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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 目的及意义
由于城市现代化和工业化的发展和推进，城镇污、废水的排放量与日俱增。到目前为止，我国的各大、中等城市均设立正式运行的污水处理厂，各个城镇也正在积极建设合适规模的污水处理厂。据统计，我国共有投入运行和在建的污水处理厂近4000座，各污水厂的处理规模不同，且处理工艺繁多。随着社会经济的发展、生活水平的提高和公众环境卫生意识的日益增强，我国城市的污水处理厂必将在今后的一段时间内取得较大进展，且颁布和执行的城镇污水的处理标准也将会随之提高。
近几十年来，国外许多发达国家大力发展城市排水设施并建造大量城市污水处理厂，提高污水处理率，而且许多国家采用二级生物处理，并且很多情况下提高至三级深度处理水平，以解决水体富营养化的问题。据统计，发达国家平均5000~10000人就占有一座城市污水厂，美国则有22000多座城市污水厂，而我国共有现行和在建的污水处理厂近4000座。当下我国城镇污水处理厂数量不足，而且建设周期较长，这就使得在短时间内城镇污水处理厂很难达到新时期的污水处理要求，因此，应提升城镇污水处理厂的建设力度，且必要时应进行升级改造工作，科学合理的引进先进的污水处理设备和工艺，提升城镇污水处理效率，为生态环境保护工作助力。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 设计内容
江苏省X市东区的雨、污水管网工程与污水处理厂工程。
2.2 设计目标
对江苏省X市东区的雨污水进行收集，并将污水处理达到一级A标准后排放。
2.3 设计方案
2.3.1 排水体制
排水管网的体制采用完全分流制，即雨污分流，将城市污水进行收集后，全部送至污水厂进行处理，而雨水则经过收集后，充分利用当地地形地势，依靠重力流就近分散排入附近水体。
2.3.2 污水管网设计
2.3.2.1 设计参数
相关设计参数如下表所示：
|
| 近期 | 远期 |
| 人口 | 90000 | 130000 |
| 综合生活用水定额，单位：L/（人·天） | 200 | 260 |
| 污水收集率 | 0.80 | 0.85 |
| 地下水入渗率 | 0.10 | 0.10 |
2.3.2.2 管网定线
本次设计范围为X市东区，城区西面的大沙河由北向南流过，区域内地势平坦，地质条件良好。污水管网的定线根据主干管的埋设位置不同，分为两种方案：（1）方案一：主干管沿着与大沙河平行的主干街道下敷设，干管沿着地形地势与主干管呈交叉敷设，支管采用周边式布置，确保各街区污水顺利排出；（2）方案二：主干管沿着与大沙河垂直的主干街道下敷设，干管和支管的敷设方式与方案一相同。
2.3.2.3 水力计算
钢筋混凝土圆管（非满流，n=0.014）水力计算公式：
（1）当h＜D/2时，
（2）当h≥D/2时，
2.3.2.4 方案比选
考虑到钢筋混凝土管制作方便、造价低、施工技术成熟等优点，是一种比较经济耐用的管材，在排水工程中应用极广，因此方案一与方案二中污水管管材均采用钢筋混凝土圆管。根据水力计算的结果来确定管径、坡度后，对两种方案进行初步的技术经济比较，如下表所示：
| 方案一 | （m） | 方案二 | （m） |
| DN300总长度 | 5750 | DN300总长度 | 2868 |
| DN350总长度 | 1620 | DN350总长度 | 6465 |
| DN400总长度 | 3735 | DN400总长度 | 4318 |
| DN450总长度 | 2378 | DN450总长度 | 1346 |
| DN500总长度 | 3798 | DN500总长度 | 3388 |
| DN600总长度 | 2988 | DN600总长度 | 1209 |
| DN700总长度 | 430 | DN700总长度 | 1311 |
| DN800总长度 | 512 | DN800总长度 | 770 |
| DN900总长度 | 463 | DN900总长度 | 315 |
| DN1000总长度 | 315 | DN1000总长度 | 0 |
| 管线总长度 | 21989 | 管线总长度 | 21991 |
| 最大埋深 | 3.61 | 最大埋深 | 5.79 |
根据比较可知，两种方案在管线总长度的消耗量上没有很大差别，但是方案一中管网的最大埋深远低于方案二，且方案一中小管径管材占总管线长度的比例较大，考虑到挖方、敷设工程量以及管材成本，采取方案一。
2.2.3 雨水管网设计
2.2.3.1 设计参数
