给排水工程毕业设计-某市12层公寓式办公楼给水排水工程设计.doc

郑州大学毕业设计郑州大学毕业设计 题目：某市 12 层公寓式办公楼给水排水工程设计 学生姓名学生姓名张红娟（20030570124） 指导教师指导教师王素兰（讲师） 班班 级级2003 级 1 班 专专 业业给水排水工程 学学 院院环境与水利学院 2007 年 6 月 8 日 2 目目 录录 中文摘要 2 ABSTRACT .3 1 前言 .4 2 总论 4 2.1 设计题目.4 2.2 设计依据.4 2.2.1 概述 4 2.2.2 设计依据及参考资料.4 2.2.3 本工程项目设计内容.4 2.3 设计原始资料.4 2.4 设计要求5 2.4.1 认真做好设计准备工作5 2.4.2 精心设计 .5 2.5 设计原则及说明.5 2.5.1 给水工程 .5 2.5.2 排水工程 .5 2.5.3 消火栓系统 .6 2.5.4 自动喷淋系统 .6 2.5.5 管道的平面布置和管材.6 3 设计计算 6 3.1 给水工程.6 3.1.1 给水用水定额及时变化系数.6 3.1.2 建筑物最高日用水量.7 3.1.3 最高日最高时用水量7 3.1.4 设计秒流量的确定7 3.1.5 室内给水管网的水力计算.7 3.1.6 屋顶水箱容积计算11 3.1.7 贮水池有效容积计算11 3.2 消防工程.12 3.2.1 消火栓给水系统 12 3.2.2 自动喷淋系统 15 3.3 室内排水工程.18 3.3.1 排水体制及管网布置.18 3.3.2 排水系统设计计算.18 3.3.3 清通设备 .20 4 结论 21 致谢 22 参考文献 23 英文原文 24 英文翻译 32 附图 3 中文摘要中文摘要 该工程为位于华北某市的一栋十二层公寓式办公楼。第一层设为商场，第二层设为 商场与办公室。三至十二层为公寓式办公室。总占地面积约为 780 平方米，总高度为 51.9 米。 该建筑设三至十二层有 150 个房间，每层设有 11 个卫生间，其中 10 个卫生间内设 有浴盆、坐便器、洗脸盆各一件，1 个卫生间内设蹲式大便器、洗脸盆、污水盆各一件。 底层商场设两个卫生间，其中大便器、污水盆各一件。 这项工程共包括四个系统： (1) 给水系统 ，采用分区供水方式。其中 1 至 2 层为管网直接供水，3 至 12 层采 用水泵水箱联合供水，上行下给式。 (2) 消火栓系统，设室内、室外消火栓给水系统，其设计流量均为 20L/s，要求在 同一层内任何地方必须要有两股充实水柱可以同时达到。 (3) 自动喷淋系统，采用特性系数法计算，喷头采用闭式吊顶型玻璃球洒水喷头， 作用温度为 68 度。 (4) 排水系统，采用生活污水和生活废水合流制，并采用 U-PVC 管。 关键词：关键词：公寓 给水 消防 排水 4 Abstract The engineering is to be a twelve-floor apartment. Which is located in a city of north of china. The floor is designed to be a office building of hall style. The first floor is to be a marketplace, second floor is to be marketplace and office .The third to twelfth is to be offices. The whole area is about780sqm, with the height of 51.9 meters. There are 150 apartments on each floor ,from the third to twelfth; in every floor 11 bathrooms are supplied,10 of which consist of one tub 、one closestool 、 one washbowl . And one included consists of one closestool 、 one washbowl 、one waste water basin. There are two bathrooms on ground floor; both consist of one closestool and one waste water basin. The engineering includes four systems: (1) Cool water supply system. It uses sub area supply system. From the 1f to the2f, it adopts the direct supply system. From the 3f to the 12f, we unite the pump and the tanker to supply water and assume up feed system. (2) Fire hydrant system. Based indoor and outdoor fire hydrant system .The design flow of maximum second is 20 L/s. Any points in the same floor, two strengthen water column need reach the same time. (3) Automatic sprinkler systems, using coefficients calculated, using nozzles Closed-glass ceiling sprinkler head the ball, temperature of 68 degrees. (4) Water drainage system. In the sewage pipes, the domestic soil and domestic wastewater flow jointly. And we choose U-PVC pipes. Keywords: Apartment Cool water supply Fire hydrant Water drainage 5 1 1 前言前言 毕业设计是总结学生在大学期间学习的学习成果，也是完成工程技术人员基本训练 的一个重要环节，通过毕业设计是学生综合运用平时所学专业知识于工程设计之中，树 立和培养独立工作能力及分析问题、解决问题的实际能力。 