河北省唐山地区C市排水工程设计
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毕业设计(论文) 题 目 河北省唐山地区C市 排水工程设计 毕业设计(论文)评语指导教师对毕业设计(论文)进行情况,完成质量及评分意见:_ _指导教师签字: 指导教师职称: 评阅人评阅意见:_ _ _ _ _ _ _评阅教师签字:_ _ 评阅教师职称:_ _答辩委员会评语:_ _根据毕业设计(论文)的材料和学生的答辩情况,答辩委员会作出如下评定:学生 毕业设计(论文)答辩成绩评定为: 对毕业设计(论文)的特殊评语:_ _答辩委员会主任(签字): 职称:_ _答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委员(签字):_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日毕业设计(论文)任务书姓 名:罗 松 院 (系):市政环境工程学院专 业:环境工程 班 号:1072710120任务起至日期: 2011 年 3 月 8 日至 2011 年 6 月 30 日毕业设计(论文)题目:河北省唐山地区C市排水工程设计立题的目的和意义:该设计可以使我们综合运用和深化所学的理论知识,并且较完整的将所学的专业知识应用于实践,提高自身独立分析与解决实际问题的能力,并受到工程师的基本训练。1. 技术要求与主要内容:设计任务与内容: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) 污水处理工艺设计,含部分单体构筑物的工艺施工图设计;4) 污泥处理工艺设计,含部分单体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;2. 设计工作量:1) 图纸(不少于12张,其中手绘2张),设计说明书(1本);2) 设计日志;与设计相关的外文翻译;进度安排:第1周 发题 第2周第7周 设计计算(管网定线、管网水力计算、水厂水力计算)第8周第9周 毕业实习第10周 修改设计计算第11周第16周 设计制图 第17周 答辩准备 第18周 答辩同组设计者及分工:同组设计者:吴晴、彭剑、吴东指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见:教研室主任签字_ 年 月 日本科毕业设计(论文)摘要环境污染问题是当今世界上最大的社会问题之一,尤其是水资源的过度开发和不合理利用。合理利用水资源是解决这些问题的关键,因此,水处理的发展对我国能否实现可持续的战略目标起着举足轻重的作用。本设计是河北省唐山地区C市的排水工程。其由两部分组成,即城市排水管网系统的设计和城市污水处理厂的设计。排水管网系统共设计了A和B两套方案,经过技术经济比较,选择B方案。根据城市所处的地理位置和污水厂的规模,并结合考虑需脱氮除磷的要求,城市污水处理厂设计采用CASS工艺。该工艺污水处理流程为:粗格栅泵房细格栅沉砂池CASS池消毒池电磁流计量出水排放。污泥处理流程为:污泥污泥提升泵房污泥浓缩池贮泥池污泥消化池污泥脱水间泥饼外运。通过此工艺的处理,出水水质将达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级B标准。关键词城市排水管网;城市污水处理厂;CASS;脱氮除磷;污泥处理AbstractThe problem of environmental pollution is nowadays one of the greatest social concerns in the world, especially overexploitation and unreasonable use of the water resource. The water resource of rational utilization is the key to solving these problems。So the development of water treatment plays a decisive role to realize our country the sustainable strategic objective.The design is a drainage system in C tomn of Tangshan of Hebei Province. It is made up of two parts, namely, the design of the system of urban drainage pipeline networks and design of the urban sewage treatment plant .A and B two sets of schemes that the system of drainage pipeline networks has been designed altogether, and compare through technological