环保设备设计与应用.doc

《环保设备设计与应用》课程设计任务书（2班）
1.设计题目：某小区生活污水中生物接触氧化设备的设计
2.原始资料
进水BOD5=300mg/L，出水 BOD5=20mg/L，容积负荷0.3kg/m3.d。设计水量如下：m3/h
分组
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
水量
15
25
35
45
55
65
75
85
95
100
3.设计内容
3.1方案确定与工艺说明
按照原始资料数据进行处理方案的确定，拟定处理工艺流程，选择设备和构筑物，说明选择理由，工艺说明包括原理、结构特点、设计原则等，论述其优缺点，编写设计说明书
3.2 设计计算
计算生物接触氧化池有效容积、尺寸；计算需氧量、空气量；计算穿孔布气空气管道；计算剩余污泥量
3.3 制图（A3）
生物接触氧化池平面、剖面布置图；生物接触氧化池曝气及空气管道平面、剖面图；进水布水器平面、剖面布置图；填料支架及填料安装图
3.4 编写设计说明书、计算书
4.设计成果（注：1、5项必做，2、3、4项每组三人各选一项）
（1）生物接触氧化池平面、剖面布置图（A3）
（2）进水布水器平面、剖面布置图（A3）
（3）填料支架及填料安装图（A3）
（4）生物接触氧化池曝气及空气管道平面、剖面图（A3）
（5）设计说明书、计算书
5. 时间分配表（第11周）
序号
教学内容
时间
备注
1
布置任务书、收集资料
0.5天
由指导老师讲授设计任务与要求
2
设计计算
1.5天