本设计为小高层公寓式办公楼给排水工程设计，包括了冷水供应系统设计，室内排 水系统设计，消防系统设计，基本涵盖了建筑给排水工程的所有方面，能够锻炼设计者 的各项能力。在设计过程中根据原始资料和有关规范，考虑各个系统的设计方案，从中 比较确定合适方案。按照管道布置合理，符合规范要求，管材选用经济适用，管理操作 方便等原则，精心设计，最终的成果符合要求，本设计也基本达到了预期效果，尤其是 设计过程中的不断修改补充，弥补了以前所学之不足，丰富了专业知识和经验，可谓受 益匪浅。 2 2 总论总论 2.12.1 设计题目设计题目 某市 12 层公寓式办公楼给水排水工程设计 2.22.2 设计依据设计依据 2.2.1 概述 本工程位于华北某市一幢 12 层的公寓式办公楼，建筑总高度为 51.9 米，地上十二 层，总占地面积约 780，该楼一楼部分拟作为商场用面积，二层部分作商场，部分作 办公室，三至十二层为办公室。 2.2.2 设计依据及参考资料 (1) 建筑给排水设计手册 (2) 建筑给排水设计规范(GBJ1588) (3) 高层民用建筑设计防火规范(GB5004595) (4) 室内给排水工程和高层建筑给排水工程 (5) 建筑给排水工程 (6) 给排水设计手册 2.2.3 本工程项目设计内容 (1) 室内给水系统(冷水系统) (2) 室内排水系统 (3) 消火栓给水系统 (4) 自动喷淋系统 2.32.3 设计原始资料设计原始资料 该项目所提供的设计资料为： (1) 建筑物所在地总平面图、各层平面图、立面图及卫生间大样图； (2) 该建筑内所设卫生器具种类和数量见图。 6 (3) 该城市给水、排水管道现状为：在该建筑南侧的道路人行道下距离 15m 远处 DN300mm 的给水干管可作为该公寓水源，常年提供的工作水压力为 36mH2O，水量充足， 管顶埋深为地面以下 1.0m；城市排水管道在该公寓的南侧 20m 远处，管径为 DN600mm，管网蒸汽压力为 0.2m，该管道相对标高为 1.5 m。 (4)冻土深度为 0.5m。 2.42.4 设计要求设计要求 为圆满完成该设计任务，要求学生在设计过程中，尽力做到以下几点： 2.4.1 认真做好设计准备工作 熟悉所提供的设计资料，查阅相关的设计参考书，掌握建筑给排水工程设计的步骤 和内容； 2.4.2 精心设计 设计时做到计算合理，内容全面，步骤清楚，数据完整；绘图时做到标准、规范、 尺寸齐全、设备尽可能选择定型产品；管道布置符合规范要求，平面布局合理，便于施 工和操作。 2.52.5 设计原则及说明设计原则及说明 本着合理布置室内各系统管线，又立足于外部系统，以便于施工及操作的原则，认 真合理设计各系统布置方式及位置。 2.5.1 给水工程 根据设计资料，我们知道该城市所提供的工作水压力为 36mH2O，即为 360KPa，而建 筑的最大高度为 51.9 米。对层高不超过 3.5 米的建筑可以估算，给水系统所需压力(自室 外地面算起) ，其中，由于该建筑一二层高分别为 5 米和 4.512040 (2)HnKPa2n 米，故可以将其看为三层，则每层层高为 3.2m5.0L/s (8) 水带的水头损失 19水枪配 65的水带，查表知 65水带阻力系数值为 0.0043，则水带的 mmmmmmz A 水头损失为： （3.9） 2 dzdxf HA L q =0.0043205.22 =2.33 mH2O (9) 消火栓口所需水压 Hx= Hq+Hd+Hk （3.10） =16.9+2.33+2.0 =21.23mH2O (10) 校核 设置的消防贮水高位水箱最低水位高程为 47.30m，最不利点消火栓栓口高程 40.3m，则最不利点消火栓口的静水压力为，按高层民用 2 47.340.3770mH OKPa 建筑设计防火规范(GB50045-95，2001 版) 第 7.4.7.2 条规定，可不设增压设施。 (11) 水力计算 按照最不利点消防竖管和消火栓的流量分配要求，最不利消防竖管为 XH1 出水枪支 数为 2 支，相邻消防竖管即 XH2，出水枪支数为 2 支 02 21.23212.3 xhqdk HHHHmH OKPa 16 100 10 12 21.233.30.026324.56 xhxh HHHhmH O 则 1 点水枪的射流量为： 11xhq qBH 22 22 11 11111 220.0043 202 1.577 xhxh xhqdzdxhxh qq HHHALqq B 1 5.60 /5.0 / xh ql sl s 进行消火栓给水系统水力计算时，以枝状管路计算。 配管水力计算成果见表 3.3 表 3.3 消火栓给水系统配水水力计算表 计算管段设计秒流量 管长 L D N VIIL l/sm m m m/sm/mm 0-15.23.3 10 0 0.66 0.00 9 0.03 1-210.836 10 0 1.38 0.03 6 1.29 2-310.87.2 10 0 1.38 0.03 6 0.26 3-421.633.5 10 0 2.75 0.12 9 4.31 5.89 其余立管的管径均取 DN100mm 管路总水头损失为： 1.15.89 1.16.479 wy Hh 消火栓给水系统所需总水压(Hx) 应为： 1 442 198.364.79705.09 Xxhw HHHHKPa 按消火栓灭火总用水量，选消防泵 100DL-3 型 2 台，1 备 1 用。21.6 / x Ql s ，20 35 / b Ql s 2 65.1 51.0(651 510) b HmH OKPa30NKW 根据室内消防用水量应设置 2 套水泵结合器。 