H市排水管网工程及污水处理厂设计.doc

H市排水管网工程及污水处理厂设计石河子大学水利建筑工程学院给水排水专业毕业设计石河子大学2013届毕业设计（论文）开题报告题 目： H市排水管网工程及污水处理厂设计 指导教师： * 学 院： 水利建筑工程学院 专 业： 给水排水工程 姓 名： 学 号： 毕业设计(论文)起止时间： 2013年3月至2013年6月 （一）题目来源及研究的目的和意义 题目来源：H市位于黑龙江省北部，交通便利，经济发达，城市总面积约为1660公顷，属中小型城市。整个城市由铁路及河流划分为四个行政区域。市内有较大的工厂两个，是该市的主要经济支柱产业。工厂生产污水排入城市管网经城市污水处理厂处理后达标排放。市区人口规模预计于2010年将达到50万人次。目前H市市内用水主要来源于地下水的采取，污水的排除没有很好的渠道和方式，部分污水只是未经处理就简单的排入周边一些小河道内，并未达到国家排放标准，对部分河流及生态造成了一定程度的污染和破坏。虽然目前没有发生严重污染情况，但是基于对整体生态环境维护和城市发展保障的考虑，现H市政管理部门开始对市内排水工程进行全面、慎重的研究、规划，以保证环境和城市发展的相协调。 研究目的和意义：通过对H市排水管网工程和污水处理厂的设计，主要有两个方面的目的和意义。其一，毕业设计是总结学生在校期间学习成果，是完成工程技术人才基本训练的一个重要环节。通过毕业设计使学生综合运用所学的基础知识和专业知识，总结和巩固在校四年所学的理论知识，使之进一步加深和系统化。培养学生将所学的理论运用于解决工程实际问题的能力，提高学生独立思考问题和解决问题的工作能力，培养学生踏实细致、认真负责、刻苦钻研的工作作风。此外还需学习并领会与设计相关的技术规范和法律法规。在设计中还需要求学生树立正确的设计思想及设计观点，认真贯彻执行党的多项建设方针政策。 其二，通过对该市的污水管网的设计和污水处理厂的设计和研究，着重解决黑龙江地区的水资源匮乏，水污染严重等问题，并改善人民生活状况。近年来,黑龙江省的污水处理工作有了前所未有的发展,城镇污水处理厂在解决水污染问题方面起到了巨大作用,在很大程度上缓解了黑龙江省水污染危机。然而各城镇污水处理厂在运转过程中也反映出一些问题。此次的设计项目将彻底解决以上相关问题。使出水水质良好,污水处理厂性能在温差较大的情况下也能相对稳定的运行。城市污水处理设施的建设不仅有利于改善了城市的生态环境质量，同时有利于减轻对水资源和环境的破坏，保护了人民群众的身体健康，促进经济的可持续性发展，加快了老工业基地改造，对黑龙江省贸易业、旅游业的发展及经济的腾飞，具有极其深远的意义。（二）本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析在本课题的设计中，主要包括排水管网的设计和污水处理厂的设计。在设计中涉及的问题很多很广，但迄今为止，在国内外研究最多也最突出的问题有一下四个，即排水体制的选择问题、管道的设计布局问题、污水处理工艺中脱氮除磷的问题，生物处理法研究新进展。1、排水体制的选择问题。纵观近几十年世界各国的发展，在城市排水体制的选择上，大部分城市选择了合流制的排水体制。根据Jago R在Overflow management for CSO control文中的统计1：德国、英国、法国、日本的合流制排水管道占排水管道总长度的 70% 左右, 丹麦的合流制排水管道约占 45% 。此外德国科隆市的合流制排水管道所占比例甚至高达 94%, 日本东京的合流制排水管道的比例也达到了 90% 以上。这种污水排放体制就是将生活污水、工业污水和雨水混合在同一个管渠内排除的体统。最早出现的合流制排水系统，是将排除的混合污水不经处理就直接就排入就近水体。但是由于污水未经处理就直接排放导致收纳水体遭受严重污染。虽然在后期有部分国家对合流制进行改进，但始终无法改变污染这一污染现状。近几十年来，欧美国家已逐渐开始将合流制改建成分流制2。这种排水体制其实就是将生活污水、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体统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。 对于这种排水系统，不仅可以保持管内的流速、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。2、管道的设计布局问题。排水管网的平面布局包括确定排水区界、划分排水流域和管道定线. 正确的定线是合理、经济的设计污水管道系统的先决条件, 也是污水管道系统设计的重要环节. 已有研究表明, 城市排水系统的最佳布局是将小流量路径减至最小, 并将整个排水系统的总的埋深减至最低, 且不增加管线泵站. 在选取排水系统。布局时考虑水力因素是非常重要的. 由布局优化得到的施工成本节省可能比只优化给定布局的设计要大得多3。有关这方面的研究最初是撇开水力因素4的,很多研究人员发现城市排水系统平面布置能够抽象为由点和线构成的决策图, 提倡用定权方法来求解。1986 年，S.Tekel 和 H.Belkaya 将3种权值法分别运用到最短路生成树算法求管线平面布置方案, 再进行管径、埋深和提升泵站的优化设计, 最后取投资费用最小的平面布置方案为最优设计方案。