潜江市工业园排水工程设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1国内外污水处理工艺研究现状

近年来，我国经济快速发展，政府和人民的环保意识不断增强，我国的污水处理能力在短期内迅速扩大，污水处理效率也显著提高^[1]。我国污水处理工艺多采用传统活性污泥法、厌氧-缺氧-好氧（aao）、厌氧-好氧（a/o）、序批式活性污泥法（sbr）、氧化沟等处理工艺^[2,3]。其中，aao和氧化沟凭借其相对稳定的性能和易于操作的优点，被大多数污水处理厂广泛使用^[4,5]。据有关文献^[6]调查，我国约有50%以上的污水处理厂采用aao和氧化沟工艺，传统活性污泥法和sbr分别占总污水处理工艺的11%和10%，而ao、生物膜法、化学和物理化学法则占总处理工艺的27%，见图1-1所示。经过这些处理工艺，我国污水基本满足了国家、社会及相关部门对污水技术的处理要求。

图1-1各工艺占我国总处理工艺的百分比

虽然我国污水处理发展迅速，污水处理能力位居世界第二，但也存在某些问题亟待处理，主要体现在以下几点：（1）污水处理能力总体不匹配，污水处理地区发展不均衡不同地区污水处理厂的建设及其处理能力有较大差异。（2）污水处理厂运行负荷差异较大，长期低运行负荷现象明显。我国有超过一半的污水处理厂运行负荷80%，总处理水量只有设计水量的40%。长期低负荷运行是导致城市污水处理厂生物除磷效率降低的主要原因^[7]，同时也增加了处理工艺中消耗的能量。此外，还有小部分污水处理厂运行负荷超过120%，长期的超负荷运行很大程度上影响了废水处理性能，尤其是氮和磷等污染物的去除^[8]。（3）污水厂的污水和污泥处理不当，废水和污泥循环利用率低。在中国，大多数城市污水处理厂排放量只需达到标准，而无需考虑废水的循环利用^[9]。由于污水处理设施以及相关的污水管网的建设滞后于城市的发展，而且也缺乏相关的政策和法规，加之废水回收的市场化和工业化程度低，限制了我国污水处理厂的回收利用，这一情况使我国水资源短缺情况更加严重^[10-12]。根据我国污水处理厂污泥处置的现状，污泥是废水处理过程中资源循环利用的关键^[13-16]。尽管我国大多数污水处理厂都配备了污泥处理设施，但依然有80%以上的污泥处理不当。在我国，大约有50%的污泥通过填埋的方式进行处理，仍有大量污泥未能得到妥善的处置利用，真正污泥的利用率不到11%。

2. 研究的基本内容与方案

2.1背景资料

2.1.1园区概况

(1)简介

潜江市园林科技工业园位于美丽富饶的江汉平原腹地、潜江市城区——园林办事处，1996年经国家科委正式批准建立，2004年经省政府开发区领导小组审核并报国务院批准保留，现今发展良好为当地的经济发展起到了大大的促进作用。潜江市园林科技工业园交通便利，东临随岳高速公路（京珠高速公路），南临沪蓉高速公路，西临襄岳公路，北依汉水连长江，45分钟可达荆州，90分钟可达武汉、宜昌。园区内环境优美、功能完善、设计超前、布局合理园区投资政策优惠。

(2)规划人口

园区内设计人口数近期为4万，远期为5万。

(3)生活污水量

人均生活污水量标准按综合生活用水量标准的80%计。潜江市属于I区、城市规模为大城市，故综合生活用水量(含公共建筑用水)定额按190-310L/cap.d计算^[18]。

2.2.2自然条件

(1)地理条件

潜江无山，地势低平，由北向南，由东荆河向其东西两侧腹地略呈倾斜。潜江市园林科技工业园位于东荆河东侧，因此潜江市园林科技工业园自北向南、自西向东略略呈倾斜，地面标高为30.0-36.5m左右。

在工业园区附件现有两个城市水体，一是东楚河，流动水体，位于工业园区西侧；二是百里长渠，为流动水体，位于工业园区东部。二者皆为汉江支流，不过百里长渠地势和水位都相对较低,且百里长渠最高水位为29.78m,最低水位为25.78m,平均水位为26.50m。

(2)气象资料

潜江市工业园处于北纬30°附近，其气候属北亚热带季风性湿润气候。四季分明，夏热冬寒，热量、雨量比较充足，无霜期较长。但降水的时空分布不匀，容易出现旱象和溃涝。气候宜人，年平均气温16.1℃，年平均日照时数为1949~1988小时，全年无霜期约250天。常年主导风向为冬季北风、夏季西北风。

