（环境科学专业论文）城市污水处理典型设计辅助计算系统.pdf

兰型查兰堡主堂垡笙兰 塑堕翌查丝堡些型塑生塑壁生簦墨竺 a b s t r a c t t h ep o l l u t i o nc o n t r o lo fm u n i c i p a l s e w a g eh a sa l r e a d yb e c o m et h e r e s t r i c t i o nf a c t o rt h a tt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t y o fw a t e r si m p r o v e m e n t i no u rc o u n t r y a tp r e s e n t ，p r o g r a m m i n ga n dc o n s t r u c t i n ge s t a b l i s h m e n t s o f m u n i c i p a ls e w a g ec o n c e n t r a t ed i s p o s eh a v e b e e no n eb a s i ct a s kt o p r o t e c to u rw a t e re n v i r o n m e n t h o w e v e r ，i ti sar i g o r o u s 、s t r i c ta n d t r i v i a l t h i n gt od e s i g nt h e s ee s t a b l i s h m e n t s f i r s t l y w en e e ds o l v ea s e r i e so fc o m p l e xp r o b l e m s ，s u c ha sc h o o s i n ga n da s s e m b l i n gt e c h n i q u e s 、 p a v i n gp i p em e s h w o r k 、d e s i g n i n ga n dc a l c u l a t i n gs i z eo fe s t a b l i s h m e n t s ： s e c o n d l y ，d e s i g n i n gt h e s ee s t a b l i s h m e n t sm u s tp r o t r a c t a g r e a td e a l d r a w i n g s ，i tm a yu s em u c hp o w e r i n ga n dt i m eo fd e s i g n e r ，s ot h a tt h e ya r e u n a b l et og i v em u c hm o r et h i n k i n go fp r o j e c t so p t i m i z i n g w h i l em a n y t y p i c a ls e w a g ed i s p o s ee s t a b l i s h m e n t sa r ea l i k e s ow ec a ns a v em u c hl a b o r b yu s i n gf o rr e f e r e n c e sa n dp r e p a i dd a t u m ；m o r e o v e r ，t h e ym u s tt ok n o w d e s i g nc r i t e r i o n s 、e n v i r b r 神e n tl a w s 、e x p a n d i r 培e r i t 百孽i 6 6 瓷甚瘾ds oo ni n s t u d d i n ga n dd e s i g n i n ga sd e s i g n e r so rs t u d e n t s t h i ss u b j e c ta d o p t st ob en o w a d a y sv e r yp o p u l a rf a c i n gt a r g e tv i s u a l t ot a k el a n g u a g ec a l c u l a t e st h ep r o c e d u r eo f w r i t i n g so fs o f t w a r ea sw a t e r t r e a t m e n tb yv i s u a lb a s i c6 0 s o l v i n gt h ef l a td i f f e r e n c eo f p i p e n e t w o r k s ，e q u i p m e n tt e c h n o l o g yp a r a m e t e ro fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， e t c a n dp u t t i n gi nt h ed e s i g n so ft h es t r u c t u r e so fm u n i c i p a ls e w a g e e s p e c i a l l y o nt h eb a s i so