排水管网及污水处理厂课设任务书.docx
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排水管网及污水处理厂课设任务书
《水污染控制工程》课程设计
指导书
张辉张文启编
上海工程技术大学化学化工学院
环境工程系
2009年11月
第一节设计任务及设计资料
一、设计题目：
华东某城镇污水排水管网工程及污水处理厂初步设计
二、原始资料：
1．城市平面图（1：
5000）
2．城市各地区人口密度
Ⅰ区：
1350人／公顷；Ⅱ区：
950 人／公顷；
3．城市居住房中的卫生设备情况:
Ⅰ区:
室内有给水排水设施；Ⅱ区:
有给水排水设施，但没有淋浴设备；
4.城市中房屋的平均层数：
Ⅰ区7～8层；Ⅱ区6层；
5.城市中有下列工业企业，其位置如城市平面图所示：
①企业甲，设计排水流量63.96L/s。
②企业乙，设计排水流量37.16L/s。
6.城市土壤种类沙质粘土；地下水位深度－4.5米；
冰冻线深度-0.8米；常年主导风向东南风；
城市最高温度32℃；最低温度10℃；
年平均温度24℃。
7．暴雨设计重现期为一年，地面集水时间为10min.
8．各区占地面积分配见表1
表1.1占地面积分配
区域
建筑用地
道路和车场
绿地
Ⅰ区
25%
25%
50%
Ⅱ区
28%
25%
47%
9.城市东北郊有一条河流通过，河流多年平均水位+115.5m，枯水期水位+113m，50年一遇最大洪峰水位+117.7m。
10．在城市东北郊预留一块地用于建设城市污水处理厂，污水厂选址区域海拔标高在+120m—+118m之间，平均地面标高为+118.5m。
平均地面坡度为0.3‰—0.5‰，地势为西南高，东北低。
预留地面积为东西长380m，南北长280m。
三、设计任务
1．进行排水管网布置。
要求：
布置合理、论证充分，划分设计管段和管段服务面积；干管和主干管定线；计算各管段的设计流量；
2．进行排水管网水力计算。
要求：
计算准确，符合设计精度，计算部分附上相应的计算草图，列表进行水力计算，确定各管段的管径、坡度流速、充满度。
3.对污水处理厂工艺构筑物选型作说明；
4.主要处理设施（格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池）的工艺计算；
5．绘图。
（1）排水管网平面布置图。
（2）排水管道纵剖面图（主干管）
（3）污水处理厂平面
（4）污水处理厂高程布置图
绘图的基本要求：
设计图纸所采用的比例、标高、管径、编号和图例应符合《给排水制图标准》的有关规定，出图提交三号图纸。
6．设计报告书。
内容要求：
论证合理，层次分明，计算无误，文字通畅，图表准确，书写整洁。
四、设计成果
1．设计计算说明书一份。
2．图纸：
排水管网平面布置图，排水管道纵剖面图，污水处理厂平面，污水处理厂高程布置图
五、主要参考资料
1．《室外给排水设计规范》
2．《给排水管网系统》
3．《水污染控制工程》（上、下册）
4．《给水排水设计手册》
第二节污水管道系统的设计
一、污水管道系统的布置
（一）、确定排水区域、划分排水流域
（二）、管道布置与定线
管道定线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。
地形是主要的影响因素。
定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。
在整个排水区域较低的地方敷设主干管和干管，便于支管的污水能自流接入，而横管的坡度尽可能与地面坡度一致。
在地形平坦地区，应避免小流量的横支管长距离平行于等高线敷设，让其尽早接入干管，宜使干管与等高线垂直，主干管与等高线平行。
在坡度较大的时候应设置跌水井，改善水力条件。
污水主干管的走向和数目取决于污水厂和出水口的位置和数目。
小城市通常只设一个污水厂，只需一条主干管。
大流量的集中污水直接接入污水干管起端，可以增大上游干管的管径，减少敷设坡度，减小整个管道系统的埋深。
污水支管的平面布置取决于地形和街坊建筑规划，并应便于用户接管排水。
二、污水设计流量计算
（一）、生活污水设计流量
比流量
式中：
qo－比流量 Ｌ／（s.ha）
n－居住区生活污水定额，Ｌ／（cap.d）用水定额按设计规范取Ⅰ区170L/（cap.d），Ⅱ区150L/（cap.d），污水定额按用水定额的90%计算。
p－为人口密度，cap／ha
（二）、居住区生活污水设计流量
式中Q1－居住区生活污水设计流量，Ｌ／s
F－设计管段服务的面积，ha