国内学者在这方面做了不少工作, 并取得了许多有价值的研究成果。例如1997年陈森发先生提出的优化树的修正逐步生成法5。陈先生在他的城市排水管网系统布局的优化设计一文中阐述了城市排水管网系统最优布局为树状结构的定理；同时提出获得优化树的修正逐步生成法。定理包括：（1）城市单污水处理厂的排水管网系统的布局是最优的, 当且仅当它是一棵以污水处理厂所在节点为根的优化树；（2）城市 N 个污水处理厂的排水管网系统的布局是最优的, 当且仅当 N 棵优化树彼此不相连通。此外通过对江苏省无锡市、常熟市等多个城市的实际数据的计算，其结果令人满意，在一定程度上是可用的。郭建生提出了地势和地貌在排污管网系统优化设计中的作用6, 将地势地貌直接应用于排水系统优化设计，利用反映地势地貌特征的空间直角坐标系的三个坐标作为设计变量，定义了与反映地势地貌特征密切相关的具有工程意义的费用因子及分项费用系数，给出了分项费用系数的计算方法，利用费用因子等效线性化，建立了排污管网系统之线性规划设计计算模型,该计算模型计算直观、简便。无论是1997年陈森发先生提出的优化树的修正逐步生成法,还是郭建生等人提出的将地势-地貌用于排水系统优化设计方法。这些研究成果都基于图论理论, 在一定程度上解决了城市排水管道系统布局优化的问题，但均没有解决变权问题。直到遗传算法的出现才为排水管道系统平面优化布置提供了有利条件, 因为遗传算法的运算机制对目标函数和约束条件没有特殊要求。目前国内外学者已经把遗传算法应用于城市给水排水、农田灌溉、电缆和煤气管线等方面进行研究。遗传算法( Genetic Algorithms, 简称 GA 法)是近年迅速发展起来的一项优化技术, 该方法源于达尔文的生物进化理论。1975 年美国 Holland 等提出了GA的系统概念和方法，20 多年来 GA 在越来越多的领域中得到了应用, 显示了巨大的优越性。 3、污水脱氮除磷工艺在我国的应用与改进现行应用广泛的脱氮除磷工艺均包含着空间或时间上厌氧、缺氧、好氧三种状态的交替,通过调整和优化三种状态的组合方式及其数量的时空分布以及回流方式、位置而达到高效脱氮除磷的目的。我国污水处理厂设计采用的脱氮除磷工艺主要有5大类: A/O工艺、 A2/O工艺、 改进A2/O工艺氧化沟工艺、SBR及其改进工艺,并就我国的应用效果提出或实施了相应的设计和运行改进7。（1）A/O 工艺A/O工艺通过聚磷菌在厌氧和好氧状态的循环实现磷的去除。也有部分 A/O 工艺以缺氧/好氧方式运行,通过硝化菌和反硝化菌实现脱氮。该工艺不需外加碳源脱氮, 又能充分实现反硝化且易于控制污泥膨胀, 投资和运行费用较低, 在我国污水处理厂中广泛使用。这些污水处理厂的运行结果表明: A/O工艺在污泥沉降性和磷的去除上明显优于传统活性污泥法,但是发生硝化作用和有限的工艺控制会造成磷去除率的下降。此外, A/O法在除磷方面的推广受到以下几个因素的制约。当温度低、进水负荷低时,微生物代谢能力减弱, 污泥生长缓慢, 磷的去除率必然降低, 厌氧池的厌氧条件难以保证, 受水质波动影响大, 不够稳定8。由于 A/O工艺流程简单, 是在活性污泥法基础上发展起来的一种污水处新工艺,因此适用于老厂改造。（2）A2/O工艺A2/O工艺在只有除磷功能的 A/O 工艺中添加了一个缺氧池, 能同步脱氮除磷, 操作简单、运行费用低, 所产生的剩余污泥量较一般生物处理系统少, 而且污泥沉降性能好, 易脱水。A2/O工艺是我国最常用的同步脱氮除磷工艺。但由于含有硝酸盐的 RAS 回流到厌氧区,影响了厌氧释磷作用, 进而影响了 A2/O工艺的除磷能力。A2/O工艺需要更高的进水 C/N 和 C/P来达到同步脱氮除磷。昆明市第二污水厂就是A2/O工艺的典型事例。由于该厂对出水水质要求较高：BOD和SS为15mg/L，TN,TP的去除率需在80%以上，为此设计采用了“多格串联厌氧池和同心圆形降解池”之A2/O工艺。1996年建成投产，该厂设计流量Q=105m3/d,进水水质：BOD=180mg/L，SS=250mg/L，TN=45mg/L，TP=5mg/L；出水水质：BOD15mg/L，SS15mg/L，TN8mg/L，TP1mg/L。（3）改进A2/O工艺针对传统A2/O工艺运行中的技术难题, 有两项中国专利: 倒置A2/O工艺和A-A2/O工艺。倒置A2/O工艺把缺氧池置于厌氧池之前。进水时少于60%的污水进入缺氧池, 其余的进入厌氧池。倒置A2/O工艺在有无硝酸盐回流条件下均可运行。对于含氮低的污水, 氮可以通过增加污泥回流转移到缺氧池。因此, 厌氧池进水中硝酸盐含量很低,可产生一个较低的氧化还原电位,直接进入好氧池进行磷的过量摄取。倒置A2/O工艺有利于微生物形成更强的吸磷动力,所有污泥都将经历完整的释磷和吸磷过程使除磷能力得到增强。A-A2/O工艺在厌氧池前增设缺氧池。充足的回流污泥停留时间保证了 RAS 中硝酸盐彻底反硝化,需要2030 min。10% 20% 的原污水保证了足够的碳源。厌氧池中最低限度的硝酸盐使磷去除率得到提高。通过分隔厌氧池和原污水,此工艺可以很容易地由A2/O工艺改造而成。江苏省常州市清潭污水处理厂两年多的运行状况表明: CODCr、SS、T N 和 TP 的去除率均有不同程度的提高, TP 去除率提高最多。