業(yè)企業(yè)或其他產生大量污水的公共建筑流來的污水量。從街坊平面圖可知該地區(qū)地勢自西向東傾斜，坡度適中，無明顯的分水線，可劃分為一個排水流域。街道支管布置在街坊地勢較低一側，干管基本上與等高線垂直，主干管布置在城東面河岸地處，基本與等高線平行。整個管道系統(tǒng)呈分流制形式布置。如污水管網平面圖。本污水管網中主干管為1-n，可化分為1-2，2-3，3-4，4-5，5-6，6-n六個管段。1、街坊編號并計算個面積將個街坊編上號，并按個街坊的平面范圍計算他們的面積，見街坊面積計算表表附表12、比流量計算本設計中，居住區(qū)人口密度為380人/公頃，污水量標準為120l/(人d)，則比流量為： 3污水干管設計流量計算見附表24、污水干管水力計算見附表32.6雨水管網定線2.6.1雨水管渠系統(tǒng)平面布置的特點與污水管道系統(tǒng)平面布置相比較，雨水管道系統(tǒng)平面布置魚油以下的特點和要求： 1、充分利用地形，就近重力流排入水體當河水水溫變化很大，出水口距常水位較遠時，出水口構造復雜，造價較大時，或當出水口需設置雨水泵站時，則應考慮采用集中的出水口布置形式；當地面標高低于河流的洪水位標高時，出水口需設置雨水泵站，因雨水泵站流量大，造價高，且利用率低，故應盡可能少設或將通過泵站的流量減少到最小。2、充分利用道路溝排水，以減少雨水管道的長度，可降低工程造價。3、雨水管渠系統(tǒng)中設置明渠，可降低工程造價，但對沉重交通和衛(wèi)生有較大的影響。4、雨水干管或總干管應設在排水地區(qū)的低處，已有利于支管的接入，雨水干管不宜設在道路干線上，以減少管道養(yǎng)護對道路的影響。5、在傍山的建造區(qū)周圍應設置排洪溝，以攔截山洪，確保城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)的安全。6、雨水口的布置應使雨水不致漫過路面，不影響交通。2.6.2雨水管線定線在雨水水質符合排放水質標準的條件下，雨水應盡量利用自然地形坡度，以重力流方式賀最短的距離排入附近的池塘、河流、湖泊等水體中，以減低管渠的工程造價。當地形坡度較大時，雨水干管布置在排水流域的中間，以便于支流管道正常工作，避免發(fā)生淤積、沖刷等現象，對雨水管道水力計算的基本參數作如下的技術規(guī)定。設計中雨水管網東西走向布置，沿地形坡度按重力流方式，由雨水管管直接排入河流，雨水管線布置詳見污水管網布置圖（圖號2/10）。2.6.3雨水管渠設計參數1、設計充滿度雨水管渠系統(tǒng)按滿流設計，即。因為余數中主要含有泥沙的無機物質，雨水系統(tǒng)溢流對環(huán)境衛(wèi)生的影響不是很嚴重；另外，雨水系統(tǒng)溢流時間一般較短，短時溢流一般不會造成嚴重影響。明渠應有不小于0.2m的超高，道路邊溝應有不小于0.03m的超高。2、設計流速雨水經常會把地面的泥沙夾帶到雨水管渠，為了防止泥沙在管渠中沉淀而造成管渠堵塞，雨水管渠的最小設計流速應大于污水管道的，雨水管渠系統(tǒng)最小設計流速為0.75m/s，明渠最小設計流速為0.4m/s。為了防止雨水管壁被沖刷而損耗，對雨水管渠最大設計流速規(guī)定為：金屬管最大設計流速10m/s，非金屬管最大設計流速5m/s。3、最小管徑和最小設計坡度雨水管道和合流管道，最小管徑300mm,最小設計坡度0.003。雨水口連接管，最小管徑200mm,最小設計坡度0.01。4、管頂覆土厚度在車行道下時，一般不小與0.7m，基礎應設在冰凍線以下。5、雨水管道的銜接發(fā)法一般采用管頂平接，特殊情況下可采用跌水連接，當下游管徑小于上游管徑時，可采用管底平接。