1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1国内外研究现状

随着城市化进程和人民生活水平的不断提高，水体污染的状况越来越严重。排水管网和污水处理厂是防治水体污染的关键一环，是现代化城市不可缺少的重要基础设施。目前，关于国内外排水管网以及污水处理厂的研究中，有以下几个突出问题：

⑴排水体制的选择及改造的问题

⑵管网的设计布局问题

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计内容

完成湖州市苕溪区的排水工程设计，包括：雨、污水管网工程与污水处理厂工程。

（1）城区排水管网设计

①城区排水管网总平面布置。

②城区排水管网水力计算。

③污水管道、雨水管道平面布置图。

（2）污水处理厂设计

①确定污水处理工艺流程（比较选择最佳方案）。

②设计计算单体处理构筑物 (包括污水和污泥处理部分) 。

③进行污水处理厂平面布置、高程布置，绘制污水处理厂高程布置图、高程布置图。

（3）工程造价估算

2.2设计目标

在规定的时间内完成湖州市苕溪区的排水工程设计。排水工程设计范围包括：雨、污水管网工程与污水处理厂工程。排水体制采用分流制，布局合理；污水处理厂按出水水质达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准进行设计，具体水质指标如下：

表一：污水处理厂水质指标

项目	COD	BOD5	SS	NH3－N	TP
数值（mg/L）	50	10	10	5（8）	0.5

最终提交完整的设计成果，包括毕业设计说明书（附计算书）及图纸。毕业设计说明书、计算书一般为60~90页（给3.5万~5.5万字），包括目录、前言、正文、小结及参考文献等，用外语书写毕业设计摘要（约200~300词）。设计图纸的数量不少于8张（按1号图计）。图面布局合理、正确清晰、用工程字注文、符合制图标准及有关规定。至少有一张图纸用CAD绘制，至少有一张图纸用铅笔绘制，墨线底图数量不少于一张，在设计深度方面，至少有一张图纸基本达到施工图要求。

2.3排水管网布置方案比选

2.3.1排水体制

尽管合流制实施比较容易、投资省，能收集较脏的初期雨水，避免初期雨水对水体的污染。但雨量大时，会有部分污水溢流进入水体，对水体水质造成污染，且合流制对污水厂提升泵等提出了更高的要求。分流制虽然管网造价较高，但环保效益好，水质水量较稳定，避免对生物处理系统造成过大的冲击，适用于新城区。从环境保护、设备维护、基建投资、施工难度四方面进行综合考虑后，最终确定苕溪区的排水体制采用分流制。

2.3.2污水管网设计

（1）管道定线

正确的定线是合理的、经济的设计污水管道系统的先决条件。管道定线一般按主干管、干管、支管顺序依次进行。定线应遵循的原则为：应尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，让最大流域的污水能自流排出。地形是影响管道定线的主要因素，定线时应充分利用地形，顺坡排水。定线时必须在平面和高程上互相配合。为了增大上游干管的直径，减小敷设坡度，以致能减少整个管道系统的埋深，将产生大流量污水的工厂或公共建筑物的污水排出口接入污水干管起端是有利的。

根据规划图，苕溪区东侧有东苕溪由南向北流过，整个城区西南侧地势高，东北侧地势低， 初步确定污水厂建于城区东北侧，并由此产生两套排水管网方案。

①方案一：沿平行于东苕溪的最东侧道路布置主干管，沿垂直于主干管方向布置干管。

②方案二：沿垂直于东苕溪的最北侧道路布置主干管，沿垂直于主干管方向布置干管。

经过测量、计算，方案一主干管敷设坡度0.0014，方案二主干管敷设坡度0.0017，为减小主干管敷设坡度，减少埋深，降低造价，选用方案一。

（2）确定控制点

对管道系统的控制作用的地点称为控制点，各条管道的起点大多是这条管道的控制点。对于苕溪区，将每条管道的起点作为这条管道的控制点。

（3）划分设计管段

两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，称它为设计管段。但在划分设计管段时，为了简化计算，不需要把每个检查井都作为设计管段的起讫点，估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以化作一个设计管段，在设计管段的起讫点编号。