economy, choose B scheme.According to tomns geographical position and scale of sewage treatment plant, combining with the demand of denitrification and dephosphorization in treatment process, the sewage treatment plant designs and adopts CASS craft. The sewage disposal procedure is: the medium screenthe pumping stationthe fine screenthe grit poolthe CASS poolthe disinfection tankthe electromagnetic flow meterdischarged into the river. The sludge treatment procedure is: sludgethe bumping roomthe grawity thickening tankthe sludge storing tankthe sludge digesting poolthe sludge dewatering room. After the treatment of this craft, the disposal water quality will reach the first class B standard ofpollutant discharge standard of urban sewage treatment plant (GB18918-2002 ). Keywords urban drainage pipeline networks urban sewage treatment plant CASS Nitrogen and phosphorus removal sludge treatment目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.1.1 城市概况11.1.2 目的和意义11.1.3 设计内容21.2 设计原始资料21.2.1 地形与城市规划资料21.2.2 气象资料31.2.3 地质资料41.2.4 受纳水体水文与水质资料4第2章 城市排水管网设计与计算52.1 城市排水管网设计原则52.1.1 排水系统的规划设计原则52.1.2 排水管网定线原则62.2 依据及排水体制的选择72.2.1 设计依据72.2.2 排水系统体制的选择72.3 城市污水管网计算92.3.1 城市污水管网设计方案的确定92.3.2 城市污水管网A方案水力计算102.3.3 城市污水管网B方案水力计算162.3.4 城市污水管网结果分析17第3章 城市污水处理厂设计计算183.1 城市污水水量水质计算183.1.1 污水水量水质计算183.1.2 污水中污染物的处理程度确定213.2 城市污水处理工艺流程的确定223.2.1 国内城市污水处理工艺的比较和选用223.2.2 本设计处理工艺的确定243.3 污水处理构筑物的设计与计算273.3.1 总泵站273.3.2 设计参数273.3.3 细格栅343.3.4 沉砂池383.3.5 生物反应池403.3.6 消毒接触池523.3.7 计量设备553.4 污泥处理构筑物的设计与计算553.4.1 污泥浓缩池553.4.2 贮泥池593.4.3 污泥消化池的设计计算603.4.4 污泥脱水79第4章 城市污水处理厂的布置814.1 污水厂的平面布置814.1.1 各处理单元构筑物的平面布置814.1.2 管道及渠道的平面布置814.1.3 附属建筑物824.2 污水厂的高程布置834.2.1 污水的高程布置834.2.2 污泥的高程布置854.3 土建与公共工程854.3.1 土建工程854.3.2 公共工程86第5章 污水处理厂投资估算与技术经济评价885.1 投资估算885.1.1 估算范围885.1.2 编制依据885.1.3 投资估算885.2 劳动定员895.2.1 生产组织895.2.2 劳动定员915.2.3 人员培训915.3 运行费用和成本核算925.3.1 成本估算的有关单价925.3.2 运行成本估算925.3.3 运行成本核算94致 谢95参考文献96附录1 污水管网电算结果(方案A)98附录2 污水管网电算结果(方案B)110附录3 空气管路计算表122附录4 污水高程计算表123附录5 污泥高程计算表125124第1章 绪论1.1 概述随着科学技术的不断发展,环境问题越来越受到人们的普遍关注,为保护环境,解决城市排水对水体的污染以保护自然环境、自然生态系统,保证人民的健康,这就需要建立有效的污水处理设施以解决这一问题,这不仅对现存的污染状况予以有效的治理,而且对将来工、农业的发展以及人民群众健康水平的提高都有极为重要的意义,因此,城市排水问题的合理解决必将带来重大的社会效益。本设计是针对A市的排水工程,包括城市排水管网和城市污水处理厂,进行系统全面的设计。