f c o n s u l t i n gd o m e s t i c a n di n t e r n a t i o n a l r e l e v a n tm o n o g r a p h s ，id e s i g nt h em a t e r i a l s ，s u m m a r i z ea n dp r o d u c et h e s c o p eo fa p p l i c a t i o no ft h es u i t 曲l ec i t ys e w a g ed i s p o s a lm a i nm e t h o d w i t hs i n g l em a t h e m a t i c sm o d e la n dr e t r a i nt e r m sw h os t r u c t u r e sd e s i g n s ， d e v e l o po n eap i e c eo fu s e ss u p p l e m e n t a r yt oc a l c u l a t et h es y s t e m u s i n g t h i ss o f t w a r ec a nf i n i s ha l lk i n d so fc a l c u l a t i o n so fw a t e rt r e a t m e n t 。 t u r ni n t of i l e s ，n e t w o r kc o n v e ya n da s s i s tf u n c t i o no fp r i n te t c 。i tm a y g r e a t l y s h o r t e nd e s i g n c y c l ea n dr a i s et h ep r e c i s i o na n dq u a l i t y o f 兰州大学硕士学位论文城市污水处理典型设计辅助计算系统 d e s i g n s a tt h es a m et i m e ， i to f f e r s c o m p l e t e e n v i r o n m e n t a l l a w s ， r e g u l a t i o n s ，t h ed e s i g ns p e c i f i c a t i o n a n dal a r g ea m o u n to fd e s i g n m a t e r i a l sf o rt h ed e s i g n e r sa n de n v i r o n m e n tm a n a g e r s k e y w o r d s ：e s t a b l i s h m e n t s ：v i s u a lb a s i cl a n g u a g e ；a s s i s t a n tc o m p u t e 关于学位论文使用授权的声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰 州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学 校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被 查阅和借阅：本人授权兰州大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本 人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 第一署名单位仍然为兰州大学。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名：矍型盔l 导师签名：巡日 期：丝：! 原创性声明 y7 3 1 7 1 9 本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指导下独立进行 研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、 数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成 果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：萋丝壁 日期：型堡= ! ：丝 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 第一章绪论 一、我国城市污水处理现状 我国污水处理现状随着人口的增加和工农业的发展，城镇用水量猛增，造成 水资源短缺，进而影响城市供水。据统计，全国6 6 9 座城市中有4 0 0 座常年供水 不足，其中有l l o 座严重缺水，缺水量达到1 6 0 0 万t d ，6 0 亿t a 。由于缺水 的影响，工业产值损失达2 0 0 0 多亿元a 。天津、长春、大连、青岛、唐山、烟台 等大中城市已受到水资源短缺的严重威胁。另一方面，随着用水量的增加，我国城 镇污水排放量也迅猛增加。现阶段我国城市污水排放量已达到4 1 4 亿t ，几乎与 城市供水量相等，与此相对应的是我国污水处理率一直处于较低的水平。