湖南省岳阳市岳阳楼区东部排水工程设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1 目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1 目的及意义

随着我国经济发展方式由高速增长向高质量发展转变，社会主要矛盾也转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，其中城乡居民环保意识普遍觉醒从而对生态文明建设及污染防治工作要求更加严格的现象尤为突出。为了解决这一问题，首当其冲同时与人们日常生活息息相关、举足轻重的就是水环境的治理与保护，这主要是由于在城市化水平不断提高、工业农业快速发展的过程中，大量未经处理的工业废水、生活污水、农业化肥以及城市污水处理厂尾水等排入受纳水体，积年累月后超过了水环境容量导致水体受到严重污染，极大地影响了生态环境及居民的生活条件。因此完善和发展市政排水工程的建设对深入贯彻绿色可持续的发展理念，提高人民生活水平具有十分重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2 研究(设计)的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 设计目标

根据《岳阳中心城区排水专项规划》，2020年以后南湖水质在继续建设环南湖生态系统并利用南湖水体自净能力的方式下达到Ⅲ类水质标准，为此本设计希望结合国内外排水工程研究现状，同时根据设计地区现有排水管网、现有污水处理厂及受纳水体污染情况，通过对排水管道系统及污水处理厂进行设计，制定合理的技术方案及措施，为解决湖南省岳阳市岳阳楼区东部城市污水的收集处理及水体污染问题提供一种具体可行的方案。

2.2 排水体制选择

通常采用的排水体制有合流制排水系统、分流制排水系统以及混流制排水系统三种。合流制是将城市污水和雨水混合在同一管渠中排放的系统，在工程实践应用中，常采用截流式合流制，这种排水体制的优点是污水收集系统的实施比较容易、工程效益快、投资较完全分流制低20%-40%，能收集较脏的初期雨水，避免初期雨水对水体的污染；缺点是雨量大时，有部分污水溢流入水体，对水体水质有一定的污染，同时污水厂运行管理复杂费用高，多适用于老城区改造。分流制分设雨水和污水两个管渠系统，污水管渠将生活污水、工业废水输送至污水处理厂，经处理后排放或利用，雨水管渠汇集雨水和部分较洁净的工业废水，就近排入水体，分流制系统的优点是对水体的污染较小、卫生条件较好；缺点是工程投资大，未对初期雨水进行处理就直接排入水体，有污染水体水质的隐患，主要适应于新建的城市、工业区和开发区。混流制又称为不完全分流制，是指在城市中由于各区域自然条件和建设情况不同而因地制宜地在各区域采用不同的排水体制，即城市中既有分流制又有合流制，兼具两者的优点，一般在城市排水系统改造中采用较多。选择排水体制时，应根据城市规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水量、水质、地形、气候和水体情况等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。

本设计根据《湖南省城市给水排水专业编制办法》及《室外排水设计规范》GB50014-2006(2016年版)对设计区域采用完全分流制的排水体制。

2.3 污水管道系统设计

2.3.1 污水管道设计步骤

①查找设计地区面积、规划人口、污水定额、防洪标准等基础数据；

②污水管道系统平面布置；

③污水管道设计流量计算和水力计算；

④污水管道系统上附属构筑物的设计计算；

⑤污水管道在街道横断面上位置的确定；

⑥污水管道系统平面图和纵剖面图。

2.3.2 污水管道设计主要内容

①确定排水区界，划分排水流域；

②管道定线和平面布置的组合；

③控制点的确定和泵站的设置地点；

④设计管段及设计流量的确定；

⑤污水管道的衔接；

⑥污水管道在街道上的位置。

2.3.3 污水管道设计原则

管道的布置应结合城市近远期规划，遵循重力流排水、管线最短、埋深较小、最大区域的污水自流排出等原则，定线顺序为主干管、干管、支管。

2.3.4 设计拟采用方案措施

本设计区域地势东南高西北低，受纳水体南湖位于设计区域西部，自南向北流入洞庭湖与长江，夏季主导风向为东南风，冬季主导风向为东北风，因此将支管设为街坊环绕式收集街区污水，再通过干管自东向西顺坡送入主干管中，主干管再自南向北顺坡将汇集的污水送入污水处理厂。此外本设计污水管道管材de600及以下均采用HDPE管(0.010)，de600以上均采用钢筋混凝土圆管(n=0.014)，管道衔接方式为水面平接与管顶平接。