消火栓系统图如图 3.3 17 XL-2XL-3XL-4XL-1 一 一一 一一 一一 一一 一一 一 一一一一一 一一 一一一 一一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 42.50 39.20 35.90 32.60 29.30 26.00 22.70 19.40 16.10 12.80 9.50 5.00 0.00 一一一一一一一一一一一一 一一一一一 一一一一一 一一一一一一 一一一一一一 DN100DN100DN100DN100 DN100DN100DN100 DN100DN100DN100 DN100DN100DN100 DN100 DN100 DN100 DN100DN100 DN100 DN100 DN100 DN100DN100DN100DN100DN100 DN100DN100DN100DN100DN100DN100DN100 DN100DN100 DN100DN100DN100DN100 DN100 DN100 DN100 DN100 DN100DN100DN100DN100DN100DN100DN100 DN100DN100 DN100 DN100DN100DN100 DN100DN100 DN100 DN100 0 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 3 4 一一一一一 图 3.3 消火栓系统图 第 3 层消火栓的过剩压力为 30.54mH2O 此压力由减压孔板消耗，孔板的阻抗系数为： S= （3.11） 2 Q Hk =30.54/5.22 =1.13 由以上计算查表可知，该公寓应在 13 层的消火栓支管处设置减压孔板，减压孔板 选型见表 3.4。 表 3.4 消火栓减压孔板计算表 消火栓编 号 消火栓所在楼 层 消火栓口动水压 力 过剩压 力 消火栓口 径 减压孔板直 径 KpaKpammmm 012198.30650 111231.633.3650 110265.867.5650 29300101.7650 38334.1135.8650 47368.3170650 56402.5204.2650 65436.7238.4650 74470.9272.6650 83505306.76533 18 92551.6353.36533 101603.4405.16533 11-1655.2456.96533 3.2.2 自动喷淋系统 根据自动喷水灭火系统设计规范(GB50084-2001) ，采用特性系数法计算，本建 筑为中危险级建筑物，按中危险一级计算。 查表得：设计喷水强度，喷头工作压力 0.1MPa，为安全，系统的最不 2 6 /(min)Lm 利点处喷头的工作压力按 0.1MPa 计算。 喷头采用闭室吊顶型玻璃球洒水喷头，作用温度为，68oC ，。11.00dmm0.133K (1) 喷头的布置 查表得：中危险级 1 级建筑物的设计喷水强度为，作用面积为 2 6 /(min)Lm 160，最不利点喷头工作压力为 0.1MPa，即 100KPa，喷头特性系数 2 m 0.133K 则设计流量，最不利点喷头选定在最高层最远处6 160960 /min16 /Qll s 根据建筑物的结构与性质，本设计喷头采用矩形的布置形式，间距为 2.3m 和 3.6m，使保护范围内无空白点，每个喷头的保护面积为 2 2.3 3.68.28m 自动喷淋系统图如下： 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一一 一一一一一一一一 一一一一一一一一 一一一一一一一一 一一一 一一一一一 一一 一一一 一一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 42.50 39.20 35.90 32.60 29.30 26.00 22.70 19.40 16.10 12.80 9.50 5.00 0.00 ZP-A 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 DN32DN25 DN150DN150DN150DN150 DN150 DN150DN150DN150 DN150 DN150 DN150 DN150DN150 L L L L L L L L L L L L L 图 3.4 自动喷淋系统图 (2) 水力计算：具体计算结果见表 3.4： 表 3.4 自动喷淋水力计算表 19 节点水 压 节点流 量 管段流 量 管 径 流速管道比阻管长 管段水头 损失 HqQDALh 节点 编号 管段 编号 Kpa(L/s) (L/s) m m (m/s) S2/L 2 mKpa 1100.001.33 12 1.33252.71 0.17780 5 2.4015.097 2115.101.43 23 2.76323.43 0.05174 8 2.4018.878 续表 3.4 节点水 压 节点流 量 管段流 量 管 径 流速管道比阻管长 管段水头 损失 HqQDALh 节点 编号 管段 编号 Kpa(L/s) (L/s) m m (m/s) S2/L 2 mKpa 3133.981.54 34 4.30325.34 0.05174 8 2.4045.849 4179.821.78 45 6.08327.56 0.05174 8 1.1042.082 a5 4.7532 5221.91 56 10.83 10 0 1.38 0.00017 4 3.601.466 b6 9.52 c6 12.18 6223.37 67 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.601.742 7225.11 20 78 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 16.8 0 8.127 8233.24 89 