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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

城镇排水是现代化城市不可缺少的重要技术设施，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，城镇排水管网的意义是可以美化城市、维持城市正常运转，并且是实现水资源循环利用的生命线。

城市污水处理工程是一项保护环境、创建国家卫生城市、为子孙后代造福的公用事业工程，其效益主要表现为社会效益。污水处理厂的建设可以有效的解决服务区域及下游城市的水污染问题，可以改善城市市容，提高卫生水平，保护人民身体健康， 保护自然风景，促进城市旅游事业的发展。同时，该项目的建设，可以改善区域投资环境，使工业企业不会再因为水污染而影响发展，吸引更多的外资投资，促进城市经济发展。因此，根据我国经济发展和环境保护需求，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、运行效率高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。

理论是用于实践的，将自己在课堂上所学的知识，尤其是专业知识用于本次的毕业设计之中，以提高自己的工程设计能力，为自己走上工作岗位进行工程设计打下坚实的实践基础。通过毕业设计，能够熟悉并掌握排水工程的设计内容、原理、方法和步骤，能根据原始设计资料正确地独立的选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程以及各种构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。

2. 研究的基本内容与方案

2.设计的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 设计内容

江苏省H市的雨、污水管网工程与污水处理厂工程。

2.2设计目标

对江苏省H市雨、污水进行收集，并将污水处理达到一级A排放标准后排放。

2.3 设计方案

2.3.1 排水体制

1）分流制的优缺点：

其缺点是初降雨水径流对水体的污染相当严重，优点是方式比较灵活，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。

从总造价来看完全分流制比合流制可能要高。即在降雨量与总污水量的比例较小的情况下，采用分流制，造价要高与合流制。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。

2）合流制的优缺点：

从造价方面来看，据国外有的经验认为合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低 20%~40%。从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。

因此，考虑到降水量，结合远期发展和环境的需要，采用分流制比较好。故此排水管网采用分流制。

2.3.2 污水管网设计

2.3.2.1 设计参数

表1.污水管网设计参数

2.3.2.2 定线

结合江苏省H市南城区北面的海门河由西向东流过，区域内地势平坦，地质条件良好，且地势呈西南向东北方向走低的地理条件，管道定线可根据污水主管的敷设位置确定两种方案：方案A：主干管敷设在沿北侧海门河的主干街道，干管沿地形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。方案B：除主干管敷设在东侧与海门河垂直的主干街道，干管和支管布置方法与方案A一致。

2.3.2.3 管材

地震对各种埋地管道的损坏程度由轻至重顺序为：钢管—塑料管—钢筋混凝土管道—素混凝土管道—球墨铸铁管—铸铁管—石棉水泥管，所以在排水管材的选用中可以选用钢管和塑料管。但是由于钢管较塑料管贵，若整个市政排水管网工程中均选用钢管将是一个不少的投资，而且非关键部位利用塑料管也完全能够满足要求。

结合目前市政管网对新型管材的应用以及排水安全和造价问题，此方案采用塑料管。而在排水塑料管中，主要有以HDPE（高密度聚乙烯）为原料的HDPE管和以UPVC（聚氯乙稀）为原料UPVC管。由于UPVC在熔融挤出时的流动性很差、热稳定性也差，生产大口径管材是相当困难的，大口径聚氯乙烯管的连接问题也困难，目前国内生产的UPVC排水管管径绝大部分在DN600以下，比较适合在排水管管径不大的地区使用，而不适合在市政排水管网（相对管径较大）上使用。因而，此方案采用HDPE管，HDPE管是一种具有环状波纹结构外壁和平滑内壁的新型塑料管材，目前在生产工艺和使用技术上已经十分成熟，在其他国家已经得到了广泛应用。

通过比较HDPE双壁波纹管、HDPE中空壁缠绕管和金属内增强HDPE管，发现HDPE双壁波纹管具有优异的环刚度和良好的强度与韧性，重量轻、耐冲击性强、不易破损等特点，且运输安装方便，应用较广泛，制造成本较低，在最大生产口径DN1200的条件下仍能满足江苏省H市南城区的污水排放要求。故此方案采用HDPE双壁波纹管作为市政污水排水管材，根据《GB∕T19472.1-2019埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统第1部分：聚乙烯双壁波纹管材》选用管径。