1.1.1 城市概况C市位于河北省唐山地区,该市人口约47万人。一条河流由北向南穿过市区,一条铁路自西向东穿越市区,将城区分为I区、II区和III区三部分。三区地势均坡向河流,并由一条铁路相连。该市有A、B两家企业分别位于I区和II区,交通十分便利,具有良好的发展前景。 该市属于规划中的复兴城市,为保护环境,实现社会、经济的可持续性发展,应尽可能的减少污染物的排放量,故需对城市污水及工业废水进行综合处理,使排入河流的污水水质达到设计要求并符合国家规定的标准。1.1.2 目的和意义此工程设计研究的目的在于通过对该市进行排水流域划分,排水体制确定,城市排水管网设计计算,污水厂规模、处理程度,各处理构筑物工艺尺寸及运行参数进行计算,并对整个城市的排水工程的总造价进行概预算分析及不同方案之间的技术经济比较来确定一个较为合理的方案来解决该市现有的排水状况问题。意义在于通过设计研究,可以确定一套技术可行,经济合理的方案。改善当地生态环境,提高人民生活质量和城市形象。避免城市下游旅游区由于受到污水的污染而影响经济效益。另外通过本次毕业设计,让我们对排水工程有一个更系统全面深入地了解,培养我们分析问题、解决问题,综合运用所学知识独立工作的能力,并能从技术、经济、环境与社会等多方面综合考虑,为将来在排水工程的实际工作岗位上工作打下坚实的基础。1.1.3 设计内容1.分析自然现状的排水条件,经济合理的确定城市排水体制。2.并确定排水管网的走向和位置,并进行经济比较。3.泵站的数量和规模。4.确定污水厂位置和规模。5.进行管网的水力计算。6.确定污水和污泥的处理流程,进行各构筑物的设计计算。7.进行经济概算,成本核算。8.绘制相关图纸。1.2 设计原始资料1.2.1 地形与城市规划资料1.城市地形与总体规划平面图一张,比例 1:10000。2.城市各区人口密度与居住区生活污水量标准(平均日):表1-1 城市人口密度与生活污水量标准 指标区域人口密度(人/公顷)污水量标准(升/人日)区420190区480210III区4302003.城市各区中各类地面与屋面的比例(%):表1-2 地面与屋面比例区域各种屋面混凝土与沥青路面碎石路面非铺砌土路面公园与绿地区5020101010区4020101020III区45201010154.工业企业与公共建筑的排水量和水质资料:表1-3 工业企业与公共建筑的排水量和水质资料企业或公共建筑名称平均排水量m3/d最大排水量m3/dSSmg/lCODmg/lBOD mg/l总氮mg/l总磷mg/lPH水温A 厂150050025001200655.56-815B厂20006003000110070127-920注:工业企业废水的特殊水质可以另行说明;如果企业与公共建筑的废水已经经过处理,按处理后的水质填写。1.2.2 气象资料1.气温()等资料见表1-4。 表1-4 气象资料年平均气温()11.1月平均最高()30.1年最低气温()-21.9月平均最低()-10.4年最高气温()39.6月平均气温()13.1湿度在-10以下的天数60湿度在0以下的天数90降雨量(mm/年)623.1年蒸发量(mm/年)2002.常年主导风向:东北。1.2.3 地质资料城市的地质资料见表1-5。表1-5 地质资料土壤性质冰冻深度m地下水位(在地表下)m承载力kpa排水管网在干管处一般性资料粘土-0.7-8.5200污水总泵站与污水处理厂址处粘土-0.7-9.02001.2.4 受纳水体水文与水质资料受纳水体为河流时,污水处理厂排放口处理资料见表1-6。表1-6 受纳水体水文与水质资料流量m3/d流速m/s水位标高m水温DO mg/lBOD mg/lSS mg/lSS允许增加量mg/l最小流量时(月平均)2101.2118.3441.01.20.1最高水位时4004.0123.52061.01.00.1常水位时3002.5120.11551.01.10.1双击上一行的“1”“2”试试,J(本行不会被打印,请自行删除)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 排水管网定线原则排水管网的定线原则是: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。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。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。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。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。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。当排水干管与等高线垂直时,排水干管一般采用双侧集水;当排水干管与等高线斜向相交时,排水干管一般采用单侧集水。当排水干管双侧集水时,干管间距一般为6001000m;当排水干管单侧集水时,干管间距一般为600800m。