截止到 2 0 0 3 年初，我国已建污水处理设施4 0 0 余座，城市污水处理率仅3 傩，二级处理率 仅1 5 ，城市供水量的8 0 9 6 变为污水排入管网中，造成水资源的严重浪费，2 0 0 0 年 用于城市污水处理工程建设的总投资约为1 5 0 亿元。但目前绝大多数小城镇尚未 建污水处理设施。 表1 - 12 0 0 0 城市污水处理年现状 项目全社会市政系统内 排水管道长度( k m ) 1 4 1 7 5 81 0 3 2 4 6 污水年排放量( 1 0 * m 3 d ) 3 3 1 82 0 6 5 污水厂( 个) 4 2 72 3 0 二级生物污水厂( 个) 2 8 21 7 0 处理能力( 万m 3 d ) 2 1 6 0 1 7 2 0 生物处理能力( t ym 3 d ) 1 4 7 01 3 3 0 污水处理率( ) 3 4 2 21 7 0 7 二、城市污水处理工艺技术现状与发展趋势 1 、工艺技术现状 我国现有城市污水处理厂8 0 以上采用的是活性污泥法，其余采用一级处 理、强化一级处理、稳定塘法及土地处理法等。 “七五”、“八五”、“九五”国家科技攻关课题的建立与完成，使我国在 污水处理新技术、污水再生利用新技术、污泥处理新技术等方厩都取得了可喜的 科研成果，某些研究成果达到国际先进水平。同时，借助于外贷城市污水处理工 兰州大学硕士学位论文城市污水处理典型设计辅助计算系统 程项目的建设，国外许多新技术、新工艺、新设备被引进到我国，如a b 法、氧 化沟法、a o 工艺、a a o 工艺、s b r 法在我国城市污水处理厂中均得到应用。 污水处理工艺技术由过去只注重去除有机物发展为具有除磷脱氮功能。国外一些 先进、高效的污水处理专用设备也进人了我国污水处理行业市场，如格栅机、潜 水泵、除砂装置、刮泥机、曝气器、鼓风机、污泥泵、脱水机、沼气发电机、沼 气锅炉、污泥消化搅拌系统等大型设备与装置。咖 我国8 0 年代以前建设的城市污水处理厂大部分采用普通曝气法活性污泥处 理工艺，由于该工艺主要以去除b o d 和s s 为主要目标，对氮磷的去除率非常低。 为了适应水环境及排放要求，一些污水处理厂正在进行改造，增加或强化脱氮和 除磷功能。 a b 法污水处理工艺于8 0 年代初开始在我国应用于工程实践。由于其具有抗 冲击负荷能力强、对p h 值变化和有毒物质具有明显缓冲作用的特点，故主要应 用于污水浓度高、水质水量变化较大，特别是工业污水所占比例较高的城市污水 处理厂。 目前氧化沟工艺是我国采用较多的污水处理工艺技术之一。应用较多的有奥 贝尔氧化沟工艺，由我国自行设计、全套设备国产化，已有成功实例。d e 型氧 化沟和三沟式氧化沟在中高浓度的中小型城市污水处理中也有应用。采用卡罗塞 尔氧化沟工艺的城市污水处理厂大部分为外贷项目。 多种类型的s b r 工艺在我国均有应用，如属第二代s b r 工艺的i c e a s 工艺， 属第三代的c a s t 工艺、u n i t a n kt 艺等。 随着我国对水环境质量要求的提高，修订后的国家污水综合排放标准 ( g b 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 也越来越严，特别是对出水氮、磷的要求提高，使得新建城市 污水处理厂必须考虑氮磷的去除问题。由此开发了改良a a o 工艺和回流污泥反 硝化生物除磷工艺，并已开始在实际工程中应用。如泰安污水处理厂、青岛李村 河污水处理厂、天津北仓污水处理厂、北京清河污水处理厂等。 从工程规模上看，一批大型污水处理厂的相继建成投产标志着我国污水处理 事业发展到一个崭新的阶段。如：我国2 0 世纪最大的污水处理厂高碑店污水处 理厂，处理规模1 0 0 万m d ；目前全国最大的城市污水处理厂上海竹园污水处理 厂正在设计之中，其规模为1 7 0 万m 3 d 。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 2 、工艺的发展趋势 目前我国新建及在建的城市污水处理厂所采用的工艺中，各种类型的活性污 泥法仍为主流，占9 0 以上，其余则为一级处理、强化一级处理、生物膜法及与 其他处理工艺相结合的自然生态净化法等污水处理工艺技术。 从国情出发，我国城市污水处理发展趋势： ( 1 ) 氮、磷营养物质的去除仍为重点也是难点； ( 2 ) 工业废水治理开始转向全过程控制； ( 3 ) 单独分散处理转为城市污水集中处理： ( 4 ) 水质控制指标越来越严： ( 5 ) 由单纯工艺技术研究转向工艺、设备、工程的综合集成与产业化及经济、 政策、标准的综合性研究； ( 6 ) 污水再生利用提上日程； ( 7 ) 中小城镇污水污染与治理问题开始受到重视。 三、选题的目的与意义 随着科学技术的高速发展，计算机已渗透到人类生产和生活的一切领域，成 为人们面向复杂问题求解、巨量信息处理的一种最重要的工具。计算机一开始就 是为科学与工程计算而设计的。随着科学技术的发展，人们在科研和生产中，更 注意科学化、精密化、定量化，继而月不同的数学方法去撼述客观事物，即建立 相应的数学模型。计算机技术在水处理中的应用也将参与各种水处理技术的竞争 行列。目前已有若干文献报道相关的技术研究，如水处理工程计算机辅助设计。、 自动设计系统、cad 研究、化学水处理系统管理软件的开发与应用、水处理化 学品的投加及其浓度控制“1 、水处理运行的相关参数等的计算机自动监控、水 中生物处理有效性的计算机模型分析、水处理计算机测控系统、水质的数据库管 理等。