毕业设计报告 - 江苏省北部D市排水工程设计

哈尔滨工业大学毕业设计目录摘要 .VABSTRACT.VI第 1 章 绪论 .11.1 概述 .11.1.1 城市概况 .11.1.2 设计范围 .21.1.3 设计任务 .21.2 设计资料 .21.2.1 地形及城市规划资料 .2第 2 章 排水管网的规划设计 .62.1 城市排水管网定线原则 .62.1.1 排水工程规划设计的基本原则 .62.2 排水体制确定及区域划分 .72.2.1 排水体制的选择 .72.2.2 排水区域的划分 .102.3 排水系统的布置形式 .102.3.1 排水系统布置形式的选择 .102.3.2 排水方案的确定 .102.4 污水设计流量的计算 .112.4.1 生活污水设计流量 .112.4.2 工业废水设计流量 .122.4.3 污水设计流量的计算 .122.5 污水管网的水力计算 .14哈尔滨工业大学毕业设计I2.5.1 水力计算的基本公式 .142.5.2 污水管道水力计算的设计数据 .152.5.3 污水管道水力计算时应注意的问题 .16第 3 章，雨水管路设计计算 .163.1 雨水管渠系统平面布置的原则 .173.2 雨水管渠设计流量的确定 .183.2.2 雨水管渠设计流量计算公式 .193.2.3 径流系数 的确定 .193.2.4 雨水管渠设计流量的计算 .203.3 雨水管渠的水力计算 .203.3.1 雨水管渠水力计算的设计数据 .203.3.2 雨水管渠水力计算的方法 .21第 4 章 污水处理厂设计 .214.1 设计方案的选择 .214.2 污水量及污水处理程度的计算 .234.2.1 污水设计流量 .234.2.2 设计人口数 .234.2.3 污水水质污染程度计算 .244.2.4 污水处理程度计算 .264.3 污水处理构筑物的设计 .294.3.1 格栅的设计计算 .294.3.3 初次沉淀池 .364.3.4 SBR 反应池 .394.3.6 污水计量设备 .50哈尔滨工业大学毕业设计II4.3.7 污泥浓缩池 .524.3.8 贮泥池 .554.3.9 污泥消化池的设计计算 .564.3.10 污泥脱水设计计算 .644.4 污水处理厂的平面布置及高程布置 .654.4.1 污水处理厂的平面布置 .654.4.2 污水处理厂高程布置 .67第 5 章 污水泵站的设计 .695.1 综述 .695.2 初选水泵 .705.2.1 选泵前的总扬程的估算 .705.3 泵站的布置 .735.3.1 集水池设计 .735.3.2 机械间布置 .745.3.3 辅助设备的选择 .745.3.4 泵房标高设计 .76第 6 章 投资估算与运行成本核算 .776.1 概述 .776.1.1 估算范围 .776.1.2 编制依据 .776.2 投资估算 .786.3 运行费用和成本核算 .796.3.1 成本估算的有关单价 .796.3.2 运行成本估算 .806.3.3 运行成本核算 .81结论 .82哈尔滨工业大学毕业设计III致谢 .83参考文献 .84附录一 .85附录二 .132摘要随着社会的进步和科学技术的不断发展，人们物质文化生活的需要也日益增加，人们对环境的要求也越来越高了。因此，环境问题成了人们关注的焦点，大气、土壤和水成为了重点污染对象，如哈尔滨工业大学毕业设计IV何治理就成为我们所要面对的首要问题。作为一名给水排水本毕业生，应以治理污水，改善水质为己任，认真学习本科生的功课，在指导教师的指导下完成毕业设计，为将来的学习工作打下坚实的基础，争取在将来为解决水污染问题贡献自己的一份力量。本设计对象是山东省烟台市 A 市，近年来，城市生活污水水量和工业废水水量大幅度增加。为保障人民的身体健康，提高生活质量，城市的排水问题也日益迫切。本设计进行山东省烟台市 A 市的排水系统和污水处理厂的扩大初步设计，完成排水管网、污水泵站、污水及污泥处理处理的方案的选择、技术经济分析、工艺设计及部分施工设计图设计、工程概算等。本设计处理的对象为城市污水，主要污染质为悬浮固体（ss）及溶解和胶体状态的有机污染物（BOD） 。因此，可采用间歇式活性污泥处理（SBR）工艺流程。 在我的毕业设计中，我遇到了很多难以解决的问题，后来在赫俊国老师的帮助指导下，我顺利的完成我的毕业设计。