Ｋz－生活污水量总变化系数
其中生活污水量总变化系数：
公式中Q为平均日平均时污水流量，L/s
我国《室外排水设计规范》（GB50014-2006）根据上式推荐综合生活污水总变化系数也可按表2.1采用
表2.1综合生活污水量总变化系数
平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
（三）、企业的污水经局部处理后允许排入城镇下水道。
企业甲，设计排水流量63.96L/s；企业乙，设计排水流量37.16L/s。
（四）、污水管段设计流量计算。
计算结果列入下列表格中。
表2.2污水管段设计流量计算
分区
人口
密度
（人/ha）
居住区生活污水量Q
集中流量
设计
流量
（L/s）
管段
编号
街区
编号
面积
（ha）
人口数
比流量q0
本段
流量
（L/s）
转输
流量q2
（L/s）
合计
平均
流量（L/s）
总变化
系数Kz
生活
污设计
流量
Q1（L/s）
本段
（L/s）
转输
（L/s）
分区
城市街区面积ha
总人数
居民生活用水定额L/（cap.d）
污水定额L/（cap.d）
一区
二区
居住区生活污水=
表2.3城镇污水总流量综合表
城镇污水总流量综合表
排水工程
对象
平均日污水流量m3/d
最大时污水流量m3/h
设计流量L/S
生活污水
进入城镇
污水管道的生产污水
生活污水
进入城镇
污水管道的生产污水
生活污水
进入城镇污水
管道的生产污水
居住区
工厂
合计
总计
表2.4各街区面积
街区
街区面积（ha）
街区
街区面积（ha）
街区
街区面积（ha）
街区
街区面积（ha）
8.00
7.20
10.40
5.44
3.76
10.92
10.52
3.60
3.84
21.04
19.28
4.96
3.24
15.88
22.28
10.08
4.24
8.96
22.04
11.76
32.08
9.12
22.84
6.00
2.28
4.68
9.00
11.96
7.56
3.08
18.16
8.20
5.44
23.60
8.00
3.24
9.64
14.64
11.52
3.92
6.28
5.84
9.84
9.24
三、污水管道水力计算
（一）、水力计算公式
式中：
A—过水断面面积m2；
i—水力坡度；
—管道粗糙系数；
—水力半径m。
v—流速m/s
（二）、设计参数的选择与计算
1．设计充满度
污水管道按非满流设计、最大设计充满度见下表：
表2.5污水管道的最大设计充满度
管径/mm
最大设计充满度
管径
最大设计充满度
200~300
0.55
500~900
0.70
350~450
0.65
>1000
0.75
2．设计流速
在最大设计充满度的情况下，通过设计流量时的污水流速称为设计流速。
为了防止污水中的泥沙颗粒沉淀产生淤积，阻塞管渠，规定污水管道的最小设计流速为0.6m/s；污水管渠的最小流速为0.4m/s；为了防止因污水流速过大对管道造成冲刷损坏，规定金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道最大设计流速为5m/s。
3．最小管径和最小设计坡度
当计算所需要的污水管道管径小于最小设计管径时采用最小设计管径。
我国《室外排水设计规范》规定的最小设计管径和最小设计坡度如下表：
表2.6最小设计管径和最小设计坡度
管道位置
最小管径
最小设计坡度
街坊道路下
200
0.004
市政道路下
300
0.003
表2.7常用管径的最小设计坡度（钢筋混凝土管非满流）
管径（mm）
最小设计坡度
400
0.0015
500
0.0012
600
0.0010
800
0.0008
1000
0.0006
1200
0.0006
1400
0.0005
1500
0.0005
4．埋设深度
为了保证在地面静动荷载的作用下管道不致于被损坏，需保证在管道上有一定的覆土厚度，车行道下污水管道的最小覆土厚度不小于0.7m。
为了必须防止污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道，一般需要把整个污水管线埋在冰冻线之下。
但由于污水有温度且保持一定的流量不断流动，考虑到经济性，故《室外排水设计规范》规定：
管底可埋设在冰冻线以上0.15m。
有保温措施或水温较高的管道，管底在冰冻线以上距离可加大。
5．污水管道的衔接
主要的衔接方式有管顶平接和水面平接。
为了施工的方便，本设计采用水面平接的方式。
6．主干管起点最小埋深的确定
