江西省J市排水工程设计开题报告

全文总字数：8462字

1. 研究目的与意义（文献综述）

2. 研究的基本内容与方案

基本内容为江西省J市的雨、污水管网工程与污水处理厂工程。

2.2 设计目标

对江西省J市雨污水进行收集，并将污水处理达到一级A标准后排放。

2.3 拟采用的技术方案及措施

2.3.1 排水体制

本次排水工程设计首先要进行污水管网方案的比选。排水体制上有合流制和分流制两种排水体制方案。合流制方案在J市最北端的道路（即赣江江岸）设置截流干管，溢流井沿该道路设置，用以收集各干管的污水和截留雨水。雨天溢流的污水就近排至赣江，截留的污水和雨水则通过截流干管输送至污水处理厂中处理。分流制方案则分别设置一套雨水管网系统和一套污水管网系统，污水管网系统收集街区中的污水输送至污水处理厂，雨水管网系统则将收集雨水就近排放至赣江。

污水的排水体制有合流制和分流制。合流制排水体制的管网总体造价相对较小，缺点是污水厂和泵站造价较高，维护管理困难，在暴雨径流之初，原沉淀在合流管渠的污泥被大量冲起，经溢流井进入水体，在雨天也会有一部分混合污水经溢流井流入水体，因此一般不能满足环保要求，现在已经较少使用，只适用于无充足空间设置分流制管渠、受纳水体环境容量较大或是年降雨量极少的干旱地区。分流制管网造价相对更高，但是运行管理方便，污水全部送至污水厂进行处理，容易适应社会发展的需求，符合城市卫生的要求。

江西省J市属于湿润地区，城区尚无排水管涵，排水主要通过区域内的明渠水网汇入赣江，严重影响地区环境。由于J市此前缺乏统一的排水规划和排水管涵的建设，管理比较混乱，地区环境亟需得到改善和提升，合流制排水系统很难满足地区环境要求，同时J市地区状况也不满足上述合流制使用的场合，在本次设计中不宜采用。因此为了改善J市城区的排水状况和环境，应当采用分流制排水系统。

综上所述，本次设计采用分流制方案，即采用分流制排水体制。

2.3.2 污水管网设计

确定排水体制后，即可分别对污水排水系统和雨水排水系统进行设计。

管材方面，现在室外污水管道常用的管材主要有混凝土管和塑料管。相比于混凝土管，塑料管水力性能好、阻力系数小、不易积垢、密度小、材质轻、施工安装方便，维修容易，因此更适宜用作污水管网的管材。常用的塑料管有HDPE管和U-PVC管，U-PVC管的管径一般较小，适用于室内或街坊的污水管道，但大口径管由于熔融挤出时的流动性、热稳定性差的原因难以生产；而HDPE的管径相对较大，在150~1000mm的管径皆可生产，因此本工程采用的是HDPE双壁波纹管。

J市区的排水设计区域面积为591ha。进行污水管网设计时，按照远期最高日最大时的流量进行设计管段的流量确定。J市平均日综合用水定额取值为240 L/（cap*d），污水收集率取90%，因此本次设计的J城的综合污水定额为216 L/（cap*d）。设计流量包括综合污水流量、零星工业废水流量、集中流量和地下水入渗量。为了方便计算，本次设计将设计管段的本段流量均假定为在起点处全部汇入，零星工业废水流量与综合污水流量合并计算，工业废水的日变化系数近似看作1，直接采用时变化系数作为总变化系数。地下水入渗量则根据城市综合污水和工业废水平均流量之和的10%来计算。

管网的水力计算主要通过均匀流公式进行计算。由于管材已经选定为HDPE双壁波纹管，因此粗糙系数已经确定为0.01。选定管材的坡度、管径和充满度，根据哲才公式和曼宁公式，即可求得流量和流速。将求出的流量与设计流量相比较，从而选取合理的管径。本次设计中管网中管道的衔接方式有管顶平接和水面平接两种，为了避免管道回水，本次设计管道衔接时，下游管道起点的水面均保持不高于上游管道终点的水面，下游管道起点的管底标高不大于上游管道终点的管底标高。

对于污水管网的平面布置，在此有两种方案，以下分别称为方案A和方案B。两个方案的主要差别为主干管的位置有所差别。

方案A中，污水管网的平面布置呈截留式，支管由西向东，共设置5条干管由南向北收集各街区的生活污水和工业废水，并通过城区北部的主干管（流向为由西向东）将污水输送至城区东北部的污水处理厂进行集中处理。管道起始埋深为2m，部分支管起点埋深会有所调整。

方案B中，污水管网同样采用截留式，支管由南向北，同样设置5条干管，干管由西向东接入主干管，通过城区东部的主干管（流向为由南向北）将污水输送至城区东北部的污水处理厂进行集中处理。管道起始埋深同样选择为2m，部分支管起点埋深也有所调整。

两个方案的耗材如表1所示。

表1 方案A与方案B各管径管道长度表

通过对比可知，方案A与方案B的管网总长度差别不大，前者的600~800mm管径管道总长略大于后者，但是400~500mm管径管道的总长却远小于后者，因此方案A的耗材仍小于方案B。同时，方案A管网的整体埋深要小于方案B，方案A的最大埋深为3.52m，方案B为4.38m。A方案的管道耗材和整体埋深均小于B方案，有更好的经济合理性，因此采用A方案作为污水管网的平面布置方案。