3
绘制CAD设计图纸
2天

4
编写设计说明书，装订成册
1天

5
总计时间
5天

6、成绩考核办法
根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。
二．方案确定与工艺说明
2.1确定方案
在污水处理中，小区泛指的是居民住宅区、疗养院、商业中心、机关学校等由一种或多种功能构成的相对独立的区域，而该区域的排水系统通常不在城市市政管网的覆盖范围内。根据环境要求，需建造独立的污水处理系统。小区污水水量较小，水质水量变化较大，由于土地昂贵等原因对环境质量提出的要求较高(如气味、噪声、建筑风格等)。因此污水处理工艺力求简单实用，管理方便，操作可靠，维护工作量小，并尽可能地采用高效、节能的污水处理技术。
小区污水的处理工艺依据其尾水排放水体的功能不同而异，常用处理方法有化粪池、一级处理(初次沉淀池)、生物二级处理及二级处理后再经消毒回用等。除此之外，小区污水处理工艺的选择在满足小区污水处理特点的前提下，应结合小区的特点和气候特征，合理选用。但应选择投资省、处理效率高、能耗低、占地面积少、环境影响小和能再生利用、易于实现设备化的污水处理工艺，而生物接触氧化工艺在小区污水处理中的应用正符合上述目标要求。
目前国内外一般都采用生化方法处理生活污水，而生物接触氧化法具有净化效率高，处理所需时间短，对进水有机负荷的变动适应性较强，不必进行污泥回流，没有污泥膨胀问题，运行简单和占地面积小等优点。为此，我们选用了工艺成熟、运行可靠的接触氧化法。
２.１.1生物接触氧化法简介 生物接触氧化法是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统。
生物处理是经过物化处理后的环节，也是整个循环流程中的重要环节，在这里氨/氮、亚硝酸、硝酸盐、硫化氰等有害物质都将得到去除，对以后流程中水质的进一步处理将起到关键作用。
如果能配合JBM新型组合式生物填料使用，可加速生物分解过程，具有运行管理简便、投资省、处理效果高、最大限度地减少占地等优点。
反应机理
生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。
该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。
特点工艺
特点
①用分段法提高净化能力。生化过程分为两个阶段。首先是有机物被吸附在污泥上或存在细胞内进行生物合成，这个吸附合成速度很快。第二阶段的生化过程以氧化为主，速度较慢。
②用加接触层的办法来提高沉淀池效率。对沉淀池的生物膜采取沉淀的办法，而对细小的悬浮物采取滤层截留的办法，沉淀池取上升流速6.5～7.5m/h；澄清区停留15min。
③接触氧化工艺只需0.5～1.0h就可以达到活性污泥工艺8h的效果。主要靠生物膜，把氧化池分为两段，沉淀池加接触层，接触氧化池分离下来的污泥含有大量气泡，宜采用气浮法分离。
基本特点
1、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；
2、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力；
3、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。
生物接触氧化法具有生物膜法的基本特点，但又与一般生物膜法不尽相同。一是供微生物栖附的填料全部浸在废水中，所以生物接触氧化池又称淹没式滤池。二是采用机械设备向废水中充氧，而不同于一般生物滤池靠自然通风供氧，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填料，也可称为曝气循环型滤池或接触曝气池。三是池内废水中还存在约 2～5%的悬浮状态活性污泥，对废水也起净化作用。因此生物接触氧化法是一种具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有生物膜法和活性污泥法的优点。
原理
生物接触氧化法净化废水的基本原理与一般生物膜法相同，就是以生物膜吸附废水中的有机物，在有氧的条件下，有机物由微生物氧化分解，废水得到净化。
生物接触氧化池内的生物膜由菌胶团、丝状菌、真菌、原生动物和后生动物组成。在活性污泥法中，丝状菌常常是影响正常生物净化作用的因素；而在生物接触氧化池中，丝状菌在填料空隙间呈立体结构，大大增加了生物相与废水的接触表面，同时因为丝状菌对多数有机物具有较强的氧化能力，对水质负荷变化有较大的适应性，所以是提高净化能力的有力因素。
处理装置
分流式的曝气装置在池的一侧,填料装在另一侧,依靠泵或空气的提升作用，使水流在填料层内循环，给填料上的生物膜供氧。此法的优点是废水在隔间充氧，氧的供应充分，对生物膜生长有利。缺点是氧的利用率较低，动力消耗较大；因为水力冲刷作用较小，老化的生物膜不易脱落,新陈代谢周期较长,生物膜活性较小；同时还会因生物膜不易脱落而引起填料堵塞。
直接式是在氧化池填料底部直接鼓风曝气。生物膜直接受到上升气流的强烈扰动，更新较快，保持较高的活性；同时在进水负荷稳定的情况下，生物膜能维持一定的厚度，不易发生堵塞现象。一般生物膜厚度控制在1毫米左右为宜。
选用适当的填料以增加生物膜与废水的接触表面积是提高生物膜净化废水能力的重要措施。一般采用蜂窝状填料。蜂窝状填料的比表面积如：
蜂窝状填料孔径须根据废水水质（BOD□即五日生化需氧量、悬浮物等的浓度）、BOD负荷、充氧条件等因素进行选择。在一般情况下,BOD□浓度为100～300毫克/升，孔径可选用32毫米；BOD□为50～100毫克/升,可选用15～20毫米；如在50毫克/升以下，可选用10～15毫米孔径的填料。
填料要质量轻，强度好，抗氧化腐蚀性强，不带来新的毒害。采用较多的有玻璃布、塑料等蜂窝状填料，此外，也可采用绳索、合成纤维、沸石、焦炭等作填料。填料型式有蜂窝状、网状、斜波纹板等。
生物接触氧化法的 BOD负荷与废水的基质浓度有关，对低BOD浓度（50～300毫克/升）废水每日每立方米的填料采用2～5千克(BOD□)，废水停留时间为0.5～1.5小时，氧化池内耗氧量约1～3毫克/升。由于氧化池内生物量较大，处理负荷高，可控制溶解氧量较高，一般要求氧化池出水中剩余溶解氧为2～3毫克/升。
生物接触氧化法的工艺流程
生物接触氧化工艺流程应根据进水水质和处理程度确定采用单级式、二级式和多级式。在一级处理流程中，原污水经预处理后进入接触氧化池，出水经过二沉池分离脱落的生物膜，实现泥水分离。在二级处理流程中，两级接触氧化池串联运行，必要时中间可以设置中沉池。本设计采用单级式生物接触氧化池，其工艺流程示意图见图2.2
初沉池
生物接触氧化池
二沉池
出水
排泥
格栅
进水
消毒池