2003 年出水 CODCr、BOD5、SS、NH3 ) N和TP分别为 35.5 mg/ L、5. 35mg/ L、12 mg/ L、0.65 mg/ L 和0. 4 mg/ L。另一个规模为15万m3/d 的污水处理厂 ) 河南省新乡骆驼湾污水处理厂正在修建中。（4）氧化沟通过特殊的运行方式, 氧化沟创造了一定的溶解氧梯度, 使硝化和反硝化作用在氧化沟中交替发生而完成生物脱氮功能。氧化沟工艺流程简单、运行稳定、运行方式灵活、管理方便、处理费用低。由于采用了较低的BOD 负荷、较长水力停留时间以及独特的流动方式,与其他工艺相比,氧化沟有较强的耐冲击负荷能力、出水水质较好, 剩余污泥少且稳定,构筑物少。Orbal 氧化沟已由我国自行设计, 实现设备国产化。采用Carrousel氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。如昆明市第一污水处理厂,其 T P 去除率在 90% 左右, TN 去除率 70% 左右。DE 型氧化沟和三沟式氧化沟在中高污染物浓度的中小型城市污水处理中也有应用, 如四川省新都污水处理厂,出水 TP 达到 0.5 mg/L以下8。（5）SBR 及其变型工艺SBR工艺在自动控制程序的操纵下,交替进行进水、缺氧搅拌、厌氧搅拌、曝气和沉淀滗水, 形成时间序列上的A2/O系统, 高效、经济, 适用于中小水量, 对氮磷去除有特殊优势。多种类型的 SBR 工艺在我国均有应用, 包括 ICEAS工艺、DAT-IAT 工艺、CASS 工艺、和 UNITANK 工艺。除了UNI-TANK 工艺以外, 其余工艺为提高效率均在主反应区前增设了一个预反应区。ICEAS 工艺将反应池分隔为小体积的预反应区和大体积的主反应区, 污水连续进入预反应区后通过隔墙下端的小孔进入主反应区, 沿主反应区池底扩散, 对主反应区的混合液基本上不造成搅动, 沉淀、排水和进水同时进行。DAT-IAT 工艺由一个连续曝气预反应池 DAT和一个连续进水间歇曝气池 IAT 串联而成。天津市经济技术开发区污水处理厂于 1999 年底投入运行9, 这是 DAT-IAT 工艺在我国的首次使用。CASS 工艺分高负荷的基质快速积累和缓冲的预反应区和较低负荷的主反应区。微生物处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化来达到脱氮除磷效果。湖州碧浪污水处理厂10和北京航天城污水处理厂11均采用此工艺。UNITANK工艺主体为连通三格池结构, 每池设有曝气系统, 外侧两池设出水堰以及污泥排放装置, 两池交替作为曝气和沉淀池。污水可进入三池中的任何一个, 通过进水点的变化达到脱氮除磷目的。澳门有2座污水处理厂采用了该工艺。石家庄已建成了1座10万m3/d 的UNITANK 污水处理厂, 上海石洞口污水处理厂和广西梧州污水处理厂也采用了该技术12。（三）生物处理法的国内外研究现状生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的方法，无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新陈代谢作用，以污染物质为食料，将其代谢成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子，它的二次污染小，对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展，随着人们生活水平的日益提高，生活污水中的成也日益复杂，因此用生物处理方法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意，处理时间也较慢，所以未引起人们的重视，仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧张，厌氧生物处理由于能产生能源物质甲烷而越来越引起人们的青睐，由此也出现了许多新的工艺。 (1) 活性污泥法的新发展 到目前为止，对活性污泥法在运行方式上还没有大的突破，往往所作的是一些局部的改进，但在曝气方式上确取得了较大的成果，如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气，采用微气泡扩散器等，这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器，气泡直径50Lm，氧吸收率达90%，Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气方式的改进，把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能方向发展，采用的方法有：培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水，还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理方法结合起来，如活性炭活性污泥法，它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法；固定活性污泥法是提供微生物附着的表面，如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等，使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力，还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果，国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。 (2) 生物膜处理法的新进展 生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明：该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同，生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等，甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等，因此可以用来脱氮等。 (3) 厌氧生物处理法的新发展 厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求严格不易控制等缺点，厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理，它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生，为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理方法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法，以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB)依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法方法。还有人为地固定微生物包埋固定化法，它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mg/L的人工配水，TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中，甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤，因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物，出现了利用膜的固液分离法，如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验，结果表明：提高了反应器内甲烷的浓度，TOC 的容积负荷为2g/L日，其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理方法联用，如厌氧好氧复合工艺等，具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理法正朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护方便经济等方面发展。 （四）对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析（1）、对课题提出的任务要求：本课题为H市排水管网和污水处理厂的设计。根据近远期的要求以及H市总体规划要求和其自然条件，决定了采用分流制的排水体制和采用二级处理工艺，设计采用一次性完成，分期建设。1、设计的主要内容包括: 水管网设计方案的选定 污水泵站的设计计算 污水处理工艺的确定 污泥水处理工艺的确定2、该毕业设计成果要求包括：毕业设计成果包括设计说明书、计算书各一份（和两者可合编一份），设计图纸。1）毕业设计说明书、计算书毕业设计说明书和计算书既要结合教学上的要求，又要参照国家有关设计成程序、文件组成其深度规定进行。根据选题的内容及深度要求，设计说明书应该按照设计程序编写。设计说明书、计算书的部分，必须有参考选择的依据，如采用的参数、计算公式、数据与结果图表、图示等，要求内容清楚、文字通顺、论据充分。内容包括目录，前言，正文（包含计算书， 草稿等），小结，参考文献，语言通俗简练，书写工整，用钢笔抄写。所附草图，可用铅笔绘制，但不得潦草和任意徒手绘制，所采用的公式和计算方法的符号，单位一般应有注解，采用国家现行标准，对采用的特殊计算公式和方法还应该说明其来源以及使用理由，计算成果用表列出，说明书页数一般为6090页，说明书应分清章节并装订成册设计说明书、计算书应该按设计任务指导书，由学生须独立完成。图纸要求：毕业设计图纸应该能够较好地表达设计总图，图面应该布局合理，正确、清晰、整洁，符合制图标准及有关规定，采用工程字体标注。2）提交设计成果为：图纸 （1215张，根据工艺不同选择不同图纸绘制）a. H市排水水管网平面规划设计图 1 2张b. H市排水管网主干管纵剖面图及检查井施工图 1 3张c. H市污水处理厂的平面布置图 1 1张d. H市污水处理厂工艺流程图 1 1张e. H市污水处理厂高程布置图 1 1张f. 