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 9267.84 910 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 10302.43 101 1 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 11337.03 111 2 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 12371.63 121 3 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 13406.22 131 4 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 14440.82 141 5 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 15475.42 151 6 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 16510.01 161 7 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 续表 3.4 节点水 压 节点流 量 管段流 量 管 径 流速管道比阻管长 管段水头 损失 节点 编号 管段 编号 HqQDALh 21 Kpa(L/s) (L/s) m m (m/s) S2/L 2 mKpa 17544.61 171 8 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 3.301.596 18579.21 181 9 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 4.502.177 19626.38 192 0 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 5.002.419 20678.80 202 1 32.52 15 0 1.84 0.00002 3 28.4 0 13.739 21736.54167.541 (3) 减压节流板计算 具体计算结果见表 3.5： 表 3.5 自动喷淋减压节流板计算表 节点水压所在的楼层过剩压力管径减压孔板直径 kpakpammmm 8 233.24 0 120.0001500 9 267.84 0 1134.6001500 10 302.43 0 1069.1901500 11 337.03 0 9103.7901500 12 371.63 0 8138.3901500 13 406.22 0 7172.9801500 14440.826207.5801500 22 0 15 475.42 0 5242.1801500 16 510.01 0 4276.77015039 17 544.61 0 3311.37015038 18 579.21 0 2345.97015037 19 626.38 0 1393.14015036 20 678.80 0 445.56015035 21 736.54 0 503.30015034 3.33.3 室内排水工程室内排水工程 3.3.1 排水体制及管网布置 (1) 排水体制 根据本建筑的建筑特点以及该公寓建筑所产生的污废水性质及污染程度，结合室外 排水体制，本建筑内卫生器具类型、数量以及布置情况，采用生活污水和生活废水合流 排放体制。 (2) 排水管网布置 本建筑排水管道采用明装，立管分设在各个卫生间和厨房，详细布置见标准层图， 312 层卫生间的排水横干管布置在地下层天花板下的吊顶内，排水立管与墙壁、柱等 表面净距为 30mm；排水管与其他管道共同埋设时，水平净距为 1.03.0 米，竖向净距 为 0.150.20 米。排水管道的固定措施：立管用管卡，最大间距为 3.0 米，每层至少设 一个，在呈插管接头处宜设置管卡，横管一般采用管箍，最大间距为 1.0 米。立管穿越 楼层时，预留孔洞为:D+50mm 100mm。 3.3.2 排水系统设计计算 (1) 排水设计秒流量 按建筑类型，采用公式 （3.12） maxmax 0.120.24 ppp qNqNq 式中， 计算管段卫生器具排水当量总数 p N -计算管道卫生器具最大流量，L/S max q 23 -建筑物用途系数，取 2.0 (2) 排水系统水力计算 计算草图如图 3.5 所示， PL-1PL-2PL-3PL-4PL-5PL-6 PL-7 一一一 一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一 一一一 一一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 一一 39.20 35.90 32.60 29.30 26.00 22.70 19.40 16.10 12.80 9.50 5.00 0.00 DN110 DN110DN110DN110DN110DN110DN110DN110DN110 DN110DN110DN110 DN110DN110DN110DN110DN110DN110 DN110DN110DN110DN110 DN110 DN110DN110DN110DN110 DN110DN110DN110 DN110DN110 DN110DN110DN110DN110 DN110 DN110DN110DN110DN110DN110DN110 DN110DN110 DN110 DN110 DN110DN110 DN110 DN110 DN110DN110DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110 DN110DN110 DN600 0 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 