学士学位论文--污水处理厂设计.doc

污水处理厂设计 目 录第1章 绪论- 4 -1.1概述- 4 -1.1.1设计题目- 4 -1.1.2设计任务- 5 -1.1.3设计依据- 5 -1.1.4设计内容- 5 -1.2设计原始资料- 5 -1.2.1城市规划资料- 6 -1.2.2气象资料- 8 -1.2.3纳污水体的水文资料- 8 -1.2.4工程地质资料- 8 -第2章 城市排水管网设计与计算- 10 -2.1 城市排水管网设计原则- 10 -2.1.1 排水系统的规划设计原则- 10 -2.1.2 排水管网定线原则- 11 -2.2排水体制及其选择- 11 -2.3排水系统及管网定线- 13 -2.3.1排水管网的布置形式- 13 -2.3.2确定排水区界，划分排水流域- 14 -2.3.3排水管网的定线- 14 -2.4 城市污水管网设计计算- 15 -2.4.1污水管道设计计算说明- 15 -2.4.2方案一水力计算- 18 -2.4.3方案二水力计算- 41 -2.5雨水管网设计- 63 -2.5.1主要设计参数的确定- 63 -2.5.2一般规定- 64 -2.5.3雨水管道水力计算- 65 -第3章 城市污水处理厂设计计算- 68 -3.1概述- 68 -3.2污水处理厂厂址选择- 68 -3.3污水的水量水质- 69 -3.3.1 污水水量计算- 69 -3.3.2 污水水质计算- 69 -3.3.3 污水中污染物的处理程度确定- 71 -3.4 处理工艺流程的确定- 72 -3.5污水处理构筑物的设计与计算- 73 -3.5.1污水厂总泵站- 73 -3.5.2细格栅- 78 -3.5.3沉砂池- 80 -3.5.4曝气池- 84 -3.5.4.1设计参数计算- 90 -3.5.5二次沉淀池- 100 -3.5.6消毒接触池- 107 -3.5.7计量设备- 110 -3.6污泥处理构筑物的设计与计算- 113 -3.6.2污泥浓缩池- 115 -3.6.3贮泥池- 119 -3.6.4污泥消化池- 122 -3.6.5污泥脱水间- 131 -第4章 污水处理厂布置- 135 -4.1污水厂平面布置- 135 -4.1.1污水处理厂设施组成- 135 -4.1.2污水处理厂平面布置一般原则- 135 -4.1.3平面布置- 137 -4.2污水厂高程布置- 139 -4.2.1布置原则- 139 -4.2.2污水高程布置- 140 -4.2.3污泥高程布置- 141 -参考文献- 144 -致 谢- 145 -第1章 绪论1.1概述水是人类生活、工农业生产和社会经济发展的重要资源，科学用水和排水是人类社会发展史上最重要的社会活动和生产活动内容之一。水在人们的生产生活中占有非常重要的地位。在人类发展史上，无论是过去，现在，亦或是将来，水资源的开发和利用都倍受关注。我国是个缺水大国，水资源并不丰富，我国水资源有以下几个特点：一是全国降水在空间和时间的分布上极不平衡，南方水多，北方水少，差别悬殊，历史上水旱灾害极为频繁；二是北方有的地区人均占有水资源相当于世界上最干旱的国家，水量丰富的南方却常常发生季节性干旱，使依赖水灌溉的主要农作物水稻及一些经济作物用水困难；三是污水排放量大，处理率低；四是缺乏科学的用水定额和管理，生产耗水量大，水的浪费相当普遍。在当今世界，城市的建设正在高速发展，随着城市规模的不断扩大和人口的增加，人们日益追求一个整洁、卫生、舒适的环境，水环境污染也成了一个重要问题。随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对水质水量的要求也不断提高，要求排放水体的污水一定要经过处理。“环境保护”已被我国定为一项基本国策，这是维持社会经济可持续发展的必要组成部分。1.1.1设计题目根据给定的原始资料及相关要求，进行吉林地区G城市排水工程设计的规划及排水治理工程的扩大初步设计。1.1.2设计任务根据给定的原始资料，对该城市进行新建排水管网工程设计及污水厂工艺设计。1.1.3设计依据G城市发展与改革委员会计字【2005】20号文件：“G城排水治理工程计划任务书的批复”，同意该城市采用完全分流制排水系统，设计内容包括全城规划区内的污水管道、雨水管道、城市污水厂。1.1.4设计内容1、设计说明书一份。 设计概述、城市概况、设计范围、设计内容与资料； 城市污水量与水质的计算、排水方案与处理方案的选择； 污水、雨水管道平面布置，污水处理厂平面与高程布置； 泵站设计计算与污水厂、雨水管道水力计算； 污水处理厂工艺流程及各单体构筑物的设计计算。2、扩出设计图纸包括城市污水、雨水管网平面布置图、城市污水厂平面布置图、城市污水厂工艺高程图、污水总泵站布置图、各处理单元处理工艺的设计图纸等。1.2设计原始资料1.2.1城市规划资料1、城市总平面图比例尺为1：10000。图上标有间隔1.0m的等高线，城市区域的划分、工厂及大型独立性公共建筑物的位置如图所示。2、人口密度：区 号人口密度（人/ha ）300360工业企业工人总人数最大班人数分班热车间人数一般车间人数占最大班(%)淋浴(%)占最大班(%)淋浴(%)A420250230707030B5103002208080203、各区的卫生设备情况：区号房屋卫生设备情况室内有给排水设备和淋浴设备。室内有给排水设备、淋浴设备及热水供应设备。4、主要工业企业的排水情况：工业企业名称生产污水排放量最大班排水量8002500名称工人总数最大班人数分班热车间人数占最大班人（）淋浴百分比一般车间人数占最大班（）淋浴百分比005、公共建筑排水情况名称排水量火车站1000 11.5医院1200 13.8L/S文化中心600 6.96、市区覆盖情况：房盖 草地路面（混凝土沥青）土 地202030307、城市污水处理厂出水水质应满足国家城市污水排放水质标准中的二级排放标准。