给水排水专业毕业设计污水厂设计实例

江西理工大学 2014 届本科生毕业设计1第一章 概况1.1 工程概况 本工程为江西省 RJ 市排水工程规划及污水处理厂设计，总服务面积39.56km，服务人口 34.9 万。RJ 市为赣南地区的新兴城市。近年来，随着各种工业产业的快速发展，RJ市区生活污水和工业废水未经处理直接排入河流，严重污染了河流水质，并对城市环境造成了极大影响。目前有三座污染较大的工厂分散分布在市区内。为改善城市环境质量，保护江河水体水质，RJ 市亟需建设城区排水管网和污水处理设施。排水工程规划分污水收集管网系统规划和雨水管网系统规划，管网采用重力流排水，沿着地势高低走向布置管网，充分利用地形坡度。在新老两区各设两条污水收集主干管，各小区的生活污水和工厂工业废水依靠埋在其附近的污水干管收集，再流入污水主干管；在街区道路旁边埋双侧雨水管，收集屋面雨水和路面雨水，并依靠重力就近排入河流。污水处理厂采用具有脱氮除磷功能的 A/O 工艺。污泥处理工艺为“浓缩、脱水、卫生填埋” ，污水处理厂处理后的出水依靠重力流流入 RJ 市中心河流。1.2 原始资料RJ 市地势东北高、西南低，逐渐向中心和西南方向降低。境内有一条河流由东北向西南方向通过，将该市划分为两个区。河流左岸为老城区，右岸经济发达，工厂多分布于此。各区人口密度及排放污水水质、各工业企业的排水量及排放废水水质分别见表 1-1 和表 1-2。设计污水厂处理后的污水排入河流。表 1-1 各区人口密度及排放污水水质 （水质单位：g/（人d） ）区域 人口密度 (人/km 2) 污水量标准(L/人d) SS BOD5 COD 氨氮 磷酸盐 pH 水温 ()I 区 9500 190 30 25 35 3 0.5 7.4 20II 区 8000 180 30 25 35 3 0.5 7.2 20表 1-2 工业企业的排水量及排放废水水质（水质单位：mg/L）区域 日排水量 (m3/d) 最大时排水量(m 3/h) SS BOD5 COD 氨氮 磷酸盐 pH 水温 ()A 厂 1000 60 450 200 800 35 3 6.2 25江西理工大学 2014 届本科生毕业设计2B 厂 2200 100 350 220 700 48 14 7.2 20C 厂 1200 70 300 240 400 20 7 7 15排放标准根据城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918-2002 ）一级B 类排放标准确定排水水质指标如下： BOD5 20mg/l；CODcr 60mg/l；SS 20mg/l；TN 20mg/l；TP 1.0mg/l；NH3-N 8 mg/l。江西理工大学 2014 届本科生毕业设计3第二章 排水工程总体规划2.1 排水体制方案比较及选择排水系统的体制一般分为合流制和分流制。二者的优缺点比较见表 2-1。表 2-1 合流制和分流制的比较合流制 分流制直流分散式 截留式 完全分流式 不完全分流式环保角度排污口多，水未处理，不满足环保要求。晴天污水可以全部处理，雨天存在溢流。污水全部处理，初降雨水未处理，但可以采取收集措施。污水全部处理，初降雨水未处理，但不易采取收集措施。工程造价角度 低管渠系统低，泵站污水厂高。管渠系统高，泵站污水厂低。初期低，长期高，灵活。管理角度 不便，费用低。管渠管理简便，费用低，污水厂泵站管理不便。容易 容易通过上述比较，完全分流制体系工程造价虽然稍高，但是环保效果好，管理方便，而且横贯 RJ 市的河流所需的环保要求较高。同时，根据室外排水设计规范(GB50014-2006) 的规定，在新建地区排水系统一般采取分流制。2.2 排水区域划分及管线的布置2.2.1 排水区域划分管网定线前首先根据地形划分排水流域。排水流域划分一般根据地形及城镇（地区）的竖向规划进行。在丘陵及地形起伏的地区，地形变化较显著，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，或向一方倾斜时，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，流域内绝大部分污水能以自流方式接入，不设泵站或少设泵站。每一个排水流域往往有 1 个或 1 个以上的干管，根据流域地势标明水流方向和污水需要抽升的地区。本设计排水区域的划分参见 CAD 附图。