PL-APL-B PL-8 DN110 图 3.5 排水系统图 排水系统水力计算结果见表 3.6 表 3.6 排水系统横支管水力计算表 卫生器具名称、数量及当量 管段编 号 大便器 6.0 浴盆 3.0 洗脸盆 0.75 污水盆 1.0 当量总 数 N 设计秒 流量 管径 DN 坡度 I PL1 0-1131750.026 1-21192.721100.026 2-31119.752.751100.026 3-422219.53.061100.026 PL6 5-61621100.026 6-7116.752.251100.026 7-81117.752.671100.026 24 PL7 9-1010.750.25750.026 10-11116.752.251100.026 立管计算 PL1PL5：接纳的排水当量总数为： 19.5 10195 p N 立管最下部管段排水设计秒流量为： 0.2419525.35 / p ql s 查建筑给水排水工程表 5.2.5，选用立管管径，因设计秒流量 110demm 小于表 5.2.5 中排水塑料管最大允许排水量，所以不需要设专用 5.35 / l s125demm5.4 / l s 通气立管。 PL6：接纳的排水当量数： 7.75 1077.5 p N 立管最下部管段排水设计秒流量： 0.2477.524.11 / p ql s 查表，选用管径 DN110，因，故不需要设专用通气立管mm4.11 /5.4 /l sl s PL7：选用管径为 DN110的立管mm 立管底部和排出管放大一号管径，取，取标准坡度。160demm 3.3.3 清通设备 (1) 清通设备布置 检查口每两层设一个，但在最低层和建筑物的最高层必须设置检查口，立管上有乙 字弯，则在乙字弯上部设检查口，检查口的设置高度，从地面到检查口中心 1.5m ，并 高出该层卫生器具上边缘 0.15m.每层卫生间的排水横支管上应设置清扫口。在转弯角度 大于 45 度的污水横管上应设置检查口或清扫口。 (2) 通气管计算 本设计排水系统采用专用通气管，伸顶通气管设 6 根。312 层卫生间排水管道， 立管管径为 110mm ,通气立管选用 75mm.设 6 根伸顶通气管。伸顶通气管管径计算： DN=83.9mm ,取伸顶通气管管径为 100mm。 22 7525 . 0 75 25 4 4 结论结论 本毕业设计力求设计合理，系统安全可靠；绘图标准、规范、尺寸齐全；设备尽可 能选择定型产品。管道布置符合规范要求，平面布局合理，便于施工和操作计算说明内 容全面，步骤清楚，数据完整。在经过多次修改之后，本设计符合毕业设计的要求，设 计成果内容较为完善，合理，符合毕业设计要求，能够用于实际工程施工。由于课题来 源于实际，涉及专业知识的各个方面，如给水、排水、消防、热水等系统，堪称建筑给 排水方面设计的典型项目之一。 在本设计中也存在着一些问题，如高位水箱的水质保证，特别是高位水箱的管理难 度较大，这在实际生活中也是亟待解决。另外，上下分区之间的连接等问题也是有待论 证。 26 致谢致谢 经过近两个多月的努力，毕业设计终于基本上告一段落。在这个过程中，本着立 足理论，联系实际，符合规范，精心设计的原则，本设计几经修改才得以完成，这算 是对自己的给水排水专业大学四年学习的一个总结吧。我深知由于自身知识和实际经 验有限，本设计难免存在不足之处，敬请观者不吝指出。在完成本设计的过程中，我 遇到过不少问题和困难，感谢指导老师王素兰老师给了我不少宝贵意见和帮助，毕业 设计才得以顺利完成，在此，向王素兰老师表示衷心的感谢和敬意。同时，也要感谢 身边同学的大力帮助。 27 参考文献参考文献 1 张可佳，陈一，张建等重庆小城镇公共建筑用水状况研究给水排水,2006,32(2) :7881 2 杨琦建筑给水中管材的设计选用给水排水,2006,32(1) :8892 3 成纯赞.建筑给排水工程中若干通病及其防治.给水排水,2006,32(3) :7882 4 马信国.建筑排水技术发展的若干问题.给水排水,2006,32(4) :6369 5 郭汝艳,刘鹏,赵昕等.国家体育场给水排水施工图设计概况(上) . 给水排水,2006,32(4) :8086 6 赵锂.建筑给水排水实用设计资料.北京:中国建筑工业出版社,2005 年 5 月 7 刘振印.建筑给水排水工程设计实例.北京:中国建筑工业出版社,2001 年 4 月 8 陈耀宗等.建筑给水排水设计手册.北京:中国建筑工业出版社,1992 年 12 月 9 王增长主编，建筑给水排水工程.北京：中国建筑工业出版社,1998 10 核工业第二研究设计院主编，给水排水设计手册.第 2 册.建筑给水排水.北京：中国 建筑工业出版社,2000 11 中国市政工程西南设计研究院主编，给水排水设计手册.第 1 册.常用材料.北京;中国 建筑工业出版社,2000 11 中国市政工程西南设计研究院主编，给水排水设计手册.第 2 册.常用设备.北京;中国 建筑工业出版社,2000 13 郑达谦主编，给水排水工程施工.北京：中国建筑工业出版社,1998 14 徐鼎文，常志续主编，给水排水工程施工.北京：中国建筑工业出版社,1993 15 陈方肃主编，高层建筑给水排水设计手册.长沙：湖南科学技术出版社,1997 16 李玉华，张爱民主编，高层建筑给水排水设计.