2.2 依据及排水体制的选择2.2.1 设计依据设计依据包括:1.GBJ14-87 室外排水设计规范;2.GB8978-1996 污水综合排放标准;3.GB18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准;4.CJ3082-99 污水排入城市下水道水质标准;5.唐山地区C市排水工程设计任务书;6.给水排水设计手册;7.B市总体规划平面图;8.土建、市政工程估算定额标准。2.2.2 排水系统体制的选择在城市和工业企业中通常有生活污水、工业废水和雨水。这些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来排除。污水的这种不同排除方式所形成的排水系统,称作排水系统的体制,简称排水体制。排水系统的体制,一般分为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。现在常用的是截流式合流制排水系统,这种系统实在临河岸边建造一条截流干管,同时在合流干管和截流干管相交之前或相交处设置溢流井,并在截流干管下游设置污水处理厂。合流制特点如下:1.从环境保护方面来看,它将生活污水、工业废水和雨水全部截流送往污水厂进行处理,然后排放,从控制和防止水体的污染来看,是较好的。可是雨天时有部分混合污水经溢流井溢入水体,使水体遭受污染,甚至达到不能容忍的程度。但此缺点可在溢流出水口附近设置雨水污水存储池以减轻城市水体污染。2.从工程造价方面来看,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。但据国外有的经验认为合流制排水管道的总造价比完全分流制一般要低20%40%。3.从维护管理方面来看,晴天只是部分流,管内流速较低,易产生沉淀;雨天时接近满管流,管中的沉淀物易被暴雨水冲走,故可减低管道维护管理费用。但是晴天与雨天流入污水厂水量变化很大,增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。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污水排水系统;排除雨水的系统称雨水排水系统。分流制特点如下:1.从环境保护方面来看,生活污水和工业废水全部送往处理厂进行处理,使受纳水体免遭受污染。但分流制对初将雨水不能采取处理,造成初降雨水的污染,有时还很严重。2.从工程造价方面来看,由于分流制雨水、污水分流而多设一条雨水排水系统,但管径可适当减小,该市又有较好的接纳水体,雨水可就近排除。且分流制可以分期建设,缩短工期,提高效益,适合我国国情。3.从维护管理反面来看,分流制可保证城市污水在水管内的流速不致太小而发生淤积,同时进入污水厂的水质水量变化小,有利于污水厂的运行管理。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 城市污水管网计算2.3.1 城市污水管网设计方案的确定1.污水厂位置的选择 综合考虑C市地形、地势及河水流向、风向等因素,将污水厂址选在该市南部,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800m)。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。同时污水厂处于城市常年主导风向的下风向,不会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.污水管道定线 依据城市地形,将C市按城市分区也划分为两个排水区域,并设计出两种方案,以便于进行方案比较。两种设计方案分别为方案A和方案B。 (1)方案A:根据城市的地形特点,两个区的地势均坡向河流,地面坡度不大,故区采用正交式,区和III区均采用平行式布置方案。区干管沿垂直(近似)等高线方向布置,干管采用双侧集水;、III区街区规划较为整齐,街道与等高线平行,故定设干管与等高线平行,干管采用单侧集水。此方案共设有两根主干管,穿越两次铁路,穿越一次河流。(2)方案B:由于该市街区坡势较陡,采用正交截流式较好。故方案B只改动区和III区排水管道布置为正交截流式,但仍满足污水顺坡自流排除的原则,在河两侧沿河设主干管收集来自干管的污水。在管网布置中,两区沿河布置的污水主干管都得穿越一次铁道,穿越铁道需要顶管施工。区污水主干管在收集齐区污水后还得采用倒虹管施工方式过河,在与区污水主干管会合后将城市污水共同送入城市污水处理厂进行二级处理。2.3.2 城市污水管网A方案水力计算1.街区编号并计算面积、比流量 按各街区的平面范围计算出街区面积。由原始资料可知,区人口密度420cap/ha,污水量标准190L/(capd);区人口密度480cap/ha,污水量标准210L/(capd),III区人口密度430cap/ha,污水量标准200L/(capd)。经计算统计,区街区面积总计453.44ha,人口数为190445人,区街区面积总计345.97ha,人口数为166066人,III区街区面积总计261.84ha,人口数为112591人。