关键词：污水处理、水污染、SBR 工艺AbstractWith the improvement of society and the development of technology,more and more are needed by people . The problem of 哈尔滨工业大学毕业设计Venvironment has been the focus.Air,soil,water becom the most polluted,so how to control the pollution is what we have to be faced with .As a college student of water treatment department,I should consider that the pollution of water as my duty.And study very hard to do my devise with the help of PRO-He.Water is one of the most important but unrenewable resources in the world,which plays the very important role not only in our daily life,but also in industrial,agricultural and scientific fields.But water is very dangerous when it is polluted.so we must try to our best to prevent water resources from pollution. Although we have know this,water pollution is inevitable.The reason of that is we can not do anything without water,and used water can never be away from pollution.Thus,to purify the polluted water before it goes to the river and sea is very seriously necessary.My destination in this desination in this to put up a new sewerage drainages and treatment system for a qingdao city in shangdong.This system Ichoose includes water drainages and treatment plant,which contains the pumping station,the great chamber,the primary sedimentation,the aerobic part,the second sedimentation,and the infection pool.After the series of treatment,the polluted water is purified again,so that it can be used again and will not damage the circumustance.This project is my graduation work,which is my first complete design of sewerage drainages and treatment project.In the procession of my desiga,Imet with a lot if problems,which Icould not solved.But after the long time of hard work and with the help of my professor Mr-He,I nearly finished my work .Key words :sewerage water treatment polluted water.Sequencing Batch Reactor.哈尔滨工业大学毕业设计0第 1 章 绪论1.1 概述1.1.1 城市概况城市排水工程对于保护环境，促进工农业生产，保障人民健康都具有十分重要的意义，本设计为山东省烟台市 A 市的城市排水工程。山东省烟台市，城市街区面积约为 1180 公顷，城市人口约 19万，日污水量为 5.5 万 ，是一座中等城市。其地势北高南低，在3m城市的南部有一条河由西向东流。