暴雨强度公式为q=684.7(1 0.854lgP)/t^0.526

q₀=q×Ψ

式中：t=t₁ t₂

地面集水时间：t₁=10~15分钟；

设计重现期：P=2~3年；

径流系数:Ψ=0.5~0.8。

(3)地质资料

潜江无山，地势低平，由北向南，由东荆河向其东西两侧腹地略呈倾斜，地质条件良好，地下水位较低。

2.2.3排水状况

(1)排水现状

工业园内尚无排水设施，没有生活污水收集系统，雨水基本上随坡漫流至百里长渠。

(2)工业污水排水情况

园区内工业厂种类有食品公司、生物制品厂、纺织公司、医院、塑料厂，其中中心医院平均污水流量为1500m³/d,K_h=1.4；生物制品厂平均污水流量近期为1000m³/d，远期为2000m³/d；纺织公司平均污水流量近期为800m³/d，远期为1600m³/d，K_h=1.23；食品公司平均污水流量近期为1000m³/d，远期为2000m³/d；塑料厂平均污水流量近期为750m³/d，远期为1500m³/d。

2.2基本内容

（1）雨水管网：很据所给基础资料，完成潜江市工业园的雨水管网布置及其水力计算。

（2）污水管网：完成潜江市工业园的污水管网布置及其水力计算。

（3）污水处理厂：完成污水处理厂设计，包括格栅、沉砂池、生化反应池、二级处理工艺和污泥处理部分等。同时完成污水处理泵站设计，包括选泵，泵站形式和布置。

2.3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。

潜江市工业园区设计区内目前尚无污水管道系统和雨水管道系统，在建设的同时，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2020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^[19]。

2.4设计范围

潜江市工业园区设计的平面面积约为5.9平方千米，且工业园区整体布局如图2-1所示：

图2-1工业园区平面简图

2.5拟采用的技术方案

2.5.1排水规划

城市排水体制一般分为合流制和分流制两种类型^[16]。从环境保护方面来看，相比于合流制，分流制比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求。从造价方面来看，合流制的泵站和污水厂比分流制的要高。从维护管理方面来看，分流制系统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。

因此，本设计排水体制选择分流制，即雨水和污水分别用雨水管网和污水管网进行收集和输送，雨水就近排入水体，污水由污水管网输送至污水处理厂经处理达标后排放。

2.5.2污水管网技术方案

由于工业园区地势由北向南、由西向东逐渐降低，且百里长渠位于厂区东面。综合考虑，污水管网布置有以下两种方案：

(1)为充分利用地形坡度^[20]，将污水处理厂修建于工业园区东南部靠近百里长渠的空地处，将污水主干管布置在最南方的红梅路，干管布置于各条南北走向且与红梅路相连的街道上，将污水收集起来，汇集到主干管后集中排入污水处理厂。一共6条干管，污水流向为由北向南。

(2)为充分利用地形坡度，将污水处理厂修建于工业园区东南部靠近百里长渠的空地处，将污水主干管布置在靠近百里长渠的临渠西路，干管布置于各条东西走向且与临渠西路相连的街道上，将污水收集起来，汇集到主干管后集中排入污水处理厂。一共6条干管，污水流向为由西向东。

综合比较以上两种方案，第一种方案当中管道总长29168m，第二种方案管道总长29956m；第一种方案当中控制点为袁梅线道路上最北方的管道井，第二种方案当中控制点为国道318路上最西方的管道井相比较而言，第一种方案控制点到主干管末端的距离更短、埋深更小、更加经济。综上所述，方案一更加经济合理，故选用方案一。方案一、二干管布置草图如图2-2和图2-3所示：

图2-2方案一污水干管布置草图

图2-3方案二污水干管布置草图

2.5.3雨水管网技术方案

雨水干管有以下两种方案：

(1)干管布置在南北走向的街道下，一共6条干管，雨水流向为由北向南，最后在红梅路下布置主干管汇集干管中的雨水，集中排入百里长渠。

(2)干管布置在东西走向的街道下，一共7条干管，雨水流向为由西向东，最后穿过临渠南路直接排入百里长渠。

由于雨水管线的敷设原则是就近排入水体，即雨水通过干管排入就近的河流。故选用方案二，其干管布置草图如图2-4所示：

图2-4雨水干管布置草图

2.5.4污水厂处理工艺

污水进入污水处理厂后，首先要经过粗格栅，接着经泵提升再通过细格栅，可截留较大悬浮物和漂浮物。经过细格栅处理后的污水进入沉砂池中，去除SS后进入生化池中去除COD、BOD同时进行脱氮除磷，接着进入二沉池中进行泥水分离，最后进入深度处理工艺进行进一步处理和消毒以达到一级A标准。

