排水工程开题报告.doc

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1、毕业设计（论文）材料之二（2）本科毕业设计(论文)开题报告题目：F城镇排水管网工程及污水处理厂初步设计 课 题 类 型： 设计 实验研究 论文 学 生 姓 名： 孙程贵 学 号： 13专 业 班 级： 给排水112 学 院： 建筑工程学院 指 导 教 师： 和蕊（讲师） 开 题 时 间： 2015年3月7日 2015 年 3 月 7日1、本课题的研究意义、研究现状和发展趋势1.1研究意义随着社会的迅速发展和人民生活水平的不断提高，缺水和污水排放的问题已越来越突出。目前，我国城镇对生活污水的处理率还比较低，加重了对环境的污染。在国家可持续发展的新政策下，环境保护已受到重视。城镇排水是现代化城市不

2、可缺少的重要基础设施，对城镇经济发展具有决定性作用；是城镇水污染防治的骨干工程。城镇排水设施是衡量现代化城市水平的重要标志。城镇排水管网是是城市的“地下生命线”。城镇排水管网的意义是可以美化城市、维持城镇正常运转，并且是实现水资源循环利用的生命线。根据我国经济发展和环境保护的需求，结合我国环境保护最新研究成果和国际环境保护技术水平和发展趋势，提出一套合理、经济的工艺流程对污水进行处理，以达到标准排放。对于保护环境，减轻环境污染，遏制生态恶化趋势，有着重要的意义。高效节能的城镇污水输送及处理技术能为国民经济的发展起到较大的推动作用。1.2研究现状在本课题的设计中，主要包括排水管网的设计和污水处理

3、厂的设计。在设计中涉及的问题很多很广，但迄今为止，在国内外研究最多也最突出的问题有一下四个，即排水体制的选择问题、管道的设计布局问题、污水处理工艺中脱氮除磷的问题，生物处理法研究新进展。1.2.1排水体制的选择现状 近几十年来，欧美国家已逐渐开始将合流制改建成分流制。这种排水体制其实就是将生活污水、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。排除生活污水、城市污水或工业废水的体统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。对于这种排水系统，不仅可以保持管内的流速、不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。1.2.2管道的设计布局

4、现状排水管网的平面布局包括确定排水区界、划分排水流域和管道定线. 正确的定线是合理、经济的设计污水管道系统的先决条件, 也是污水管道系统设计的重要环节.遗传算法( Genetic Algorithms, 简称 GA 法)是近年迅速发展起来的一项优化技术, 该方法源于达尔文的生物进化理论。1975 年美国 Holland 等提出了GA的系统概念和方法，20 多年来 GA 在越来越多的领域中得到了应用, 显示了巨大的优越性。1.2.3污水脱氮除磷工业的应用现状现行应用广泛的脱氮除磷工艺均包含着空间或时间上厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替,通过调整和优化三种状态的组合方式及其数量的时空分布以及回流方式

5、位置而达到高效脱氮除磷的目的。我国污水处理厂设计采用的脱氮除磷工艺主要有5大类: A/O工艺、 A2/O工艺、 改进A2/O工艺氧化沟工艺、SBR及其改进工艺,并就我国的应用效果提出或实施了相应的设计和运行改进。1.3污水处理发展趋势现有污水处理系统的优势与弊端值得反思和总结。结合可持续发展的要求，污水处理系统未来的发展方向应从碳减排和资源利用的角度来设计思考。结合集中式和分散式处理各自的优点，末端分离的分散处理模式是一种值得探讨的创新尝试。初步研究表明膜混凝浓缩过程在技术上具有可行性，末端分离的分散式处理系统的设计和开发还需要更多的研究和探索。2、 本课题研究的主要内容2.1城区排水管网设