综上所述，本次设计设置5条干管由南向北收集各街区的生活污水和工业废水，并通过城区北部的主干管（流向为由西向东）将污水输送至城区东北部的污水处理厂进行集中处理。污水管道的类型采用HDPE双壁波纹管。

2.3.3 雨水管网设计

由于江西省J市属于湿润地区，雨水量较大，相应地雨水管道的管径一般较大，而钢筋混凝土管的最大管径可达3000mm，所以雨水管网管材采用钢筋混凝土管。但是圆管管径过大时，都存在结构不稳定、施工困难的问题，因此当管径超过1800mm时，采用现浇混凝土雨水箱涵（方渠）进行排水。

对于设计流量的确定，本次设计的雨水管网的设计管段原则上不大于200m，采用流量叠加法进行计算。江西省J市的暴雨强度公式为q=5010×(1 0.48lgP)/(t 10)^0.92，公式中重现期取2年，地面集流时间取13min。径流系数取0.6。本次设计采用极限强度法，当汇水面积上最远点的雨水到达集流点时，全面积产生汇流，雨水管道的设计流量最大，当降雨历时等于汇水面积最远点的雨水流达集流点时，雨水管道需要排除的雨水量最大。

钢筋混凝土雨水管和雨水箱涵均按满流设计，粗糙系数取0.0013。计算时选定管径（雨水箱涵则选定渠高和渠宽）、坡度，通过曼宁公式和哲才公式以求得管内流速和对应的流量，将该流量与设计流量对比，若大于设计流量，则可以采用该管径（或渠高、渠宽），否则，重新选定管径和坡度。

雨水管网的平面布置有两个方案，以下分别称为方案1和方案2。

方案1的雨水管网采用就近排放的原则，在J市城区中设置5条由南向北的雨水干管收集各街区的雨水，并通过5个雨水出水口将雨水排至赣江中，雨水出水口标高不低于赣江洪水位。管网整体呈正交式布置。

方案2的雨水管网呈截留式布置，在J市城区北部设置雨水主干管2条（均为由西向东），第一条主干管收集城区东侧两条雨水干管（流向为由南向北）的流量，直接排放至赣江当中。第二条主干管收集东侧3条雨水干管（流向为由南向北）的流量，通过雨水泵站提升后排入赣江中。整个雨水管网系统共设置2个雨水出水口。

很明显，方案2中的雨水主干管要收集多条雨水干管的流量，因此管径会明显增大。而且第二条雨水主干管的出水口标高低于洪水水位，还需要设置雨水泵站，运行管理的成本增大。所以方案2是相当不经济的。

因此，本次设计采用的是方案1。

2.3.4 污水处理厂设计

污水处理厂分两期建设，近期规模为2万m³/d，远期规模为3万m³/d。J市污水处理厂主要处理对象是生活污水，污水进水水质根据常见的典型生活污水水质进行选取。污水处理厂出水水质要求达到一级A标准。为了保证出水水质达到要求，污水厂的处理工艺包括二级处理和深度处理。

表2 进水水质指标

污水处理工艺流程方案有方案甲和方案乙两种。两者主要在生物处理工艺、深度处理工艺和污泥处置工艺上有所差别。

方案甲拟在提升泵房前后分别设置粗格栅和细格栅；沉砂池采用的是旋流式沉砂池；J市污水处理厂不设置初沉池。生物处理工艺采用的是活性污泥法中的改良A₂O同步脱氮除磷工艺，在传统的A₂O工艺前增加预处理池来改善工艺的除磷效果；二沉池采用的是向心辐流式沉淀池；二沉池后设置回流泵房。方案甲中J市污水处理厂设置深度处理工艺。深度处理构筑物前先设置中间提升泵站。中间提升泵站后设置高密度沉淀池，高密度沉淀池后设置滤布滤池。最后设置接触消毒槽，采用二氧化氯进行消毒。污泥处置方面，设置污泥泵房，将剩余污泥输送至污泥处理车间，剩余污泥利用带式污泥浓缩脱水一体机来进行处置。压滤后的泥饼则运走处理。（工艺流程图见图1）。

方案乙同样在提升泵房前后分别设置粗格栅和细格栅，沉砂池采用旋流沉砂池。生物处理工艺采用的是CASS池工艺，反应池分为预反应区和主反应区，并且不需要设二沉池。二级处理出水在进入深度处理构筑物前先通过中间提升泵站提升。深度处理构筑物采用磁混凝澄清池和滤布滤池，经过深度处理后的出水经接触消毒池（采用二氧化氯）消毒后排入赣江。污泥浓缩采用气浮浓缩池，污泥脱水采用板框压滤机（工艺流程图见图2）。

对比两个方案，方案甲的改良A₂O工艺的BOD₅、TN等指标的去除率与方案乙的CASS工艺相似，但是A₂O工艺对城市污水的TP去除率为60%~80%，而CASS工艺只有50%~75%，相比之下，改良A₂O工艺具有更好的除磷效果，能够减轻后续除磷工艺的负担。同时，A₂O工艺的水力停留时间要小于SBR工艺。所以，方案甲中的生物处理工艺更具优势。而至于深度处理方面，磁混凝澄清池需要消耗磁粉，运行操作较为复杂，为了使运行更为方便，拟采用方案甲中的高密度沉淀池。最后污泥处理方面，方案甲中的浓缩脱水一体机能够更好地节省用地面积，简化工艺流程。

综上所述，本次设计采用方案甲。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 孙慧修等. 排水工程[m](上册)第4版. 北京:建筑工业出版社，1999.