污水（或污泥）泵站工艺施工图 1 1张g. 污水处理工艺单体处理构筑物的平、剖面图 1 4张h. 污泥水处理工艺单体处理构筑物大样图 1 1张设计说明书一份（含设计的计算书）（2）、实现目标的可行性分析1、目前国内外对本设计所包括的排水体质的选择、排水管网的布局和计算、污水处理的工艺和污水厂布局等问题均有了很深入的研究，并且在很多的城市地区均有实例得到验证。为此次的设计提供了很多的原始资料和历史借鉴。2、学生本人通过大学四年的专业学习，具备一定的专业知识和学术素养，能独立完成基本的设计工作，并且熟练掌握了多种办公软件（word、execl、office等）和计算机画图软件（Auto CAD）。此外还有资深的专业课老师指导，想必此次毕业设计的实现是具有很大的可行性的。（五）本课题涉及的方案比选以及确定的工艺流程图。（一）排水体制的方案比选：由于历史原因，黑龙江省的很多城镇老城区都为合流制排水系统，但是结合H市近、远期的发展状况，为彻底解决该市的污水处理问题，排水体制的选择是最为重要的。根据目前现存的排水体制来看，分为合流制和分流制排水系统。在对排水体制的选择中可以从环境保护、造价、维护管理、以及我国的相关规范和地方规范来确定。从环境保护角度来看，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人水体，水体仍然遭受污染。此时甚至会增大污水处理厂的工作负荷，在遇到大暴雨时期常常会造成污水处理厂工作超负荷，直接将污水排放至收纳水体从而严重污染水体。对于分流制而言，分流制是将城市污水全部送至污水厂进行处理，但初降雨水径流之后未加处理直接排人水体，对城市水体也会造成污染，但是与合流制相比，分流制可以减少污染。因此分流制更能符合城市卫生的要求。从工程造价来考虑，合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%一40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。从前期总造价来看，完全分流制比合流制可能要高。但是在管网维护方面，合流制因其管径过大，很容易造成污泥淤积的问题，维护不方面，费用较高。此外从水厂的维护和管理来看，在合流制的管渠中，晴雨天的污水水量变化会大大增加污水处理厂管理运行的复杂性，而分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀，流人污水厂的水量和水质变化比合流制小得多，污水厂的运行易于控制。根据目前我国现行的室外排水设计规范中要求：新建城市的排水系统，一般应采用分流制排水系统。综上所述，合流制已完全不符合环境、经济等相关的要求，分流制排水系统基本符合环境、经济、规范的相关要求。统筹兼顾，在该市的排水管网设计中应选择分流制。（二）工艺比选。1、方案初选：污水的生物处理选择污水的生物处理包括活性污泥法、生物膜法和自然生物处理。针对H市的污水水质情况和水量的的变化情况，应根据选择原则评选出最适合的污水处理方案。现对以上三种污水处理工艺进行简单介绍并作出相应的优缺点分析。生物膜处理法：污水的生物膜处理法是一种污水好养生物处理技术。这种处理法的实质是使细菌和菌类一类的微生物和原生生物、后生生物一类的微型动物附着在滤料或某种载体上生长发育，并在其上形成膜状生物滤泥生物膜。污水与生物膜接触，污水中的有机污染物，作为营养物质，为生物膜上的微生物所摄取，污水得到净化，微生物自身也得到繁衍增殖。通过近几十年对生物膜处理法的研究和探讨，对其处理效果和工艺特点已有明确的结论。事实说明生物膜法虽然在处理方面具有对水质、水量变动有较强的适应性；污泥沉降性良好,宜于固液分离；能够处理较低浓度的污水；易于维护运行、节能等优点，但是它的缺点也是在污水处理过程中致命的，比如生物膜法的布水不太均匀、容易产生池蝇和散发臭味；其次生物膜法采用滤料作为生物膜的载体，这样滤料容易堵塞；此外在处理构筑物出现问题时，维修不太方便。 活性污泥处理法：活性污泥法是以活性污泥为主体的污水处理生物技术。它的工作原理就是向生活污水注入空气进行曝气，每天保留沉淀物，更换新鲜污水。这样在持续一段时间后，在污水中即将形成一种呈黄褐色的絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的微生物群所构成，它易于沉淀与水分离，并使污水得到净化、澄清。这种絮凝体就称之为“活性污泥”的生物污泥。从活性污泥的发展史来看，它起源与1914年英国的曼彻斯特的实验污水厂，至今已有90多年的历史，随着实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进，特别是进几十年来，在对其生物反应和净化机理进行深入的研究探讨的基础上，活性污泥在生物学、反应动力学的理论方面以及在工艺方面都得到了长足的发展，出现了多种能够适应各种条件的工艺流程，当前活性污泥已成为生活污水、城市污水以及有机性工业废水的主题处理技术。污水的自然生物处理：污水的自然生物处理其包括稳定塘的生物处理和土地处理系统。