主干管起点最小埋深由接入该主干管的干管水力计算得出。
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0.6~0.7m，街道干管起点最小埋深为：
式中
H——街道污水管网起点的最小埋深（m）：
h——街区污水管起点最小埋深（m），取2.5m
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。
L——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（m）
图2.1街坊管道示意图
（三）、主干管最小埋深的确定
1．确定管道系统的控制点
控制点为管道系统的最小埋深点，一般可以取某一干管的起点或工厂排出口。
2．主干管埋深的确定
依据管道系统控制点计算得出。
（四）、主干管水力计算
计算结果列入下表
表2.7水利计算表
主干管水力计算
管段
编号
管道
长度
L（m）
设计
流量Q
（L/s）
管径
D（mm）
坡度
I
流速
v（m/s）
充满度
降落量
iL/m
标高（m）
埋设深度（m）
h/D
h/m
地面
水面
管内底
上端
下端
上端
下端
上端
下端
上端
下端
注意问题：
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，否则会造成回水。
经过检查本设计中干管和主干管都满足要求不会造成回水。
第三节污水处理厂的工艺设计
一、污水水量与水质
污水处理水量：
为城市管网设计确定的最大污水流量；
污水水质：
CODcr：
450mg/L，BOD5：
200mg/L，SS：
250mg/L，氨氮15mg/L。
二、处理要求
污水经二级处理后应符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）二级标准，因氨氮进水浓度较低，其出水氨氮要求达到一级A标准，以下为具体要求：
CODcr≤100mg/L，BOD5≤30mg/L，SS≤30mg/L，氨氮≤5mg/L。
三、处理工艺流程
回流泵
污水拟采用传统活性污泥法工艺处理，具体流程如下：
污水→格栅间→污水泵房→（出水井→巴氏计量槽）→平流沉砂池→初沉池→曝气池→二沉池→消毒池→出水
四、设计要点
（一）、污水处理设施设计一般规定
1、该市镇排水系统为分流制，污水管网污水全部进入污水处理厂进行处理；
2、处理构筑物流量：
曝气池之前，各种构筑物按最大日最大时流量设计；曝气池之后（包括曝气池），构筑物按平均日平均时流量设计；
3、处理设备设计流量：
各种设备选型计算时，按最大日最大时流量设计；
4、管渠设计流量：
按最大日、最大时流量设计；
5、各处理构筑物不应小于2组（个或格），且按并行设计。
（二）、格栅
1、型式：
平面型，倾斜安装机械格栅；
2、城市排水系统为暗管系统，且有中途泵站，仅在泵前格栅间设计中格栅；
3、格栅过栅流速不宜小于0.6m/s，不宜大于1.5m/s；
4、栅前水深应与入厂污水管规格相适应；
5、格栅尺寸B、H参见设备说明书，宜选中间值。
（三）、沉砂池
1、型式：
平流式；
2、水力停留时间宜选50s；
3、沉砂量可选0.05-0.1L/m3，贮砂时间为2d，宜重力排砂；
4、贮砂斗不宜太深，应与排砂方法要求、总体高程布置相适应。
（四）、初沉池
1、型式：
平流式
2、除原污水外，还有浓缩池、消化池及脱水机房上清液进入；
3、表面负荷可选2.0-3.0m3/m2·h，沉淀时间1.5-2.0h，SS去除率50%-60%；
4、排泥方法：
机械刮泥，静压排泥；
5、沉淀池贮泥时间应与排泥方式适应，静压排泥时贮泥时间为2d；
6、对进出水整流措施作说明。
（五）、曝气池
1、型式：
传统活性污泥法采用推流式鼓风曝气；
2、曝气池进水配水点除起端外，沿流长方向距池起点1/2-3/4池长以内可增加2-3个配水点；
3、曝气池污泥负荷宜选0.3kgBOD5/kgMLSS·d，再按计算法校核；
4、污泥回流比R选0.3-0.8，在计算污泥回流设施及二沉池贮泥量时，R取大值；
5、SVI值选120-150ml/g，污泥浓度可计算确定，但不宜大于3500mg/L；
6、曝气池深度应结合总体高程、选用的曝气扩散器及鼓风机、地质条件确定。
池长多点进水时可稍长些，一般应控制L≤5-8B；
7、曝气池应布置并计算空气管，并确定所需供风的风量和风压。
8、曝气池尺寸：
容积
池深H=4-6m；曝气池面积A=V/H；池长L≤5-8B；
9、曝气池曝气量应从需氧量开始，
