毕业设计（论文）开题报告 - 江苏省北部D市排水工程设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 开 题 报 告题 目：院 （系） 专 业 学 生 学 号 班 号 指导教师 开题报告日期 哈尔滨工业大学教务处制2005 年 9 月1 课题来源及研究的目的和意义1.1 课题来源随着经济的发展，社会的进步，各种新型建筑的出现，人们对生活质量的要求越来越高，这加速了给排水技术的创新与发展。由于生活污水成分的日益复杂，废水处理的难度也逐渐加大。这些含有复杂成分的废水携带着大量污染物质，如不加控制任意排入水体或土壤，会使水体受到污染，破坏原有的自然环境，以至引起环境问题，甚至造成公害。必须妥善处理或加以回收利用。为保护环境，避免发生上述问题，现代城市就需要建立一套完整的工程设施来收集、输送、处理和利用污水，此工程设施就称之为排水工程。它的基本任务是保护环境免受污染，以促进工农业生产的发展和保障人民的健康与正常生活。1.2 课题目的通过阅读中外文献，调查研究与收集相关资料，拟定工程设计方案和工艺流程，在经过综合技术经济分析，学会选择合理的设计方案。学会写设计说明书以及熟悉所需要的主要原始方案、各项数据，掌握大型设计的整体流程。熟悉并掌握排水工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根据原始设计资料正确地独立地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，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。将课堂上所学的专业知识用于毕业设计之中，可以提高工程设计能力，为未来走上工作岗位进行工程设计打下坚固的实践基础。1.3 课题意义毕业设计是大学四年知识水平的体现，是能力和水平的反映。它可以使学生综合运用和深化所学理论知识，并且较完整地将所学的专业知识应用于实际，培养学生独立分析与解决实际问题的能力，使其受到作为工程师的基本训练。具体需要掌握专业工程设计的基本内容、基本要求、计算方法、设计步骤及设计技巧，可以帮助学生寻找适合自己的领域和方向。2 国内外在该方向的研究现状及分析2.1 国内在该方向的研究现状及分析随着建筑业的蓬勃发展，建筑给排水专业亦在迅速发展，建筑给排水已由原来简单的房屋卫生设备设计演变为一个相对完整的专业体系。 “公用设备注册工作中水、暖专业交叉问题会议纪要”对建筑给排水涵盖的内容作了详细的描述：从建筑物内来说，水的系统有生活给水系统、直饮水系统、中水给水系统、热水系统、生活污水系统、生活废水系统、雨水排水系统、雨水利用系统、冷却循环水系统、游泳池循环水系统、水景、水上游乐设施水循环系统，人防工程特殊给排水系统等。这些系统中包括了水质处理，水质、水温、水压保证及供水、配水、排水、通气等众多技术内涵。消防系统有消火栓系统、消防水喉系统、湿式、干式、预作用，重复启闭自动喷水灭火系统、水喷雾、细水雾灭火系统、泡沫水喷淋联用灭火系统、泡沫灭火系统、水炮灭火系统、CO2 灭火系统、各种洁净气灭火系统等以及手提灭火器的计算及设置。从建筑小区来说，大的建筑小区其建筑面积超过 100 万 ，数万人居住，其给水、排水、热水、2m直饮水及消防供水等的工程内容已涵盖了小城镇从水源、取水、输水、给水处理、中水处理、污水处理等全部内容。近年来，国家和地方政府非常重视污水处理事业，正高速推进城市污水处理工程的建设。随着改革开放大好形势的不断深入，中国的污水处理事业也得到了快速的发展。国外污水处理新技术、新工艺、新设备被引进到中国，在活性污泥法工艺应用的同时，AB 法、A/O 法、A/A/O 法、CASS 法、SBR 法、氧化沟法、稳定塘法、土地处理法等也在污水处理厂的建设中得到应用。由过去只具有去除有机物功能的污水处理工艺技术发展为具有除磷脱氮多功能的工艺技术，国外一些先进的、高效的污水处理专用设备进入了中国污水处理行业市场。例如格栅机、潜水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备。我国现有城市污水处理厂 80%以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处理、强化一级处理、土地处理法等。AB 法污水处理工艺于 80 年代初开始在我国应用于工程实践。