２.１.3生物接触氧化法的构筑物简介
（1）格栅
格栅栅条间的空隙宽度可根据清除污物的方式和水泵的要求来设定，人工清除格栅间隙一般为16～25mm。沉砂池或沉淀池前的格栅一般采用15-30mm，最大为40mm。常用的机械清渣设备有三种，即链条式、移动式及钢丝绳牵引式格栅清污机。
按格栅栅条间距的大小不同，格栅分为粗格栅、中格栅和细格栅3类。按格栅的清渣方法，有人工格栅、机械格栅和水力清除格栅三种。按格栅构造特点不同可分为抓耙式、循环式、弧形、回转式、转鼓式、旋转式、齿耙式和阶梯式等多种形式。格栅设备一般用于污水处理的进水渠道上或提升泵站集水池的进口处，主要作用是去除污水中较大的悬浮或漂浮物，以减轻后续水处理工艺的处理负荷，并起到保护水泵、管道、仪表等作用。当拦截的栅渣量大于0.2m3/d时，一般采用机械清渣方式；栅渣量小于0.2m3/d时，可采用人工清渣方式，也可采用机械清渣方式。
本设计中采用人工清渣的细格栅，栅条间距为20mm。
初沉池 初沉池可除去废水中的可沉物和漂浮物。废水经初沉后，约可去除可沉物、油脂和漂浮物的50%、BOD的20%，按去除单位质量BOD或固体物计算，初沉池是经济上最为节省的净化步骤，对于生活污水和悬浮物较高的工业污水均易采用初沉池预处理。
主要作用
（1） 去除可沉物和漂浮物，减轻后续处理设施的负荷。
（2） 使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化了固液分离效果。
（3） 对胶体物质具有一定的吸附去除作用。
（4） 一定程度上，初沉池可起到调节池的作用，对水质起到一定程度的均质效果。减缓水质变化对后续生化系统的冲击。
（5） 有些废水处理工艺系统将部分二沉池污泥回流至初沉池，发挥二沉池污泥的生物絮凝作用，可吸附更多的溶解性和胶体态有机物，提高初沉池的去除效率。
（6）还可在初沉池前投加含铁混凝剂，强化除磷效果。含铁的初沉池污泥进入污泥消化系统后，还可提高产甲烷细菌的活性，降低沼气中硫化的含量，从而既可增加沼气产量，又可节省沼气脱硫成本。
影响运行的因素
（1） 表面负荷 表面负荷增加，可影响悬浮物的有效沉降，使悬浮物的去除率下降，水力负荷率一般取0.6~1.2m3/(m2•h)为宜。
（2） 废水性质
新鲜程度 新鲜的污水沉淀后去除率较高，废水新鲜程度又取决于污水管道的长短、泵站级数等，此外缺氧的高浓度工业废水易于腐败变质。
固体物颗粒大小、形状和密度 废水中的固体物粒大、形状规则、相对密度大时沉降较快。
温度 废水温度降低、水中悬浮物黏滞度增加，例如悬浮物在27℃时比10℃时沉降快50%。然而水温高也会加速污水的腐败、厌氧发酵，出液的密度差减少，不利于颗粒物下沉，从而降低悬浮物的沉降性能。故应综合这两个因素并结合污水网管系统具体状况一起分析。
（3）操作因素 前道工序如格栅井或沉砂池的运行 状况可直接影响初沉池的运行。若前道工序运行不好会加重初沉池的负荷，并降低去除效果。
（4）在二沉池污泥和污泥消化池的消化污泥进入初沉池的处理系统中，应特别注意使污泥均匀、稳定地进入。切忌间隙冲击式投加，否则会使初沉池超负荷运行，腐化污泥数量亦大大增加，影响到固体的去除，并对环境产生不良影响。
3）生物接触氧化池
生物接触氧化池是本工艺中的主题构筑物，结构包括池体，填料，布水装置，曝气装置。工作原理为：在曝气池中设置填料，将其作为生物膜的载体。待处理的废水经充氧后以一定流速流经填料，与生物膜接触，生物膜与悬浮的活性污泥共同作用，达到净化废水的作用。
生物接触氧化池的设计参数:
1、生物接触氧化池每个(格)平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1：2~1：1，有效面积不宜大于100m²。
2、生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层宜采用0.6~1.2m，填料层高宜采用2.5~3.5m，稳水层高宜采用0.4~0.5m，超高不宜小于0.5m。
3、生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.3~0.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。
4 、生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气。
5、当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m；水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm，且应有调节气量和方便维修的设施。
6、生物接触氧化池应设集水槽均匀出水。集水槽过堰负荷宜为2-3L/（s·m）。
7、生物接触氧化池底部应有放空设施。
8 、当生物接触氧化池水面可能产生大量泡沫时，应有消除泡沫措施，比如使用消泡剂或者喷淋方式。
9 、生物接触氧化池应有检测溶解氧的设施。
(4) 二沉池
二次沉淀池（secondary settling tank ）是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓
（5）消毒池
消毒池是使消毒剂与污水混合，对污水进行消毒的构筑物。 主要功能是杀死处理后污水中的病原性微生物。
常用消毒试剂：液氯、次氯酸等等，其有效成分均为次氯酸根。本设计采用加液氯消毒。
２.２生物接触氧化池的结构与分类
2.2.1氧化池结构