暴雨强度公式：
式中：t=t1 t2；
地面集水时间：t1=15分钟；设计重现期：P=2年；径流系数：Ψ=0.5。
2.2.3.2 管网定线
本次设计范围为X市东区，城区西面的大沙河由北向南流过，区域内地势平坦，地质条件良好。将设计范围内的城区划分为5个排水区界，雨水则经过收集后，充分利用当地地形地势，依靠重力流就近分散排入附近水体。雨水管网的定线根据雨水出水口的设置数目、位置的不同，分为两种方案：（1）方案一：干管沿着与大沙河垂直的主干街道下敷设，每条干管以及连接的支管收集各自排水区界的雨水后，分为5个雨水出水口排入大沙河；（2）方案二：干管沿着与大沙河垂直的主干街道下敷设，每条干管以及连接的支管收集各自排水区界的雨水后，分为4个雨水出水口排入大沙河。
2.2.3.3 水力计算
钢筋混凝土圆管（满流，n=0.013）水力计算公式：
钢筋混凝土箱涵（满流，n=0.013）水里计算公式：
2.2.3.4 方案比选
考虑到钢筋混凝土管制作方便、造价低、施工技术成熟等优点，是一种比较经济耐用的管材，在排水工程中应用极广，因此方案一与方案二中雨水管管材均采用钢筋混凝土圆管。根据水力计算可知，方案二中等效于将方案一中两个干管的雨水排水口合并成一个，结果会导致箱涵内的流量增大，进而增大尺寸、坡度、埋深，考虑到挖方、敷设工程量以及材料成本，采取方案一。
2.3.4 污水处理厂设计
2.3.4.1 设计参数
污水处理厂设计规模和污水进出水水质如下表所示：
|
| m3/d | 取整后规模 |
| 污水厂近期规模（平均日流量） | 17776 | 20000 |
| 污水厂远期规模（平均日流量） | 35313 | 40000 |
| 近远期规模比 | 1.99 | 2 |
|
| COD | BOD5 | SS | TN | NH3-N | TP |
| 设计进水水质（mg/L） | 400 | 200 | 200 | 42 | 35 | 4 |
| 设计出水水质（mg/L） | ≤50 | ≤10 | ≤10 | ≤15 | ≤5(8) | ≤0.5 |
2.3.4.2 污水处理工艺
本设计的目标是将污水处理达到一级A标准后排放。污水处理工艺的方案根据二级处理工艺的不同，分为两种方案：（1）方案一：污水处理厂的生物处理工艺采用改良型A2O工艺，即预反硝化—厌氧—缺氧—好氧活性污泥法，是在传统的A2O工艺的厌氧池之前增设了回流污泥预反硝化区（预缺氧池），达到提高生物除磷的目的。本设计中污水处理厂污水主要来源为城市污水（包括生活污水和工业废水）。污水经过一级处理的构筑物（粗格栅、提升泵站、细格栅、旋流沉砂池）和二级处理构筑物（改良A2O池、二沉池），在二级处理的过程中存在内回流和外回流现象。在此基础上增设三级处理构筑物（高效混凝沉淀池、滤布滤池），以确保出水水质中的SS和TP能够达到GB18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》一级A标准，然后经过紫外线消毒渠后排入水体。该工艺流程中产生的回流污泥通过污泥泵房回到预缺氧池，剩余污泥则通过污泥泵房进入储泥池，然后进入污泥浓缩脱水间后制成泥饼外运；（2）方案二：污水处理厂的生物处理工艺采用SBR（序批式活性污泥法）工艺，即在同一反应池（器）中，按时间顺序由进水、曝气、沉淀、排水和待机五个基本工序组成的活性污泥污水处理方法。本设计中污水处理厂污水主要来源为城市污水（包括生活污水和工业废水）。污水处理的工艺流程在一级处理、三级处理与方案一没有区别，其生物池采用SBR反应池，无需设置二沉池、污泥回流系统。
方案一、二的工艺流程图如下所示：
方案一：A2O工艺流程图
方案二：SBR工艺流程图
2.3.4.3 方案比选
方案一和方案二都能满足出水达到设计出水水质。考虑到方案一中的A2O工艺在低污泥负荷、长泥龄条件下运行，因此系统剩余污泥量少，具有一定稳定性，且改良A2O工艺消除了硝态氮对厌氧除磷的不利影响，提高了系统的生物除磷能力，因此选择方案一。
3. 研究计划与安排
第一周：查询设计原始条件，阅读《室外排水设计规范》，熟悉课本及设计手册，确定污水排放体制并进行污水管网水力计算；
第二周：污水管道方案比选，完成开题报告；
第三周：雨水管道定线及管段计算；
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 孙慧修. 排水工程（上册）[m]. 第4版. 北京：中国建筑工业出版社，1999．
[2] 张自杰. 排水工程（下册）[m]. 第4版. 北京：中国建筑工业出版社，2000．
[3] gb50014-2006室外排水设计规范[m]. 北京：中国计划出版社，2014．