比流量q0(L/(sha),可用下式求得: (2-1)式中 n居住区生活污水定额(L/(capd); p人口密度(cap/ha)。则区比流量:q0=420*190/86400=0.924 L/(sha)区比流量:q0=480*210/86400=1.167 L/(sha)III区比流量:q0=430*200/86400=0.995 L/(sha)2.划分设计管段,计算各管段的设计流量 方案A中管网定线、设计管段的划分见图2-1。由原始资料可知,C市有两家工业企业,排水量分别如下:(1)A厂最大时排水量62.5m3/h,设计秒流量17.36L/s;(2)B厂最大时排水量83.3 m3/h,设计秒流量23.15L/s;各设计管段的设计流量通过计算机进行计算,本设计是初步扩大设计,只对干管和主干管进行设计计算,具体见附录1中污水管道方案A电算结果。3.设计规定 污水管道在设计时要满足以下规定:(1)最小流速:为防止管道淤积,根据设计规范及有关运行经验,污水管道最小流速定为0.6m/s。图2-1 A方案污水管网平面布置图图2-2 B方案污水管网平面布置图(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,街道管(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)不同管径的最大设计充满度见“城镇排水工程设计规范” 。(5)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。(6)最小覆土厚度: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。4.管道起点埋深的确定 管道起点埋深要考虑冰冻深度、覆土厚度和管道连接要求,通过计算确定。室外排水设计规范规定:无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道,管底可埋设在冰冻线以上0.15m。有保温措施或水温较高的管道,管底在冰冻线以上的距离可以加大,其数值应根据该地区或条件相似地区的经验确定。该地区最大冰冻深度为0.7m,则干管起端管底埋深可为0.55m。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 (2-2)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,一般采用0.500.70m;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),高差取0.1m。各干管管段起点埋深计算结果见表2-1,并与冰冻深度和覆土厚度相比较之后,得出最终干管起点埋深H。冰冻线在地下0.7m处,覆土厚度为0.7m。5.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点而增加整个管道系统的埋深。根据A方案地形及管网布置的特点,39点为区管网的控制点,该点埋深为1.82m;1点为区管网的控制点,该点埋深为2.12m。表2-1 方案A各干管起点埋深计算表 (m)管段编号HILZ1Z2hHH19200.70.004820126.80127.800.12.862.8631320.70.004780125.80126.850.12.692.6940410.70.004760125.10126.150.13.083.0848490.70.004500125.00125.140.12.752.7554550.70.0041050126.80127.700.13.723.7259600.70.004760126.40126.930.13.213.2173740.70.004690125.20125.840.12.892.8980810.550.004690127.00127.280.13.133.13780.550.004580125.50125.900.12.722.7283840.550.0041240128.40129.400.14.114.1192930.550.004750127.95127.950.13.653.651001010.550.004720127.00127.770.12.792.796.管网水力计算 管道的水力计算通过计算机进行计算,结果见附录1。7.管道穿越铁路 管道在设计中有主干管穿越铁路,其中区穿越铁路的排水管道管径为700mm,III区穿越铁路的管道管径为900mm。管道在穿越铁路的时候应按以下要求进行:(1)管线最好垂直于铁路,以缩短穿越长度。(2)穿越的管道在可能的条件下宜争取敷设在铁路下已有的涵洞中。(3)穿越铁路的管道,其断面、坡度、流速、流量等设计数据宜与上下游管段相同或相当,高程应相互衔接。但管道结构尺寸应按照相应的外部荷载计算,并经当地有关铁路交通管理部门同意。(4)由于被穿越的铁路连接被河分开的区与区,铁路车流量大,所以采用套管顶管法施工。采用顶管施工时应注意覆土厚度、水质情况、地下水位等条件。套管管材一般采用加固管,管径不小于900mm。污水管道敷设在套管内通过,并设事故排出口和为排除套管内积水的措施。