2.3.2.4 水力计算方法

HDPE双壁波纹管排水管道（非满流）的水力计算，采用以下公式：

式中：Q—流量(m³/s)；v—流速 (m/s)；A—水流断面(m²)；

r—管道半径(m)；n—粗糙系数，n=0.009；R—水力半径(m)；

i—水力坡降；θ—半中心角，以弧度计；X—湿周(m)。

在确定管道设计流量Qs时先假定D、h/D和i，其中D≥最小管径300mm，h/D≤最大设计充满度，i≥最小设计坡度，由此可算出对应的管道实际流量Q（需满足：Q≥Q_s）和流速v（需满足：0.6m/s≤v≤5.0m/s，且不小于上级管道流速），若管道实际流量Q和v不满足设计要求，则调整D、h/D和i直到满足设计要求。

2.3.2.5 方案确定

经水力计算，对方案A和方案B进行了技术经济比较，如下表所示：

表2.污水管网方案比较

结合上表可知，方案A的最大埋深和管材总消耗量均低于方案B，且方案A小管径管材消耗占总耗材的比例较大，考虑开挖敷设工程量以及管材消耗成本，此污水管网采用方案A

2.3.2.6 其他设计要点

检查井间距：根据《室外排水设计规范GB50014-2006（2016版）》4.4.2检查井最大间距，确定检查井间距≤50m，确保各街区污水可及时排放。

管道衔接方式：管道在衔接时应遵循以下两个原则：尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；避免上游管段中形成回水而形成淤积。此方案中，管径相同的管段间采用水面平接，管段不同的管段间则宜采用管顶平接。在设计要求和综合考虑之下，本污水管网系统的管道衔接方式采用管顶平接和水面平接按具体情况使用，为方便施工，衔接管径不同时，在主干管和干管处的检查井的管段沿直线方向的连接方式为管顶平接。

2.3.3 雨水管网设计

2.3.3.1 设计参数

式中：t=t₁ t₂；

地面集水时间：t₁=12min；设计重现期：P=3a；径流系数:Ψ=0.6。

2.3.3.2 定线

结合江苏省H市南城区北面的海门河由西向流过，区域内地势平坦，地质条件良好的地理条件，可充分利用地势和河流将南城区的雨水重力自流至海门河。故雨水管道定线可参考污水排水方案A，确定方案C和方案D。

2.3.3.3 管材

根据地震对各种埋地管道的损坏程度由轻至重顺序为：钢管——塑料管——钢筋混凝土管道——素混凝土管道——球墨铸铁管——铸铁管——石棉水泥管，以及各管的粗糙系数，可知钢管和塑料管的排水效果和应用性能好。但采用钢管的成本太高，且大管径塑料管不仅造价高还使用较少，故结合雨水管道口径大的特点，此方案选用钢筋混凝土圆管，若采用圆管，其管径≥2000mm，则改用现浇箱涵（矩形），箱涵尺寸根据计算确定。

2.3.3.4 水力计算方法

1）钢筋混凝土圆管排水管道（满流）的水力计算，采用以下公式：

式中：Q—流量(m³/s)；v—流速 (m/s)；A—水流断面(m²)；i—水力坡降；

n—粗糙系数，n=0.013；X—湿周(m)；R—水力半径(m)；

在确定管道设计流量Qs时先假定D和i，其中D≥最小管径300mm，i≥最小设计坡度，由此可算出对应的管道实际流量Q（需满足：Q≥Q_s）和流速v（需满足：0.75m/s≤v≤5.0m/s，且不小于上级管道流速），若管道实际流量Q和v不满足设计要求，则调整D和i直到满足设计要求。

2）钢筋混凝土箱涵排水管道（满流）的水力计算，采用以下公式：

式中：Q—流量(m³/s)；v—流速 (m/s)；A—水流断面(m²)；W—底宽(m)；

H —水深(m)；i—水力坡降；n—粗糙系数，n=0.013；

X—湿周(m)；R—水力半径(m)；

在确定管道设计流量Qs时先假定W、H和i，由此可算出对应的管道实际流量Q（需满足：Q≥Q_s）和流速v（需满足：0.75m/s≤v≤5.0m/s，且不小于上级管道流速），若管道实际流量Q和v不满足设计要求，则调整W、H和i直到满足设计要求。

2.3.3.5 方案确定

方案C和方案D的区别在于排水口数量的不同，方案C有4个排放口对应四个雨水干管，方案D有3个排放口，其中西侧两根雨水干管共用一个排放口。虽然方案D的排放口较少，但位于南城区西侧的雨水干管至沿河主街道时的箱涵尺寸已有2400mm×2400mm，若要接入一检查井使水流方向转折近90°至邻近雨水口，而不是直接就近排放，这将增大雨水口至排放口的管道压力和管径，则将导致南城区在雨水排放量大时难以及时排放。故此雨水管网采用方案C，布置4个排放口进行雨水排放。