由于其只有抗冲击负荷能力强、对 PH 值变化和有毒物质只有明显缓冲作用的特点，故主要应用于污水浓度高、水质水体变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水处理厂。目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。除了以上常规处理方法，新工艺层出不穷。超临界水氧化技术（SCWO ）是一种在均一相中进行，反应不会因相间转移而受限制，能够快速破坏有机物结构的新型氧化技术。SCWO 是一项高温高压技术，利用水在超临界条件下（ Pc=220.55 bar， Tc=373.97）的特性，处理有机化合物和有毒废物及有机反应研究（如选择性氧化） 。超临界水的独特性质是超临界水氧化工艺的关键，O2 和有机物质完全溶于超临界水中，相界面消失，形成单一相，使有机物与氧气能够自由均相反应，反应速度得到了急剧提高。反应完成后，即生成了包括水、气体和固体的混合物，有机物中的C 转化为 CO2，H 转化为 H2O，Cl 转化为氯化物离子，硝基化合物转化为硝酸盐，S转化为硫酸盐，P 转化为磷酸盐。排放的气体中无 NOx、酸气（如 HCl 或 SOx 等）和粉尘微粒等，CO 的含量低于 10 ppm，完全符合排放水标准和气体排放标准。另外，因超临界水氧化反应具有极快的反应速度，即使用小型的设备，也可处理大量的废水。SCWO 的技术优点有：绿色化学，环境友好，且用途广泛； 对难分解有机物有高的处理效率（99.9999%以上） ；被排的气体中无 NOx、酸气和粉尘等二次大气污染物；处理水符合法律上的排放水标准，只存在极微量的有机物；可进行多样浓度的废水处理；氧化反应快，可使超临界水氧化装置设计上更加小型化，结构更紧凑；无需进行二次处理。新技术、新方法不断涌现。例如：哈尔滨工业大学与省城市规划勘测设计研究院合作研究的“ 微涡漩反映、低脉动沉淀 ”新技术处于国际领先水平，在国内十余家大、中型净水厂应用运行效果良好。出厂水水质远高于常规工艺处理水质，对寒冷地区低温低浊水处理效果尤为显著。引进法国得力满公司专利技术“V”型滤池。其净化效果优于普通快滤池（在哈尔滨绍和水厂应用） 。采用“微涡旋反应、低脉动沉淀” 给水处理新技术与法国得力满公司“V” 型滤池技术相结合，其净化效果尤为突出。该技术已应用于肇东净水厂（5 万 m3/d）和绥化净水厂（12 万 m3/d） 。微污染水的净化。利用汾末活性炭和高锰酸钾混合药剂在哈尔滨净水厂冬季及枯水期有机污染较严重时采用，有机污染去除率为 90%以上。此外，光催化降解在环境污染治理中的应用研究近几年尤受重视。多相光催化降解是在污染体系中投加一定量的光敏半导体材料，同时结合一定能量的光辐射。目前有关光催化降解的研究报道中，以应用人工光源的紫外辐射为主，对分解有机物效果显著，但费用较高且需要消耗电能，因此国内外研究者均提出应开发利用自然光源或自然、人工光源相结合的技术，充分利用清洁的可再生能源，使太阳能利用与环境保护相结合，发挥光化学降解在环境污染治理中的优势。2.2 国外在该方向的研究现状及分析近二十年来, 一些发达国家为了解决日益严重的水质污染问题, 曾不惜巨额投资兴建了大量不同规模的城市污水处理厂。其中发展较快较为典型的有美国、法国、英国、德国和日本。城市污水处理厂向大型化发展, 是国外当前的趋向。而且处理厂规模越大, 水量调节、水质均化和稀释等作用也越大, 耐冲击能力也越高。因此近年许多国家都建有百万吨以上的大型污水处理厂。城市污水三级处理逐步受到重视是国外污水处理发展的另一个特点。其主要目的是使水体水质达到更高的环境标准, 防止湖泊、海湾的宫背养化，即除磷、除氮, 进一步回用处理后的污水, 以解决水源不足。膜技术处理污水的新发展由于具有出水水质优异，操作运行简单，污泥产率低，占地面积小等特点，膜生物反应器在污水处理的应用范围和规模不断扩大和增加。膜生物反应器分为三类：膜分离生物反应器(Membrane separation bioreactor)(截留和分离固体)；膜曝气生物反应器(Membrane aeration bioreactor)(无泡曝气，用于高需氧量的废水处理)；萃取膜生物反应器(Extractive membrane bioreactor)(用于工业废水中优先污染物的处理)。其中，膜分离生物反应器是应用最广泛的一种膜生物反应器类型。膜分离生物反应器按照膜组件的放置方式可分为分体式和一体式膜生物反应器；按照是否需氧可分为好氧和厌氧膜生物反应器。膜材料及膜组件和操作条件对膜生物反应器的运行和处理效果有不同程度的影响，其中的操作条件主要有 HRT 和 SRT、污泥浓度、污泥负荷、操作方式(连续或间歇曝气、恒通量或恒压力)等。