6、计（1）城区排水管网总平面布置（进行方案比选）。（2）城区排水管网水力计算。（3）完成排水主干管的纵剖面图。2.2污水处理厂设计（1）确定污水处理工艺流程（进行方案比选）。（2）设计计算单体处理构筑物 (包括污水和污泥处理部分) 。 （3）进行污水处理厂平面布置、污水处理厂高程布置图、污水处理厂指定构筑物细部工艺设计图（指导教师指定）以及高程设计。（4）编制主要设备材料表。2.3完成设计说明书及计算书一份。2.4泵站工艺设计设计过程中如若需要设置泵站，则确定水泵类型、扬程和流量，计算水泵管道系统和集水井容积，进行泵站的平面尺寸计算和附属设施的计算，最后绘制总泵站或区域泵站工艺图。3、 本课题研

7、究方案比选及工作计划3.1排水体制的方案比选根据目前现存的排水体制来看，分为合流制和分流制排水系统。在对排水体制的选择中可以从环境保护、造价、维护管理、以及我国的相关规范和地方规范来确定。 从环境保护角度来看，采用截流式合流制时，雨天有部分混合污水通过溢流井直接排人水体，水体仍然遭受污染。此时甚至会增大污水处理厂的工作负荷，在遇到大暴雨时期常常会造成污水处理厂工作超负荷，直接将污水排放至收纳水体从而严重污染水体。对于分流制而言，分流制是将城市污水全部送至污水厂进行处理，但初降雨水径流之后未加处理直接排人水体，对城市水体也会造成污染，但是与合流制相比，分流制可以减少污染。因此分流制更能符合城市卫

8、生的要求。 从工程造价来考虑，合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。从前期总造价来看，完全分流制比合流制可能要高。但是在管网维护方面，合流制因其管径过大，很容易造成污泥淤积的问题，维护不方面，费用较高。此外从水厂的维护和管理来看，在合流制的管渠中，晴雨天的污水水量变化会大大增加污水处理厂管理运行的复杂性，而分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀，流人污水厂的水量和水质变化比合流制小得多，污水厂的运行易于控制。 根据目前我国现行的室外排水设计规范中要求：新建城市的排水系统，一般应采用分流制排水系统。综上所述，合流制已完全不符合环境

9、经济等相关的要求，分流制排水系统基本符合环境、经济、规范的相关要求。统筹兼顾，在该市的排水管网设计中应选择分流制。3.2工艺比选3.2.1方案初选生物膜处理法：污水的生物膜处理法是一种污水好养生物处理技术。这种处理法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生生物、后生生物一类的微型动物附着在滤料或某种载体上生长发育，并在其上形成膜状生物滤泥生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。事实说明生物膜法虽然在处理方面具有对水质、水量变动有较强的适应性；污泥沉降性良好,宜于固液分离；能够处理较低浓度的污水；易于维护运行、

10、节能等优点，但是它的缺点也是在污水处理过程中致命的，比如生物膜法的布水不太均匀、容易产生池蝇和散发臭味；其次生物膜法采用滤料作为生物膜的载体，这样滤料容易堵塞；此外在处理构筑物出现问题时，维修不太方便。活性污泥处理法：活性污泥法是以活性污泥为主体的污水处理生物技术。它的工作原理就是向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就称之为“活性污泥”的生物污泥。从活性污泥的发展史来看，它起源与1914年英国的曼彻斯特的实验污水厂，

11、至今已有90多年的历史，随着实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进，特别是进几十年来，在对其生物反应和净化机理进行深入的研究探讨的基础上，活性污泥在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展，出现了多种能够适应各种条件的工艺流程，当前活性污泥已成为生活污水、城市污水以及有机性工业废水的主题处理技术。综上所述，在当前的污水处理技术领域中，活性污泥处理法是应用最为广泛地技术之一。因此经三者的对比之后，结合F市的当地情况，该污水厂最适合的工艺应为活性污泥处理法。3.2.2方案比选及确定经过上述的比选，已选择出活性污泥处理法。活性污泥法又包括传统活性污泥法、SBR法、氧化沟法、A