该城市被西北方转东西方向的铁路分为开，一共分成三个区，整个城市有甲、乙两个工厂。由于城市没有污水处理设施，所以整个城市污水，工业废水一直没有经过任何处理而直接排入河流，导致河流严重污染。根据烟台市所处的位置，我们可以知道此河流将最终留到渤海，渤海是我过内海。我们更应该保护高，所以，在烟台市 A 市建一座污水处理厂是非常有必要的。鉴于该城市的具体情况，市政府决定投资兴建污水排放及处理设施，以解决日益严重的环境问题。该项目对改善城市河流环境，保护人民身体健康，加速城市现代化建设具有重要的意义。哈尔滨工业大学毕业设计11.1.2 设计范围山东省烟台市没有污水排放及处理设施，本次设计设计范围包括排水管网、污水泵站、污水及污泥处理的方案选则、技术经济分析、工业设计及部分施工图设计、工程概算等。1.1.3 设计任务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 设计资料1.2.1 地形及城市规划资料1.2.1.1.地形与城市规划资料（1）城市地形与总体规划平面图一张，比例为 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 11人口密度（人/公顷） 污水量标准（升/哈尔滨工业大学毕业设计2人日）区 140 160区 150 160区 160 180（3）城市各区中各类地面与屋面的比例（%）： 表 12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 40 20 20 10 10区 40 10 20 20 10区 40 10 10 20 20（4）工业企业与公共建筑的排水量和水质资料：表 13企业或公共建筑名称平均排水量 dm/3最大排水量 /3SSmg/l CODmg/lBODMg/l总氮mg/l总磷mg/lPH 水温甲厂 1000 100 700 1200 600 40 20 7-815乙厂 1500 150 800 1400 700 40 20 7-815火车站 600 40 300 450 300 20 10 7-8151.2.1.2.气象资料哈尔滨工业大学毕业设计3（1） 气温（）等资料表 14年平均气温 11 月平均最高 21年最低气温 -31 月平均最低 -12温度在-10 以下的天数（天）温度在 0 以下的天数（天）90年最高气温 35 月平均气温 11降雨量（mm/年）400 年蒸发量（mm/年）200（2）常年主导风向：东南 最大风速：40m/s（3）设计暴雨强度公式及其参数87.0)16(lg24.49tpq1.2.1.3地质资料表 15土壤性质 冰冻深度 m地下水位 m承载力 Kpa排水管网干管处亚黏土 -1.2 -7.5 200污水总泵站与污水处理厂址亚黏土 -1.2 -7.5 2001.2.1.4.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资料如下：表 16哈尔滨工业大学毕业设计4流量 流速 水位标高m水温 DOmg/l BODmg /lSSm g/lSS 允许增加量mg/l最小流量40 1.2 6 11 4 1.0 1.1 0.1最高水位60 3.6 8 22 6 1.0 1.2 0.1常水位时50 2.4 7 16 5 1.0 1.1 0.1在污水总排放口 50 公里处有旅游区，要求 BOD2.0mg/l哈尔滨工业大学毕业设计5第 2 章 排水管网的规划设计2.1 城市排水管网定线原则2.1.1 排水工程规划设计的基本原则排水工程是现代化城市和工业企业不可缺少的一项重要设施，是城市和工业企业基本建设的一个重要组成部分，同时也是控制水污染、改善和保护环境的重要措施。排水工程的设计对象是需要新建、改建或扩建排水工程的城市、工业企业和工业区。他的主要任务是规划设计收集、输送、处理和利用各种污水的整套工程设施和构筑物，水管道系统和污水厂的规划和设计。排水工程的规划设计是在区域规划以及城市和工业企业的总体规划基础上进行的，因此，排水系统规划设计的有关基础资料，应以区域规划以及城市和工业企业的规划与设计方案为依据，排水系统的设计规模、设计期限应根据区域规划以及城市的规划方案的设计规模和设计期限而定。排水工程的规划与设计，应遵循下列原则：排水工程的规划应符合区域规划以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他单项工程建设密切配合，互相协调。排水工程的规划与设计，要与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置协调。