稳定塘是经过人工适当修建的土地，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然生物净化功能使污水得到净化的一种污水生物处理技术。除个别类型的如曝气池外，在提高其净化功能方面，不采取实质性的人工强化措施。污水在塘中的净化过程与自然水体中的净化过程相近。污水土地处理系统也属于污水自然处理的范畴，就是在人工控制的条件下，将污水投配在土地上，通过土壤植物系统，进行一系列物理、化学、物理化学和生物化学的净化过程，使污水得到净化的一种污水处理工艺。通过相关资料的显示，目前在国内很少有成熟的污水厂使用自然生物处理污水工艺，因此在H市的污水厂设计中不建议采取自然生物处理。综上所述，在当前的污水处理技术领域中，活性污泥处理法是应用最为广泛地技术之一。因此经三者的对比之后，结合H市的当地情况，该污水厂最适合的工艺应为活性污泥处理法。2、方案比选：经过上述的比选，已选择出活性污泥处理法。活性污泥法又包括传统活性污泥法、SBR法、氧化沟法、A/O法、A2/O法、A/B法。传统活性污泥法：传统活性污泥法已经有90年的历史, 其主要处理构筑物是曝气池和沉淀池。污水中有机物在曝气池内停留一段时间后, 绝大部分被曝气池中的微生物吸附, 随即氧化分解成无机物。在沉淀池中, 呈絮状的微生物絮体活性污泥下沉, 而上部的清液溢流排放。为了保持曝气池中污泥的浓度, 沉淀后的部分活性污泥又回流到曝气池中。该工艺的特点是有机物去除率高、污泥负荷高、池容积小、电耗省、运行费用低。此法稳定可靠, 已经积累了丰富的设计管理经验, 但普通曝气法占地多,建设投资大, 仅能满足BOD5, CODCr, SS 三项出水指标, 且该工艺容易产生污泥膨胀现象, 除磷和脱氮效果差。由于H市的污水来源还有附近工业的污废水，因此该工艺不满足H市的污水处理要求。SBR法：间歇式活性污泥法又被命名为序列间歇式反应器法或序列间歇式活性污泥法, 简称SBR 法。它是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥处理技术, 采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式, 非稳定生化反应替代稳态生化反应, 静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是运行的有序和间歇操作, SBR 技术的核心是SBR反应池, 该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,无污泥回流系统。但是还处理工艺对自动控制技术和连续在线分析仪表要求高,操作复杂, 难于管理，仅适用于水量、水质排放均匀的工业废水，因此也不符合H市的污水处理要求。A/O法：A/O法是在传统活性污泥法基础上发展起来的一种缺氧好氧生物法处理工艺。该工艺中好氧池和缺氧池形成硝化反硝化系统, 具有明显的脱氮作用。 但是如果沉淀池运行不当，则在沉淀池内会发生反硝化反应，造成污泥上浮，使处理的水质恶化；此外，在城市不断扩建的后期若污水量增大、处理要求更加严格时，必须加大内循环比，这势必会使运行费用增高，也不符合经济的要求。A2/O法：A2/O 法即厌氧/缺氧/好氧工艺, 它把除磷、脱氮和降解有机物 3 个生化过程巧妙地结合起来。磷在厌氧区释放, 在好氧区吸收, 达到除磷目的。污染物在好氧区被氧化降解, 去除 COD和BOD5, 同时在硝化菌作用下, 有机氮转化的氨氮继而转化为亚硝酸氮和硝酸氮,含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧区进行反硝化脱氮。该工艺由于污泥回流, 污泥处理工作量大, 节能差, 且工艺条件比较复杂。此外进入沉淀池的处理水要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象的出现，但是溶解氧的浓度不能太高，要防止循环混合液对缺氧反应器的干扰，这一点难以控制，固在此也不建议选择该工艺。A/B 法：A/B 法是吸附生物降解法( Absorption Bio- degradation) 的简称。AB工艺由德国亚琛工业大学宾克（Bohnke）教授于20世纪70年代中期开创，80年代初应用于实践。目前, 国内已有多家城市污水处理厂采用了AB 法工艺。与传统活性污泥法相比，AB法工艺就是不设初沉池，由吸附池和中间沉淀池组成的A段为一级处理系统；B段由曝气池和二次沉淀池组成；A、B两段各自拥有独立的污泥回流系统，两段完全分开，各自由独特的微生物群体，有利于功能的稳定。效果稳定，抗冲击负荷能力强，特别适用于处理浓度较高、水质水量变化较大的污水,与传统活性污泥法相比，AB工艺在COD、BOD的去除方面能力很强，能够处理高浓度的污水，但是对氮和磷的去除很弱，由于该市污水中的氮磷含量比较高，因此该市不建议采用AB法。氧化沟法：氧化沟法是活性污泥法的一种变形, 属于低负荷、延时曝气活性污泥法。废水和活性污泥的混合液在环状的曝气渠道中不断地循环流动, 因此又被称为“循环曝气池”。氧化沟法具有处理工艺及构筑物简单、无初沉池和污泥消化池( 一体式氧化沟还可以取消二沉池和污泥回流系统)、有机物去除率较高、脱氮、除磷( 沟前增设厌氧池)、综合指标较优、泥龄长、剩余污泥少且容易脱水、处理效果稳定等优点，但存在负荷低、占地大、电耗大、运转费用偏高的缺点。