12、2/O法。传统活性污泥法：传统活性污泥法已经有90年的历史, 其主要处理构筑物是曝气池和沉淀池。污水中有机物在曝气池内停留一段时间后, 绝大部分被曝气池中的微生物吸附, 随即氧化分解成无机物。在沉淀池中,呈絮状的微生物絮体活性污泥下沉, 而上部的清液溢流排放。为了保持曝气池中污泥的浓度, 沉淀后的部分活性污泥又回流到曝气池中。该工艺的特点是有机物去除率高、污泥负荷高、池容积小、电耗省、运行费用低。此法稳定可靠, 已经积累了丰富的设计管理经验,但普通曝气法占地多,建设投资大, 仅能满足BOD5, CODCr, SS 三项出水指标,且该工艺容易产生污泥膨胀现象, 除磷和脱氮效果差。由于F市的污水来

13、源还有附近工业的污废水，因此该工艺不满足F市的污水处理要求。 SBR法：间歇式活性污泥法又被命名为序列间歇式反应器法或序列间歇式活性污泥法, 简称SBR 法。它是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥处理技术, 采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式,非稳定生化反应替代稳态生化反应, 静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是运行的有序和间歇操作, SBR 技术的核心是SBR反应池, 该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。但是还处理工艺对自动控制技术和连续在线分析仪表要求高,操作复杂, 难于管理，仅适用于水量、水质排放均匀的工业废水，因此也不符合F市的污水处理要求。

14、 氧化沟法：氧化沟法是活性污泥法的一种变形, 属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动, 因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉池和污泥消化池( 一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回流系统)、有机物去除率较高、脱氮、除磷( 沟前增设厌氧池)、综合指标较优、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、电耗大、运转费用偏高的缺点。由于F市的污水处理量较大，若选择氧化沟法则可能会造成污水处理厂超负荷的运转，不符合经济和维护管理的要求。A2/O法：A2/O 法即厌氧/缺氧/好氧工艺, 它把除磷、脱氮

15、和降解有机物 3 个生化过程巧妙地结合起来。磷在厌氧区释放, 在好氧区吸收, 达到除磷目的。污染物在好氧区被氧化降解, 去除 COD和BOD5, 同时在硝化菌作用下, 有机氮转化的氨氮继而转化为亚硝酸氮和硝酸氮,含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。优点：(1) 本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱N 除P 工艺，总的水力停留 时间少于其他同类工艺；(2) 在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI 值一般均小于100；(3) 污泥中含P 浓度高，一般为2.5%以上，具有很高的肥效；(4) 运行中勿需投药，两个A 段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为

16、度，运行费用低；(5) 厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱N 除P 的功能；(6) 脱 N 效果受混合液回流比大小的影响，除P效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱N除P效率不可能很高。统筹兼顾，根据F市总体规划要求和其自然条件，最终选定的的污水处理工艺为活性污泥处理法中的A2/O法。F市污水厂污水处理采用二级处理后进行达标排入就近水体河流，设计采用一次性完成，分期建设。3.3水厂位置确定污水处理厂位置的选择，应符合城镇总体规划和排水工程总体规划的要求，并应根据下列因素综合确定：（1）应与选定的污水处理工艺相适应，如选定稳定塘

17、或土地处理系统为处理工艺时，必须有适当的土地面积。 （2）无论采用什么处理工艺，都应尽量做到少占农田和少占良田。 （3）厂址必须位于集中给水水源下游，并应设在城镇、工厂厂区及生活区的下游和夏季主风向的下风向。为保证卫生要求，厂址应与城镇、工厂厂区、生活区及农村居民点保持约300米的距离，但也不宜太远，以免增加管道长度，提高造价。（4）当处理后的污水或污泥用于农业、工业或市政时，厂址应考虑与用户靠近，或者便于运输，当处理水排放时，则应与受纳水体靠近。（5）厂址不易设在雨季易受水淹的低洼处，靠近水体的处理厂，要考虑不受洪水威胁，厂址应设在地理条件较好的地方，如无塌方、滑坡等特殊地质现象，土壤承载力