（4）计算设计流量

每一个设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量：

①本段流量 q₁---是从管段沿街房流来的污水量；

②转输流量 q₂---是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；

q₁= F×q₀×k_z

式中q₁---设计管段的本段流量（L/s）；

F ---设计管段服务的街区面积（ha）；

k_z---生活污水总量变化系数；

q₀---单位面积的本段平均流量，即比流量 L/(s·ha）。

（5）管道水力计算

①流速计算公式

V=R^2/3I^1/2/n

其中 V——流速 （m/s）

R——水力半径（m）

I——水力坡度

n—— 粗糙系数，混凝土管、钢筋混凝土管为0.014、HDPE管为0.009~0.011。

②流量计算公式

Q=A×V

其中 V——流速（m/s）

A——过水断面面积（m²）

（6）设计流速

非金属管道最大设计流速为 5m/s；污水管道设计充满度下最小流速为 0.6m/s。

（7）管顶覆土

敷设在车行道下的管顶覆土深度不小于 0.7m，根据当地的埋管经验，为了保证街坊污水接入市政污水管道，主干道的起始覆土深度不小于 2.0m。

（8）设计最小管径

污水管最小管径采用 300mm。

（9）管道连接

管道在衔接时应遵循两个原则：

①尽可能提高下游管段的高程，已减少管道埋深，降低造价；

②避免上游管段中形成回水而造成淤积。

在实际工程中，管径相同的管段间宜采用水面平接，管段不同的管段间则宜采用管顶平接。但是，无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。

2.3.3雨水管网设计

（1）划分排水区域及管道定线

根据《室外给水设计规范》，雨水管道的设计遵循以下原则：

①充分利用地形，就近排入水体；

②根据城市规划布置雨水管道；

③合理布置雨水口，以保证路面雨水排除畅通；

④雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定；

⑤设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流。

ⅰ）方案一：沿垂直于东苕溪的各主要街道布置干管，垂直干管布置支管，各雨水干管直接排入东苕溪。由于南侧第二条雨水干管末端正对三角形街区，故南侧第二条干管汇入南侧第一条干管后排出。

ⅱ）方案二：沿平行于东苕溪的各主要街道布置干管，垂直干管布置支管；沿垂直于东苕溪的最北侧街道布置雨水总管，各干管雨水汇入雨水总管后排入东苕溪。

根据设计资料，苕溪区整体地形起伏不大，地势由南向北、由西向东逐渐降低。方案二不符合雨水就近排出的原则，且会造成雨水总管过大，从而埋深大，增加造价，故本设计采用方案一。

排水流域按城市主要街道的汇水面积划分，根据方案一，拟采用分散出口的雨水管道布置形式。雨水干管基布置在排水流域地势较低一侧，使雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体；雨水支管设在街坊较低侧的道路下。雨水出水口接入东苕溪。

（2）划分设计管段

在管道转弯处、管径或坡度改变处，支管接入处或两条以上管道交汇处以及一定距离（＜200m）的直线管段上设置检查井。把两个检查井之间流量没有变化且预计管径和坡度也没有变化的管段划分为设计管段，并从管段上游往下游按顺序进行检查井编号。

（3）暴雨强度公式

根据《给水排水设计手册》第5册，我国常用的暴雨形式公式为：

式中q---设计暴雨强度（L/s·ha）

P---设计重现期（a）

t---降雨历时（min）

A₁,c,b,n---地方参数，根据统计方法进行计算确定

湖州市暴雨强度公式为：

（4）设计重现期及地面集水时间

结合湖州市的地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点选择设计重现期。各个排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值，湖州市苕溪区的设计重现期选用 P=2a。根据该地建筑密度情况，地形坡度和地面覆盖种类等，苕溪区集水时间取 t₁=12min。

（5）单位面积径流量

q ₀＝q×Ψ

其中：t---降雨历时，t=t₁ t₂(min)

t₁---地面集水时间采用 10～15min，本设计取12min

t₂---管渠内流行时间

Ψ---径流系数，Ψ=0.5~0.8，本设计取Ψ=0.6。

（6）雨水设计流量计算

雨水降落到地面，由于地表覆盖情况的不同，一部分渗透到地下，一部分蒸发，一部分滞留在地面低洼处，而剩下的雨水则沿地面的自然坡度形成地面径流进入附近的雨水口，并在管渠内继续流行，通过出水口排入附近的水体。我国《室外排水设计规范》规定，采用极限强度法计算设计流量。

