1. 研究目的与意义（文献综述）
我国是水资源十分紧缺的国家，多年来平均降水总量为6.2万亿m，除蒸发以及通过土壤直接利用于天然生态系统和人工系统外，可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量为2.8万亿m。其中地表水2.7万亿立方米，地下水0.83万亿立方米，由于地表水与地下水相互转换、互为补给，扣除两者重复计算量0.73万亿立方米，与河川径流不重复的地下水资源量约为0.1万亿立方米。按照国际公认的标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水；人均水资源低于2000立方米为中度缺水；人均水资源低于1000立方米为重度缺水；人均水资源低于500立方米为极度缺水。中国目前有16个省(区、市)人均水资源量(不包括过境水)低于严重缺水线，有6个省、区(宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏)人均水资源量低于500立方米。中国水资源总量并不丰富，人均占有量更低。中国水资源总量居世界第六位，人均占有量为2240立方米，约为世界人均的1/4，在世界银行连续统计的153个国家中居第88位。地区分布不均，水土资源不相匹配。长江流域及其以南地区国土面积只占全国的36.5%，其水资源量占全国的81%；淮河流域及其以北地区的国土面积占全国的63.5%，其水资源量仅占全国水资源总量的19%。年内年际分配不匀，旱涝灾害频繁。大部分地区年内连续四个月降水量占全年的70%以上，连续丰水或连续枯水年较为常见。水资源并不富裕但我国水污染情况越来越严重。水源污染源于城市工业、生活污水排放。水利部水资源司和国家环保局的调查表明，1988年全国城市污水排放量达340亿吨，大量污水排入江河湖泊。长江、黄河、珠江、海河、滦河、辽河、松花江七大水系，接纳了全国城市污水排放量的70%。城市废水污染了江河，也危及城市自身。全国目前有381座城市面临水污染威胁。以我国最大的工业城市上海为例，该市每天排出五百万吨污水(不包括电厂冷却水)，其中工业污水占80%.由于这些废水、污水基本上未得到处理即流入苏州河，致使苏州河早已成为污水河。专家们指出，照此下去，不久黄浦江也将成为污染江。随着社会化进程的加快，城市的快速扩大，城市的人口也越来越多，排放的雨污水总量也越来越多，城市的雨污水处理排放能力需要显著的提升才能满足城市的需求，另外由于执行更高的Ⅰ 级A排放标准，而开封市龙亭区南部和中国大部分城市一样排水体系不完善，为了能够更好地发展城市，城市的基础配套设施是必须跟上城市的发展脚步的。落后排水系统不仅拖累了城市的经济发展，也是限制城市居民生活质量的一环，一个完善的排水系统对于城市来说是非常重要的，开封市南部龙亭区的排水系统到了刻不容缓的地步，这也是为了减缓开封市整体排水的压力，排水系统的完善，即基础配套设施的进一步完善具有重要的意义。
2. 研究的基本内容与方案
2.1基本内容一、原始资料
开封市位于黄河中下游平原东部，地处河南省中东部，东经113°52′15"—115°15′42"，北纬34°11′45"—35°01′20"，东与商丘市相连，距黄海500公里，西与省会郑州毗邻，南接许昌市和周口市，北依黄河，与乡新市隔河相望。总面积6444平方公里，其中市区面积362平方公里。辖尉氏县、兰考县、杞县、通许县四县和鼓楼区、龙亭区、禹王台区、顺河回族区、开封新区金明区、祥符区（原开封县）五区。 开封属暖温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，春季干旱多风沙，夏季高温多雨，秋季天高气爽，四季分明。年均气温为14.52℃，年均无霜期为221天，年均降水量为627.5毫米，降水多集中在夏季7、8月份。 开封地势平坦，土壤多为粘土、壤土和沙土。境内海拔在80m，受纳水体常水位为53.56m， 十年一遇洪水水位55.75m。规划区内近期人口6万，2020年规划人口8万。开封市龙亭区南部排放的污水主要有城市污水和制药厂、食品加工厂所排放的工业废水组成.本市排水体制主要为雨污分流制，地市东南高西北低，区域内有一湖泊在西方，在湖泊旁边设以污水厂，排水管网将生活污水和工业废水经污水厂处理后排入湖泊内，雨水也是随管网收集后排入湖泊。
二、工业废水情况
设计区域内有制药厂和食品加工厂。这些工厂产生的废水经过厂内处理达到排放标准后进入市政污水管网。下表为工业企业的排水量和管底埋深。
表1 工业废水情况
| 排水量（L/s） | 排出口管底埋深(m) | |
| 制药厂 | 6.5 | 2.2 |
| 食品加工厂 | 4.5 | 2.1 |
三、污水厂设计资料及要求
表2污水的各项指标
| 水质类别 | BOD5 | CODcr | SS | NH3-N | TP |
| 设计进水水质(mg/L) | 180 | 300 | 250 | 32 | 4 |
四、污水经处理后所要达到的排放指标，
表3 基本控制项目最高排放量允许浓度( mg/L)
| 序号 | 基本控制项目 | 一级标准 | 二级标准 | 三级标准 | |
| A标准 | B标准 | ||||
| 1 | 化学需氧量（COD) | 50 | 60 | 100 | 120 |
| 2 | 生物需氧量（BOD) | 10 | 20 | 30 | 60 |
| 3 | 悬浮物（SS） | 10 | 20 | 30 | 50 |
| 4 | 动植物油 | 1 | 3 | 5 | 20 |
| 5 | 石油类 | 1 | 3 | 5 | 15 |
| 6 | 阴离子表面活性剂 | 0.5 | 1 | 2 | 5 |