1 城市水污染控制已成为我国水环境质量改善的制约因素，规划、建设城市污 水集中处理设施已成为当前保护我国水环境的基本任务之一。而这些水处理设施 的设计是一项要求严格、精细，过程复杂烦琐的任务。首先，我们耍解决各种工 艺的选择和组合、管网的铺设、水处理构筑物大小尺寸的设计和计算、环保设备 工艺参数的选择等一系列复杂问题。其次，污水处理构筑物的设计涉及大量烦琐 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 的工程图纸的绘制，占用设计人员许多的精力和时阃，从而不能在方案优化上给 予更多的思考，而对于典型的水处理构筑物大多大同小易，因此我们可以借鉴一 些已有设计资料和成果来节省劳动量。此外，作为设计人员或者学员在设计和学 习过程当中应该对设计规范、环境法律法规、各种排放标准等等应有相当的了解。 本课题采用当今非常流行的面向对象的可视化语言v i s u a lb a s i c6 0 来编 写城市污水处理典型设计辅助计算系统程序，在阅国内外有关专著、设计资料和 各种规范的基础上，总结出适用典型城市污水处理主要方法，根据单体构筑物设 计的数学模型及约束条件，开发出一个可应用的辅助计算系统。应用该软件可以 完成各类水污染控制工程的典型工艺计算，设计文件生成及网络传送和打印辅助 功能，可以极大地缩短设计周期并提高设计精度和质量，因而使设计者在方案的 优化上给予更多的思考；同时可以为环境设计、环境管理、环境教育提供了比较 完备的环境法律法规、设计规范以及大量的设计资料。 四、编程环境简介 v i s u a lb a s i c 是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高 级程序设计语言，可用于开发w i n d o w s 的各类应用程序。它简单易学、效率高且 功能强大，可以与w i n d o w s 的专业开发工具s d k 相媲美，而且程序开发人员不必 具有c c + + 编程基础。在v i s u a lb a s i c 环境下，利用事件驱动的编程机制、新 颖易用的可视化设计工具，是用w i n d o w s 内部的应用程序接口( a p i ) 函数，以 及动态链接库( d l l ) 、动态数据交换( d d e ) 、对象的链接与嵌入( o l e ) 、开 放式数据访问( o d b c ) 等技术，可以高效、快速的开发出w i n d o w s 环境下功能强 大、图像界面丰富的应用软件系统。 v i s u a lb a s i c 的功能特点： l 、可视化编程 在v b 中，应用面向对象的程序设计方法( o o p ) ，把程序和数据封装起来视 为一个对象，每个对象都是可视的。程序员在设计时只需用现有工具根据界面设 计要求，直接在屏幕上“画”出窗口、菜单、按钮、滚动条等不同类型的对象， 并为每个对象设置属性。程序员的编程工作仅限于编写相关对象要完成的功能程 序，因而程序设计的效率可大大提高。 2 、事件驱动的编程机制 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 事件驱动是非常适合图形用户界面的编程方式。在图形用户界面的应用程序 中，是由用户的动作即事件掌握着程序运行的流向，每个事件都能驱动一段程序 的运行。程序员只要编写响应用户动作的代码，而各个动作之间不一定有联系。 3 、提供了易学易用的应用程序集成开发环境 在v b 集成开发环境中，用户可设计界面、编写代码、调试程序，直至把应 用程序编译成可执行文件在w i n d o w s 中运行，使用户在友好的开发环境中工作。 4 、结构化的程序设计语言 v b 具有丰富的数据类型和结构化程序结构，作为一种程序设计语言，它还 有如下一些特点： 强大的数值和字符串处理功能； 丰富的图形指令，可方便地绘制各种图形； 提供静态和动态数组，有利于简化内存的管理； 过程可递归调用，使程序更为简练； 支持随机文件和顺序文件的访问； 提供了一个可供应用程序调用的包含多种类型的图标库； 具有完善的运行出错处理； 5 、支持多种数据库系统的访问 利用数据控件可访问的数据库系统有：m i c r o s o f ta c c e s s 、b t r i e v e 、d b a s e 、 m i c r o s f o tf o x p r o 和p a r a d o x 等，也可以访问m i c r o s o f te x c e l 、l o t u s 卜2 3 等多种电子表格。 6 、支持动态数据交换( d d e ) 、动态链接库( d l l ) 和对象的链接与嵌入( o l e ) 技术 7 、完备的h e l p 联机帮助功能 与w i n d o w s 环境下的软件一样，在v b 中，利用帮助菜单和f 1 功能键，用户 可以随时方便地得到所需要的帮助信息。v b 帮助窗口中显示了有关的示例代码， 通过复制、粘贴操作可获取大量的示例代码，为用户的学习和使用提供了极大的 方便。 五、系统程序的特点 1 、用户界面友好，系统可扩展性强，易学易用； 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 2 、典型城市污水处理工艺辅助计算系统程序的重要功能是对组成各工艺的 单体构筑物进行选择与设计。