1. 研究目的与意义（文献综述）
长葛市位于河南省中部，许昌市北部，北纬34°09′~34°20′，东经113°34′~114°08′。总面积650平方公里。北靠新郑市，西连禹州市，东北接尉氏县，东南邻鄢陵县。市境南北21.4公里，东西51.9公里。交通线发达，其中京广铁路、京广高铁、京珠高速公路（g4）、107国道（g107）纵贯南北，彭花公路（s325）横穿东西。还有郑石高速（s88）穿越长葛西部、省道s220穿境而过。市内有火车站两处；城北25公里即是郑州新郑国际机场。
长葛市为国家重点开发区域，近年来以“全域长葛”为目标，加速推进城市化建设，以工业为主导产业，建设了多个大型工业园区和技术中心，科技综合实力居全省县市第一位。同时长葛市拥有丰厚的文化底蕴，农业基础扎实，在发展工业的同时也在发展旅游也与农业。
长葛市作为河南省京广发展轴线上郑州与许昌两大城市之间的重要节点城市，是许昌规划中心主城区的外围组团之一，是许昌的副中心城市。要立足于中原城市群，必须充分的接受郑州与许昌在社会、经济、文化等各方面的辐射，以产业聚集区为依托，加快学校、医院布局，积极推进水、电、路、气、暖等配套设施建设，增加绿化面积，将长葛新区建设成为一个布局合理，设施完善，环境优美的现代化城市。
2. 研究的基本内容与方案
2.1设计基本内容
1.确定排水体制、厂址位置，设计雨水管网工程和污水管网工程。
2.确定污水处理厂规模、确定处理水排放标准、进行污水处理厂设计。
3.估算管网、污水厂的投资，估算污水厂、泵站的运行费用。
2.2设计目标
2000年7月18日，建设部、国家环境保护总局、科技部共同颁布了《城市污水处理及污染防治技术政策》。该政策提出的城市污水处理目标是：到2010年，全国设市县级城市和建制镇的污水平均处理率不低于50%，设市城市的污水处理率不低于60%，重点城市的污水处理率不低于70%，并规定：设市城市和重点流域及水资源保护区的建制镇必须建设二级污水处理设施。
长葛新区是长葛市的新建城区。区内目前尚无污水管道系统和雨水管道系统，在新区建设的同时，应敷设完整的排水管道收集系统，做到雨、污分流，将污水收集并输送到污水处理厂，为2016年该市的污水处理率达到60%以上奠定基础。同时采用适当的污水处理工艺，使污水处理厂出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，并排放至受纳河流中。
污水排放一级A标准
| SS (mg/L) | BOD5 (mg/L) | COD (mg/L) | 氨氮 (mg/L) | 磷酸盐 (mg/L) | pH |
| 10 | 10 | 50 | 5 | 0.5 | 6-9 |
2.3设计范围
本次设计区域为长葛新城区，北至城北二路，南至江滨二路，西至光华路，东至城东大道，面积11.43平方千米。地势西北高，东南低，地面高程最高为50.56米，最低为38.23米。
2.4设计基础资料
1、地理资料
长葛市是河南许昌下辖县级市，南邻许昌市，北接郑州航空港区，势西北高、东南低，呈缓倾斜状。镇中那笔河自西向东流过，与自北向南的东坪河交汇。
2、气象、水文资料
经过地质勘测部门勘测，污水处理工程地点的水文地质情况见表1。
表1.水文情况
| 冰冻深度(m) | 地下水位(m) | 承载力(kpa) | 最大积雪深度(m) |
| 0.80 | 5 | 100 | 0.30 |
当地地震烈度小于6级。
气象资料见表2：
表2.气象资料
| 名称 | 指标 | 名称 | 指标 |
| 月平均气温 | 18℃ | 最冷月平均气温 | 4℃ |
| 年最低气温 | -4℃ | 冰冻期 | 20天 |
| 年最高气温 | 38℃ | 冰冻时间 | 1月末-2月初 |
| 年降雨量 | 800mm/年 | 年蒸发量 | 700mm/年 |
| 常年主导风向 | 西南风 | 年平均风速 | 2.5m/s |
该地区暴雨强度公式为：
3.该城市工业废水排出情况见表3.