1.2.2自然概况城市土壤种类：粘土； 地下水位深度：6.1米；冰冻线深度：1.3米； 自来水厂处土壤种类：粘土； 地下水位深度：6.0米; 最高气温：35；最低气温：-32。该市的雨量公式：1.2.3 水位：最高水位：300m；最低水位：296m； 常水位：299m；冰冻期水位：297m； 最低水位河宽：40米； 冰的最大厚度：1.3米，无潜水，无锚定冰；该河流为通航河流。1.2.4工程地质资料土壤承载能力：第2章 城市排水管网设计与计算2.1 城市排水管网设计原则2.1.1 排水系统的规划设计原则 排水系统是控制水环境污染、改善和保护环境的重要设施，同时也是人民身体健康、日常生活以及厂矿企业发展的保障措施。因此，排水工程的规划与设计必须在区域规划及城市工业企业的总体规划基础上进行。排水系统的规划与设计应遵循以下原则：1.要认真贯彻执行宪法中“国家保护环境和自然资源，防治污染和其它公害”以及环境保护法、水污染防治法。坚持经济建设、城市建设、环境建设同时规划、同时实施、同时发展的原则，开展以城市为中心的环境综合治理，以实施经济效益、社会效益和环境效益的统一，在这些指导思想下，进行排水工程的规划与设计。2.认真贯彻“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利”的环保方针，正确安排好工农、城市、生产、生活等方面的关系，使经济发展和环境保护统一起来，注意预防和消除对环境的污染。3.排水工程的规划应符合区域规划及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其它单项工程设施密切配合，互相协调。4.排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑发展有扩建的可能性，并应根据使用要求和技术经济的合理性等因素，对近期工程做出分期建设安排。5.在规划与设计排水工程时，必须注意要认真执行有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。 必须执行国家关于新、改、扩工程实行防治污染的“三同时”规定。6.排水系统的规划与设计，要与邻近区域的污水、污泥处理与处置相协调。必须在较大范围内综合考虑。7.排水系统的规划与设计，应处理好污染源治理与集中处理的关系。对工业废水要进行适当的预处理，达到要求后排入城市排水系统。2.1.2 排水管网定线原则1.按照城市总体规划，结合当地实际情况布置排水管网，要进行多方案技术经济比较。2.定线时通常考虑的因素是：地形和竖向规划；排水体制；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线和构筑物的位置；工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况以及发展远景和修建顺序等。3.排水管网定线的顺序应当是先确定污水处理厂的位置，然后依次确定主干管、干管、支管的位置。污水厂应设在河流下游，地下水流向的下游，城市主导风向的下风向。4.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，使管道的走向符合地形趋势，一般应顺坡排水。地形标高较高的污水不要经较低地区泵站排水。5.管道埋深和泵站数量直接影响到工程总造价，管网定线需做方案比较，选择最合适的管线位置，使其既能减少埋深，又可少建泵站。6.排水管道定线应尽量避免或减少管道与河流、山谷、铁路及地下构筑物交叉，以降低施工费用，减少养护工作的困难。7.应尽可能在管线较短和埋深较浅的情况下，让最大区域的污水自流排除。2.2排水体制及其选择废水分为生活污水、工业污水、和雨水三种类型。污水是采用一个管渠系统来排除，或是采用两个或两个以上各自独立的管渠系统排除，称为排水系统的体制（简称排水体制）。排水系统的体制，一般有合流制和分流制两种类型。合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。排除生活污水、城市污水或工业废水的系统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。合理的选择排水系统的体制是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。下面从不同交代进一步分析各种体制的使用情况：（1）从环境保护方面看，如果采用合流制将城市生活污水、工业废水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体污染看，是较好的，但这使截流主干管尺寸很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应地增高。且当采用截流式合流制时，雨天有部分混合污水通过溢流井直接排入水体，危害环境。而分流制虽然初降雨水径流对水体的污染相当严重，但它比较灵活，比较能够适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，故已成为城市排水体制发展的方向。（2）从造价方面看，经验认为合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价高。从总造价来看完全分流制比合流制可能要高。从初期投资来看，不完全分流制因初期只建污水排水系统，因而可节省投资费用，且可缩短施工期，发挥工程效益也快。而合流制和完全分流制均比不完全分流制初期投资要大。（3）从维护管理方面看，晴天时合流制管内流量小，流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中沉淀物易于被暴雨水流冲走，因此，合流制管道的维护管理费用可以降低。