；
10、剩余污泥量
。
11、a=0.6kgVSS/kgBOD5,b=0.08d-1;
12、a’=0.5kgO2/kgBOD5，b’=0.1kgO2/kgVSS.d;
（六）、二沉池
1、型式：
中心进水，周边出水，辐流式二沉池；
2、二沉池面积按表面负荷法计算。
选用表面负荷时，注意活性污泥在二沉池中沉淀的特点，q应小于初沉池；
3、计算中心进水管，应考虑回流污泥，且R取最大值。
中心进水管水流速度可选0.2-0.5m/s，配水窗水流速度可选0.5-0.8m/s；
4、贮泥所需容积按《排水工程》（下）相关公式计算；
5、说明进出水配水设施。
（七）、平面布置
1、平面布置原则参考有关内容，课程设计时重点考虑厂区功能区划、处理构筑物布置、构筑物之间及构筑物与管渠之间的关系；
2、厂区平面布置时，除处理工艺管道之外，还有空气管、自来水管与超越管，管道之间及其与构筑物、道路之间应有适当间距；
3、污水厂厂区主要车行道宽6-8m，次要车行道3-4m，一般人行道1-3m，道路两旁应留出绿化带及适当间距；
4、污泥处理按污泥来源及性质确定，本课程设计选用浓缩-厌氧消化-机械脱水工艺处理，但不做设计。
污泥处理部分场地面积预留，可相当于污水处理部分占地面积的20%-30%；
5、污水厂厂区适当规划设计机房（水泵、风机、剩余污泥、回流污泥、变配电用房）、办公（行政、技术、中控用房）、机修及仓库等辅助建筑；
厂区总面积控制在（280×380）m2以内，比例1：
2000。
图面参考《给水排水制图标准》GBJ106-87，重点表达构（建）筑物外形及其连接管渠，内部构造及管渠不表达。
（八）、高程布置
1、高程布置原则见有关内容；
2、构筑物水头损失参考表1；
表3.1处理构筑物的水头损失
构筑物名称
水头损失/cm
构筑物名称
水头损失/cm
格栅
10-25
生物滤池（工作高度为2m时）
沉砂池
10-25
[1]装有旋转式布水器
270-280
沉
淀
池
平流式
20-40
[2]装有固定喷洒布水器
450-475
竖流式
40-50
混合池或接触池
10-30
辐流式
50-60
污泥干化场
200-350
双层沉淀池
10-20
配水井
10-20
曝气池
污水潜流入池
25-50
混合池（槽）
40-60
污水跌水入池
50-150
反应池
40-50
3、水头损失计算及高程布置参见《排水工程》（下）；
4、污水进入格栅间水面相对原地面标高为-2.7m，二沉池出水井出水水面相对原地面标高为-0.30m；
5、污水泵、污泥泵应分别计算静扬程、水头损失（局部水头损失估算）和自由水头确定扬程；
6、高程布置图横向和纵向比例一般不相等，横向比例可选1：
1000，纵向1：
500。
五.对设计文件内容和质量的要求
（一）、设计计算说明书要求
1、应说明污水厂污水处理的工艺过程，说明选择构筑物型式的理由；
2、应说明构筑物设计参数，并列出数值；
3、应计算污水处理构筑物或设施的主要工艺尺寸，应列出所采用全部计算公式和采用的计算数据。
应附相应计算草图。
4、应说明采用的污水泵、鼓风机、剩余污泥和回流污泥泵的型式和主要参数；
5、应说明主要处理构筑物的排泥方法；
6、应结合污水厂总体布置原则与污水处理实际过程需要，说明污水厂平面布置和高程布置的合理性，并附平面和高程布置草图。
7、设计计算说明书应有封页和目录；
8、说明书针对计算和说明，应内容完整、条理清楚、简明扼要、文句通顺、字迹端正。
（二）、设计图纸
1、污水厂总平面图应按初步设计要求去完成，图上应绘出主要处理构筑物、处理建筑物、辅助构（建）筑物、附属建筑物、道路、绿化地带及厂区界限等，并用坐标表示其外形尺寸和相互距离，应有坐标轴线或坐标网格。
总平面图上绘出各种连接管渠，管道以单线条表示，并标明管径。
图中应附构（建）筑物一览表，说明各构（建）筑物的名称数量及主要外形尺寸。
图中应附图例及必要的文字说明。
图中应附比例、风玫瑰图。
2、污水高程图上应绘出主要处理构筑物和设施的构造简图，应绘出各构筑物之间的连接管渠。
图上应标出各处理构筑物的顶、底及水面标高，应标出主要管渠、设备机组和地面标高。
图上应附处理构筑物、设备名称。
图上应附图例、比例。
3、图中文字一律用仿宋体书写。
图例的表示方法应符合一般规定和制图标准。
图纸应注明图标栏及图名。
图纸应清洁美观，主次分明，线条粗细有别。
图辐采用3号图，必要时可选用1号图。
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