接触氧化池的组成由填料床、曝气装置及进出水装置等构成，池体是容纳处理水量和设置填料、布水布气装置、支撑填料的格栅与栅板，采用钢板焊接或用钢筋混凝土建造，形状采用圆形、矩形或方形。由于池中流速较低，从填料上脱落的残膜总有一部分沉积于池底用于排泥。具体结构如图所示。
池体用于设置填料、布水布气装置和支承填料的栅板和格栅。池体可为钢结构或钢筋混凝土结构。由于池中水流的速度低，从填料上脱落的残膜总有一部分沉积在池底，池底可做成多斗式或设置集泥设备，以便排泥。

       填料要求比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、能经久耐用。目前常采用的填料是聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢等做成的
  近年来国内外都进行纤维状填料的研究，纤维状填料是用尼龙、维纶、腈纶、涤沦等化学纤维编结成束，呈绳状连接。为安装检修方便，填料常以料框组装，带框放人池中。当需要清洗检修时，可逐框轮替取出，池子无需停止工作。
  布气管可布置在池子中心（中心曝气），侧面（侧面曝气）和全池（全面曝气，即整个池底安装穿孔布气管，管子相互正交，形成0.3m的方格）。

２.３　生物接触氧化池的设计规定和原则
设计规定:
1 生物接触氧化池每个格）平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1：2~1：1，有效面积不宜大于100m2。。
2 生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层层高宜采用0.6~1.2m，填料层高宜采用2.5~3.5m，稳水层高宜采用0.4~0.5m，超高不宜小于0.5m。
3 生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.3~0.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。
4 生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气。
5 当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm，且应有调节气量和方便维修的设施。
6 生物接触氧化池应设集水槽均匀出水。集水槽过堰负荷宜为2.0~3.0L/（s·m）。
7生物接触氧化池底部应有放空设施。
8 当生物接触氧化池水面可能产生大量泡沫时，应有消除泡沫措施。
9 生物接触氧化池应有检测溶解氧的设施。
设计原则:
1 生物接触氧化系统中各处理构筑物不应少于两个（格），且按并联系列设计；
2 设计时采用的BOD5负荷最好通过实际确定。也可以采用经验数据，一般处理城市污水可用1.0～1.8kgBOD5/(m3·d)，处理BOD5≤500mg/L的污水时可用1.0～3.0 kgBOD5/(m3·d)；
3 污水在池中的停留时间不应小于1～2h（按有效容积计）；
4 进水BOD5浓度过高时，应考虑设出水回流系统；
5 填料层高度一般大于3.0 m，当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高度为1 m，蜂窝孔径不小于25 mm；当采用小孔径填料时，应加大曝气强度，增加生物膜脱落速度；
6 每单元接触氧化池面积不宜大于25m2，以保证布水、布气均匀；
7 气水比控制在(10～15)：1；
8 生物接触氧化池每个（格）平面形状宜采用矩形，沿水流方向池长不宜大于10m。其长宽比宜采用1：2～1：1，

9 当采用穿孔管曝气时，每根穿孔管的水平长度不宜大于5m；水平误差每根不宜大于±2mm，全池不宜大于±3mm，且应有调节气量和方便维修的设施；
10 生物接触氧化池由下至上应包括构造层、填料层、稳水层和超高。其中，构造层层高宜采用0.6～1.2m，填料层高宜采用2.5～3.5m，稳水层高宜采用0.4～0.5m，超高不宜小于0.5m。
11 生物接触氧化池进水端宜设导流槽，其宽度不宜小于0.8m。导流槽与生物接触氧化池应采用导流墙分隔。导流墙下缘至填料底面的距离宜为0.3～0.5m，至池底的距离宜不小于0.4m。
12 生物接触氧化池的气水比宜通过试验或参照相似条件的运行资料确定。当进水BOD5为60～180 mg/L，且采用穿孔管在填料下方满平面均匀曝气时，二段式系统的总气水比可采用3：1～7：1，其中，一氧池的气水比为2：1～4：1，二氧池的气水比为1：1～3：1.
13 生物接触氧化池曝气强度宜采用10～20m3/(m2·h)。
14 生物接触氧化系统产生的污泥量可按去除每公斤BOD5产生0.35～0.4kg干污泥计算。
15 生物接触氧化池应在填料下方满平面均匀曝气
三．设计计算
3.1设计题目
35m3/h某小区生活污水中生物接触氧化设备的设计
3.2原始资料
Q=35m3/h，进水 BOD5=300mg/L,出水BOD5=20mg/L,容积负荷0.3kg/m3.d。
3.3设计计算
3.3.1生物接触氧化池有效容积、尺寸的计算
（1）生物接触氧化池的有效容积V