在实践中，经常出现处理不同城市污水所选用的工 艺相同而选择单体构筑物不同的情况，究其原因是各类构筑物都包含不同的形 式，如沉淀池就有平流、竖流、辐流之分，这些不同形式的构筑物各有其适用的 范围。鉴于此，该系统对这些构筑物中的不同形式所适用的条件进行了总结，并 用计算机语言表达出来，使单体构筑物池形的自动化选择成为可能，在此基础上 对具体池形进行设计，不仅获取其结构数据，而且也计算出其运行参数，从而改 变了池体设计以手工为主且因人而异，单体构筑物选择多凭经验、很难达到经济 合理的现状，提高了设计效率。 3 、具备丰富的帮助文件，包括软件操作方面的帮助和工艺设计等帮助文件， 让设计者可基本脱离专业设计手册，以满足“移动办公”的要求； 4 、程序具有打印、网上发送功能，极大方便用户远距离传输数据； 5 、程序设计充分考虑用户的不同习惯，程序具有良好的可维护性，可扩展 性，在体现专业性的同时，尽量提高程序的通用性。 6 、程序的帮助系统可以说是一本完善的城市污水处理方面的教科书，综合 了当今国内外有关城市污水处理理论及实践的精华，从工艺原理、设计规范、旅 工注意事项、设计所用到的数学模型及约束条件、各种工艺及具体构筑物的优缺 点、适用范围及成功实例等方面部作了详细论述，是当代水处理专家知识的高度 概括。 六、系统程序的主要组成 。 主程序主要由文件、常用的标准与规范和图纸实例、物理处理、生物处理、 深度处理与回用、污泥的处理、帮助7 个模块组成。其中各模块又由若干子模块 组成。各子模块包含了城市水污染控制工程中常用的设计方法和计算公式及工艺 参数。各模块的各程序的使用方法类似，先将全部的设计参数填入设计参数框内， 程序测试设计参数输入完毕后，程序将自动计算，并将计算结果显示在对话框中。 如果用户需要将设计参数及计算结果保存到文本文件中时，点击对话框中“保存” 键，出现数据保存对话框，输入文件名后出现选择需保存的设计数据种类的对话 框，用户在选择完毕后按“确认”键，即可将数据保存至文本文件。 最后完成的主程序界面如下图1 ： 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 图卜1 ：城市污水处理典型设计辅助计算系统主界面 七、用于辅助计算各子模块的主要计算内容 l 、格栅水力计算 本程序适用于五种栅条断面形状：( i ) 方形；( i i ) 圆形；( i i i ) 矩形；( i v ) 迎水面为半圆形的矩形；( v ) 迎水、背水面均为半圆形的矩形。 需输入的设计参数：最大设计流量、栅条宽度、栅条间隙、栅条倾角、栅前 水深、过栅流速、进水渠宽、栅渣量、渠道超高、进水渠道渐宽部分展开角度。 计算结果：栅条间隙数、格栅总宽度、栅槽总高度、水头损失、栅槽总长 度、每日栅渣量、进水渠道渐宽部分展开长度、栅槽与进水渠道连接处的渐窄部 分长度。 2 、平流式沉砂池工艺计算 需输入的设计参数：设计流量、流速、停留时间和沉砂池的有效水深。 计算结果：单格宽度、断面积及有效长度。帮助文档中提供了沉砂池的常 规设计参数。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 3 、竖流式沉砂池工艺计算 需输入的设计参数：最大设计流量、中心管流速、水流上升速度、流行时间、 间隔时间、沉砂量、沉砂室底直径、沉砂部分倾角、超高、池格数、中心管底至 沉砂砂面距离 计算结果：水流部分高度、沉砂部分高度、沉砂池总高度、中心管直径、沉 砂池直径、每个沉砂斗容积、每个砂斗实际容积。 4 、曝气式沉砂池 需输入的设计参数：最大设计流量、水平流速、污水停留时间、设计有效水 深、每m 3 污水曝气量、曝气池的格数、间隔时间、池底坡度、泥斗底宽、泥斗 角度、超高、斗高。 计算结果：有效容积、水流断面面积、沉砂池长、池总宽度、沉砂室高度、 沉砂池总高、每小时空气量、每格的砂斗个数、每格池子宽度、沉砂斗容积、 每个沉砂斗容积、每个沉砂斗上口宽。 5 、平流式沉淀池 需输入的设计参数：最大设计流量、表面负荷、最大设计流量时的水平流速、 沉淀时间、每座( 或分格) 池的宽度、平均水平流速、水力半径、重力加速度 计算结果：沉淀池总面积、沉淀池长度、沉淀池有效容积、沉淀池总宽度、 沉淀池的座数或分格数、水利稳定性指数。 6 、竖流式沉淀池工艺计算 该程序适用于方形或圆形竖流式沉淀池，池体直径不宜大于8 米，一般为 4 7 米。 需输入的设计参数： 流量、进池污泥浓度、表面负荷、泥斗底角、有效水 深、泥斗底宽、中心筒流速、缓冲层高度、中心筒布水缝流速及池体超高。 计算结果： 池体直径( 边长) 、水力停留时间、固体负荷、中心筒直径及池 体总高度、泥斗高度、泥斗容积、中心筒距反射板高度等。帮助文件中提供了竖 流式沉淀池的常规设计数据。 7 、辐流式沉淀池 需输入的设计参数：最大设计流量、池数、表面负荷、沉淀池沉淀时间、 沉淀池超高、缓冲区高度、沉淀池坡底落差、污泥斗高度。 8 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 计算结果： 每个沉淀池的表面积、每个沉淀池的直径、沉淀池有效水深、 沉淀池总高度。计算结果可保存到设计数据文件中。 8 、加压溶气气浮池设计 需输入的设计参数：气浮池设计水量、实验条件下的回流比、实验条件下的 释气量、水温校正系数、溶气效率。