表3.各工厂的排水量及水质
| 厂名 | 日排水量 (m3/d) | 最大时排水量 (m3/h) | SS (mg/L) | BOD5 (mg/L) | COD (mg/L) | 氨氮 (mg/L) | 磷酸盐 (mg/L) | pH | 水温 (℃) |
| 得利陶瓷 | 600 | 90 | 200 | 400 | 800 | 30 | 2 | 5 | 40 |
| 飞鸿驴肉 | 700 | 60 | 250 | 400 | 800 | 30 | 1 | 4 | 40 |
| 鑫源集团 | 800 | 60 | 600 | 100 | 400 | 40 | 4 | 6 | 28 |
4.该区各区域屋面、地面和绿地的比例见表4。
表4.地区地面覆盖情况
| 名称 | 各种屋面(%) | 沥青路面(%) | 碎石路面(%) | 非铺砌土路面(%) | 绿地(%) |
| 城区 | 26 | 20 | 12 | 8 | 34 |
2.5采用规范及标准
1.给水排水设计手册（第二版）第四册《城镇排水》，第十一册《常用设备》.
2.《室外排水设计规范》（GB50014-2006）。
3.《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）。
4.《泵站设计规范》（GB50265-2010）。
2.6排水体制选择
排水系统的体质有分流制和合流制两种。
合流制排水系统即将生活废水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除，但此种方法干管管径大，建设费用高，雨水冲刷初次污染严重，适用于附近水源充沛，发展受限，街道狭窄，难以设置污水雨水两条管线的地区。分流制中，完全分流制具有污水排水系统和雨水排水系统，虽然初期投资较大，但是流入污水厂的水质水量变化远小于合流制，易于控制污水厂的运行，且分流制可以保证排水管内流速，不致发生沉淀，便于维护，也便于污水的处理。
综上，我们选择分流制排水系统。
2.7拟采用的技术方案及措施
2.7.1污水管网技术方案
污水管道布置方案见图1和图2.
图1.污水管道布置方案(一)
图2.污水管道布置方案（二）
污水管道两套方案中，管道均按截留式布置。方案一中，污水干管自北向南铺设，然后被自西向东铺设的主干管截留，再输送至东南角的污水处理厂；方案二中，污水干管自西向东铺设，然后被自北向南铺设的主干管截留，再输送至东南角的污水处理厂。方案一中干管长度较短，数量多，截留主干管长度较长；图二与图一情况相反。干管长度较短可以减小埋深，结合地形坡度变化，可以降低工程造价。因此污水管网按照方案一布置。
2.7.2雨水管网技术方案
雨水管道布置方案见图3和图4.
图3.雨水管道布置方案(一)
图4.雨水管道布置方案(二)
方案二与方案一相比，雨水干管数量更多，长度更短，因此管径也比方案一中管径要小，收集的雨水均从分散式雨水口就近排入城区南方的河流中，符合就近排放的原则，同时也更经济，因此雨水管道布置选择方案二。
2.7.3污水处理技术方案
城市居住人口到2020年近期为5万，远期2040年为10万，该市的居住人口及水质见表5。
表5.长葛市污水排放水质
| SS (mg/L) | BOD5 (mg/L) | COD (mg/L) | 氨氮 (mg/L) | 磷酸盐 (mg/L) | pH | 水温 (℃) |
| 200 | 150 | 350 | 28 | 6 | 7.30 | 25 |
污水厂排出的污废水中氨氮和磷含量较高，因此需要对污水进行脱氮除磷。按照《城市污水处理和污染防治技术政策需求》，小型污水厂，且对脱氮除磷有要求时需采用二级强化处理。目前常用的脱氮除磷工艺有氧化沟、A2/O、SBR等，这些从活性污泥法派生出来的工艺都能实现除碳与脱氮除磷的结合，且发展成熟，适用于小型污水厂。下面对这几种方法进行经济及技术比较。
1、氧化沟
氧化沟一般呈环形沟渠状，污水在沟渠内作环形流动，利用独特的水力流动特点，在沟渠转弯处设曝气装置，在曝气池上方为厌氧池，下方则为好氧段，从而产生富氧区和缺氧区，可以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮的效应，同时氧化沟法污泥龄较长，可以存活世代时间较长的微生物进行特别的反应，如除磷脱氮。氧化沟工艺自形成以来，由于其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断的创新使其具有较大的发展前景和竞争力，是目前的热门工艺。氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少，建设费用视采用的沟型而定。
优点：①自动化程度高，易于管理；②污泥产量低，运行费用低；③脱氮效果还可以进一步提高，因为脱氮效果的好坏很大一部分决定于内循环，要提高脱氮效果势必要增加内循环量，而氧化沟的内循环量从政论上说可以不受限制，因而具有更大的脱氮能力。
缺点：①占地面积大；②容积设备利用率低。
图5.氧化沟工艺流程图
2、A2/O工艺
A2/O工艺由厌氧、缺氧、好氧池串联而成，具有同步脱氮除磷功能。
优点：①系统构造简单，总水力停留时间少于其他同类工艺；②不产生污泥膨胀，改善污泥沉降性能，污泥中含磷浓度高，具有较好的肥效；③运行中无需投药，不需进行大力度搅拌，运行费用低，维护管理简单.