2.6.4雨水管渠計算1暴雨強度我國常用的暴雨強度公式形式為： (2-12)式中： 暴雨強度l/(s)重現期（年）降雨歷時（min）地方參數，根據同濟方法進行進算確定本次設計選用天津地區(qū)的暴雨強度公式，參數如下：=10,折減系數m=2，重現期p=1，c=0.985，b=6.4,n=0.862徑流系數的確定徑流系數公式： (2-13)式中： 匯水面積上各類地面面積；與各類地面相應的徑流系數；全部匯水面積。根據原始資料，本設計的綜合徑流系數為：=0.583雨水水力計算依據所給出的平面圖，本設計只選一條雨水干管進行水力計算，如雨水管網平面圖布置，選取12、2-3、3-4、4-5 共分4個節(jié)點，3條管段。本管道的水力計算見水力計算附表4。第三章 污水處理廠設計3.1污水處理廠設計原則1.污水廠的設計和其他工程設計一樣，應符合適用的要求，首先必須確保污水廠處理后污水達到排放要求?？紤]現實的經濟和技術條件，以及當地的具體情況（如施工條件）。在可能的基礎上，選擇的處理工藝流程、構（建）筑物形式、主要設備設計標準和數據等。2.污水處理廠采用的各項設計參數必須可靠。設計時必須充分掌握和認真研究各項自然條件，如水質水量資料、同類工程資料。按照工程的處理要求，全面地分析各種因素，選擇好各項設計數據，在設計中一定要遵守現行的設計規(guī)范，保證必要的安全系數。對新工藝、新技術、新結構和新材料的采用積極慎重的態(tài)度。3.污水處理廠（站）設計必須符合經濟的要求。污水處理工程方案設計完成后，總體布置、單體設計及藥劑選用等盡可能采用合理措施降低工程造價和運行管理費用，4.污水廠設計應當力求技術合理。在經濟合理的原則下，必須根據需要，盡可能采用先進的工藝、機械和自控技術，但要確保安全可靠。5.污水廠設計必須注意近遠期的結合，不宜分期建設的部分，如配水井、泵房及加藥間等，其土建部分應一次建成；在無遠期規(guī)劃的情況下，設計時應為今后發(fā)展留有挖潛和擴建的條件。6.污水廠設計必須考慮安全運行的條件，如適當設置分流設施、超越管線、甲烷氣的安全儲存等。7.污水廠的設計在經濟條件允許情況下，場內布局、構（建）筑物外觀、環(huán)境及衛(wèi)生等可以適當注意美觀和綠化。3.2污水處理廠廠址的選擇未經處理的城市污水任意排放，不僅會對水體產生嚴重污染，而且直接影響城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境，危及國計民生。所以，在污水排入水體前，必須對城市污水進行處理。而且工業(yè)廢水排入城市批水管網時，必須符合一定的排放標準。最后流入管網的城市污水統(tǒng)一送至污水處理廠處理后排入水體。在設計污水處理廠時，選擇廠址是一個重要環(huán)節(jié)。廠址對周圍環(huán)境、基建投資及運行管理都有很大影響。選擇廠址應遵循如下原則：1)為保證環(huán)境衛(wèi)生的要求，廠址應與規(guī)劃居住區(qū)或公共建筑群保持一定的衛(wèi)生防護距離，一般不小于300米。2)廠址應設在城市集中供水水源的下游不小于500米的地方。3)廠址應盡可能設在城市和工廠夏季主導風向的下方。4)要充分利用地形，把廠址設在地形有適當坡度的城市下游地區(qū)，以滿足污水處理構筑物之間水頭損失的要求，使污水和污泥有自流的可能，以節(jié)約動力。5)廠址如果靠近水體，應考慮汛期不受洪水的威脅。6)廠址應設在地質條件較好、地下水位較低的地區(qū)。7)廠址的選擇要考慮遠期發(fā)展的可能性，有擴建的余地。3.2.1本設計污水處理廠廠址確定 根據以上原則，將污水處理廠建在該城的西南角，水廠位于流經該城的河流上游。土質腐植性耕土，冰凍深度1.85米，地下水位6.57.2米。水廠地質條件較好，地下水位也較低，有利于施工。該城常年主導風向西風。水廠設在城市主導風向的上方，城區(qū)在污水廠的東北方向，不會影響城區(qū)的環(huán)境衛(wèi)生。