两端设检查井,井位宜在车轮或荷载压力线以外,并在路堤坡脚或路堑以外。(5)套管管顶与铁路轨底之间的垂直距离应不小于1.2m。8.管道穿越河流 管道在设计中有主干管穿越河流,且过河前管道直径是1000mm。由于河面与河滩叫宽阔,河床深度较大,采用多折型倒虹管过河。多折型倒虹管,一般敷设2条工作管道,其位置宜设在河床、河岸不受冲刷的地段。河流两端设置倒虹管进出水井并不受洪水淹没,井内应有闸槽闸板或闸门、排气阀和排水装置。进水井内应备有冲洗设施和事故排出口。井的工作室高度(闸台以上)一般为2m。井室人孔中心应尽可能安排在各条管道的中心线上。位于倒虹管前的检查井,应设置沉泥槽。为防止河底冲刷而损坏管道,不通航河流水平管外顶距河底高差不小于0.5m;通航河流其高差不小于1.0m。多折型倒虹管的上行下行斜管与水平管的交角一般不大于30,本设计采用15角。倒虹管内设计流速应不小于0.9m/s,也不应小于进水管内流速。当流速达不到0.9m/s时,应加定期冲洗措施,冲洗流速不小于1.2m/s。倒虹管采用钢管,其中一条发生事故时另外一条在提高水压线后并不影响上游管段正常工作仍能通过设计流量。倒虹管的水力计算:由管网的水力计算结果可知倒虹管的设计流量为599.40L/s,倒虹管长为650m,共四只15弯头。倒虹管上游管道流速=0.85m/s。采用两条管径相同而平行敷设的工作管线,一用一备,管径D=1000mm,每条倒虹管流量q=599.40 L/s。查表得D=900mm,q=599.40 L/s,i=0.00113,=1.13 m/s0.9m/s,同时=1.13 m/s0.6m/s。 倒虹管沿程水头损失h0=il=0.00113700=0.791m进口局部水头损失h1=0.5=0.033m出口局部水头损失h2= =1.0=0.065m弯头局部水头损失h3=,=0.15,4只弯头h3=40.15=0.039m倒虹管全部水头损失H =0.791+0.033+0.065+0.039=0.928m9.泵站设置地点的确定 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,污水管道系统终点埋深通常很大,而污水理构筑物因受受纳水体水位的限制,一般须埋深很小或设置在地面上,因此须设置泵站将污水抽升至处理构筑物,这类泵站称为终点泵站或总泵站。本设计中主要采用的是中途泵站和总泵站。据设计原始资料,排水管网干管处地下水位-8.5m,污水总泵站与污水处理厂址处地下水位-9.0m。主干管的终端埋深由水力计算可知为6.39m,可不设提升泵站;主干管I在52点的埋深为7.13m(见水力计算表),后续的埋深都已超过地下水位。将污水提升泵站改设在52点。52点的埋深为7.13m,提升后污水管道埋深在1.5m,提升高度为5.63m。总泵站设在管网终端,城市污水处理厂内。2.3.3 城市污水管网B方案水力计算1.划分设计管段并计算各管段的设计流量 方案B中管网定线、设计管段的划分见图2-2。设计中采用两条主干管,穿越两次铁路的方案。各设计管段的设计流量通过计算机进行计算,计算结果见附录2中污水管道B方案水力计算表。2.确定各管段的起点埋深 如前所述,各干管起点埋深计算结果见表2-2。3.控制点的确定B方案控制点的选取同A方案。4.管网水力计算B方案管道水力计算的计算结果见附录2。表2-2 方案B各干管起点埋深计算表 (m)管段编号hILZ1Z2hHH终29300.550.004540128.00128.000.12.762.7636370.550.004560128.10128.460.12.532.5347600.550.004590127.70128.210.12.492.4960610.550.004870126.90126.900.13.913.9171720.550.004800127.35127.550.13.43.480810.550.004690127.00127.280.13.133.1317180.550.004580125.50125.900.12.722.7283840.550.0041240128.40129.400.14.114.1192930.550.004750127.95127.950.13.653.651001010.550.004720127.00127.770.12.792.792.3.4 城市污水管网结果分析根据Excel电算初步结果,确定A方案须设一个中途泵站,,两套方案都穿越铁路两次,河流一次。本设计主要考虑的是管网造价问题。表2-3 A、B方案经济比较方案A方案B设中途泵位置52点泵站设计水量(L/s)381.61L/s水泵静扬程(m)4.44泵站造价(元)621150.0终点埋深(m)8.679.15总管长(m)3144027500管网总造价(元)225154000156851000总造价(元)225775150156851000由上表可以看出A方案的总造价要比B方案的多,在满足同样的城市排水要求下,最后选择B方案为最终的设计方案。第3章 城市污水处理厂设计计算3.1 城市污水水量水质计算3.1.1 污水水量水质计算1.