排水工程的规划与设计，应处理好污染源治理与集中处理的关系。城市污水是可贵的淡水资源，在规划中要考虑污水经再生后回用的方案。排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑远期发展有哈尔滨工业大学毕业设计6扩建的可能。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的安排。在规划与设计排水工程时，必须认真贯彻执行国家和地方有关部门的现行有关标准、规范和规定。设计中应认真贯彻执行“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手、保护环境、造福人民”的环境保护工作方针。2.1.2 排水管网的管道定线原则在城镇（地区）总平面图上确定污水管的位置和走向称为污水管道系统的定线。正确的定线是合理的经济的设计管道系统的先决条件，是污水管道系统设计的重要环节。定线应遵循的重要原则是：应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。为实现这一原则，定线时必须很好地研究各种条件，使拟订的路线能因地制宜的利用其有利因素而避免不利因素。定线时通常考虑的几个因素是：地形和用地布局，排水体制和线路数目，污水厂和出水口位置，水文地质条件，道路宽度，地下管线及构筑物的位置，工业企业和产生大量污水建筑物的分布情况，其中地形是影响管道定线的主要因素。2.2 排水体制确定及区域划分2.2.1 排水体制的选择合理的选择排水系统的体制，不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对环境影响深远。同时体制的选择也影响排水系统工程的总投资和初期投资费用。排水系统体制的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件，通过技术经济比较确定。哈尔滨工业大学毕业设计7城市排水体制和管道系统是整个水污染控制和水太保护系统中的重要环节。但是数十年来过内对它们的研究显得十分薄弱，工程时间中暴露出许多矛盾和问题难以得到科学解答和技术支持，与发达国家相比至少有 10 年以上的差距，在发达国家，已经不仅仅处于简单的“雨污分流”等传统的观念了，已经明显地不能满足现代城市发展和生态环境保护的要求，例如美国现在已经成功的控制了点源污染，并且开始重视非点源污染和雨水径流的的控制。德国、日本，新西兰等这些发达国家也和美国差不多，对雨水的污染也进行了有效的控制。此外,我国在污水处理技术方面有一种倾向，认为活性污泥法是最有效的，忽视和排斥了其它的处理方法和技术。其实在任何国家，都不是任何一种单一的处理方法能完全解决污水处理和水环境污染问题的，即使在发达国家。例如, 美国也是采用多种处理方法来处理城市污水和工业废水的, 美国共有稳定塘上万座，占处理污水总量的 25% ，它与土地处理，人工湿地等系统成为中小社区(城镇)的主要处理设施。近十年来,英国、德国、法国、荷兰等的人工湿地发展迅速，它与塘系统不仅成为中小城镇的主要污水处理设施，而且也成为雨水处理的主要设施，以及工业废水重要的处理技术。让我们来看看国内现在的研究状况：在我国，现在依然使用传统的排水体系，存在的主要问题有以下4点：（1） 雨水资源大量流失，地下水位和地面下沉，水涝增加，城市生态环境恶化；（2） 合流制溢流和分流制的雨水污染并存，将合流改为分流虽然减少溢流的污染，但不能控制甚至会相应增加分流雨水的污染；（3） 合流制改建为分流制耗资巨大，耗时长，还有污染隐患；哈尔滨工业大学毕业设计8（4） 严重的雨污水管混接抵消了分流的作用，污染依旧，效益降低。就全国来说，城市生活污水排放量已达到全国废水排放总量的40%左右，很多大城市及沿海城市甚至接近70%，而我国的城市污水处理率却还不到10%。城市日供水能力和污水处理不成比例，差距越来越大，使得城市生活污水对水环境的影响也越来越大。据统计,我国工业废水处理设施的总处理率已达到 87%，但实际上得到处理的工业废水还达不到该值。一些调查统计表明，我国工业废水处理设施只有 1/3 是运行正常的，1/3 运行不正常，而另 1/3 停产不运行。不少污水处理厂有钱建得起，却无钱维持正常运行，一些中小城市建成的常规活性污泥法处理厂尤其如此，除资金缺乏之外，操作运行和管理人员技术和管理水平低，难以掌握和操作技术复杂的处理过程和设备。从造价方面看，据国外有的经验认为合流制排水管道的造价比分流制一般要低 2040，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。