然而，膜污染依然是影响其推广应用的主要障碍。膜污染导致膜通量下降，增加膜组件更换和膜清洗的频率，则会增加膜生物反应器的运行费用。现已发现的膜污染控制对策有气、水或气水混合反冲洗；化学清洗；膜材料改性；膜组件的优化设计；临界通量控制；水动力学控制；空气喷射和活塞流。其中，污泥处理与处置的费用将是最主要的因素。Davis等对不同规模的膜生物反应器和传统活性污泥污水处理厂进行了经济分析和比较，结果表明：大型污水处理厂采用常规工艺更便宜，但考虑到污水排放标准的愈益严格和膜组件的费用下降，采用膜生物反应器的污水处理厂规模不久可达到50 000 m 3d。也就是说，中小规模的污水处理厂可能采用膜生物反应器更便宜，但大规模的污水处理厂宜采用常规工艺。3 主要研究内容（1）排水管网扩初设计，含两个以上的方案比较；（2）污水泵站工艺设计，含部分工艺施工图设计；（3）污水处理工业设计，含部分单位构筑物的工艺施工图设计；（4）污泥处理工业设计，含部分单位构筑物的工艺施工图设计；（5）排水管网与污泥处理厂的工程概算；（6）有条件的同学还可在教师知道下自选一个专题进行深入研究或设计4 研究方案及进度安排，预期达到的目标4.1 研究方案江苏省北部地区D市城市排水工程原始数据如下：一区：人口密度260人/公顷，污水量标修250 升/ （人日)； 二区：人口密度280人/公顷，污水量标修240 升/ （人日)。该市主要工业企业建筑共A,B,C,D4处，A厂平均排水量1800 ，SS浓度200mg/L，BOD浓度70mg/L，总氮70mg/L ，dm/3总磷1.2mg/L，PH6.9，水温18摄氏度；B厂平均排水量2600 ，SS浓度300mg/L ，BOD浓度96mg/L，总氮55mg/L，总磷1.7mg/L，PH7.8，水温20摄氏度；C厂平均排水量2100 ，SS浓度280mg/L ，BOD浓度120mg/L，总氮25mg/L，d/3总磷2.1mg/L，PH7.6，水温20摄氏度；D厂平均排水量2200 ，SS浓度220mg/L，BOD浓度90mg/L，总氮32mg/L ，m总磷2.5mg/L，PH7.2，水温19摄氏度；该市南部有一条河流，水流方向自东向西，常年主导风向为东风。该市年平均气温15摄氏度，最低气温-10摄氏度，最高气温40摄氏度。26天处在-10摄氏度以下，年降水量1000mm，年蒸发量960mm受纳水体排放口下游100公里处有取水口，要求BOD4,mg/L。水体常水位时流量28 ，流速0.86m/s水位标高87m；sm/3水体最小流量时流量26 ，流速0.82m/s水位标高85m；水体最大流量时流量30 ，流速0.90m/s水位标高90m；/水体常年DO 6.1mg/L,BOD3.5mg/L,SS18mg/L根据以上数据初步算出城市污水的处理的水量估计在 8.47 万吨。根据室外排水设计规范 GB50014-2006 ，生活污水的五日生化需氧量可按每人每天 2550g 计算(取 30g)；生活污水的悬浮固体量可按每人每天 4065g 计算（取 50g） ；生活污水的总氮量可按每人每天511( 取 7g)计算；生活污水的总磷量可按每人每天 0.71.4g(取 1g)计算。可概算出污水水质 SS 是 234.6mg/L，BOD 为 133.6mg/L， 总氮 34.4mg/L， 总磷 2.67mg/L， 根据污水一级 B 处理要求，BOD 处理率要达到 85%，SS 处理率91.5%，总氮 42%，总磷 62.5%。由水量和水质分析可知，备选方案应综合考虑以下特点：（1）适合中小型污水厂使用（2）有较高脱氮除磷效率；（3）适合北方地区气候水温要求等；因此选用SBR 工艺。 中、小型城市污水处理厂的优选工艺是氧化沟和 SBR，它们的共同特点是:1.去除有机物效率很高，有的还能脱氮、除磷或既脱氮又除磷，而且处理设施十分简单，管理非常方便，是目前国际上公认的高效、简化的污水处理工艺，也是世界各国中小型城市污水处理厂的优选工艺。2.在 10 万 m3/d 规模以下，氧化沟和 SBR 法的基建费用明显低于常规活性污泥法、A/O 和 A2/O 法。即使氧化沟和 SBR 法的电耗和年运营费用仍高于常规活性污泥法，但如果与基建费用一起来比较，基建费加上 20 年的运营费总计还是比常规活性污泥法低些。规模越小，低得越多，规模越大，差距越小，当规模为 10 万 m3/d 时，两类工艺的总费用大致相当。因此，对于中小型污水厂采用氧化沟与 SBR 法在经济上是有利的。