湖北省大冶市北部地区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

我国人均可再生淡水资源仅为世界平均水平的三分之一，淡水消费量占水资源总量的比重为22，远高于世界平均水平的9%。我国人均可再生淡水资源在所有国家中排名位于倒数15位左右。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施

2.1排水体制选择

排水体制的设计原则：

1） 排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划，并应与城市工业企业中期他单项工程建设密切配合，相互协调，该现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响；

2） 排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调；

3） 考患污水的集中处理与分散处理；

4） 设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调，以节省总投资；

5） 排水工程的设计应全面现划，按近期设计考虑远期发展；

6） 排水工程设计师考虑原有管道系统的使用可能；

7） 在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。

排水体制的选择，排水系统体制应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、水质、水量、地形等条件确定。

1） 从环境保护方面来看，如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水容量也增加很多，建设费用也相应增加。但采用截流式合流制时，会有部分混合河水经溢流井溢入水体，水体受到污染。

分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城市水体也会造成污染有时还很严重，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，故应采用分流制。

2） 从造价方面来看，合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。

3） 从维护管理方面来看，雨天时污水在合流制管道中才接近满流，因而晴天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低，但是，睛天和雨天时流入污水的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水运行管理的复杂性。而分流制系统可以保障管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水的水量和水质比合流制变化小很多，污水厂的运行易于控制。

综合考虑各个因素，为了更好的保护环境，适应以后的发展，且便于污水厂的运行管理，采用分流制排水系统即采用两个（雨水、污水） 管道系统。故最终确定采用分流制污水处理系统为宜。

2.2污水管道系统设计

污水管道系统的设计，确定排水区界及划分排水流域，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。它是根据城镇总体规划的设计规模决定的。

定线的主要原则是：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。

包含污水处理厂的排水工程，管网在定线之前，还要首先确定污水处理厂的厂址，以便确定管线走向及控制点。影响因素有：1、城镇地形和用地布局；2、排水体制和线路数目；3、污水厂和出水口位置；4、水文地质条件；5、道路宽度，地下管线构筑物的位置；6、工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况。其中，地形一般是影响管道定线的主要因素。定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。污水管道中的水流靠重力流动，因此管道必须具有坡度。

本设计区域地势东北高西南低，受纳水体大冶湖位于设计区域南部，自东向西流入长江，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，再通过干管自北向南顺坡送入主干管中，主干管再自东向西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。

2.3雨水管渠系统设计

雨水管渠系统的平面布置特点：1、充分利用地形，就近排入水体。2、根据城市规划布置雨水管道。3、合理地布置雨水口，以保证路面雨水排除通畅。4、雨水管道采用明渠或暗管应由具体条件确定。5、设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪水径流。6、以径流量作为地区改建的控制指标。

雨水管渠系统设计计算的技术规定，为使雨水管渠正常工作，防止发生淤积、冲刷等现象，应对雨水管渠水力计算的基本数据有如下规定：

1、设计充满度，设计充满度应按满流考虑，即h/D=1。明渠则要有不小于0.2m的超高。街道边沟应有不小于0.03m的超高。

2、设计流速，雨水管与合流管在满流时管道内的最小设计流速为0.75m/s；明渠内的最小设计流速为0.4m/s。

为防止管渠因受到冲刷而破坏，对雨水管渠最大设计流速的规定为：金属管道为10m/s；非金属管道为5m/s。

3、最小管径和最小坡度，雨水管渠的最小管径为300mm，相应的最小坡度：塑料管为0.002，其他管为0.003，雨水口连接管的最小坡度为0.01，最小管径为200mm。最小埋深和最大埋深的具体规定同污水管道。

雨水管渠系统的设计步骤：在进行雨水管渠系统的设计计算前，首先应收集和整理设计地区的各种原始资料，包括地形图，城市或工业区的整体规划，水文、地质、暴雨等资料。然后根据具体情况进行设计计算。

1、划分排水区域和管道定线。

2、划分设计管段。

3、划分并计算各设计管段的汇水面积。

4、确定各排水流域的平均径流系数。

5、确定设计重现期P、地面集水时间t₁。

6、求单位面积径流量q₀，q₀是暴雨强度q与径流系数Ψ的乘积，称单位面积径流量。

7、列表进行雨水干管的设计流量和水力计算，以求得各管段的设计流量并确定各管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道埋深。计算时要先确定管道起点的埋深或管底标高。

8、绘制雨水管道平面图。

雨水管网的布置遵循顺坡排水、就近排水的原则，根据当地地形地势和街区面积，将大冶市北部地区划分为5个区域，每个区域都设置独立的雨水系统，在雨水管线末端设置截留井，将初期雨水截留到污水处理厂雨水调蓄池中，截流井中层雨水溢流，上、下层雨水截留至污水处理厂调蓄池，在污水处理厂单独设置初雨处理设施，调蓄池雨水沉淀后经粗格栅、细格栅、曝气沉砂池处理后排入大冶湖，调蓄量按降雨量取4mm计。