设计流量 根据电算结果,生活污水平均流量:Q生活平均=1083.06L/s3899.016m3/h93576.384m3/d又因为A厂平均排水量:qA=1500 m3/d=62.5 m3/h=17.36 L/sB厂平均排水量:qB=2000 m3/d=83.33m3/h=23.15 L/s所以城市污水平均流量:Q平均=1083.06+17.36+23.15=1123.57 L/s=26965.68m3/h97076.448m3/d城市污水设计流量:Q设计1448.49 L/s=5214.564m3/h125149.53m3/d2.设计人口数根据工厂及火车站废水量和工厂及火车站废水中含有的悬浮物浓度和生化需氧量浓度,折算成工厂及火车站废水的当量人口数。 表3-1 工厂及火车站废水折合的当量人口数厂名平均日污水量(m3/d)五日生化需氧量(BOD5)悬浮物(SS)浓度C(g/m3)总量CQ(g/d)当量人口N1/人浓度C(g/m3)总量CQ/(g/d)当量人口N1/人A厂1500120018000006000050075000016667B厂20001100220000073334600120000026667合计230013333443334生活污水中的BOD及SS值分别取30g/(人d)和45 g/(人d)。据此工厂及火车站废水折合成当量人口数如表3-1所示。根据电算结果,居住区生活污水为污水来源的城市居民人口数N=4691021人。综合上表结果,可算出该城市总的设计人口数,如表3-2所示。表3-2 设计人口计算表污水来源设计人口数/人按BOD5计算按SS计算居住区生活污水46910214691021工厂及火车站废水13333443334合计482435547343553.污水水质污染程度每人每天生活污水量为:=199.5L/(人d)生活污水平均BOD5浓度为:=0.175 g/L =175mg/L生活污水平均SS浓度为:=0.226g/L=226mg/L生活污水COD平均浓度为=426mg/L生活污水TN平均浓度为=45.1mg/L生活污水TP平均浓度为=8.02mg/L生活污水与工业废水混合后,BOD5浓度为 =209.89mg/L生活污水与工业废水混合后,SS浓度为 =237.94mg/L生活污水与工业废水混合后,COD的浓度为 =511.08mg/L生活污水与工业废水混合后,TN的浓度为 =45.92mg/L 生活污水与工业废水混合后,TP的浓度为 =8.06mg/L 3.1.2 污水中污染物的处理程度确定3.1.2.1 污水中SS的处理程度 污水中SS的处理程度按污水排放口处水质要求的方法计算。污水一级B处理排放口SS浓度要求为20 mg/L。则可求出SS的处理程度为= 91.59%3.1.2.2 污水中BOD5的处理程度 污水中BOD5的处理程度按污水排放口处水质计算。污水一级B处理排放口BOD5浓度要求为20 mg/L,则污水处理程度为:=90.47%3.1.2.3 污水中TN的处理程度 按污水排放口出水水质要求计算。污水一级B处理排放口总氮浓度要求为20 mg/L,则污水处理程度为:=56.45%3.1.2.4 污水中TP的处理程度 按污水排放口出水水质要求计算。污水一级B处理排放口总磷浓度要求为1 mg/L,则污水处理程度为:=87.59%3.1.2.5 污水中COD的处理程度 污水中COD的处理程度按污水排放口处水质要求的方法计算。污水一级B处理排放口COD浓度要求为60 mg/L。则可求出COD的处理程度为= 96.09%3.2 城市污水处理工艺流程的确定3.2.1 国内城市污水处理工艺的比较和选用污水处理厂的主要任务就是对城市污水进行无害化处理,使之达到国家规定的城市污水排放标准,然后排放或利用,达到环境保护的目的。在处理工艺上力求设备简单,运行方便,处理成本低,处理效果显著。目前国内常用的城市污水二级生物处理工艺多为活性污泥法。活性污泥法是当前污水处理技术领域中应用最为广泛的技术之一,它已成为生活污水、城市污水以及有机性工业废水的主体处理技术。目前城市生活污水的活性污泥法处理工艺有许多种。最早开始使用的传统活性污泥法,是较普遍采用且较成熟的处理工艺,其污水和回流污泥均由曝气池池首端流入,对BOD5和SS的处理效率均为9095%,但是曝气池前端供氧不足,后端过剩,耐冲击负荷能力弱,同时对N、P的处理效果差。另外,氧化沟、SBR及其改进型(间歇式活性污泥法)、AB法(吸附生物降解工艺)、A/O(缺氧好氧工艺)法及A2/O法(厌氧缺氧好氧生物脱氮除磷工艺)等在国内外都被广泛应用。城市污水处理厂的工艺选取通常要先考虑污水厂的规模。根据我国的具体情况,大体上可分为大型、中型和小型污水处理厂。规模大于10万m3/d的为大型污水处理厂,中型污水处理厂的规模为110万m3/d,规模小于1万m3/d的是小型污水处理厂。大型城市污水处理厂的优选工艺是传统活性污泥法及其改进型A/O法、A2/O法。目前世界上绝大多数国家(包括我国)的大型污水厂大多采用传统活性污泥法、A/O和A2/O法。传统活性污泥法、A/O和A2/O法与氧化沟和SBR工艺相比最大优势是能耗较低、运营费用较低,规模越大这种优势越明显。