3.氧化沟与 SBR 工艺通常都不设初沉池和污泥消化池，整个处理单元比常规活性污泥法少 50%以上，操作管理大大简化，这对于技术力量相对较弱、管理水平相对较低的中小型污水处理厂很合适。4.氧化沟和 SBR 工艺的设备基本上实现了国产化，在质量上能满足工艺要求，价格比国外设备便宜好几倍，而且也省去了申请外汇进口设备的种种麻烦。5.氧化沟和 SBR 工艺的抗冲击负荷能力比常规活性污泥法好得多，这对于水质、水量变化剧烈的中小型污水厂很有利。正是由于上述种种原因，氧化沟和 SBR 在国内外都发展很快。而本工程虽位于南方地区，气候温暖，可以使用表面曝气法，但仍然有部分时间温度在 0 摄氏度以下，这段时间容易结冰，不易管理，且江苏地区地价较高，氧化沟法占地面积大，所以不宜采用。综上所述，本工程选定 SBR 工艺法。4.2 进度安排设计阶段 设计时间 设计事项撰写开题报告及外文资料翻译3 月 3 日至 3 月 6 日明确设计任务，查阅相关资料，进行工艺方案的对比及制定。撰写开题报告，查阅与拟定工艺相关的外文资料，并翻译成汉语。排水管网定线与水力计算3 月 6 日至 3 月 15 日 根据图纸地形确定管网方案比较选出最优方案并计算污水处理厂全部构筑物设计计算3 月 15 日至 4 月 6 日按照污水处理工艺设计计算指导书，进行对拟定工艺有关的主体构筑物及附属建筑物的设计计算。污水水处理厂总平面布置（有实习）4 月 6 日至 4 月 25 日 根据已有资料进行设计，实习期间详细了解构筑物的各方面特征高程计算与布置4 月 25 日至 4 月 30 日依据污水处理厂的地形状况、各建筑物的设计高度、按照城市污水处理厂的高程布置原则进行对污水处理厂的高程布置。绘制图纸（平面图、高程图、工艺施工图）4 月 30 日至 5 月 24 日熟悉 CAD 技术的使用及手工绘图的原则与要求，进行图纸绘制，包括污水处理厂总平面布置图、高程图等。整理设计说明书，装订成册5 月 24 日至 6 月 1 日依据设计计算结果进行对设计说明书的编写，包括设计题目；摘要；目录和前言；正文；结论；心得体会；致谢。并装订成册。准备毕业设计答辩6 月 1 日至 6 月中下旬 作好对学院组织的毕业设计答辩的准备工作并进行答辩。4.3 预期达到的目标毕业设计又是对以前教学环节的继续、深化、总结和检验。对于排水工程，需要做到：（1）熟悉整个排水系统的组成，各部分的功能；（2）掌握做排水工程设计的步骤；（3）掌握排水管网布置的原则、形式、方法及优化；（4）掌握污水泵站的设计原则、布置形式及方法；（5）能够针对具体情况合理选择污水处理工艺；（6）能够对工程进行经济技术分析，做工程概算5 为完成课题已具备和所需的条件和经费（1）目前具备:基本的 CAD 绘图能力，以及一些查阅的文献、资料、给排水设计手册（2）所需的经费主要是在手工绘图工具方面。6 预计研究过程中可能遇到的问题，以及解决的措施设计过程中，从管网定线，设计计算，处理工艺的选择和平面图布置等方面，由于经验不足，可能会存在一些问题，遇到一些困难。相信这些困难都可以通过向老师同学请教，自己查阅资料，多思考，多比较来克服。7 主要参考文献1张自杰,林荣忱 ,金儒霖.污水的生物处理生物膜法J.排水工程（下）,20102李广贺,董辅祥 .水资源保护水体污染的理论体系J.水资源利用与保护,20103Modell.Treatment for Oxidation of Organic Material in Supercritical Water:US,4,338,199,P.1982,07,06；4Modell.M.Processing Methods for the Oxidation of Organics in SupercriticalWater:US,4,543,190,P.1985,09,24；5孙玉修，国外城市污水现状处理的现状与发展，China Academic Journal Electronic Publishing House，1994-2010；6姬晓娜,王福梅 ,张洪美,谷令彪,吴雷振.水质净化过程中生物载体的应用现状与发展，20027王志勇,彭福全 ,沃留杰,张剑,刘文碧，张永亮.生物接触氧化技术在河道治理中的研究进展,20098 魏源送，国外膜生物反应器在污水处理中的研究进展，工业水处理 200301，23(1)；9夏彬，小议城市污水处理工艺的现状及存在的问题，中国新技术新产品，2010，NO.1810M.A. Rodrigo, Electroc