18、较好（一般要求在0.15Mpa以上）；要求地下水位低，以方便施工，降低造价。 （6）要充分利用地形，应选择有适当坡度的地区，以满足污水处理构筑物高程布置的需要，减少上方工程量，若有可能，宜采用污水不经水泵提升而自流入处理构筑物的方案，以节省动力费用，降低处理成本。 （7）根据城市总体发展规划，污水处理厂厂址的选择应考虑远期发展的可能性，有扩建的余地。根据以上原则及实际情况，将污水厂建于河流下游远离居民区处，标记见CAD图。3.4本课题的工作重点及拟采用的途径本课题需要重点研究的关键问题之一：排水体质的选择问题。 合理的选择排水系统的体制，是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。它不仅从根

19、本上影响排水体制的设计、施工、维护管理，而且对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，同时也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。 通常解决此类问题的思路是：排水体制的选择应满足环境保护盒需求，根据当地条件，通过技术经济比较。而环境保护应是选择排水体制时所考虑的主要问题。应从环境保护方面、造价方面、维护管理三个角度进一步分析各种体制的使用情况。 本课题需要重点研究的关键问题之二：污水处理工艺流程的选定。 污水处理厂的工艺流程系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各单元的有机组合。在选定工艺流程的同时，还需要考虑各处理技术单元构筑物的型式，两者互为制约

20、互为影响。 通常解决此类问题的思路是：综合考虑污水的处理程度、工程造价和运行费用、当地的各种条件、原污水的水量与污水流入工况等因素。3.4完成本课题的工作计划设计阶段设计时间设计事项收集资料并撰写开题报告3月1日3月7日明确设计任务，查阅相关资料，撰写开题报告，进行工艺方案的对比及制定。城市排水管网设计及计算3月8日到4月1日排水区域面积计算，管网水力计算。排水总平面图与剖面图绘制4月2日4月12日排水系统总平面图（手工作图）；污水和雨水干管纵断面图；总泵站或区域泵站工艺图污水处理工艺设计4月13日5月5日设计计算单体处理构筑物，进行污水处理厂平面布置以及高程设计，编制主要设备材料表。污水处

21、理工艺平面图与高程图绘制5月6日5月18日污水处理厂总平面图；污水处理厂高程布置图；污水处理厂指定构筑物细部工艺设计图总结检查阶段5月19日5月25日对成果进行检查与修改，并依据设计计算结果进行对设计说明书 的编写。并装订成册。4、主要参考文献1 Jago R. Overflow management for CSO controlA .In Proceedings of 3rd South Pacific Stormwater ConferenceC. Auckland, New Zealand: Haworth Press, 2003. 2 王淑梅,王宝贞,曹向东.对我国城市排水体制的探讨

22、J.中国给水排水，2007,23（12）：1620. 3 张德祥, 张大卫. 城市排水系统优化设计的新方法. 西南给水排水, 1992( 3) : 3840 4 董文平,李红卫,吕谋. 城市排水系统的优化设计研究.青岛理工大学学报.2006,27（1）.114117 5 陈森发, 朱德烔, 顾兴富等. 城市排水管网布局的优化设计. 运筹与管理, 1997( 6) : 3642 6郭建生, 杨元明, 王锦兰等. 排水管网结构系统的优化设计. 陕西工学院学报, 2002, 18( 6) : 3841 7韩洪军.污水处理构筑物设计与计算M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002. 8 曾科，卜秋平，陆少鸣.污水处理厂设计与运行M.北京：化学化工出版社，2001. 9 高庭耀.水污染控制工程M.北京：高等教育出版社.2007. 10 张志杰.环境工程手册-水污染防治卷.北京：高等教育出版社.1996. 11 北京市政设计院主编.给水排水手册,第5册,城市排水M.北京:中国工业出版社.2001.5. 12 北京市政设计院主编.简明排水设计手册M.北京:中国建筑工业出版社.1990. 指导教师意见 签名： 月 日教研室意见该选题符合专业培养目标要求，具备完成该课题的各项条件，同意开题！ 教研室主任（签章）： 月 日评审小组意见 参加评审人员（签字）： 月 日