2.3.3.6 其他设计要点

检查井间距：根据《室外排水设计规范GB50014-2006（2016版）》4.4.2检查井最大间距，确定检查井间距≤50m，确保各街区雨水可及时排放。

检查井布置：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方都需要设置检查井，且两个检查井之间的距离不宜超过200m,因此在计算设计管段两端都设了个检查井。

管道衔接方式：此方案中，管径相同的管段间采用水面平接，管段不同的管段间则宜采用管顶平接。在设计要求和综合考虑之下，本雨水管网系统的管道衔接方式采用管顶平接和水面平接按具体情况使用，为方便施工，衔接管径不同时，在主干管和干管处的检查井的管段沿直线方向的连接方式为管顶平接，考虑到箱涵深度H低于上级圆管管径的情况，此时因设有检查井汇水，采用管底平接。

2.3.4 污水处理厂设计

2.3.4.1 设计参数

表3.污水处理厂规模

表4.设计进出水水质^【11】

2.3.4.2 主体工艺的确定

通过大量资料分析生物处理法，发现与传统的A²/O处理工艺相比，改良型SBR即MSBR和改良型Carrousel氧化沟具有明显优势。

MSBR是具有脱氮除磷功能的新型处理工艺，其工艺设计参数一般根据对脱氮除磷的要求确定。因而，当以生物除磷为主要处理目标时，应取较短的污泥龄进行设计，而当以生物脱氮为主要处理目标时，则应采用较长的污泥龄。MSBR的污泥龄设计范围较宽，-般控制在7~20d,在实际运行中，还需根据进、出水水质通过剩余污泥排放的控制对混合液的MLSS进行调节，以获得合理的污泥龄，近年来在世界范围内得到越来越多的应用。MSBR具有以下特点：(1)采用空气堰的出水方式，使SBR运行周期由通常的四个阶段(进水、反应、沉淀、出水)缩减到三个阶段(反应、沉淀和进水出水)，大大延长了SBR的有效反应时间，提高了反应池利用效率。(2)一组MSBR由一个回流污泥浓缩池，加一组A²/O反应池，再加两个SBR反应池组成。当其中一个SBR反应池沉淀出水时，另一个SBR反应池处于反应状态，因此可以在连续进水的条件下，保持连续出水。(3)A²/O反应池加SBR反应池，既保留了A²/O同步除磷脱氮的优势，又发挥了SBR的长处，与经典SBR相比，出水水质保证率显著提高。(4)在A²/O反应池之前设置了回流污泥浓缩池。回流污泥经过浓缩后进人A²/O反应池，提高了生物反应池中的污泥浓度和容积利用效率。(5)省去了二沉池，降低了工程建设费用，节省了占地面积。

改良型Carrousel氧化沟是在传统的Carrousel氧化沟基础上进行了改进，设置了专门的反硝化脱氮区，并在传统氧化沟出水段与反硝化区之间设置了内回流渠，在不明显增加设备与土建投资，不增加额外动力提升装置的条件下，轻而易举实现400%甚至更高的内回流比和高达90%以上的总氮去除效果。该工艺充分利用了生物反硝化的工艺资源，而且还有助于抑制丝状菌等不利菌群的生长，加强了生物系统的稳定性和适用性。通过设置内回流渠，实现了对其他营养物的去除，简化了工艺衔接，打通了运行瓶颈。在内回流渠设控制闸门，可对混合液内回流流量进行控制，使反硝化脱氮效果达到最佳。改良型Carrousel氧化沟工艺设计参数基本上与传统卡鲁塞尔氧化沟工艺设计参数相近。

2.3.4.3方案一和方案二工艺流程图

2.3.4.4 方案确定

由图1-1和图1-2可知，方案二对比于方案一减少了一个二沉池，进而减少了污水处理厂的占地面积。除此之外，在两种方案出水水质都达到了一级A排放标准的情况下，MSBR工艺是一种较为理想的污水处理系统，具有流程简洁、控制灵活、单元操作简单、占地省、易于实现计算机控制等优点，被认为是最新、集约化程度最高的污水处理工艺。目前国内已有多家污水处理厂采用该工艺。故此污水处理厂采用方案二，运用MABR工艺。

3. 研究计划与安排

3.进度安排

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）

4.阅读的参考文献

[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（2016）室外排水设计规范[m]. 北京：中国计划出版社，2016．