从总造价来看，完全分流制可能比合流制要高。从初期投资来看，不完全分流制因为初期只建污水排水系统，因而可节省初期投资费用，此外，又可以缩短工期，发挥工程效益也快。而合流制和不完全分流制的初期投资均比不完全分流制要大。所以，我国过去很多新建的工业基地和居住区均采用不完全分流制排水系统。从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。而分流制排水系统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质变化小的多，污水厂的运行易于控制。根据以上三个方面，综合考虑 A 市的现有情况，决定采用不完全分流制排水系统。它可以节省投资，又可以缩短工期，发挥工程哈尔滨工业大学毕业设计9效益快，因此，在本设计中只设计了一条雨水管道，以便于以后建设时提供参考。2.2.2 排水区域的划分在本设计中，是以街道为排水分界的，由于地形较平坦，故无排水流域的划分。2.3 排水系统的布置形式2.3.1 排水系统布置形式的选择城市、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置，随地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流位置，以及污水的种类和污染程度等因素而定。在本设计中，考虑到地形的影响，第一套方案采用管道与等高线基本垂直布置，第二套方案的一区采用与等高线平行布置一部分然后再用干管截留，中途设提升泵站。然后在一区下部再与等高线垂直布置。2.3.2 排水方案的确定根据山东省烟台市地形地貌特点，结合该市的实际情况，经多方比较，在规划设计中拟订两套方案进行技术经济比较。第方案的主体思路为干管基本垂直等高线，以最短的距离坡向水体，这样有利于干管埋深不至于过大，而主干管由于管径大，流速小，坡度小，埋深不会随距离的增大而增大太多。该方案在二哈尔滨工业大学毕业设计10区和三区基本沿河流方向设一总截留干管。设中途提升泵站，在水厂前还设有提升泵站，以使进水管埋深不会太深。第方案的主体思路与第一方案大致相同。不同点在于方案的区布置时采用了干管平行式布置，因为在一区，刚开始管道埋深不会太深，虽然有一点逆着等高线布置，但总体上不会使埋深太大，经与老师讨论认为这是可行的。通过两套方案的经济比较，第方案的造价更低，本设计采用第方案。具体工程造价见管网电算结果。2.4 污水设计流量的计算污水管道及其附属构筑物能保证通过的污水最大流量称为污水设计流量，进行污水管道系统设计时采用最大时流量为设计流量。2.4.1 生活污水设计流量(1). 居住区生活污水设计流量居住区生活污水设计流量按下式计算：Q1=nNKz/86400 （2-1）式中 Q 1居住区生活污水设计流量（L/s） ；n居住区生活污水定额（L/（capd） ） ；N设计人口数；KZ生活污水量总变化系数；cap“人”的计量单位。居民区生活污水定额在原始资料中已经给出。生活污水量总变化系数该系数可按其与平均流量之间的关系式求得：Kz=2.7/Q0.11 （2-2）哈尔滨工业大学毕业设计11式中 Q平均日平均时污水流量（L/s） 。当 Q1000L/s 时，K z=1.3。设计人口数 N可根据原始资料中城市平面图算出各个街区面积，然后，由其乘以其所在区的人口密度来求出城市各街区人口数。因此，为计算设计流量，应首先对街坊面积进行统计计算。(2)工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量该流量可按下式计算:Q2=(A1B1K1+A2B2K2)/3600T+(C1D1+C2D2)/3600 (2-3)式中 Q 2工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量；A1一般车间最大班职工人数；A2热车间最大班职工人数。2.4.2 工业废水设计流量工业废水设计流量按工厂的最大排水量进行计算。该流量在原始资料中已经给出，无须再进行计算。2.4.3 污水设计流量的计算根据已知条件，可对各管段污水设计流量进行计算。(1)先计算各街坊面积。