| 7 | 总氮（以N计） | 15 | 20 | - | - |
| 8 | 氨氮（以N计） | 5 | 8 | 25 | - |
| 9 | 总磷（以P计） | 0.5 | 1 | 3 | 5 |
| 10 | 色度（稀释倍数） | 30 | 30 | 40 | 50 |
| 11 | pH值 | 6-9 | |||
| 12 | 粪大肠菌群数（个/L） | 103 | 104 | 104 | - |
2.2技术方案
2.2.1.排水体制
污水的不同排放方式所形成的排水系统，一般分为合流制和分流制两种类型。
A. 合流制排水系统 是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。
B. 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。
2.2.2.排水系统的布置形式
城市、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置，随着地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况、以及污水的种类和污染程度等因素而定。
A．正交布置 在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置。
B．截流式布置 若沿河岸再敷设主干管，并将各干管的污水截流送至污水厂。
C．平行式布置 在地势向河流方向有较大倾斜的地区，为了避免干管坡度及管内流速过大，使管道受到严重冲刷，可使干管与等高线及河道基本上平行、主干管与等高线及河道造成一定斜角敷设。
D．分区布置 在地势相差很大的地区，当污水不能靠重力流流至污水厂时。
E．分散布置 当城市周围有河流，或城市中央部分地势高、地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分散布置。
F．环绕式布置 沿四周布置主干管，将各干管的污水截流送往污水厂。
2.2.3.污水管道的设计
A.确定排水区界、划分排水流域
排水区界是污水排水系统设置的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。再排水区界内，根据地形及城镇（地区）的竖向规划，划分排水流域。
B．管道定线和平面布置的组合
污水管道系统的定线是在城镇（地区）总平面图上确定污水管道的位置及走向。
定线应遵循的原则：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。
污水支管的平面布置取决于地形及街区建筑特征，并应便于用户接管排水。分为低边式布置、周边式布置、穿坊实布置。
污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。
C．控制点的确定和泵站的设置地点
在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。确定控制点的标高，一方面应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能够排出，并考虑发展，在埋深上适当留有余地。另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。
在排水管道系统中，由于地形条件等因素的影响，通常可能需设置中途泵站，局部泵站和终点泵站。泵站设置的具体位置应考虑环境卫生、地质、电源和施工条件等因素，并应征询规划、环境、城建等部门的意见。
D．设计管段及设计流量的确定
两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，称为设计管段。
设计流量包括本段流量、传输流量和集中流量。
E.污水管道衔接
管道衔接原则：尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；
避免上游管段中形成回水造成淤积。
管道衔接分为水面平接、管顶平接、跌水连接
2.2.4.污水工艺流程图
方案一：污水 → 粗格栅 → 提升泵房 → 细格栅 → 沉砂池 → A2/O生物反应池→ 二沉池 → 加氯消毒池 → 处理水排放
方案二：污水 → 粗格栅 → 提升泵房 → 细格栅 → 沉砂池 → 氧化沟 → 二沉池 → 加氯消毒池 → 处理水排放
综合比较选出两种污水处理工艺。
方案一：A2/O工艺
A/A/O法同步脱氮除磷工艺称为厌氧-缺氧-好氧法，是在70年代由美国的一些专家在厌氧-好氧法脱氮工艺的基础上开发的。它由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器、沉淀池四部分组成，原污水和从沉淀池排出的含磷回流污泥进入厌氧反应器，进行释放磷和部分有机物氨化的处理；由厌氧反应器出来的污水进入缺氧反应器进行脱除通过内循环由好氧反应器送来的硝态氮；污水混合液随后进入好氧反应器，进行去除BOD、硝化和吸收磷等项反应，然后一部分混合液回流缺氧反应器；最后是沉淀池，主要功能是泥水分离，污泥的一部分回流厌氧反应器，上清液作为处理水排放。
它把除磷、脱氮和降解有机物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BOD,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。
具有以下优点：
1、是最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间少于其他同类工艺。