选定的溶气压力、溶解度系数、接触室中水 流的上升速度、选定的分离速度、平均水深、过流密度、罐顶、底封头高度、 布水区高度、贮水区高度、填料层高度。 计算结果：气浮所需空气量、加压溶气水量、接触室的表面积、分离室的 表面积、气浮池的净容积、溶气罐直径、溶气罐高度、空压机额定气量。 9 、曝气池工艺计算 需输入的设计参数：水量、水质( 进出水b o d 5 、水量) 和控制参数，控制参 数包括：m l s s 、m l v s s 、f 、回流比、污泥负荷、污泥增殖系数、污泥自身氧化率、 氧化b o d 需氧量、污泥氧化需氧量。 计算结果包括：处理效率、曝气池溶积、水力停留时间、污泥产量、泥龄、 曝气池需氧量、充氧能力、供气量。 普通曝气池工艺计算模块还包含了曝气系统的计算。它调用以上计算结果， 用户只需输入风机工作台数及不同曝气设施的氧利用率，计算结果包括：气水比、 每台风机风量的数据。 计算结果( 含曝气系统的计算结果) 可以保存到文本文件中，保存的数据种类 可以由用户自行选择。以满足用户的不同要求。 1 0 、重力浓缩池 需输入的设计参数：污泥量、污泥固体浓度、污泥浓缩时间、超高、缓冲层 高度、进泥含水率、出泥含水率、浓缩池数、浓缩污泥固体通量。 计算结果：浓缩池面积、单池面积、浓缩池直径、浓缩池工作高度、浓 缩池总高度、浓缩后污泥体积、浓缩前污泥重量。 帮助文件提供了重力式浓缩池工艺设计参数。 1 0 、气浮浓缩池 需输入的设计参数：气浮处理污泥量、溶气罐中绝对压力、气固比、 污泥温度、溶气效率、污泥浓度、固体通量、水平流速、气浮长宽比、溶气罐高 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 与直径比、浓缩区高度、死水区高度、停留时间、气浮池中座数。 计算结果：加压水回流量、回流比、总流量、所需理论空气量、实际空气 需要量、气浮池表面积、气浮池总高、水利负荷、停留时间、溶气罐容积、溶气 罐高度、罐高与直径比。计算结果可保存到设计文本文件，帮助文件提供了气 浮浓缩池的常用设计参数。 第二章与城市污水处理相关的常用标准、规范和图纸实例 第一节常用的标准和规范 一、我国的环境保护立法 我国自1 9 7 9 年颁布中华人民共和国环境保护法( 试行) ，并于1 9 8 9 年1 2 月2 6 日经第七届全国人民代表大会委员会通过中华人民共和国环境保护 法以来，环境保护立法工作有了很大的进展，国家制定了预防为主防治结合， 污染者出资治理和强化环境管理三大政策。颁布了2 8 件环境法规和7 0 余件环境 规章，地方性法规达9 0 0 余件，制定了3 7 5 项环境标准，确定了环境影响评价、 城市环境综合政治定量考核、环境污染物总量控制等有效的环境管理制度，基本 形成了符合国情的环境政策、法规、标准和管理体系。 我国环境保护法的法律体系可分为纵向体系和横行体系两项。从纵向分，共 有6 个层次，即环境保护根本法层次、基本法层次、单行法层次、行政法规层次、 部门规章层次、和地方性法规层次；横向体系主要分为实体法和程序法两类，其 中实体法又可细分为污染防治法、自然保护法、灾害防治法；程序法可细分为污 染救济法。 二、我国的水环境标准 随着我国环境保护立法工作的不断完善，有关部分与地方制定了较细的水环 境标准，供规划、设计、管理、监测部门遵循。已有的水环境标准有： l 、水环境质量标准； 兰州大学硕士学位论文城市污水处理典型设计辅助计算系统 我国已有的水环境质量标准计有；地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 8 8 ) ，渔 业水质标准( g b l l 6 0 7 8 9 ) ，景观娱乐用水水质标准( g b l 2 9 4 1 - 9 1 ) ，农 田灌溉水质标准( g b 5 0 8 4 9 2 ) 。这些标准详细说明了各类水体中污染物允许 最高含量，以便保证水环靖质量。 2 、污水排放标准： 水体是国家宝贵的资源，必须严格保护，免受污染，因此当污水需要排入水 体时，应该处理道允许排入水体的程度。故我国有关部门，以水资源的科学理论 为指导。以生态标准、经济可能、社会要求为三者并重，综合平衡，全面规划， 充分考虑可持续发展，有重点、有步骤地控制污染源，保护水体。为此制定了污 水地各种排放标准。可分为一般排放标准与行业排放标准两类。 一般排放标准有工业“三废”排放试行标准( g b j 4 - 7 3 ) ，污水综合排 放标准( 6 8 8 9 7 8 - 9 6 ) ，农田污泥中污染物控制标准( 6 8 4 2 8 4 8 4 ) 等等。 有关污水排放地行业标准涉及各类工业，如制革工业污水排放标准 ( g b 3 5 4 9 - 8 3 ) ，石油炼制工业水污染物排放标准( g b 3 5 5 1 - 8 3 ) 等等，可作 为规划、设计、管理与监测地依据。 三、常用的与城市污水处理相关的标准与规范 在实际的城市污水处理工程设计中经常要用到一些水的质量标准和排放标 准和设计规范，如果我们能够将这些标准和规范收集起来加以整理，那么在使用 的时候就可以省略不少的查找的时间和精力。经过本人近一年的搜集、整理有如 下的标准和规范： 1 、质量标准如下：地表水质量标准、地下水质量标准g b t 1 4 8 4 8 9 3 、海水 水质标准、景光娱乐用水水质标准、农田灌溉水质标准、生活饮用水水源水质标 准、生活杂用水水质标准、土壤环境质量标准、饮用净水水质标准、渔业水质标 准等( 可在今后的修改中往程序中继续添加) 。 