廠內的生活區(qū)位于主導風向的上方。 在完成污水和污泥處理構筑物的設計計算后,根據平面布置的原則,綜合考慮各方面因素進行了污水廠的平面布置。據污水的流量對連接各構筑物的管渠進行了選徑、確定流速以及水力坡降,然后進行了水力損失計算。據水力損失計算對污水和污泥高程進行了計算和布置。 在最后階段完成了對平面圖、高程圖及各種主要的構筑物的繪制。3.3污水廠處理工藝的選擇3.3.1確定處理流程的原則城市污水處理的目的是使之達標排放或污水回用用于使環(huán)境不受污染，處理后出水回用于農田灌溉，城市景觀或工業(yè)生產等，以節(jié)約水資源。城市污水處理及污染防治技術政策對污水處理工藝的選擇給出以下幾項關于城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的準則： 城市污水處理工藝應根據處理規(guī)模、水質特征、受納水體的環(huán)境功能及當地的實際情況和要求，經全面技術經濟比較后優(yōu)先確定； 工藝選擇的主要技術經濟指標包括：處理單位水量投資，削減單位污染物投資，處理單位水量電耗和成本，削減單位污染物電耗和成本，占地面積，運行性能，可靠性，管理維護難易程度，總體環(huán)境效益； 應切合實際地確定污水進水水質，優(yōu)先工藝設計參數必須對污水的現狀、水質特征、污染物構成進行詳細調查或測定，做出合理的分析預測； 在水質組成復雜或特殊時，進行污水處理工藝的動態(tài)試驗，必要時應開展中試研究； 積極地采用高效經濟的新工藝，在國內首次應用的新工藝必須經過中試和生產性試驗，提供可靠性設計參數，然后進行運用。3.3.2污水處理廠處理工藝流程選擇污水處理廠的工藝流程是指達到所要求的處理程度的要求下，污水處理各單元的有機組合，以滿足污水處理的要求，而構筑物的選型是根據處理構筑物形式的選擇，以達到各構筑物處理的最佳效果。我國城市污水處理相對于國外發(fā)達國家、起步較晚。近200年來，城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發(fā)展到利用各種先進技術、深度處理污水，并回用。處理工藝也從傳統(tǒng)活性污泥法、氧化溝工藝發(fā)展到a/o、a2/o、ab、sbr（包括ccas工藝）等多種工藝，以達到不同的出水要求。雖然如此，我國的污水處理還是落后于許多國家。在我們大力引進國外先進技術、設備和經驗的同時，必須結合我國發(fā)展，尤其是當地實際情況，探索適合我國實際的城市污水處理系統(tǒng)。對城市生活和生產污水采用何種處理工藝，還需要根據污水的水量、水質、回收其中有用物質的可能性和經濟性、排放標準和水體的具體的規(guī)定，并通過調查和經濟比較后決定。3.3.3各處理工藝流程的處理特點比較1ao工藝法 ao工藝法也叫厭氧好氧工藝法，a(anacrobic)是厭氧段，用于脫氮除磷；o(oxic)是好氧段，用于除水中的有機物，工藝特點； 1）流程簡單，勿需外加碳源與后曝氣池，以原污水為碳源，建設和運行費用較低； 2）反硝化在前，硝化在后，設內循環(huán)，以原污水中的有機底物作為碳源，效果好，反硝化反應充分； 3）曝氣池在后，使反硝化殘留物得以進一步去除，提高了處理水水質； 4）a段攪拌，只起使污泥懸浮，而避免do的增加。o段的前段采用強曝氣，后段減少氣量，使內循環(huán)液的do含量降低，以保證a段的缺氧狀態(tài)。 2.a/o法存在的問題： 1）由于沒有獨立的污泥回流系統(tǒng)，從而不能培養(yǎng)出具有獨特功能的污泥，難降解物質的降解率較低； 2）若要提高脫氮效率，必須加大內循環(huán)比，因而加大運行費用。