2.4 雨水管渠系统设计

2.4.1 雨水管渠设计主要内容

①确定当地的暴雨强度公式；

②划分排水流域,确定排水方式；

③雨水管渠定线,确定雨水泵站、调节池的位置；

④确定设计参数；

⑤计算设计管段设计流量,水力计算；

⑥确定各设计管段断面尺寸,坡度,管内底标高,埋深；

⑦绘制管渠平面图、纵断面图。

2.4.2 雨水管渠设计原则

①用当地的自记雨量资料统计暴雨强度公式；

②根据地形、地貌划分排水流域，根据排水流域的具体条件、建筑密度及暴雨频繁程度确定排水方式；

③雨水管渠定线,尽量利用地形,就近重力流排入水体；

④结合城市规划,利用湖泊、池塘调节雨水；

⑤雨水出口的布置方式应根据受纳水体的远近确定。受纳水体近,水位变幅小,分散排,就近重力排入水体，受纳水体远或水位变幅大,宜采用集中式排出口；

⑥根据《室外排水设计规范》GB50014-2006规定,采用极限强度法计算设计流量。

2.4.3 雨水管渠布置特点

①利用地形,就近排入水体；

②按城镇规划和建设情况布置雨水管道；

③合理布置雨水口,以保证路面雨水排除通畅；

④雨水管渠采用暗管(渠)或明渠根据具体条件确定；

⑤设排洪沟排除设计地区以外的雨洪水径流。

2.4.4 设计拟采用方案措施

本设计雨水出口离受纳水体较近因此分散收集，就近靠重力排入水体，将支管设为街坊低侧式收集汇水面积内的雨水，再分别汇入6根干管中自东向西顺坡排入水体。此外本设计不考虑排洪沟排除设计区域以外的雨洪水径流，管材均为钢筋混凝土圆管(n=0.013)，管道衔接方式均为管顶平接，暴雨强度公式选用该地区住建局发布的最新规定：

地区综合平均径流系数Ψ取0.6，地面集水时间t₁取10min，设计重现期P取3a。

2.5 初雨污染控制

雨水径流属于非点源污染，具有较大的偶然性、随机性和广泛性，污染负荷随时间、空间变化幅度大，其研究、控制和处理的难度也大，由雨水径流所引起的非点源污染已成为城市水环境污染的重要因素之一。雨水径流中的污染物来源可分为两个方面：①空气中的酸性气体、汽车尾气、工业废气以及粉尘、烟尘等有毒有害物质溶解在雨水中；②降水冲刷城市地表沥青、水泥、建筑铁锈等物质使重金属、油脂、悬浮固体以及大量有机物、病原体等污染物混入雨水中。研究表明初期雨水径流的水质较差，径流中所携带的污染物几乎都集中在初期几毫米雨水中，其污染负荷远高于中后期雨水。因此本设计根据《室外排水设计规范》GB50014-2006中4.14相关规定在每条雨水干管末端设置雨水调蓄池，将雨水管道汇集的初雨径流截留至调蓄池，又由于上层悬浮物较多，下层沉淀物较多，因此将中层雨水溢流，剩余雨水沉淀后在晴天污水处理厂处理压力不大时按处理规模的10%-20%送至污水厂与生活污水及工业废水一起处理，当处理所需时间较长时可设置强化一级处理工艺处理初期雨水，调蓄量按降雨量计并取7mm，考虑设计区域海绵城市LID设施较完全，初雨径流削减58%左右，即3-5mm，故本设计取4mm。

2.6 污水处理厂设计

2.6.1 污水处理厂设计内容

①确定污水处理厂厂址、占地面积、进出水水质及近远期设计流量；

②选择污水、污泥及初雨的处理工艺流程；

③计算污水及污泥处理构筑物的工艺尺寸并确定辅助设备的型号、数量等参数；

④完成污水处理厂的平面及高程布置；

⑤绘制污水处理厂平面高程布置图及工艺流程图；

⑥列出主要设备及材料表并根据定额指标完成工程投资估算；

2.6.2 设计拟采用方案措施比较

根据设计任务书中污水处理厂进水水质资料及计算所得设计处理水量，为了使出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的I级A标准，本设计对污水采用三级处理的方式，其中二级生物处理工艺拟设CASS工艺系统与A-A-O工艺系统两种方案进行比选。

方案一：循环活性污泥工艺系统简称CASS工艺或CAST工艺，实质是传统SBR工艺与生物选择器的有机结合，由第1区生物选择区、第2区中间区、第3区主反应区三个分区组成，容积比参考值为1：2：17。生物选择区位于反应器的最前端，入流的原污水与从主反应区回流的回流污泥在这里汇流混合，在缺氧或厌氧状态下运行；中间区具有对生物选择区的各项作用起辅助性作用的功能，还对进入污水的水质、水量变化起到缓冲作用，可根据情况不设；主反应区是活性污泥微生物实施生物氧化反应，使有机底物降解的区域，根据工艺反应需要反复经历好氧-缺氧-厌氧等状态。一个循环包括：进水曝气、沉淀、滗水排放、闲置四个阶段，当系统需要进行脱氮除磷反应时一个周期为6h。为使CASS工艺系统实现连续进水，应设两座以上的反应器。现行CASS工艺系统具有以下特点：①不设初沉池与二沉池，活性污泥回流系统规模小，工艺流程简单，基建及维护管理费用低；②运行周期短，且处理效果好；③脱氮除磷操作易于控制，处理水水质优于传统活性污泥工艺系统；④生物选择区的设置抑制了丝状菌繁殖，避免了污泥膨胀的产生；⑤采用可变容积，提高了对水质、水量变化的适应性与操作的灵活性；⑥自动化程度高；⑦结构可采用组合式模块，节省面积，便于分期建设；⑧脱氮除磷功能有待提高，一般通过投加铝盐或铁盐化学除磷增强除磷效果。