2 、排放标准如下：城镇污水处理厂污染物排放标准、纺织染整工业水 污染物排放标准、钢铁工业水污染物排放标准、海洋石油开发工业含油污水排放 标准、航天推进剂水污染排放标准、合成氨工业水污染物排放标准 g b l 3 4 5 8 - 2 0 0 1 、磷肥工业水污染物排放标准、肉内加工工业水污染物排放标准、 烧碱、聚氯乙烯工业水污染物排放标准、味精工业污染物排放标准、污水排入下 兰州大学硕士学位论文城市污水处理典型设计辅助计算系统 水道水质标准c j3 8 0 2 、污水综合排放标准、造纸工业水污染物排放标准、造纸 工业水污染物排放标准修订等( 可在今后的修改中往程序中继续添加) 。 3 、设计规范如下：给水排水制图标准、城市给水工程规划规范g b5 0 2 8 2 9 8 、 城市排水工程规划规范g b5 0 3 1 8 2 0 0 0 、城市污水处理厂运行、维护及其安全技 术规程c j j6 0 - 9 4 、城市污水回用设计规范c e c s6 1 9 4 、给水排水管道工程施 工及验收规范c - b5 0 2 6 8 - 9 7 等( 可在今后的修改中往程序中继续添加) 。 四、程序和界面设计 在主程序的界面中的下拉菜单中有“常用标准、规范和实例图纸”一项，点 击后启动该子程序。其界面如下： 图2 1 ：常用与污水处理相关的标准、规范主界面 如上图，在使用的时候可以在图中表格找到相应的标准和规范，点击所选中 的选项，网页会自动链接到相对应的内容。其中的原理是：在制作该表格时采有 相关项超连接书签的方法，简单而易行，并为以后资料的加入提供了方便。 第二节实例图纸 在城市污水处理构筑物的设计中，一般的都按照：看实例( 设计实例、图纸 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 实例等) 一查规范( 手册) 一计算一设计( 制图) 这一步骤来完成的，由于城市 污水处理构筑物的设计有许多相似的地方，所以许多已有的设计经验和实例( 设 计实例和图纸实例) 就可以用来借鉴。 一、图纸的分类 通过长时间的收集和整理，现将它们分类如下： 视图类图纸：平面图、立面图、剖面图、高程图。 行业类污水处理图纸：电镀类废水处理图、电子厂类废水处理图、制革类废 水处理图、啤酒酿造类废水处理图、塑料生产类废水处理图、屠宰类废水处理图、 医院污水处理图、印染类废水处理图、制药类废水处理图、含重金属离子类废水 处理图、炼钢废水处理图、炼油废水处理图、餐饮类业污水处理图、小区( 高速 公路) 生活污水处理图、纺织业废水处理图、选矿类废水处理图、机械制造业废 水、食品生产废水处理图等等。 工艺类图纸：s b r 工艺图、高浓度c o d 污水处理工艺图、硅藻精土处理城镇 污水工艺流程图、m s b r 工艺图、含c n 、n i 处理工艺流程图、水解一好氧工艺流 程处理高浓度污水图、u a s b 工艺图等等。 二、程序及界面设计 根据上述的分类，将实例图纸的界面设计如下图2 2 ，选择其中所需的类型 则可切入至相应一类的图纸，选择其中的一项并双击从则启动了v i s u a lb a s i c 6 0 的o l e 拖放功能，自动打开该图的a u t o c a d 程序，图形打开后则可以进行自 己想要的后续步骤，如对比、复制、修改等。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 图2 2 城市污水处理图纸实例主界面 如上图，各类图纸均留有添加的空间，为以后的修改和添加提供 了方便。 第三章物理处理主要构筑物及程序设计 城市生活污水和工业废水都含有大量的漂浮物质，其中包括无机性和有机性 两类。由于污水的来源广泛，所以悬浮物质变化幅度很大，从几十到几千m g l ， 甚至达到数万m g l 。 污水物理处理法的去除对象是漂浮物、悬浮物质。采用的处理方法与设备主 要有： 兰州大学硕士学位论文城市污水处理典型设计辅助计算系统 筛虑截留法一筛网、格栅、虑池与微虑池等； 重力分离法沉砂池、沉淀池、隔油池与气浮池等： 离心分离法离心机与旋流分离器等。 本章主要介绍了城市污水处理使用的格栅、沉砂池、沉淀池与气浮池的特性 及其构筑物的计算机辅助计算程序设计。 第一节、格栅设计 1 、格栅简介 格栅是设在污水处理厂中所有处理构筑物之前，或设在泵站之前，用以去除 大块污染物，以防止其后的处理构筑物的管道、水泵等设备堵塞的一种装置。在 排水工程中，格栅是用来去除可能堵塞水泵机组及管道阀门的较粗大悬浮物，并 保证后续处理设施能正常运行。格栅是由一组( 或多组) 相平行的金属栅条与框 架组成。倾斜安装在进水的渠道，或进水泵站集水井的进口处，以拦截污水中粗 大的悬浮物及杂质。 设置在污水处理厂处理系统前的格栅，还应考虑到使整个污水处理系统能正 常运行，对处理设施活或管道等均不应产生堵塞作用。因此，可设置粗细两道格 栅，栅条问距一般采用1 6 2 5 m m ，最大不超过4 0 r a m 。所截留的污染数量与地区 的情况、污水沟道系统的类型，污水流量以及栅条的间距等因素有关。可参考下 列数据。 ( 1 ) 当栅条间距为1 6 2 5 衄时，栅渣截留量为0 1 0 0 1 5 m 3 1 0 3 m 3 污水。