從外，內循環(huán)液來自曝氣池，含有一定的do，使a段難以保持理想的缺氧狀態(tài)，影響反硝化效果，脫氮率很難達到90 3）影響因素：水力停留時間（硝化6h ，反硝化2h ）循環(huán)比mlss（3000mg/l）污泥齡（ 30d ）n/mlss負荷率（ 0.03 ）進水總氮濃度（ 30mg/l） 2.氧化溝 氧化溝又名氧化渠，因其構筑物呈封閉的環(huán)形溝渠而得名。它是活性污泥法的一種變型。因為污水和活性污泥在曝氣渠道中不斷循環(huán)流動，因此有人稱其為“循環(huán)曝氣池”、“無終端曝氣池”。氧化溝的水力停留時間長，有機負荷低，其本質上屬于延時曝氣系統(tǒng)。以下為一般氧化溝法的主要設計參數： 水力停留時間：1040小時； 污泥齡：一般大于20天； 有機負荷：0.050.15kgbod5/(kgmlss.d)； 容積負荷：0.20.4kgbod5/(m3.d)； 活性污泥濃度：20006000mg/l； 溝內平均流速：0.30.5m/s 氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應池（cintinuous loop reator,簡稱clr）作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應池中的物質傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。 氧化溝一般由溝體、曝氣設備、進出水裝置、導流和混合設備組成，溝體的平面形狀一般呈環(huán)形，也可以是長方形、l形、圓形或其他形狀，溝端面形狀多為矩形和梯形。 氧化溝法由于具有較長的水力停留時間，較低的有機負荷和較長的污泥齡。因此相比傳統(tǒng)活性污泥法，可以省略調節(jié)池，初沉池，污泥消化池，有的還可以省略二沉池。氧化溝能保證較好的處理效果，這主要是因為巧妙結合了clr形式和曝氣裝置特定的定位布置，是式氧化溝具有獨特水力學特征和工作特性： 1)氧化溝結合推流和完全混合的特點，有力于克服短流和提高緩沖能力，通常在氧化溝曝氣區(qū)上游安排入流，在入流點的再上游點安排出流。入流通過曝氣區(qū)在循環(huán)中很好的被混合和分散，混合液再次圍繞clr繼續(xù)循環(huán)。這樣，氧化溝在短期內（如一個循環(huán)）呈推流狀態(tài)，而在長期內（如多次循環(huán)）又呈混合狀態(tài)。這兩者的結合，即使入流至少經歷一個循環(huán)而基本杜絕短流，又可以提供很大的稀釋倍數而提高了緩沖能力。同時為了防止污泥沉積，必須保證溝內足夠的流速（一般平均流速大于0.3m/s），而污水在溝內的停留時間又較長，這就要求溝內由較大的循環(huán)流量（一般是污水進水流量的數倍乃至數十倍），進入溝內污水立即被大量的循環(huán)液所混合稀釋，因此氧化溝系統(tǒng)具有很強的耐沖擊負荷能力，對不易降解的有機物也有較好的處理能力。 2)氧化溝具有明顯的溶解氧濃度梯度，特別適用于硝化反硝化生物處理工藝。氧化溝從整體上說又是完全混合的，而液體流動卻保持著推流前進，其曝氣裝置是定位的，因此，混合液在曝氣區(qū)內溶解氧濃度是上游高，然后沿溝長逐步下降，出現明顯的濃度梯度，到下游區(qū)溶解氧濃度就很低，基本上處于缺氧狀態(tài)。氧化溝設計可按要求安排好氧區(qū)和缺氧區(qū)實現硝化反硝化工藝，不僅可以利用硝酸鹽中的氧滿足一定的需氧量，而且可以通過反硝化補充硝化過程中消耗的堿度。這些有利于節(jié)省能耗和減少甚至免去硝化過程中需要投加的化學藥品數量。 3)氧化溝溝內功率密度的不均勻配備，有利于氧的傳質，液體混合和污泥絮凝。傳統(tǒng)曝氣的功率密度一般僅為2030瓦/米3，平均速度梯度g大于100秒1。這不僅有利于氧的傳遞和液體混合，而且有利于充分切割絮凝的污泥顆粒。當混合液經平穩(wěn)的輸送區(qū)到達好氧區(qū)后期，平均速度梯度g小于301s，污泥仍有再絮凝的機會，因而也能改善污泥的絮凝性能。 