2.4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，所有污染物随降雨过程变化的总体趋势为雨水初雨径流污染物浓度很高，随降雨历时的延长，污染物浓度逐渐下降并趋于稳定。径流中ss含量最高，且ss是总CODcr的主要贡献，溶解态CODc占总CODcr的比例较小：雨水径流中含有一定的营养物质，主要为NH3-N，浓度在1-3mg/L之间，且与降雨历时的变化不明显，而总磷的含量一般均在0.5mg/L以下：在不同的降雨历时中，初雨污染指标相差较大，其原因与随机性影响因素有关，如大气污染情况、地面清洁度等。屋面径流污染指标主要是COD和SS。TN、TP、重金属和无机盐等浓度则较低。由于受交通状况、大气沉降等多重因素的综合影响，屋面、道路径流水质呈现出明显的随机性和波动性。屋面、道路及草坪径流中COD、TN.TP、BODs的平均浓度均超过地表水环境质量V级标准，路面COD、BODs污染最严重，COD、TN和TP浓度与ss含量相关系数分别为：0.846，0.941，0.864，草坪TP污染最重，而屋面TN污染最重：3种下垫面径流重金属含量较低，不超标。

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截流井，截流井中层雨水溢流，上、下层雨水截留至污水处理厂调蓄池，在污水处理厂单独设置初雨处理设施，调蓄池雨水沉淀后经粗格栅、细格栅、曝气沉砂池处理后排入大冶湖，调蓄量按降雨量取4mm计。

初期雨水收集处理图：

该系统优点为雨污各行其道,互不混掺,雨污分流彻底,且初期雨水和漏入雨水系统的污水得到收集处理。但建设难度也高,雨水澄清池用地协调难度也大。综上所述，本设计采用该方法处理初期雨水。

2.5污水处理厂设计

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、选择污水及污泥的处理工艺流程；

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完成工程投资估算；

设计拟采用方案措施

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SBR工艺系统与A-A-O工艺系统两种方案进行比选。

方案一：SBR（Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess）是间歇式活性污泥法的简称，是在一个反应器中周期性完成生物降解和泥水分离过程的污水处理工艺。在典型的SBR反应器中，按照进水、曝气、沉淀、排水、闲置5个阶段顺序完成一个污水处理周期。

SBR工艺主要优点如下：1、运行灵活。可根据水量水质的变化调整各时段的时间，或根据需要调整或增减处理工序，以保证出水水质符合要求。2、近似于静止沉淀的特点，使泥水分离不受干扰，出水SS较低且稳定。3、在处理周期开始和结束时，反应器内水质和污泥负荷由高到低变化，溶解氧则由低到高变化。就此而言，SBR工艺在时间上具有推流反应器特征，因而不易发生污泥膨胀。4、在某一时刻，SBR反应器内各处水质均匀，具有完全混合的水力学特征，因而具有较好的抗冲击负荷能力。5、SBR一般不设初沉池。生物降解和泥水分离在一个反应器内完成，处理流程短，占地面积小。

方案一工艺流程框图如下：

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，同时部分有机物进行氨化；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、本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱氮除磷工艺，总水力停留时间少于其他类工艺；2、在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，不易发生污泥丝状膨胀，SVI值一般小于100；3、污泥含磷高，具有较高肥效；4、运行中勿需投药，两个A段只用轻轻搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；存在的问题：1、除磷效果难再提高，污泥增长有一定限度，不易提高，特别是P/BOD值高时更甚；2、脱氮效果也难再进一步提高，内循环量不宜太高；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，但溶解氧浓度也不宜过高，以防循环混合液对缺氧反应器的干扰。

方案二工艺流程框图如下：

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中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，在方案二中，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。而后对于方案一，污水通过SBR反应器完成二级处理，对于方案二，污水依次通过厌氧、缺氧、好氧反应器完成有机物的降解，脱氮以及磷的吸收，再通过辐流式沉淀池将生化处理后的混合液进行固液分离以保证出水水质，完成二级处理。而后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，初沉池和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。深度处理采用混凝、沉淀、过滤、消毒的工艺对污水进一步处理。

综上所述，本设计采用的处理工艺为SBR工艺。

本设计在每条雨水干管末端设置截流井，将初期雨水截留到污水处理厂雨水调蓄池中，截流井中层雨水溢流，上、下层雨水截留至污水处理厂调蓄池，在污水处理厂单独设置初雨处理设施，调蓄池雨水沉淀后经粗格栅、细格栅、曝气沉砂池处理后排入大冶湖，调蓄量按降雨量取4mm计。

2.6排水工程投资估算

根据水量计算，本设计污水处理厂近期处理规模约为0.93万m/d，通过污水厂工程投资综合指标，计算污水厂近期工程投资。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，计算得出的近远期投资金额后，可以得出总投资预算。管网费用为排水管材费用，人工费以及管理费用等，排水成本的估算采用“要素成本估算法”，成本要素包括年折旧费，大修理基金，电费，药剂费，工资福利费，维护费，管理费及单位制水成本、运行费用。

3. 研究计划与安排

3.进度安排（按周次填写）

4. 参考文献（12篇以上）

4.参考文献

[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].