1、沉砂池

沉砂池分为平流沉砂池、曝气沉砂池、旋流沉砂池三类。其中，平流沉砂池具有截留无机颗粒效果好、工作稳定、构造简单、排砂较方便的优点，但是沉砂中含有约15%的有机物，对沉砂的后续处理不利；曝气沉砂池可以通过曝气量来控制污水的旋流速度，使得除砂效率稳定，受流量变化影响小，同时对污水起到预曝气的作用，但是按生物脱氮除磷设计的污水处理工艺不适宜采用；旋流沉砂池利用机械力控制流态和流速，加速砂粒的沉淀，有机物则被留在污水中，沉砂效果好、占地省。综上，设计采用旋流沉砂池中的钟式沉砂池。

2、生物处理法

常用的生物处理法有传统活性污泥法、厌氧-缺氧-好氧（AAO）、厌氧-好氧（A/O）、序批式活性污泥法（SBR）、氧化沟等处理工艺。其中，A²/O工艺、氧化沟、SBR及其改良工艺(CASS工艺)使用较多。

A²/O工艺厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺；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;污泥含磷高，具有较高肥效;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。但同样存在一些问题，如(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，内循环量一般以2Q为限，不宜太高;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;(3)用于中小型水厂费用颇高等。

氧化沟工艺流程简单，运行管理方便；运行稳定，处理效果好；能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力；污泥量少、性质稳定；可以除磷脱氮，脱氮效率一般＞80%；但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施，且占地面积大，比较适和大型污水处理厂。

CASS工艺具有以下特点:(1)建设费用低。省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%~30%。(2)工艺流程简单，污水厂主要构筑物为集水池、沉砂池、CASS曝气池、污泥池，布局紧凑，占地面积可减少35%;(3)运转费用省。由于曝气是周期性的，池内溶解氧的浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运转费用可节省10%~25%；(4)有机物去除率高。出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮除磷功能;(5)管理简单,运行可靠,不易发生污泥膨胀。污水处理厂设备种类和数量较少,控制系统简单，运行安全可靠;(6)污泥产量低，性质稳定；(7) CASS工艺适用于中型及小型污水处理工程。

综上可知，CASS工艺综合性能较好，且由于工业园区处理水量较小，故设计采用CASS工艺。

3、二沉池

由于生化池采用CASS工艺，故本设计不用设置二沉池。

4、深度处理工艺

（1）常规深度处理工艺的选择

常规深度处理工艺为混凝、沉淀、过滤、消毒工艺。本设计采用高效混凝沉淀池 滤布滤池的组合工艺。即二级生物处理出水后，进入高效沉淀池进行混凝沉淀，随后进入滤布滤池，滤后水消毒后可达标排放。纤维转盘滤池过滤时污水重力流进入滤池，滤池中设有布水堰。滤布采用全淹没式，污水通过滤布外侧进入，过滤液通过中空管收集，重力流通过出水堰排出滤池。整个过程为连续。过滤中部分污泥吸附于滤布外侧，逐渐形成污泥层。随着滤布上污泥的积聚，滤布过滤阻力增加，滤池水位逐渐升高。通过压力传感器监测池内液位变化。当该池内液位到达清洗设定值（高水位）时，PLC即可启动反抽吸泵，开始清洗过程。清洗时，滤池可连续过滤。过滤期间，过滤转盘处于静态，有利于污泥的池底沉积。清洗期间，过滤转盘以1转/分钟的速度旋转。抽吸泵负压抽吸滤布表面，吸除滤布上积聚的污泥颗粒，过滤转盘内的水自里向外被同时抽吸，并对滤布起清洗作用。瞬时冲洗面积仅占全过滤转盘面积的1%左右。反冲洗过程为间歇。