常规活性污泥法、A/O和A2/O法的主要缺点是处理单元多,操作管理复杂,特别是污泥厌氧消化要求高水平的管理,消化过程产生的沼气是可燃易爆气体,更要求安全操作,这些都增加了管理的难度。但根据我国目前的现实情况,城市污水处理处于起步阶段,法规和制度都不够健全,对污泥的稳定化要求没有明确的规定,同时由于排水管网系统不够完善,大多数城市污水的有机成分不高,加之污泥厌氧消化的管理和沼气的利用还缺乏成熟的经验,这些因素都降低了包含污泥厌氧消化工序的常规活性污泥法、A/O和A2/O法的经济性。因此,对于规模为1020万m3/d的城市污水处理厂,有时可能采用SBR和氧化沟工艺更为经济,在这种情况下,有必要对各种工艺进行详细的技术经济比较,以确定最佳工艺。 中、小型城市污水处理厂的优选工艺是氧化沟和SBR及其改进型,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。但中小型污水处理厂结合自身情况,也可采用传统活性污泥法及具有脱氮除磷能力的A/O或A2/O法。3.2.2 本设计处理工艺的确定本设计中城市污水处理厂的设计流量12万吨,属中小型污水处理工程。设计要求出水水质达到GB18918-2002一级B标准,要考虑污水的脱氮除磷,所以污水处理采用二级强化工艺处理。 为达到较好的脱氮除磷效果以及占地面积成本考虑,本设计采用SBR改进型CASS工艺。该工艺具有以下优点:1、工艺流程简单,占地面积小,投资较低CASS的核心构筑物为反应池,没有二沉池及污泥回流设备,一般情况下不设调节池及初沉池。因此,污水处理设施布置紧凑、占地省、投资低。2、生化反应推动力大在完全混合式连续流曝气池中的底物浓度等于二沉池出水底物浓度,底物流入曝气池的速率即为底物降解速率。根据生化动力反应学原理,由于曝气池中的底物浓度很低,其生化反应推动力也很小,反应速率和有机物去除效率都比较低;在理想的推流式曝气池中,污水与回流污泥形成的混合流从池首端进入,成推流状态沿曝气池流动,至池末端流出。作为生化反应推动力的底物浓度,从进水的最高浓度逐渐降解至出水时的最低浓度,整个反应过程底物浓度没被稀释,尽可能地保持了较大推动力。此间在曝气池的各断面上只有横向混合,不存在纵向的返混。 CASS工艺从污染物的降解过程来看,当污水以相对较低的水量连续进入CASS池时即被混合液稀释,因此,从空间上看CASS工艺属变体积的完全混合式活性污泥法范畴;而从CASS工艺开始曝气到排水结束整个周期来看,基质浓度由高到低,浓度梯度从高到低,基质利用速率由大到小,因此,CASS工艺属理想的时间顺序上的推流式反应器,生化反应推动力较大。3、沉淀效果好CASS工艺在沉淀阶段几乎整个反应池均起沉淀作用,沉淀阶段的表面负荷比普通二次沉淀池小得多,虽有进水的干扰,但其影响很小,沉淀效果较好。实践证明,当冬季温度较低,污泥沉降性能差时,或在处理一些特种工业废水污泥凝聚性能差时,均不会影响CASS工艺的正常运行。实验和工程中曾遇到SV30高达96%的情况,只要将沉淀阶段的时间稍作延长,系统运行不受影响。4、运行灵活,抗冲击能力强,可实现不同的处理目标CASS工艺在设计时已考虑流量变化的因素,能确保污水在系统内停留预定的处理时间后经沉淀排放,特别是CASS工艺可以通过调节运行周期来适应进水量和水质的变比。当进水浓度较高时,也可通过延长曝气时间实现达标排放,达到抗冲击负荷的目的。在暴雨时,可经受平常平均流量6信的高峰流量冲击,而不需要独立的调节地。多年运行资料表明,在流量冲击和有机负荷冲击超过设计值23倍时,处理效果仍然令人满意。而传统处理工艺虽然已设有辅助的流量平衡调节设施,但还很可能因水力负荷变化导致活性污泥流失,严重影响排水质量。污水厂CASS工艺流程图如下所示: 污水总泵站粗格栅 进水细格栅沉砂池CASS池消毒接触池计量堰 进入水体污泥处理工艺流程:浓缩池CASS池贮泥池一级消化池二级消化池脱泥机房污泥外运 图3-1 C市污水处理厂工艺流程图3.3 污水处理构筑物的设计与计算3.3.1 总泵站污水总泵站位于污水处理厂的最前端,是用于提升城市污水管网污水的构筑物,在整个污水处理过程中是主要构筑物之一,它的运行好坏会直接影响到污水处理厂的正常运转。污水总泵站的重要性决定了它的工作形式,本泵站采用完全自灌式。其优点是不需设置引水的辅助设施,操作简便,启动及时,便于自控。为充分利用污水厂土地面积,采用合建式干式泵房。集水池位于泵站地下部分,机器间与集水池间用钢筋混凝土墙分隔开来。3.3.2 设计参数 污水处理厂总泵站设计参数如下。1.设计流量:Q设计=1448.49L/s;2.污水厂进水管:D=1500mm,H/D=0.55,I=1.4,流速v=1.44m/s,管底标高=116.193m,管底埋深=8.76m;3.提升后水位标高: 130.66 m;4.泵房位置:选择在污水处理厂厂区内,地面标高为125m;5.地质条件:亚粘土,冰冻深度=-0.7m,地下水位=18m。3.3.2.1 进水粗格栅设计 格栅是一组平行的金属栅条或筛网制成,安装在总泵站集水井的进口处用以截留较大的悬浮物或漂浮物,使之正常运行。1.栅条的间隙数N= (3-5)
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