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社,2002 28 英文原文英文原文 Benchmarking combined biological phosphorus and nitrogen removal wastewater treatment processes Abstract This paper describes the implementation of a simulation benchmark for studying the influence of control strategyimplementations on combined nitrogen and phosphorus removal processes in a biological wastewater treatment plant. Thepresented simulation benchmark plant and its performance criteria are to a large extent based on the already existing nitrogenremoval simulation benchmark. The paper illustrates and motivates the selection of the treatment plant lay-out, the selection of thebiological process model, the development of realistic influent disturbance scenarios for dry, rain and storm weather conditionsrespectively, the definition of performance indexes that include the phosphorus removal processes, and the selection of a suitableoperating point for the plant. Two control loops were implemented: one for dissolved oxygen control using the oxygen transfercoefficient KLa as manipulated variable, the second one for nitrate control in the anoxic zone using the internal recirculation flowrate as manipulated variable. Dynamic simulations for different dissolved oxygen set points illustrate the complex interactions in thisplant, and the necessity for a continuous trade off between supplying sufficient oxygen to promote nitrification on the one hand, andthe need for low dissolved oxygen concentrations on the other hand to allow sufficient development of phosphorus accumulatingorganisms. The potential for aeration energy savings in the plant is highlighted based on the dissolved oxygen profiles resulting fromopen loop simulations with a dynamic dry weather influent scenario. The influence of the dissolved oxygen set point selection on thenitrate control loop performance observed in the simulations further illustrates the need for a plant-wide optimization approach toreach optimal plant performance.r 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved. Keywords: Benchmark examples; Performance analysis; Models; Environmental engineering; Water pollution 29 1. Introduction In recent years a benchmark wastewater treatment plant (WWTP) model has been developed to evaluate nitrogen (N) removal control strategies via simulations (Copp, 2002) based upon the Activated SludgeModel No1 (ASM1; Henze, Grady, Gujer, Marais, fXIH;fXIPfraction of inert COD from decay of XA;XH and XPAO; respectivelyIAE integral of the absolute erroriN;k N fraction in organic component k(k SF; SI; XI; XS; XH; XA or XPAO) Ij;k monod inhibition function (j XH;XPAO; XA; k SO2 ) (see Table 2) iP;k P fraction in organic component k(k SF; SI; XI; XS; XH; XA or XPAO) IQ influent quality indexISE integral of the squared errorK proportional gainKLa oxygen transfer coefficientKLa Rn KLa for reactor n (n 5; 6 or 7) Mj;k