缺点：①特定功能不同的微生物在系统内混合生长，使得脱氮除磷效果难以进一步提高，运行效果不稳定；②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，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。
由于A2/O工艺存在的缺点，改良后的倒置A2/O工艺也越来越多投入使用，将缺氧池置于厌氧池前，使得参与循环的微生物全都经历厌氧-好氧过程，显著提高了系统脱氮除磷能力，然而建设成本和运行费用都比传统A2/O工艺提高，管理难度也有所增加。
图6.A2/O工艺流程图
3、SBR工艺
SBR是集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池的一体化工艺，不设污泥回流设备，节省占地和投资。SBR以间歇曝气的方式运行，尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够进行脱氮和除磷反应；应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，可能使本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；运行管理得当，处理水水质优于连续式。然而正由于其较高自动化及间歇式运行的特点，处理较大流量污水时，池的容积利用率较低，建造池子较多，且每个反应池都需配备曝气及输配水系统，以及滗水器控制系统，大大增加了投资和运行成本，不适用于流量较为稳定和规模较大的污水厂。
在工艺的选择上，首先排除SBR工艺。在工艺流程上，氧化沟与A2/O的工艺都较为简单，但氧化沟与A2/O工艺相比，没有混合液内回流泵系统，且氧化沟工艺不需设置初沉池，运行管理更为方便；就污水处理效果而言，氧化沟工艺的污水处理效果比A2/O工艺要稳定，出水水质较好，在氧化沟前设置前置厌氧池能有效提高除磷效果；在污泥处理方面，氧化沟的污泥量少，且污泥相对好氧稳定，一般不设污泥厌氧消化系统等构筑物，只需机械浓缩脱水即可，A2/O工艺污泥则磷含量较高，后续处理较为麻烦。因此，虽然氧化沟占地面积较大，但整体投资运行费低于A2/O工艺。
用本设计中，我们采用卡鲁赛尔氧化沟。在国内外的实践证明该工艺具有投资省、处理效率高、可靠性好、管理方便和运行维护费用低等优点。使用立式表曝机进行曝气，大大降低曝气池占地面积，同时将氧化沟从“田径跑道”式向“同心圆”式转化，池壁共用，降低占地面积和工程造价。
3. 研究计划与安排
| 时间 | 项目 | 具体内容 |
| 2.22--2.29 | 毕业实习 | 去污水处理厂实习，熟悉不同工艺污水处理流程，了解实际的污水、雨水管网和污水处理厂的设计成果，为毕业设计奠定基础。 |
| 3.01--3.15 | 污水管道系统 | 污水管道系统布置及水力计算 |
| 3.16--3.30 | 雨水管道系统 | 雨水管道系统布置及水力计算 |
| 3.31--3.07 | 泵站设计 | 污水处理泵站设计，包括选泵，泵站形式和布置等 |
| 3.08--3.29 | 污水处理厂设计 | 污水处理厂的设计，包括格栅、初沉池、A2/O、二沉池，出水泵站等。 |
| 3.30--5.14 | 绘图及概预算 | 编制排水工程管网部分与污水处理厂的概预算 |
| 5.15--5.22 | 出计算书及说明书 | 设计计算书及说明书的撰写 |
| 5.23--5.30 | 出图 | 按要求出设计图 |
| 5.31--6.5 | 结尾 | 论文装订，交毕业设计全部成果审核，准备答辩 |
4. 参考文献（12篇以上）
[1].孙慧修主编.排水工程上册.第四版.北京：中国建筑工业出版社，1999
[2].张自杰主编.排水工程下册.第四版.北京：中国建筑工业出版社，1999
[3]北京市市政工程设计研究总院主编.给水排水设计手册第四册《城镇排水》.第二版.北京，中国建筑工业出版社，2003