4)氧化溝的整體功率密度較低，可節(jié)約能源。氧化溝的混合液一旦被加速到溝中的平均流速，對于維持循環(huán)僅需克服沿程和彎道的水頭損失，因而氧化溝可比其他系統(tǒng)以低得多的整體功率密度來維持混合液流動和活性污泥懸浮狀態(tài)。據國外的一些報道，氧化溝比常規(guī)的活性污泥法能耗降低2030。 另外，據國內外統(tǒng)計資料顯示，與其他污水生物處理方法相比，氧化溝具有處理流程簡單，超作管理方便；出水水質好，工藝可靠性強；基建投資省，運行費用低等特點。 傳統(tǒng)氧化溝的脫氮，主要是利用溝內溶解氧分布的不均勻性，通過合理的設計，使溝中產生交替循環(huán)的好氧區(qū)和缺氧區(qū)，從而達到脫氮的目的。其最大的優(yōu)點是在不外加碳源的情況下在同一溝中實現有機物和總氮的去除，因此是非常經濟的。但在同一溝中好氧區(qū)與缺氧區(qū)各自的體積和溶解氧濃度很難準確地加以控制，因此對除氮的效果是有限的，而對除磷幾乎不起作用。另外，在傳統(tǒng)的單溝式氧化溝中，微生物在好氧缺氧好氧短暫的經常性的環(huán)境變化中使硝化菌和反硝化菌群并非總是處于最佳的生長代謝環(huán)境中，由此也影響單位體積構筑物的處理能力。 2.氧化溝缺點 盡管氧化溝具有出水水質好、抗沖擊負荷能力強、除磷脫氮效率高、污泥易穩(wěn)定、能耗省、便于自動化控制等優(yōu)點。但是，在實際的運行過程中，仍存在一系列的問題。 1）污泥膨脹問題 當廢水中的碳水化合物較多，n、p含量不平衡，ph值偏低，氧化溝中污泥負荷過高，溶解氧濃度不足，排泥不暢等易引發(fā)絲狀菌性污泥膨脹；非絲狀菌性污泥膨脹主要發(fā)生在廢水水溫較低而污泥負荷較高時。微生物的負荷高，細菌吸取了大量營養(yǎng)物質，由于溫度低，代謝速度較慢，積貯起大量高粘性的多糖類物質，使活性污泥的表面附著水大大增加，svi值很高，形成污泥膨脹。 針對污泥膨脹的起因，可采取不同對策：由缺氧、水溫高造成的，可加大曝氣量或降低進水量以減輕負荷，或適當降低mlss（控制污泥回流量），使需氧量減少；如污泥負荷過高，可提高mlss，以調整負荷，必要時可停止進水，悶曝一段時間；可通過投加氮肥、磷肥，調整混合液中的營養(yǎng)物質平衡（bod5：n：p=100：5：1）；ph值過低，可投加石灰調節(jié)；漂白粉和液氯（按干污泥的0.3%0.6%投加），能抑制絲狀菌繁殖，控制結合水性污泥膨脹。 2）泡沫問題 由于進水中帶有大量油脂，處理系統(tǒng)不能完全有效地將其除去，部分油脂富集于污泥中，經轉刷充氧攪拌，產生大量泡沫；泥齡偏長，污泥老化，也易產生泡沫。用表面噴淋水或除沫劑去除泡沫，常用除沫劑有機油、煤油、硅油，投量為0.51.5mg/l。通過增加曝氣池污泥濃度或適當減小曝氣量，也能有效控制泡沫產生。當廢水中含表面活性物質較多時，易預先用泡沫分離法或其他方法去除。另外也可考慮增設一套除油裝置。但最重要的是要加強水源管理，減少含油過高廢水及其它有毒廢水的進入 3）污泥上浮問題 當廢水中含油量過大，整個系統(tǒng)泥質變輕，在操作過程中不能很好控制其在二沉池的停留時間，易造成缺氧，產生腐化污泥上浮；當曝氣時間過長，在池中發(fā)生高度硝化作用，使硝酸鹽濃度高，在二沉池易發(fā)生反硝化作用，產生氮氣，使污泥上浮；另外，廢水中含油量過大，污泥可能挾油上浮。 發(fā)生污泥上浮后應暫停進水，打碎或清除污泥，判明原因，調整操作。污泥沉降性差，可投加混凝劑或惰性物質，改善沉淀性；如進水負荷大應減小進水量或加大回流量；如污泥顆粒細小可降低曝氣機轉速；如發(fā)現反硝化，應減小曝氣量，增大回流或排泥量；如發(fā)現污泥腐化，應加大曝氣量，清除積泥，并設法改善池內水力條件 。