(2)流量的计算分别对两方案进行计算，为提高计算精度，节省时间，应用电子计算机进行计算，该计算软件需输入：L（N）管道长度（m）Q（N）人口密度（人/公顷）F（N）汇流面积（公顷）QW（N）转输流量（l/s）QJN集中流量（l/s）H（N）管段起点地面标高（m）哈尔滨工业大学毕业设计12H（N+1）管段终点地面标高（m）M（N）起端埋身（m）冰冻线深度（m） ，最小流速（m/s） ，污水量标准（L/（capd） ）可计算出：QB（N）本段流量（l/s）Q（N）平均流量（l/s）KZ（N）变化系数QKN该管段生活污水最大流量QJB（N）本段集中转输流量（l/s）QS（N）设计流量（l/s）D（N）管径（mm）I（N）设计坡度V（N）流速（m/s）HD（N）充满度HDS（N）跌水高度（m）HIL（N）坡降H（N+1）管道末梢高度（m）Ha（N+1，1）起断管内标高（m）HMM1末断管内标高（m）WBCN末断埋深（m）HS（N，2）比流量（l/sha）HS（N+1，1）起断水面标高HH（N）末段水面标高并得出各管段概算结果（ZJ）及工程总概算（ZZJ） 。哈尔滨工业大学毕业设计132.5 污水管网的水力计算污水管道水力计算的目的在于合理的经济的选择管道断面尺寸、坡度和埋深，由于这种计算根据水力学规律，所以称为管道的水力计算。2.5.1 水力计算的基本公式为简化计算工作，水力计算采用均匀流公式。流量公式：Q=Av （2-4）流速公式：v=C（RI） 1/2 （2-5）式中 Q流量（m 3/s）A过水断面面积（m 2）v流速（m/s）R水力半径（过水断面面积与湿周的比值） （m）I水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）C流速系数或称谢才系数C 值一般按满宁公式计算，即：C= R1/6 （2-n16）将式（2-6）代入（2-4）和（2-5）得：哈尔滨工业大学毕业设计14v= R2/3I1/2 （2-n17）Q= AR2/3I1/2 （2-n18）式中 n管壁粗糙系数，混凝土管为 0.014。2.5.2 污水管道水力计算的设计数据主要的依据数据有：(1).设计充满度在设计流量下，污水管道的水深 h 和管道直径 D 的比值为设计充满度，当 h/D1 时称为不满流。考虑到污水管道流量时刻在变化，难以精确计算且雨水与地下水可能通过检查井盖或管道接口汇入，其内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，以及便于维护管理和疏通，所以污水管道按不满流进行设计。(2).设计流速和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫设计流速。当污水管道内水流流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积，当流速增大时，又可能产生冲刷现象，甚至损坏管道，因此，流速应控制在一个范围内。我国污水管道的最小设计流速为 0.6m/s。(3)最小管径管径小，管道容易堵塞，清通也较困难，因此，为了养护工作的方便，规定了一个允许的最小管径。在街区和厂区内最小管径为 200mm，在街道下为 300mm。(4)最小设计坡度哈尔滨工业大学毕业设计15相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度叫做最小设计坡度。我国规定，管径 200mm 的最小设计坡度为 0.004，管径 300mm 的最小设计坡度为 0.003。(5)埋设深度管道内壁到地面的距离叫做埋设深度。管道外壁顶部到地面的距离叫覆土厚度。埋设深度对工程造价的影响很大，因此，为了降低造价，缩短工期，管道埋设深度愈小愈好，但覆土厚度应有一个最小的限值，由一下三个因素考虑：(1)冰冻线深度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，官底可埋设在冰冻线以上0.15m。(2)地面荷载埋设在地面下的污水管道承受着覆盖其上的土壤静荷载和地面上车辆运行产生的动荷载。为了防止管道因外部荷载影响而损坏，车行道下的污水管最小覆土厚度不宜小于 0.7m。(3)必须满足管道衔接的要求为使建筑物首层卫生设备的污水能顺利排出，污水出户管的最小埋深一般采用 0.5-0.7m，所以街坊污水管道起点最小埋深也应有0.6-0.7m。根据街区污水管起点最小埋深值，可由下式计算街道管网起点的最小埋设深度。A=h+IL+Z1-Z2+h （2-9）式中 H街道污水管网起点的最小埋深（m）h街区污水管起点的最小埋深（m）Z1街道污水管起点检查井处地面标高（m）Z2街区污水管起点检查井处地面标高（m）I街区污水管和连接支管的坡度哈尔滨工业大学毕业设计16L街区污水管和连接支管的总长度（m）h连接支管与街道污水管的管内底高差另外，埋深最大也有限定，一般