该工艺具有土建占地面积小，处理效果好，出水稳定等特点，可以连续运行，能承受较高的水力负荷及悬浮物固体负荷，全部自动化控制运行，操作及保养简便，运行费用低。

（2）消毒剂的选择

常用的消毒方法可分为物理法和化学法。物理法包括加热、紫外线、分子筛等；化学法主要采用强氧化剂如氯气、二氧化氯、臭氧、氯胺、次氯酸钠等化学药剂。长久以来，由于化学法具有容易实现、成本低的优点，所以使用较多。

表2-2消毒剂性能比较表

由表2-2可知，二氧化氯消毒具有设备费用低、运行电耗低的优点。二氧化氯消毒设备已完全国产化，安全性较高，维护检修方便。目前采用的复合性二氧化氯发生器生产二氧化氯和氯气消毒剂，杀菌效果与液氯相同，但至少可比液氯减少80%的二氯甲烷产生，特殊的余氯效应使尾水消毒具有持续性。紫外线消毒存在投资大、运行费用高、无持续杀菌能力的缺点。因此，本设计中采用二氧化氯进行接触消毒。

4、污泥处置

国内目前普遍采用的污泥浓缩脱水工艺主要有如下两种，一种是重力浓缩、机械脱水；另一种是机械浓缩、机械脱水。

（1）污泥浓缩

污泥浓缩有重力浓缩、气浮浓缩、机械浓缩等方式，最常用的为重力浓缩。机械浓缩是近年来发展较快的技术，国内应用也逐年增多。气浮浓缩适合于浓缩二沉池和生物滤池等较轻的污泥，由于设备多，生产环境较差，一般较少使用。本工程污水处理工艺不设初沉池，剩余污泥中无机成分较高，因此选择重力浓缩和机械浓缩进行比较，两者的性能特点和技术经济比较如下表2-3：

表2-3重力浓缩与机械浓缩比较表

结合本次工程实际情况，采用重力浓缩方式。

（2）浓缩脱水机械型式

机械脱水的种类较多，按脱水原理可分为真空过滤脱水、压滤脱水和离心脱水三大类。

真空过滤：真空过滤脱水，使用的机械称为真空过滤机，可用于经预处理后的初沉污泥，化学污泥及消化污泥等的脱水。和污泥干化比较，真空过滤机脱水能够连续生产，运行平稳，可自动控制。但其主要缺点是滤布容易堵塞，不易清洗，附属设备较多，工序复杂，运行费用较高。目前在城市污水处理厂中较少使用。

压滤脱水：压滤脱水可分为板框压滤脱水机和带式压滤脱水机两种。板框压滤压滤机脱水的泥饼含水率较低，在65%以下，体积缩小，运输量减少，可节省污泥运输费用，最后处置也比较容易，尤其在中小型工业废水处理厂（站）中应用较多。但板框压滤机为间断运行，效率较低、且操作麻烦，维护工作量较大，仅在要求出泥含水率很低的情况下使用。带式压滤机是连续运转的污泥脱水设备，进泥的含水率一般在96-97%，污泥经絮凝，重力脱水，压榨脱水之后滤饼的含水率可达70-80%。其主要特点是把压力施加在滤布上，用滤布的压力和张力使污泥脱水，而不需要真空或加压设备，动力消耗较少，可连续生产，其出泥含水率低且稳定，管理控制相对较容易，从上世纪90年代以来，在我国的城市污水处理厂中得到了广泛的应用。同时可以将机械浓缩和脱水设备作为一体化设备，大大节省了占地面积。

离心脱水：离心机用于污泥浓缩或脱水已有几十年的历史，经过几次的更新换代，目前普遍采用的是卧螺式离心机。卧螺式离心机具有如下特点：污泥进料含固率变化的适应性好；能自动长期连续运行；分离因数高，絮凝剂投量少，常年运行费用低；单机生产能力大，结构紧凑，占地面积小，维修方便；可封闭操作，工作环境条件好。离心机的主要缺点是噪音比带式压滤机要大，动力消耗高，污泥中有砂砾时，容易磨损设备。

经比较，选择板框压滤机进行污泥脱水，污泥经脱水至含水率≤80%后外送处理。

综上所述，本次设计中污水处理厂的工艺流程如图2-4：

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1]田文龙，刘瑶环.我国污水处理事业的现状和发展趋势[j].中国科技信息.2006（2）：110-111.

[2]刘兴平，郝晓美.城市污水处理工艺及其发展[j].水资源保护.2003（1）：25-26.

[3]张秋霖.我国城市污水处理的工艺及工艺选择分析[j].城市建设理论研究.2015(1):4561-4562.