Q=q₀×F

其中：q₀---单位面积径流量

F---雨水汇水面积

（7）设计充满度

雨水管渠水力计算，均按满流计算，即充满度 h/D，采用 1.0。

（8）设计流速

为避免雨水中挟带的泥砂等无机物在管渠内沉淀堵塞管道,雨水管道的最小设计流速大于污水管道。根据《室外排水设计规范》，各雨水管道最小及最大设计流速如下：

最小设计流速：雨水管道满流时v_min= 0.75m/s，明渠v_min=0.40m/s；

最大设计流速：金属管道 v_max= 10m/s；非金属管 v_max= 5m/s。

（9）最小管径和最小设计坡度

雨水管道：D_min=300mm 时，I_min=0.003；

雨水口连接管：D_min=200mm时，I_min= 0.01；

（10）覆土厚度与埋深

覆土厚度与埋深规定同污水管道。

2.4污水处理方案比选

本设计以生活污水为主，水质组成比较稳定，但浑浊、深色且具有恶臭，污水中含有较多的有机污染物、病原微生物，还含有部分氮和磷。为了使处理出水水质能够达到一级 A排放标准，排入水体不至于使水体产生富营养化等水质恶化现象。本污水厂主体工艺除具备降低BOD的功能外，还应具备一定的生物脱氮除磷效果。

目前我国污水处理厂广泛采用的生物处理技术主要有三类：（1）A²/O 工艺；（2）SBR 工艺；（3）氧化沟工艺。

（1）A²/O 工艺

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 个生化过程有效的结合在一起。在厌氧区释放磷、氨化，在缺氧区脱氮；在好氧区硝化、吸收磷、去除BOD。它具有如下特点：

①本工艺在系统上可以称为最简单的同步脱N除P工艺，总水力停留时间少于其他工艺；

②在厌氧（缺氧）、好氧交替运行条件下，丝状菌不能大量增殖，无污泥膨胀之虞，SVI 值一般均小于100；

③污泥中含P 浓度高，具有很高的肥效；

④运行中勿需投药，两个A 段只用轻缓搅拌，以不增加溶解氧为度，运行费用低；

（2）SBR 工艺

SBR法即间歇式活性污泥法，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，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。在流态上，SBR 工艺属于完全混合式，但在有机物降解方面，属于时间上的推流，有机物沿着时间的推移而得到降解。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。SBR工艺具有如下优点：①运行方式灵活，脱氮除磷效果好。②本身具有抑制活性污泥膨胀的条件。③耐冲击负荷能力强，具有处理高浓度有机污水及有毒废水的能力。但是SBR工艺控制设备较复杂，对其进行维护的要求高，若流量不均匀，处理水排放水头损失大，与后续处理工段协调困难，故不符合苕溪区的污水处理要求。

（3）氧化沟工艺

氧化沟又称循环曝气池，被处理的污水与活性污泥形成的混合液，在连续进行曝气的环状沟渠内不停地循环流动。该工艺采用间歇运行的方式，将有机污染物降解、泥水分离、污泥稳定等项反应进程全部集中于统一的反应器（氧化沟）内进行。氧化沟在工艺方面有如下优点：①系统内不设初沉池。②BOD污泥负荷低，污泥龄长，可进行硝化反应。③污泥产率低，稳定性好。④可考虑不单设二沉池，省去污泥回流装置。值得注意的是，氧化沟工艺负荷低、占地大、电耗大、运转费用较高，而苕溪区的污水处理量较大，若选择氧化沟工艺可能会造成污水处理厂超负荷运转，不符合经济和维护管理的要求。

综上所述，结合苕溪区的总体规划，最终选定A²/O工艺为苕溪区污水处理厂的污水处理工艺，设计采用一次性完成，分期建设。

2.5污水处理厂工艺流程图

3. 研究计划与安排

第一周：查询设计原始条件，阅读《室外排水设计规范》，熟悉课本及设计手册，确定污水排放体制并进行污水管网水力计算；

第二周：污水管道方案比选，完成开题报告；

第三周：雨水管道定线及管段计算；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 张自杰等.排水工程[m](下册)第五版.北京:建筑工业出版社，2015.

[2] 室外排水设计规范(gb50014-2006)（2016版）

[3] 城镇污水处理厂污染物排放标准 (gb18918-2002).