但是，晴天和雨天流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理中的复杂性。而分流制系统可以保持管内流速，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。所以，根据城市工业企业规划，环境保护的要求，污水的利用情况，原有的排水设施，水质、水量、地形、气候等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提下，综合考虑，确定本设计采用分流制排水系统。2.3排水系统及管网定线2.3.1排水管网的布置形式排水管网一般布置成树状网，根据地形不同，可采用两种形式平行式和正交式。平行式是排水干管与等高线平行，主干管与等高线基本垂直。适应于城市地形坡度大时，可以减少管道埋深，避免设置过多跌水等。正交式是排水干管与等高线垂直相交，主干管与等高线平行敷设。适应于城市地形平坦略向一边倾斜的城市。城市、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置、随着地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况、以及污水的种类和污染程度等因素决定。（1）在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置，各种布置也称正交布置。正交布置的干管长度短、管径小。因而经济，污水排出也迅速，但是，由于污水未经处理就直接排放，会使水体遭受严重污染，影响环境。（2）在正交式排水系统的基础上，沿河岸敷设主干管，并将各干管的污水截流送至污水厂，称为截流式布置。（3）在地势向河流有较大倾斜的地区，为了避免因坡度及管内流速过大，是管道受到严重的冲刷，而使干管与等高线及河道基本平行，主干管与等高线及河道成一定斜角敷设，这种布置称平行式布置。（4）在地势高低相差很大的地区，当污水不能靠重力流流至污水厂时应充分利用地形排水，节省电力采用分区布置形式。（5）当城市周围有河流或城市中央部分地势高，地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分散布置，各排水流域具有独立的排水系统。这种布置具有干管常度短、管径小、管道埋深尽可能浅，便于污水灌溉等优点，但污水厂和泵站得数量较多。（6）在分散式排水系统的基础上，将各干管的污水截流送往污水厂，称环绕式布置形式。2.3.2确定排水区界，划分排水流域排水区界是排水系统设置的界限。在地势起伏的地区可按等高线划分分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地势平坦无显著分水线的地区，可依据面积的大小划分，使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分污水能以自流排水为原则。E市依火车道,将整个城区分成两个部分,可将这两个部分作为两个不同的排水流域。2.3.3排水管网的定线2.3.3.1污水厂位置选择综合考虑E市地形、地势及河水流向、风向等因素，将污水厂址选在该市西北角，靠近岸边又与岸边留有一定距离，且离市区符合卫生防护要求（污水厂距居民区大于300m）。污水厂设在河流下游，不会对城市的饮用水源及自然景观产生污染。同时城市常年主导风向不会使污水厂对城市产生空气污染。污水处理厂工程地质条件较好，交通方便，靠近受纳水体，处理后的水可以就近排放。2.3.3.2污水管道定线污水管道系统采用两套方案，并进行方案的比较。结合E市的具体特点，两套方案中只有区管线布置不同，根据区地形，两套方案中布置相同形式的管线，两种方案分别为方案一和方案二。根据城市的地形特点，即地势向水体倾斜，地面坡度不大，方案一区污水干管沿与等高线垂直（近似）方向布置，污水主干管与等高线大体平行。主干管穿越两次铁路。方案二区污水干管沿与等高线近似平行方向布置，污水主干管与等高线大体上垂直。主干管同样穿越两次铁路。两套方案的区布置没有发生变化。2.3.3.3雨水管道定线2.4 城市污水管网设计计算2.4.1污水管道设计计算说明方案一和方案二中的管网定线及计算管段的编号参见管道平面系统布置图。2.4.1.1街区编号并计算面积将各街区编上号码，并按各街区的平面图形计算出它们的面积，列入表2-1中。表2-1 街区面积表(ha)街坊编号 123456789101112街坊面积(ha)7.693.083.635.336.422.484.754.222.555.484.52.48街坊编号131415161718192021222324街坊面积(ha)5.324.224.982.134.413.271.894.192.952.666.264.75街坊编号252627282930313233343536街坊面积(ha)6.263.046.646.671.933.321.141.524.045.461.41.12街坊编号373839404142434445464748街坊面积(ha)5.031.40.663.222.374.833.043.374.532.223.274.55街坊编号495051525354555657585960街坊面积(ha)1.873.374.552.315.142.361.472.782.793.782.791.2街坊编号616263646566676869707172街坊面积(ha)0.691.972.262.221.682.382.632.582.493.533.953.88街坊编号737475767778798081828384街坊面积(ha)2.311.524.142.631.332.280.445.395.620.332.122.08街坊编号858687888990919293949596街坊面积(ha)2.51.