monod function (j XH; XPAO; XA; k SO2 ; SNO3 ; SALK) (see Table 2) N nitrogenP phosphorusPE pumping energy consumption rate(kWh/d) Psldg sludge production rate (kg/d) PUk pollutant load corresponding tocomponent kQe effluent flow rateQin influent flow rateQintr nitrate (internal) recycle flow rateQrs return sludge flow rateQws waste sludge flow rateSA fermentation products (acetic acid) (ASM2d) SALK bicarbonate alkalinity (ASM2d) SF readily biodegradable substrate(ASM2d) SI inert soluble organic material (ASM2d) SN2 dinitrogen (ASM2d) SNH4 ammonium nitrogen (ASM2d) SNO3 nitrate (plus nitrite) nitrogen (ASM2d) SO2 dissolved oxygen (ASM2d) SO2 Rn dissolved oxygen set point in reactor n(n 5; 6 or 7) SPO4 phosphate phosphorus (ASM2d) SS readily biodegradable soluble substrate(ASM1) t0 start time (EQ calculation) tf end time (EQ calculation) Ti integral time constantTt anti-windup time constantWWTP wastewater treatment plantXA autotrophic (nitrifying) biomass(ASM2d) XH heterotrophic biomass (ASM2d) XI inert particulate organic 30 material(ASM2d) XS slowly biodegradable substrate (ASM2d) XMeOH metal hydroxide (Ferric hydroxide,Fe(OH) 3) (ASM2d) XMeP metal phosphate (Ferric phosphate,FePO4) (ASM2d) XPAO phosphorus accumulating organisms(ASM2d) XPHA organic storage products of XPAO(ASM2d) XPP stored polyphosphate of XPAO (ASM2d) XTSS particulate material (ASM2d) aj cost factor for component j (j EQ; AE,PE or Psldg) bk weighting factor for component k(Ck CBOD; CCOD; CTKN; CNO3 ; CPtot ;CTSS) K.V. Gernaey, S.B. Jrgensen / Control Engineering Practice 12 (2004) 358 357373removal is often pursued in European treatment plantsas an alternative to chemical P removal based on Pprecipitation with metal salts such as FeCl3. Thepurpose of this paper is therefore to demonstrate thecapabilities of a combined N and P removal simulationbenchmark for evaluating and comparing WWTPcontrol strategies. The paper describes the modeldevelopment, and then illustrates the simulation benchmarkwith a number of scenario evaluations focusing onthe selection of suitable dissolved oxygen set points. 2. Materials and methods The presented model development and simulationswere done using MATLAB 6.0/SIMULINK 4.0 (Mathworks,Inc) on a 1 Ghz Windows 2000 PC.3. Benchmark development 3.1. Treatment plant configuration The ASM1 benchmark plant for N removal (Copp,2002) consists of 5 reactors with a total volume of 5999m3, and one sedimentation tank with a volume of 6000m3. It was first tried to implement the Activated Sludge Model No. 2d (ASM2d; Henze et al., 1999) in this plant configuration, but