式中，　Q——平均日污水流量，m3/d，本设计中Q=35m3/h=840m3/d;
La、Le——进水、出水BOD5值，g/m3，本设计中La =300 g/m3，Le=20 g/m3;
Fv——容积负荷，gBOD5/(m3.d) 本设计中为3000g/m3.d
则　　
（2）水力停留时间t
，校核合格
3）生物接触氧化池总面积A

h——为滤层总高度≥3m，设计取3.5m
则　 A=78.4/3.5=22.4m2
(4)氧化池的格数

式中　 n——氧化池的格数，一般n≥2;
f——每一格氧化的池面积，一般f≤25 m2，本设计取8m2;
则　　 n=22.4/8=3
池体尺寸为 L×B=3m×2m
（5）接触氧化池的总高度
H0=H+h1+h2+(m-1)h3+h4
=3.0+0.5+0.5+(1-1)×0.2+1=5.2m
式中　H0——接触氧化池的总高度，m；
H——填料层高度，m，取3.0m；
h1——池体超高，m，一般为0.5～0.6m，取0.5m；
h2——填料上部的稳定水层深，m，一般取0.4～0.5m，取0.5m
h3——填料层间隙高度，m，一般为0.2～0.3m，取0.2m；
m——填料层数，取为1层；
h4——配水区高度，m，取1m
生物接触氧化池选用组合纤维填料，其主要技术参数见表7。
表7 组合纤维填料主要技术参数
型号
塑料环片直径
(mm)
填料直径
(mm)
单片间距离
(mm)
理论比表面积
(m2/m3)
ZV-150-80
75
150
80
2000

3.3.2需氧量、空气量的计算

按每去除1kgCOD Cr消耗1kg氧气计算，生物接触氧化池的需氧量Q1为：
Q1=840×(300-20)/1000 =235.2kgO2/d
生物接触氧化池采用微孔曝气器曝气，其充氧效率EA取16%，则接触氧化池每天所需的空气量GS为：

式中 GS——需氧量，m3空气/d；
EA——氧转移效率，微孔曝气器一般取15％~25%,设计取15%；
21％——氧在空气中所占百分比；
1.331——20℃氧气的密度，kg/m3。
曝气装置选用HWB－1型微孔曝气器，其主要性能参数见表8。
表8 微孔曝气器的主要性能参数
型号
规格
面积比
(%)
有效水深
(m)
通气量
(m3/h)
动力效率EA
(%)
HWB－1
Ф200
6.25
5.0
4.0
17 ～26
由每格生物接触氧化池的供气量及HWB－1型可变微孔曝气器的通气量，计算每格所需曝气器的数量N为：

取N为19个，则生物接触氧化池所需要曝气器为19×3=57个
3.3.3穿孔布气空气管道的计算
（1）干管
取干管流速vg为12m/s，则干管直径dg为：
m
取dg=91mm，则干管流速vg为12m/s。
（2）支管
每格生物接触氧化应采用一根曝气支管向池中引入空气，取支管流速vj为10m/s，则支管直径为dj为：

取dj=15mm，则支管流速vj为10m/s
3.3.4剩余污泥量的计算
按每去除1kg BOD5产生0.35kg污泥计算，则生物接触氧化池的污泥产量W1为：
/1000
=0.35×840×(300-20)/1000
=82.32K
四. 参考文献

参考文献
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3. 环保设备设计与应用, 罗辉，胡亨魁，周才鑫，2007,(03)
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5. 王东海, 乔丽巍, 李慧. 城市污水处理及回用新工艺[J]. 黑龙江环境通报 , 2005,(04)
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7. 姜万昌，《水泵及水泵站》，北京：中国建筑工业出版社，1980
8. 上海市政工程设计院主编，《给排水设计手册》，北京：中国建筑工业出版社，1986
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11. 于尔捷、张杰，《给水排水快速设计手册》（卷2），北京：中国建筑工业出版社，1998