湘阴县排水工程设计开题报告

1.论文目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1论文的目的：

湘阴县境内公路和水路交通十分发达。有S308和省道交汇于县城；湘江、资江等是通航的主要河流，可出洞庭湖而与长江相联。县境内虽然没有铁路，但京广线从领侧汨罗通过,离县城仅有20余公里。

随着经济的高速发展,城区城市规模不断扩大,城市化水平不断提高,城市生活污水量随之增加,工业废水和生活废水排放量与日俱增,预计2010年生活污水排放量估算将达8.1×10⁴立方米/d。污水未经处理直接排入受纳水体,部分污水直接排入风景秀美的东湖后流入湘江,另部分直排放湘江,对湘江、东湖造成了严重的污染,破坏了生态环境,危害人民身体健，妨碍了城市经济的可持续发展。

为解决湘阴城区生活污水污染问题,兴建城区生活污水处理厂工程迫在眉睫。污水处理厂这一利国利民的德政工程已被列入湘阴县委和县人民政府的议事日程,得到了各级领导的高度重视和人民群众的极大关注。

1.2 论文的意义：

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。

1.3 国内外的研究现状分析：

1.3.1 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。

1.3.2 管道的设计布局现状

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。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。

1.3.3 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、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。

（本部分至少800字）

1.基本内容和技术方案

1.1基本内容：

湘阴县辖14个乡镇，土地总面积1581.5平方千米，耕地面积42.26千公顷。年末总人口78.41万人，人口出生率12.48 ‰、自然增长率4.3‰。最高气温38.3℃，最低气温-5.8℃，年降水量1285.8毫米。

（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。

（4）完成毕业设计计算说明书以及相关图纸。

2.2 技术方案：

2.2.1 污水管网

（1）排水体制的确定

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入水体，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。

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、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。

（2）流量的计算依据

1.设计流量

污水管道及其附属够构筑物能保证通过的污水最大流量称为污水设计流量。进行污水管道系统设计时常采用最大日最大时流量为设计流量，其单位为L/s。

2.设计流量的组成

①Q1-居住区生活污水

②Q2--工业企业生活污水及淋浴污水

③Q3-工业废水

④Q4-地下水渗入量(地下水位较高地区)

城市污水设计总流量Q=Q1 Q2 Q3 Q4

（3）定线原则

排水管网的定线原则是:应尽可能在管线较短和埋深较浅的情况下，让最大区域的污水自流排除。

1.定线时通常考虑的因素是:地形和竖向规划；排水体制；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线和构筑物的位置；工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况以及发展远景和修建顺序等。

2.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，一般应顺坡排水。地形标高较高的污水不要经较低地区泵站排水。

3.排水管网定线顺序应当是先确定污水处理厂的位置，然后依次确定主干管、干管、支管的位置。

4.管道埋深和泵站数量直接影响到工程总造价，管网定线需做方案比较，选择最合适的管线位置，使其既能减少埋深，又可少建泵站。

5.排水管道定向应尽量避免或减少管道与河流、山谷、铁路及地下构筑物交叉，以降低施工费用，减少养护工作的困难。

6.当排水干管与等高线垂直时，排水干管一般采用双侧集水;当排水干管与等高线斜向相交时，排水干管一般采用单侧集水。单排水干管双侧集水时，干管间距一般为600-1000m；当排水干管单侧集水时，干管间距一般为600-800m。

（4）管材的选择

具体管材根据相关要求选择以下类型：

1.混凝土管和钢筋混凝土管

2.陶土管

3.金属管

4.浆砌砖、石或钢筋混凝土大型管渠

5.其他材料

（5）平面布置方案

1.主干管的布置：

地形平坦或略有坡度，主干管一-般平行于等高线布置，在地势较低处，沿河岸边敷设，以便于收集干管来水；

地形较陡，主干管可与等高线垂直，这样布置主干管坡度较大，但可设置为数不多的跌水井，而使干管的水力条件得到改善；

避开地质条件差的地区；

总干管的走向取决于污水厂和出水口位置；

2.干管的布置：

尽量设在地势较低处，以便支管排水；

地形平坦或略有坡度，干管与等高线垂直(减小埋深)；

地形较陡，干管与等高线平行(减少跌水井数量)；

一般沿城市街道布置，通常设置在污水量较大、地下管线较少、地势较低- -侧的人行道、绿化带或慢车道下，并与街道平行。当街道宽度大于40m, 可考虑在街道两侧设两条污水管，以减少连接支管的长度和数量。

3.支管的平面布置

除取决于地形外，还需考虑街坊的建筑特征，并便于用户的接管排水，一般有三种形式:

1)底边式

街坊狭长，面积较小或地形倾斜，街区内污水采用集中出水方式时，只管敷设在服务街区较低侧的地下。

2)围坊式

也称周边式，街区面积较大且地形平坦时，宜在街区四周的街道下敷设支管。

3)穿坊式

街坊内部建筑规划已经确定，或街坊内部管道自成体系时，支管可穿越街坊布置。

（6）管道的衔接方式

管道接口应根据管道材质和地质条件确定，可采用刚性接口或柔性接口，污水及合流管道宜选用柔性接口。当管道穿过粉砂、细砂层并在最高地下水位以下，或在地震设防烈度为8度设防区时，应采用柔性接口。