4）流速不均及污泥沉積問題 在氧化溝中，為了獲得其獨特的混合和處理效果，混合液必須以一定的流速在溝內循環(huán)流動。一般認為，最低流速應為0.15m/s，不發(fā)生沉積的平均流速應達到0.30.5m/s。氧化溝的曝氣設備一般為曝氣轉刷和曝氣轉盤，轉刷的浸沒深度為250300mm，轉盤的浸沒深度為480 530mm。與氧化溝水深（3.03.6m）相比，轉刷只占了水深的1/101/12，轉盤也只占了1/61/7，因此造成氧化溝上部流速較大（約為0.81.2m，甚至更大），而底部流速很?。ㄌ貏e是在水深的2/3或3/4以下，混合液幾乎沒有流速），致使溝底大量積泥（有時積泥厚度達1.0m），大大減少了氧化溝的有效容積，降低了處理效果，影響了出水水質。加裝上、下游導流板是改善流速分布、提高充氧能力的有效方法和最方便的措施。上游導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸心4.0處（上游），導流板高度為水深的1/51/6，并垂直于水面安裝；下游導流板安裝在距轉盤（轉刷）軸心3.0m處。導流板的材料可以用金屬或玻璃鋼，但以玻璃鋼為佳。導流板與其他改善措施相比，不僅不會增加動力消耗和運轉成本，而且還能夠較大幅度地提高充氧能力和理論動力效率 另外，通過在曝氣機上游設置水下推動器也可以對曝氣轉刷底部低速區(qū)的混合液循環(huán)流動起到積極推動作用，從而解決氧化溝底部流速低、污泥沉積的問題。設置水下推動器專門用于推動混合液可以使氧化溝的運行方式更加靈活，這對于節(jié)約能源、提高效率具有十分重要的意義。 本設計是關于h市污水處理廠的設計。根據畢業(yè)設計的原始資料及設計要求對出水水質的要求:即要求脫氮,出水達到一級排放標準,確定a2/o和氧化溝兩大污水處理工藝進行工藝設計和經濟技術比較。 一級處理中,進廠原水首先進入中格柵,用以去除大塊污染物,以免其對后續(xù)處理單元或工藝管線造成損害。本設計設置中格柵,中格柵后有污水提升泵提升污水進入細格柵。然后進入平流式沉砂池,用以去除密度較大的無機砂粒,提高污泥有機組分的含率。 以上的污水處理為物理處理階段,對a2/o和氧化溝兩大工藝是相同的。下面分別對這兩大工藝的生物處理部分進行簡要介紹。 a2/o工藝的生物處理部分由厭氧池、缺氧池和好氧池組成。厭氧池主要功能是釋放磷,同時部分有機物進行氨化。缺氧池的主要功能是脫氮。好氧池是多功能的,能夠去除bod、硝化和吸收磷。 通過投資概算，運行費用的計算，經濟比較及技術比較等最終確定氧化溝工藝為最佳方案。剩余污泥則經污泥提升泵提升至重力濃縮池。以降低污泥的含水率，減小污泥體積。泥經濃縮后,含水率尚還大,體積仍很大。為了綜合利用和最終處置,需對污泥進行干化和脫水處理。3、ab法(adsorptionbiooxidation)該法由德國bohuke教授開發(fā)。該工藝對曝氣池按高、低負荷分二級供氧，a級負荷高，曝氣時間短，產生污泥量大，污泥負荷在2.5kgbod/(kgmlssd)以上，池容積負荷在6kgbod/(m3d)以上；b級負荷低，污泥齡較長。a級與b級間設中間沉淀池。二級池子f/m(污染物量與微生物量之比)不同，形成不同的微生物群體。ab法盡管有節(jié)能的優(yōu)點，但不適合低濃度水質，a級和b級亦可分期建設。4.sbr法(sequencing batch reactor) sbr法早在20世紀初已開發(fā)，由于人工管理繁瑣未予推廣。此法集進水、曝氣、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四個或三個池子構成一組，輪流運轉，一池一池地間歇運行，故稱序批式活性污泥法?，F在又開發(fā)出一些連續(xù)進水連續(xù)出水的改良性sbr工藝，如iceas法、cass