由于H市的污水处理量较大，若选择氧化沟法则可能会造成污水处理厂超负荷的运转，不符合经济和维护管理的要求。氧化沟工艺与一般的活性污泥法工艺相比有其独特的技术性能特征，主要表现在以下几方面：氧化沟兼具完全混合和推流的特征。在长期内呈现完全混合特征，而在短期内则呈现推流特征，这种独特的反应器水流特征有利于克服短流现象和提高氧化沟的缓冲能力；氧化沟具有明显的溶解氧浓度梯度。由于曝气设备的定位分区布置，使沟内沿水流方向存在明显的溶解氧浓度梯度，使沟内同时具有好氧区和缺氧区，呈现出好氧区和缺氧区的交替变化，从而实现了脱氮除磷；氧化沟具有高能区和低能区两个能量区。在装置曝气设备附近处呈现高能区，有利于氧的转移和液体的充分混合；在环流的低能区，增加了污泥絮凝的机会，使污泥呈现出良好的悬浮状态；曝气和推流混合的分离，提高了氧化沟运行的灵活性；水下推动器的使用，使曝气和推流混合分离开来。这些不仅解决了曝气设备很难同时满足曝气量控制和推流速度大小要求的矛盾，而且还大大增加了氧化沟的沟深，从而构造出了更好的脱氮除磷环境，提高了氧化沟的处理性能和运行的灵活性；氧化沟的 HRT 和SRT 均较长，一般情况下，HRT 为 840h，SRT 为 1030d，而硝化菌的世代周期大于 10d，因此，较长的污泥龄有利于硝化菌的繁殖和生存，使氨氮转化率高, 去除效果好。统筹兼顾，根据H市总体规划要求和其自然条件，最终选定的的污水处理工艺为活性污泥处理法中的氧化沟法。H市污水厂污水处理采用二级处理后进行达标排入就近水体河流，设计采用一次性完成，分期建设。3、方案确定：根据上述的比较，对于H市最优的污水处理工艺为活性污泥处理法的氧化沟法，现对其工艺流程、机理、特点进行详细的阐述。 在污水处理工程中，常用的氧化沟工艺类型有 Carrousel 氧化沟、Orbal 氧化沟、一体化氧化沟及其改良工艺。（1）Carrousel 氧化沟工艺。普通 Carrousel 氧化沟主要使用立式低速表曝机，曝气机安装在沟的一端，形成了靠近曝气机下游的好氧区和上游的缺氧区，有利于生物体絮凝，同时又使活性污泥易于沉降。其设计有效水深一般为 4.04.5m，沟中的流速约为0.3m/s，BOD5 的 去 除 率 可 达9599，COD 降解率达 90%95%，脱氮效率约 90，除磷效率约60。在原 Carrousel 氧化沟的基础上，DHV 公司和其在美国的专利特许公司EIMCO 又发明了 Carrousel 2000 系统，实现了更高要求的生物脱氮和除磷功能。最新研发的 Carrousel 3000 系统是在 Carrousel 2000 系统前再加上一个生物选择区，从而能很好的抑制丝状菌的增长，提高了污染物去除率，且占地面积小，运行灵活。在污水处理中，Carrousel 氧化沟的研究和应用最为广泛。张朝升等就 C/N 对 Carrousel 2000 氧化沟同步脱氮除磷的影响进行了研究。当 C/N11 时，TN 去除率达到 93.48%，TP 去除率接近100%，具有良好的同步脱氮除磷效果，出水水质满足国家城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002) 一级 A标准要求。张代钧等人通过实测 Carrousel 氧化沟不同位置处流速与水质组分，分析了流速对沟内污泥、溶解氧浓度的影响以及溶解性组分的微生物转化规律：赵继红等利用细胞生物学方法对氧化沟中的微生物多样性进行了分析。（2）一体化氧化沟工艺。一体化氧化沟集曝气、沉淀、泥水分离和污泥回流为一体，无需单独建造二沉池。此工艺将曝气净化与固液分离操作放在同在一个构筑物中完成，使污泥自动回流，连续运行，设备和池容利用率达到 100%。根据沉淀器置于氧化沟的部位进行区分,一体化氧化沟可分为三类:沟内式、侧沟式和中心岛式。一体化氧化沟具有以下主要工艺特点：工艺流程短，构筑物和设备少，污泥自动回流，投资省、能耗低、占地少、管理简便；处理效果稳定可靠，硝化和脱氮作用明显；剩余污泥量少且不需消化，性质稳定，易脱水：造价低，运行管理费用少；固液分离效率好且池容小，能使整个系统在较大的流量和浓度范围内稳定运行；污泥回流及时，减少了污泥膨胀发生的可能性。近年来，一体化氧化沟以其独特的优势在污水处理中得到了广泛的应用。杨华展等对一体化氧化沟弯道流态特性进行了研究，在实测和分析的基础上，提出了水下推进器和曝气转盘的合理设置位置，阐明了弯道导流墙对弯道流态的作用，并提出了导流墙的合理设置方式，为实际工程设计提供了理论依据和参考。王涛等对一体化氧化沟侧沟式固液分离器的分离效果进行了试验研究，结果证明侧沟式固液分离器工作原理独特、适应能力强、分离效果好，是一种高效的固液分离设施。周少奇、王平采用侧沟式一体化氧化沟技术处理生活污水，试验表明一体化氧化沟对有机物的去除效果稳定，氨氮去除率高，具有良好的去污脱氮效果。南通市污水处理中心在国内首次采用改进后的五沟式一体化氧化沟工艺处理城市生活污水和部分工业废水，证明处理效果良好，具有较好的推广前景。（3）改良型氧化沟工艺。随着污水处理技术的不断发展，为了满足更高的出水水质要求，氧化沟污水处理技术出现了一系列改良型工艺类型，从而使氧化沟工艺在污水处理中的应用优势得到了显著体现。