2.2.2 雨水管网

（1）雨水管网的设计方案

雨水管道设计应满足以下规定:

1.雨水管道按满流计算，最小设计流速一 般不小于0.75m/s,钢筋混凝土管最大流，速不超过.5m/s。

2.雨水管道最小管径为300mm，相应最小设计坡度.3%。

3.管道的连接，一般采用管顶平接，必须保证进水管底不得低于出水管底，且保证覆土大于或等于0.7m。

4.充分利用地形，就近排入水体或低洼地区。

5.根据城市规划布置雨水管道，应平行道路铺设，宜设置在行道或草地下，不宜布置在快车道下，雨水口布置应使雨水不致漫过路面，间距视道路坡度、宽度，不同而定。联络管最小管径300mm，最小坡度0.01。

（2）流量的计算依据

雨水管渠设计流量计算公式

Q=ψqF

Q-雨水设计流量(L/s);

ψ-径流系数，其数值小于1;

F-汇水面积(ha);

q-设计暴雨强度(L/(sha));

（3）定线原则

1.污水管道定线遵循的原则同样适用于雨水管道定线。

2.主要居住区采用暗管就近排放雨水，并且设置检查井，偏远地区采用明渠就近排放雨水（公园除外）。

3.雨水管道最小流速0.75m/s，最大流速同污水管道。

（4）管材的选择

具体管材根据相关要求选择以下类型：

1.混凝土管和钢筋混凝土管

2.陶土管

3.金属管

4.浆砌砖、石或钢筋混凝土大型管渠

5.其他材料

（5）平面布置方案

根据城市规划布置雨水管道：

通常应根据建筑物的分布、道路布置、街区内部的地形等布置雨水管道。雨水管道的平面布置与竖向布置应考虑与其它地下构筑物的协调配合。使街区内绝大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。

平行道路布设，且宜布置在人行道或草地带下，而不宜布置在快车道下。

道路宽度大于40m时，可考虑在道路两侧分别设置雨水管道。

平面和竖向布置应考虑与其它地下构筑物(包括各种管线及地下建筑物等)在相交处相互协调。

在有池塘、坑洼的地方，可考虑雨水的调蓄。

（6）管段的衔接方式

雨水管段各设计管段在高程上采用管顶平衔接。即：

上一管段设计管内底标高 D_上游=下一管段设计管内标高 D_下游

2.2.3 污水处理厂

（1）污水厂的选址

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.在城镇水体的下游。

2.便于处理后出水回用和安全排放。

3.便于污泥集中处理和处置。

4.在城镇夏季主导风向的下风侧。

5.有良好的工程地质条件。

6.少拆迁，少占地，根据环境评价要求，有一定的卫生防护距离。

7.有扩建的可能。

8.厂区地形不应受洪涝灾害影响，防洪标准不应低于城镇防洪标准,有良好的排水条件。

9.有方便的交通、运输和水电条件。

（2）污水厂流程的选择方案

根据《城市污水处理及污染防治技术政策》：日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，可选用氧化沟法、SBR法、水解好氧法、AB法和生物滤池法等技术，也可选用常规活性污泥法。具备较强的除磷脱氮功能的处理工艺，日处理能力在10万立方米以下的污水处理设施，除采用A/O法、A/A/0法外，也可选用具有除磷脱氮效果的氧化沟法、SBR法、水解好氧法和生物滤池法等。

（3）各方案的优缺点

氧化沟又称连续循环反应器，是常规活性污泥法的一种特殊形式。有多种构造形式：卡罗塞尔，交替工作式，奥贝尔式，曝气-沉淀一体式。应用范围广，运行管理方便，可不设初沉池和不单设二沉池，曝气与处理效果较好，设计运行得当还可以达到脱氮除磷的作用。缺点是占地广，能耗较高。

SBR法又称序批式活性污泥法，以间歇操作为主要特征，进水，反应，沉淀，排水，闲置，都是在一个池子中进行。其改进工艺：ICEAS(连续进入间歇排水)，CASS以及DAT-IAT工艺。工艺流程简单，基础建设费用低，出水水质好，在单一的池子里能实现脱磷除氮作用，耐冲击负荷，不易产生污泥膨胀，可实现自动化操作。适合中小型污水处理厂。但主反应区前面缺一个厌氧段，除磷效果不够理想。

A/A/O法即厌氧-缺氧-好氧法。利用生物处理方法脱磷除氮，出水水质好，是一种深度二级处理，厌氧释放磷，缺氧脱氮，好氧去除BOD以及吸收磷。注意沉淀池的DO，以防释放磷及破坏厌氧。

从处理水量和出厂水水质等方面考虑，本工程考虑采用A/A/O工艺。

（4）流程图

（本部分至少400字）