2.2.2 排水管网定线原则及考虑因素分类比较角度江西理工大学 2014 届本科生毕业设计4（1）排水管道定线的基本原则充分利用城市地形、地质、地貌特点，尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。布置管线是确定污水管道系统总体布置的重要步骤。在定线时应考虑地形等因素的影响。根据地形，污水厂和出水口位置布置污水管道，依次定出主干管、干管、街道支管，并考虑设置泵站的合理位置。一般应将主干管和流域干管放在较平坦的集水线上，让污水尽量以重力流排送，污水干管与主干管应尽量避免和障碍物相交，如遇特殊地形时应考虑特殊措施（如跨越河道的倒虹管等） 。（2）排水管道定线考虑的因素污水管道定线考虑的因素有：地形和用地布局；排水体制和线路数目；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线及构筑物的位置；工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况。 在一定条件下，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，利用排水系统的布置形式，使管道的走向符合地形趋势，尽量做到顺坡排水，尽可能不设泵站或少设泵站。 污水支管的平面布置取决于地形及街区建筑特征，应便于用户接管排水。 污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。 采用的排水体制也影响管道定线。 考虑到地质条件，地下构筑物以及其它障碍物对管道定线的影响。尽可能回避不良地质条件的地带和障碍。处理好与现状建筑物，构筑物和规划道路的关系，实在不能避开时应采取相应的工程措施。 管道定线时还需考虑街道宽度及交通情况。 管道定线，不论在整个城市或局部地区都可能形成几种不同的布置方案，应进行方案技术经济比较。 结合江河走向和规划中道路的实施，合理布置管线，以利于减小施工难度。 2.2.3 污水管网系统（1）污水干管、主干管布置原则江西理工大学 2014 届本科生毕业设计5 污水主干管定线由于 RJ 市的每块小区的面积都比较大，地面坡度很小，比较平缓，布置排水管段并没有很好的地形优势可以利用，故为了减少整个污水管网的埋深和少设污水泵站，在新区布置一根污水主干管，采用平行河流走向布置；在老区布置一个主干管，与河流垂直布置，走向由南向北。 污水干管定线污水干管布置垂直于主干管，依靠重力流流向主干管，各区污水经支管或街区管收集后进入干管，再流入主干管。 污水泵站设置由于整个片区的坡度较小，地面比较平缓，新区主干管较长，故在主干管节点中途设置中途提升泵站，减少后续管段埋深。 倒虹管设置由于污水厂设在河流下游的南侧，新区的主干管需要穿越河流才能输送到污水处理厂，所以在河流横断面较窄处设置倒虹管，依靠虹吸作用输送污水。（2）污水管网布置方案比较RJ 市地势东北高、西南低，逐渐向中心和西南方向降低，一条河流由东北向西南方向通过将该市划分为两个区。根据 RJ 市的地形及自然情况，城市污水管网布置初选两套方案。方案 1 的布置图见图 2-1，新区污水主干管平行于河流布置，污水流向自东向西，污水干管与河流呈正交之势布置，共设置 5 根干管，自北向南流向主干管；老区布置 2 根收集干管，平行于河流布置，最后汇聚于一根管线较短的主干管。最终新老两区主干管汇聚一起流入污水厂集中处理。 二1江西理工大学 2014 届本科生毕业设计6图 2-1 污水管网布置方案 1方案 2 的布置图见图 2-2，新区布置 3 条平行于河流的干管，流向自西向东，再设置 1 根主干管，垂直于河流布置；老区管网布置与方案 1 相似。最终两根主干管分别单独流入污水厂集中处理。 二2二图 2-2 污水管网布置方案 2由于两个方案老区管网布置类似，故不予比较；仅对新区两个方案管网布置进行比较，见表 2-2。表 2-2 管网布置方案技术经济比较方案 优点 缺点方案 1主干管沿地面坡度布置，能减少主干管埋深。干管较短，可以不用在干管中途设置提升泵站或者少设提升泵站。每根干管服务面积比较均匀，不会出现某管段服务面积过高或过低。管网布置不能最大程度利用地形坡度。由于主干管较长，主干管在中途可能要设置提升泵站。方案 2干管能最大程度利用地形坡度，能减少干管埋深。干管埋深减少了，主干管埋深自然会相应减少。主干管长度较短，可以减少部分管网造价。本服务区地面平缓，坡度较小，可以利用的地形优势不明显。干管管线非常长，在每根干管中途都需要设置提升泵站，整个管网造价昂贵。干管服务面积划分不均匀。整个管网埋深量远远大于方案 1。