843.313.263.511.151.861.821.051.232.261.94街坊编号979899100101102103104105106107108街坊面积(h)3.141.913.452.934.22.623.841.882.382.522.772.92街坊编号109110111112113114115116117118119120街坊面积(ha)1.821.532.783.231.663.122.833.583.12.022.31.73街坊编号121122123124125126127128129130131132街坊面积(ha)1.092.462.822.231.492.693.072.621.541.782.181.98街坊编号133134135136137138139140141142143144街坊面积(ha)1.812.242.562.552.062.83.23.111.232.822.743.73街坊编号145146147148149150151152153154155156街坊面积(ha)4.324.22.955.394.987.172.7543.683.585.354.35街坊编号157158159160161162163164165166167168街坊面积(ha)3.564.854.493.715.125.252.893.82.283.545.832.01街坊编号169170171172173174175176177178179180街坊面积(ha)3.516.052.542.484.292.022.825.042.443.64.684.68街坊编号181182183184185186187188189190191192街坊面积(ha)3.173.085.282.73.193.2412.783.753.763.414.2街坊编号193194195196197198199200201202203204街坊面积(ha)5.063.925.195.283.972.5543.993.385.424.371.53街坊编号205206207208209210211212213214215216街坊面积(ha)1.641.813.482.952.952.362.363.131.781.472.592.81街坊编号217218219220221222223224225226227228街坊面积(ha)2.333.31.993.691.953.622.733.452.913.143.843.24街坊编号229230231232233234235236237238239240街坊面积(ha)3.733.754.323.644.25.715.87.495.6411.812.73.33街坊编号241242街坊面积(ha)8.024.782.4.1.2设计的有关规定1、最小流速 为防止管道淤积，根据规范及有关运行经验，污水管道最小流速定为0.6m/s。2、最小管径为防止管道淤积，减少清通次数，街区和厂区内连接管道的最小管径采用200mm，街道下管道（支管、干管、主干管）的最小管径采用300mm。3、最小设计坡度管径为200mm时，采用的最小设计坡度为0.004；管径为300mm时，采用的最小设计坡度为0.003。4、最大埋深 根据当地地下水位及地质情况，管道最大埋深采用7-8m。5、最小覆土必须满足三点要求：防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道，要求管内底标高在冰冻线以上0.15m；防止管壁因地面荷载而受道破坏，要求覆土厚度大于0.7m；满足街坊污水连接管衔接的要求。2.4.1.3管道起点埋深的确定管道起点埋深要考虑上面的要求，通过计算确定。该地区最大冰冻深度1.30m，覆土厚度采用0.70m。满足连接要求所需的管道埋深按下式计算H= hILZ1Z2h式中：H 所需的管道起点的最小埋深（m）；h 街区管起点出户管最小埋深；Z1管道起点地面标高（m）；Z2街区管起点地面标高（m）；I 街区管和污水支管的坡度；L 街区管和污水支管的长度（m）；h街区管和污水支管的管内底高差（m）。2.4.1.4控制点的确定在污水排放区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。确定控制点的标高一方面应根据城市竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能排出，并考虑发展，在埋深上留有余地。另一方面，不能因照顾个别控制而增整管道系统的埋深。2.4.1.5泵站设置点的确定在排水系统中，由于地形条件等因素的影响，通常可能设中途泵站、局部泵站、终点泵站。当管道埋深接近最大埋深时，为提高下游管道的管位而设置的泵站称为中途泵站。若将低洼地区的污水提升到地势高地区管道中；或是将高层建筑地下室、地铁、其它地下建筑的污水抽送到附近管道系统所设置的泵站称为局部泵站。此外，污水管道系终点埋深通常很大，而污水理构筑物因受受纳水体水位的限制，一般须埋深很或设置在地面上，因此须设置泵站将污水抽升至处理构筑物，这类泵站称为终点或总泵站。本设计中主要应用的是总泵站。