当 栅条间距为4 0 r a m 左右时，栅渣截留量为0 0 3 0 0 1 m 3 1 0 w 污水。 ( 2 ) 栅渣的含水率约为8 0 ；密度约为9 6 0 k g m 3 。 ( 3 ) 每天的栅渣量大于0 2 m 3 时，一般应采用机械清除方法。 ( 4 ) 机械格栅不宜少于2 台，如为一台时，应设人工清除格栅备用。 ( 5 ) 过栅流速一般采用0 6 1 o m s 。 ( 6 ) 栅格前渠道内的水流速度一般采用0 4 0 9 m s 。 ( 7 ) 格栅倾角一般采用4 5 。7 5 0 。人工清除的格栅倾角小时，较省力，但占 地多。机械格栅倾角一般为6 0 。7 0 0 ，特殊类型可达9 0 。 ( 8 ) 通过格栅的水头损失一般采用0 0 8 o 1 5 m 。 ( 9 ) 格栅间必须设置工作台，台面应高出栅前最高设计水位0 5 m 。工作台上 应有安全和冲洗设施。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 ( 1 0 ) 格栅间工作台两侧过道宽度不应小于0 7 m 。工作台正面过道宽度。 格栅栅条的断面形状( 见表3 1 ) 有圆形、矩形及方形，圆形的水力条件较 方形好，但刚度较差。目前多采用断面形式为矩形的栅条。为了防止格栅前渠道 出现阻流回水现象，一般在设置格栅的渠道与栅前渠道的联结部，应有一展开角 q 。= 2 0 0 的渐扩部位。 表3 - 1 格栅的阻力系数e 的计算公式 撩条甑蟊形状计算公式数值 锐边矩形 4 3 1 3 = 2 4 2 迎水面为半圆形的矩形亭鲁卢 三 b = 2 4 2 圆形 、d ， b = 2 4 2 旦= 2 4 2 迎水、背水面均为半圆形矩形 亭。f d + 51 1 。 。：0 6 4 正方形 。 i 耐 2 、格栅设计计算 ( 1 ) 格栅栅槽宽度b ： b = = s ( n 1 ) + b n 。垡塑! ! 竺1 6 i l v 式中b 一栅槽宽度，m ； s 一栅条宽度，m ； b 一栅条间隙，m ； q x 一最大设计流量，m 3 s ； a 一格栅倾角，。； h 一栅前水深，m ； v 过栅流速，m s 。 ( 2 ) 通过格栅的水头损失h h 1 ；h o k ”亭丢咖a 式中h l 一设计水头损失，i n ； h 。一计算水头损失，m ； g 一熏力加速度，m s 2 k 一系数，格栅受污染物堵塞时水头损失增大倍数，一般采用3 兰型查兰堕主兰| 兰垡堡苎 塑立翌查丝墨墨型塑生塑壁生塞墨竺 一阻力系数，其值与栅条断面形状有关，可按表3 - - 1 计算。 ( 3 ) 栅后槽总高度h ： h = h + h 1 + h 2 式中h 一栅后槽总高度，m ： h 2 一栅前渠道超高，一般采用0 3 m 。 ( 4 ) 栅槽总长度l ： 工。f 1 + f 2 + 1 o + o 5 + 里 曙a f ，。生旦 2 喀 ， l ；兰 。 2 h 。= h + h ： 式中1 一一进水渠道渐宽部分的长度，m ； b - 一进水渠宽，m ； a ，一进水渠道渐宽部分的展开角度，一般可采用2 0 0 ； l ：一栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m ； h j 栅前渠道深，m 。 ( 5 ) 每日栅渣量w ： w 。堑型幽 1 0 0 0 k z 式中w 。一栅渣量( m 3 1 0 r a a 污水) ，格栅间隙为1 6 2 5 m m 时w 1 = 0 1 0 o - 0 5 格栅间隙为3 0 5 0 m m 时，w l = o 0 3 0 1 k z 一生活污水流量总变化系数 3 、计算程序示例 ( 1 ) 根据上述设计计算方法及数据要求，竖流式沉淀池计算程序流程图如图所 示。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 图3 - 1 格栅计算程序流程图 ( 2 ) 界面设计 根据编程思路及流程图设计的程序界面见图 图3 - 2 格栅的计算窗口界面 ( 3 ) 计算示例 在如图所示的格栅计算窗口界面中填入已知数据( 如，断面形状选择为矩形) 。 兰州大学硕士学位论文 城市污水处理典型设计辅助计算系统 原始数据与计算结果生成文本文件以报表形式在文本窗口中显示，其结果如下： 给排水设备辅助计算一格栅设计计算结果 n o ：2 当前日期：2 0 0 5 5 4 当前时问：2 2 ：0 0 ：3 1 最大设计流量锄a x = o 2 栅条间隙( 1 1 1 ) = o 0 2 1 栅前水深( m ) ：o 4 进水渠宽( m ) = o 6 5 渠道超高( m ) = 0 3 栅条宽度如) = o 0 1 栅条倾角( 度) = 6 0 过栅流速( m ) - - o 9 栅渣量= 0 0 7 避水渠道渐宽部分展开角度( 度) = 2 0 一一计算得出 栅条间隙数( 个) = 2 5 m 格栅总宽度( m ) = ，8 m 栅槽总高度( m ) = 8 m 水头损失( m ) = 0 9 7 m 栅槽总长度( m ) = 2 2 1 m 每日栅渣量= 8 1 m 进水渠道渐宽部分展开长度2 1 m 栅槽与进水渠道连接处的渐窄部分长度1 m 第二节、沉砂池设计 沉砂池的作用是从污水中去除砂子、煤渣等比重较大的颗粒，以免这些杂质 影响后续处理构筑物的正常运行。沉砂池的工作原理是以重力分离为基础，即将 进入沉砂池