经过综合比较，管网布置最终采用哪个方案 1。2.2.4 雨水管网布置江西理工大学 2014 届本科生毕业设计7管网布置应充分利用城市地形、地质、地貌等特点，尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的雨水能自流排出。雨水管道布置可遵循如下原则： 充分利用地形，就近排入水体。 结合街区及道路规划布置。 结合城市竖向规划。 尽量避免设置雨水泵站。由于暴雨形成的雨水量大,雨水泵站的投资也很大,且雨水泵站在一年中运转时间短,利用率低,所以应尽可能靠重力流。但在本设计中地势平坦、区域较大，所以必须设置雨水泵站,应使经过泵站排泄的雨水径流量减少到最小限度。 雨水管渠应结合具体条件确定。一般在城市市区,建筑密度较大、交通频繁的地区,均采用暗管排雨水,尽管造价高,但卫生情况较好,养护方便；在城市或建筑密度低、交通量小的地方,可采用明渠,以节省工程费用,降低造价。本设计中的雨水管网布置情况见图 2-3。图 2-3 雨水管网平面布置2.3 排水管材的比较和选择目前，我国国内排污管大多数采用混凝土管，虽然混凝土管作为污水排放管存在着许多弊端，如管道笨重、运输施工不方便，施工费用高等。但同时混泥土管也有许多其他管材不能比拟的优势，如造价较低，能承受很高的强度，抗腐蚀性能较好，不存在塑料管的老化和钢管的锈蚀等问题。若混凝土管内表面采取良好的防漏防渗措施，对环境污染也可以很小。表 2-3 是混凝土管、塑料管和钢管三种管材的比较表。江西理工大学 2014 届本科生毕业设计8表 2-3 管材比较表管材种类 优点 缺点 使用条件钢筋混泥土管及混泥土管造价较低，耗费钢材少；大多数是在工厂预制，也可以现场浇制；可根据不同的内压和外压分别设计制成无压力管，低压管，预应力管及轻重型管等；采用预制管时，现场施工时间较短；抗压能力很好。管节较短，接头较多；大口径管 重量大，搬运不便；容易被含酸含碱浸蚀。钢筋混泥土管适用于自留管，压力管或穿越铁路，河流，谷地等；混凝土管适用于管径小的无压管。塑料管抗腐蚀性能较好；管节较长，接头较少；施工方便；摩阻较小。管道容易老化；管道造价昂贵；抗压能力较弱，特殊地形下需要设置套管承受压力；塑料管没有或很少有大管径。塑料管适用于小管径污水管，或对环境要求较高的管段。钢管及铸铁管质地坚固，抗压，抗震性能强；每节管较长，接头少。价格高昂；钢管对酸碱的防腐蚀性能较差；易于锈蚀。适用于受高压、高外压或对抗渗透要求特别高的场合。如泵站的进出水管，穿越铁路，河流，谷地等。经比较，本设计污水排水管和雨水排水管均采用钢筋混凝土圆管。2.4 排水管网设计流量及水力参数计算确定2.4.1 污水管网设计（1）街区面积、人口确定街区面积根据 RJ 市平面地形规划图确定，每块小区人口根据任务书给定的人口密度与该小区面积乘积确定，见附表 1 （街区面积人口计算表） 。江西理工大学 2014 届本科生毕业设计9（2）设计管段的流量计算污水干管和主干管设计流量计算见附表 2（污水管网设计流量计算表）及江西省 RJ 市污水管网平面布置 CAD 附图。计算公式根据室外排水设计规范(GB50014-2006)第 3.1.1 条城市旱流污水设计流量， 根据综合生活污水量总变化系数取值（见表 2-4）。设计管段zK的流量等于（本段流量）从管段沿线街坊流来的污水量加上从上游管段和旁侧管段流来的污水量（转输流量）之和乘综合生活污水量总变化系数，再加上从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量。表 2-4 综合生活污水量总变化系数平均日流量（L/s） 5 15 40 70 100 200 500 1000总变化系数 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3本段 流量计算公式如下：1Q10zQFqK;式中， 设计管段的本段流量，L/s；1设计管段服务的街区面积，ha；F生活污水量总变化系数。zK比流量 的计算公式如下：0q0864npq;式中， 居住区生活污水定额，L/（capd） ；n人口密度，cap/ha。p（3）污水管网水力计算最大设计充满度根据室外排水设计规范(GB50014-2006)。表 2-5 最大设计充满度管径或渠高（mm） 最大设计充满度200300 0.55350450 0.65500900 0.701000 0.75江西理工大学 2014 届本科生毕业设计10在确定设计流量后，便可以从上游管段开始依次进行干管和主干管各管段的水力计