2、反应池内好氧、厌氧（缺氧）交替进行，丝状菌不能大量繁殖，能有效的抑制污泥膨胀，SVI一般均小于100。
3、污泥中含磷浓度高，具有较高肥效。
4、运行中无需投药，运行费用低。
但也有一些缺点：
1.除磷效果难于再提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是P/BOD值高时更难。
2、脱氮效果也难于进一步提高，内循环量一般以2Q为限，不宜太高。
3、进入沉淀池的处理水要保持一定浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现、但溶解氧浓度不宜太高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
方案二：氧化沟工艺
氧化沟工艺又称为循环曝气池，是于50年代由荷兰的巴斯维尔所开发的一种污水处理技术属活性污泥的一种变法。氧化沟一般呈环形沟渠状平面多为椭圆形或圆形，总长可达几十米，甚至百米以上，沟深取决于曝气装置，自5m至6m。单池的进水只需要一根进水管，双池及以上平行工作时应设配水井，采用交替工作系统时，配水井内要设自动控制装置，以变换水流，出水一般采用溢流堰式。在流态上，氧化沟介于完全混合与推流之间，污水在沟内的流速平均为0.4m/s，氧化沟总长为100—500m时，污水完成一各循环所需时间为4-20min可以认为在氧化沟内混合液的水质是几乎一致的，氧化沟内的流态是完全混合的，但是又具有某些推流式的特征，这种独特的水流状态，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其区分为富氧区、缺氧区，用于进行硝化和反硝化，取得脱氮的效应。
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。
对于本设计中采用哪种生物处理工艺，要通过两种方案的比较得出。A2/O工艺是最为简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间较氧化沟工艺少，因此A2/O池子占地面积较小；但氧化沟可不设初沉池，也可不单设二沉池减少了土建方面的工作；氧化沟对水温、水质、水量有较强的适应性，运行得当氧化沟可以达到反硝化脱氮的效应而A2/O工艺脱氮的效果很难进一步提高；氧化沟的产泥量低而A2/O工艺污泥中含磷浓度低，具有很高的肥效；在运行方面A2/O工艺中无须投药，运行费用较氧化沟低。结合当地的经济、技术和地理条件造本次设计中选择使用A2/O工艺。
2.2.5.成本计算
排水工程设计的成本计算主要包括三个部分：管网成本、污水厂成本及运行费用。
管网成本
管网成本即接收城市污水和工业废水及雨水和排放处理好的水所铺设的管网所需的费用包括管道及其配件。
污水厂成本
污水厂成本即建设污水厂土建工程的费用
污水厂运行成本
污水厂运行成本即污水厂建成之后的运行费用，包括维护管理费、水电费，人员工资、药剂费等一系列运行管理上的费用。
3. 研究计划与安排
| 设计时间 | 设计阶段 | 设计事项 |
|
第1周 |
撰写开题报告及外文资料翻译 | 明确设计任务，查阅相关资料，进行工艺方案的对比及制定。撰写开题报告，查阅与拟定工艺相关的外文资料，并翻译成汉语。 |
|
第2周 |
排水体制及管道定线 | 初步选定排水方案,选择排水系统体制；划分排水流域，初步完成污水处理厂选址及雨、污水主干管道的定线 |
|
第3周 | 完成排水管道水力计算表 | 完成全部雨、污水管道的定线与布置并完成设计管段的划分，完成设计管段起讫点的编号；完成雨、污水管道系统设计管段汇水面积的划分、编号、面积量取及设计管段长度的量取，填入计算表中。 |
|
第4周 |
绘制图纸 | 全面完成雨、污水管道系统的流量计算及水力计算，完成所有干管的设计参数的确定，完成泵站、污水处理厂的规划工作；完成雨、污水管道系统的平面布置图及干管的纵剖面图的绘制。 |
|
第5~9周 |
污水水处理厂总平面布置 | 依据各设备及建筑物的设计尺寸、污水处理厂的占地面积、常年主导风向及气候等因素进行对污水处理厂总平面布置。 |
|
第10周 |
高程计算与布置 | 依据污水处理厂的地形状况、各建筑物的设计高度、按照城市污水处理厂的高程布置原则进行对污水处理厂的高程布置。 |
|
第11周 |
绘制图纸 | 熟悉AUTOCAD技术的使用及手工绘图的原则与要求，进行图纸绘制，包括污水处理厂总平面布置图、高程图等。 |
| 第12周 | 造价估算 | 排水工程的造价估算 |
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第13~14周 |
设计说明书的编写及装订成册 | 依据设计计算结果进行对设计说明书的编写，包括设计题目；摘要；目录和前言；正文；结论；心得体会；致谢。并装订成册。 |
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第15周 | 设计书和图纸进行修改 | 在指导教师的指导下，对图纸和计算书和说明书进行修改，最后定稿上交 |
| 第16周 | 答辩 | 设计成果审阅后，制作PPT进行答辩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1]《给水排水设计手册（第二版）》（第1、5、6、9、10、11、12册）[m], 中国建筑工业出版社.
[2]《泵站设计规范》（gb 50265-2010）[m].
[3]《给水排水设计标准图集》（95s235、02s515、s5）[m].