麦松冰等在保留奥贝尔氧化沟同时硝化反硝化、三沟串连流态特点的基础上，借鉴卡罗塞尔氧化沟跑道型沟道的构型，将一体化氧化沟的侧沟固液分离技术融合进来，提出了改良型奥贝尔氧化沟工艺模型并进行试验，通过控制合适的 DO、SRT 和 HRT 等运行参数，使得改良型奥贝尔氧化沟达到了较好的脱氮效果。陆天友、钟仁超采用传统一体化氧化沟与倒置 A2/O 的优势集约、组合开发的倒置 A2/O 型一体化氧化沟工艺技术处理中药废水，出水满足污水综合排放标准（GB8978-96）一级标准。张志军采用改良型自流式氧化沟工艺，将氧化沟和厌氧选择池合建为一个处理单元，通过对 DO、MLSS、SRT 等运行参数进行分析和优化控制，最终使该工艺具有较好的脱氮除磷效果。（4）Orbal氧化沟工艺。Orbal氧化沟一般由3个同心椭圆形沟道组成，由外向内依次为第一沟、第二沟、第三沟。污水从第一沟进入、通过水下输入口连续地从一条沟进入，下一条沟，每一条沟都是一个闭路连续循环的完全混合反应器，每沟中的水流在排出之前，污水及污泥在沟内绕了数百圈的循环后再流入下一沟，最后，污水由第三沟流入二沉池进行固液分离，回流污泥由二沉池回流至第一沟。 Orbal氧化沟的总能耗较低，出水水质好且稳定，能较好地避免二沉池污泥流失，并有利于有机物的去除，减少污泥膨胀现象的发生。葛强15的研究表明，运行中控制外沟 DO0.5mg/L，中沟 DO为0.51.5mg/L，内沟DO为2.03.0mg/L，污泥回流比为100%，MLSS为3500 4000mg/L。用 Orbal 氧化沟工艺处理城市生活污水可以取得较好的效果。颜秀勤16等对奥贝尔氧化沟工程实际运行工况进行了测试，结果表明，奥贝尔氧化沟工艺处理效果好，运行稳定，操作控制灵活、方便。王新文17等通过对比奥贝尔氧化沟和 A/O 法在县级污水处理中的应用，结果显示，奥贝尔氧化沟工艺用于县级污水处理，其处理效果及技术经济等方面具有显著优势。因此，根据以上四种氧化沟工艺的对比和选择，最适合H市的工艺为奥贝尔氧化沟工艺奥贝尔氧化沟工艺的典型工艺流程图如下所示：4、附属构筑物的确定、格栅的确定格栅是一种对后续处理的构筑物或水泵机房具有保护作用的处理设备，在污水处理厂的设计中也相当重要的物理处理设备，它由一组平行的金属栅条制成的框架，斜置在污水流经的渠道上或泵站集水池的出水口，用以截阻大块的呈悬浮或漂浮状态的污物，在污水处理中。格栅一般根据清渣方式的不同分为机械格栅和人工清渣格栅。机械清渣格栅自动化程度高，劳动强度低，但结构复杂，耗电。对操作人员的责任有很高要求；人工清渣格栅结构简单，但工人的劳动强度大，特别是污水处理量大，渣量较大时，对工人的要求则很高，所以要根据实际情况，对渣量进行计算后才能确定选用。经污水提升泵站提升的污水中还含有粒径比较小的漂浮物，前面粗格栅无法拦截的，但是又会给后面的处理带来负担和不便。在泵房后面要对这些小颗粒的漂浮物进一步进行处理。故在泵房后面设置细格栅。格栅是污水泵房中最主要的辅助设备。格栅一般由一组平行的金属栅条组成，斜置于泵房集水池的进口处。格栅后应设置工作台。工作台一般应高出格栅上游最高水位0.5m，对于人工清渣的格栅，其长度不小于1.5m，两侧通道宽度不小于0.7m，工作台上应有栏杆和冲洗设施。、污水提升泵房的确定根据本设计实际地形，污水进厂后，必须通过泵站提升后，才能在以后的处理过程中，保证其以重力流流动。泵站的主要形式有泵站形式选择、泵的安装形式等。本设计拟采用圆形沉井式泵房，采用圆形是保证泵房外壁的受力均匀，沉井式泵房是根据入厂管在地下且地面部分高度小，便于泵的安装，维修。泵的安装形式主要有自灌式（半自灌式）和非自灌式两种，本设计拟采用自灌式，除保护泵外，也可降低工人的劳动强度。、沉砂池的确定由于城市污水中含有大量的无机悬浮颗粒，这些物质在后面的生物处理过程中，对活性污泥会产生许多不良的影响。并且这些物质沉降下来后，会对污泥的处理带来许多得不便。因此这些物质在进入生物处理阶段前必须去除。因此采用沉砂池，用来去除这些无机悬浮颗粒。常见的沉砂池:有平流沉砂池、曝气沉砂池、多尔沉砂池、钟式沉砂池。针对各种沉砂池优缺点的比较：最适合奥贝尔氧化沟工艺的沉砂池为曝气沉砂池。曝气沉砂池在沉砂效果相同的条件下，适应变化流量能力最强；水头损失小；通过控制曝气强度，可使沉淀下来的砂粒的腐化有机物的含量降低；只要调节现场操作条件既可改变其除砂的性能，运行灵活度大；可以在一级处理前作为混合、絮凝、预曝气之作用。可以改善进水的腐化状况从而提高后续的处理效果； 二次沉淀池的选择 二沉池设在生物处理构筑物后面，用于沉淀去除活性污泥或腐殖污泥（指生物膜法脱落的生膜）。沉淀池分为：平流沉淀池、辐流式沉淀池、竖流式沉淀池、斜板（管）沉淀池。根据对其主要几种形式对比和研究。斜板管沉淀池具有沉淀效率高，停留时间短；占地面积小的优点。并结合本设计的具体情况；设计水量较大，本工程二沉池采用斜板管沉淀池。此处建议选择斜板管沉淀池。、消毒剂的选择污水处理厂常用的消毒方法有液氯消毒、漂白粉消毒、臭氧消毒和紫外线消毒等四种，他们的优缺点和使用条件。由于液氯消毒价格便宜，效果可靠，投配设备简单。适用于大、中型规模的污水处理厂。综上四种消毒方法的比较，本污水厂采用液氯消毒。（六）本课题需要