2.4.2方案一水力计算2.4.2.1水力计算的基本数据资料方案一的水力计算的基本数据资料见下列表格:表2-2 方案一的管段编号及长度(m)表编号管长编号管长编号管长编号管长12293.2954344344.9618586301.079129130286.61523245.8074445129.7568687224.755130131206.14534243.94546119.9768788107.497131132282.74545272.3174647320.90688891095.29133134192.13656244.2744748152.238990115.341134135240.17567246.8184849217.2049091209.343135136279.99278296.2114950282.2619192173.203136137281.06889176.7635051474.0199293177.133137138256.312910218.9515152414.9529394186.356138139178.1571011208.3515253242.269495248.888140141191.911112178.5245354177.2279596114.127141142240.5011213207.9885455186.039697175.022142143280.9131314222.8085556129.8049798404.96143144279.2891415196.9815657199.9259899337.425144145259.1221516238.8875758161.13299100655.897146147263.871617226.3745859149.624101102415.998147148341.1591819150.5425960188.742102103277.334148149322.2081920144.1896061341.819103104246.725149150326.2282021188.2626162178.337104105221.08150151349.4282122263.2686364348.509106107398.642151152992.5992223298.0126465149.831107108279.932153154281.0442425167.804666790.124108109243.418154155336.272526136.7136768237.168109110220.639155156319.3412627175.917686919.994111112511.525156157317.4222728163.456970201.913112113222.867157158298.5232829162.324707153.774114115348.967158159303.9042930265.5717172280.40111511655.376303156.8797273158.487116117229.6753132196.9577475404.343117118280.944333436.8597576274.514118119196.9063435167.4067677243.824119120227.4763536113.0597778316.969121122342.4883637196.7117879160.345122123333.0853738166.1298081403.939123124281.8273839133.2138182276.941124125197.3813940200.698283240.794125126207.7774041351.7868384316.255127128453.3674142183.015848529.145128129285.43表2-3 方案一中各检查井的编号及标高（m）编号标高编号标高编号标高编号标高1304.341303.181304.36121303.312304.1542302.9482304.02122303.023303.9343305.1583303.91123302.754303.2644304.7884303.71124302.545303.6545304.6885303.68125302.316303.546304.5186303.51126302.117303.3247304.487303.34127303.128303.1848304.3588303.28128302.879303.0949304.3589302.12129302.610302.9550304.0590302.11130302.3711302.851303.991302.11131302.2412302.752303.692302.11132302.0213302.5253303.593302.1213330314302.2854303.4294302.02134302.915302.2155303.3695302.01135302.6816302.156303.396302136302.5117301.757303.2497301.98137302.3118304.358303.1598301.96138302.1119304.2759303.0599302139301.9820304.1860302.95100301.7140302.8521304.0561302.83101304.35141302.6822303.8262302.54102303.95142302.4823303.5263304.92103303.75143302.324304.1364304.54104303.56144302.1125304.0765304.45105303.51145301.9226304.0166305.23106304146302.527303.9467305.12107303.74147302.2428303.8468304.9108303.48148301.9229303.7369304.85109303.35149301.830303.4870304.62110303.32150301.8531303.4271304.6111303.34151301.9132303.1672304.2112303.17152301.733303.973304.08113