方案二：A-A-O法同步脱氮除磷工艺，也称A²/O工艺，由厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器及沉淀池构成。原污水及从沉淀池排出的含磷回流污泥进入厌氧反应器，完成磷的释放及部分有机物的氨化；厌氧反应器的污水及内循环好氧反应器送来的硝态氮进入缺氧反应器完成反硝化脱氮；混合液从缺氧反应器进入好氧反应器完成去除BOD、硝化、吸收磷等反应；最后沉淀池功能是泥水分离，污泥一部分回流至厌氧反应器，上清液作为处理水排放。此工艺具有以下特点：①工艺流程简单，总水力停留时间少于其他同类工艺，节省基建投资；②该工艺在厌氧，缺氧、好氧环境下交替运行，有利于抑制丝状菌的膨胀，改善污泥沉降性能；③该工艺不需要外加碳源，厌氧，缺氧只进行缓速搅拌，节省运行费用；④便于在常规活性污泥工艺基础上改造成A²/O，且污泥含磷高具有很高肥效；⑤该工艺脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥夹带的溶解氧和硝态氮的影响，因而脱氮除磷效果不可能很高；⑥沉淀池要防止产生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释磷而降低出水水质和反硝化产生N₂而干扰沉淀，但溶解氧含量也不易过高，以防止循环混合液对缺氧池的影响。

2.6.3 设计拟采用工艺流程

经过如上两个方案的技术经济比较，结合设计水量及进出水水质情况，本设计二级生物处理拟采用CASS工艺，总体污水处理流程如下：市政排水管网收集来的城市污水通过计量渠进入污水处理厂后先经过粗格栅截留水中较大的悬浮物或漂浮物，再通过进水泵房将污水提升以满足一、二级处理流程的竖向水力要求，再通过细格栅进一步去除污水中较大的悬浮污染物颗粒，通过细格栅后的污水进入旋流沉砂池去除相对密度2.65、粒径0.2mm以上的砂粒完成一级处理。而后污水通过CASS反应器进行二级处理，完成有机物的降解、脱氮除磷以及混合液的固液分离以保证出水水质，不设二沉池，二级处理出水通过深度处理提升泵房提升以满足深度处理所需竖向水力条件，再依次经过高密度沉淀池、V型滤池、二氧化氯接触消毒池进一步去除二级处理出水中的有机物、悬浮固体、氮磷、细菌等污染物完成深度处理，水质达标的污水通过计量渠排入受纳水体。对于污泥处理，由于不设初沉池，二沉池的剩余污泥先送入储泥池进行化学调节法预处理降低比阻，再经过离心浓缩机与板框压滤机进行减量化处理，最后脱水后的泥饼通过外运进行其他处置。对于初雨处理，为避免初雨在调蓄池内停留时间过长污染环境或雨季污水厂处理能力不足，本设计拟设置强化一级处理的方式，初雨先经过粗格栅、细格栅去除较大的悬浮物或漂浮物，再通过曝气沉砂池去除无机砂粒等。

2.7 排水工程投资估算

首先进行污水处理厂投资估算，根据水量计算，本设计污水处理厂近期处理规模约为0.8万m/d，按污水厂工程投资综合指标取1760元/(m/d)，则污水厂近期工程投资约为1408万元。远期投资以近期处理构筑物为2组计，远期每增加一组，附加5%的工程投资，本设计近期2组，远期3组，远期投资约70.4万元，则总投资约1478.4万元，污水厂直接费用约998.9万元。

其次进行排水管网投资估算，根据《市政工程投资估算指标(第四册：排水工程)》相关规定，将污水管道综合指标按设计日平均流量分为1万m/d、2万m/d、5万m/d、10万m/d四类，将雨水管道综合指标按汇水面积分为50ha、100ha、200ha三类，与所给指标数据不同时采用内插法计算，估算时污水及雨水管道系统投资费用均包括建筑安装工程费、设备购置费、工程建设其他费用与基本预备费，其中建筑安装工程费包括人工费、材料费、机械费及综合费用；设备购置费包括设备原价与设备运杂费；工程建设其他费用包括建设管理费、可行性研究费、研究试验费、勘察设计费、环境影响评价费、场地准备费、联合试运行费等；预备费包括基本预备费与差价预备费。

此外进行初雨处置费用估算，主要即为雨水调蓄池及其附属进出水管路与设备的投资估算，根据分项工程指标，投资费用主要包括建筑安装工程费与设备购置费，每项所包括具体项目同管网部分。

最后还应进行污水处理厂年经营成本、年总成本及单位制水成本的估算，采用“要素成本估算法”，成本要素包括处理后污水排放费、能源消耗费、药剂费、工资福利费、年折旧费、大修理费、无形和递延资产摊销费、日常检修维护费、管理及其他费、流动资金利息支出等。

3. 研究计划与安排

3 进度安排

4. 参考文献（12篇以上）

4 阅读的参考文献不少于15篇(其中近五年外文文献不少于3篇)

[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].