排水工程毕业设计案例

1 工程概况

本工程为 A 市 A 开发区的排水工程设计，设计包括 A 开发区雨水、污水管网、 污水处理厂的设计和工程造价的预算。该设计区域尚未有独立的雨水、污水管网系 统和污水处理厂，属于新建开发区。该开发区的规划人口为 5 万，综合生活污水量1.84 万 m3/d，工业废水量 4 万 m3/d，污水处理厂处理后的出水直接排入区域中部的 河流中。且该区域属于季风气候，降雨丰富，区域雨水收集后将就近排入河流。河 流常水位为 13.2m，洪水位为 14.2m。

2 设计指导思想

A开发区排水工程解决的主要问题就是将A开发区的污水、雨水快速排出，雨水 收集后集中排放，污水通过污水处理厂净化后，达标排放。

雨水管网的设计指导思想就是尽快将雨水排放至外水体中，充分利用地形进行 管道定线和敷设，实现重力自流进入外水体。污水管网的设计指导思想就是尽量依 据地势敷设管道，将A开发区中生活、工业废水尽快汇集，送至污水处理厂，为避免 回水和淤积，污水管网需避免迂回曲折。管网的合理设计可以为后续污水处理厂的 处理奠定良好的基础。

污水处理厂出水能达标排放，这是污水处理厂建设运行最基本的要求，其次需 要尽可能的实现资源的再利用。比如出水进行深度处理后，用于灌溉用水、中水等。 同样，污泥的合理处置也是水厂能长期发展的必要条件，要将其对环境的危害降到 最低，比如污泥堆肥后作绿化肥料等，以实现资源的有效利用。

3 设计原则

1.排水工程的设计原则：

（1） 根据污水厂规划确定建设范围；

（2） 按照 A 市的城市规划，并结合实际情况布置排水管网，规划方案应尽可 能经济和高效；

（3） 先确定雨、污管网的排水区域和排水体制，然后进行管网定线，由干管到 支管进行布置；

（4） 充分利用地形，雨、污管网采用重力流，尽量使管线最短、埋深最小。

2.污水处理厂的的设计原则：

（1） 掌握水质水量的特点和 A 开发区地形特性，合理选择设计参数；

（2） 根据 A 市总体规划，考虑地形、气象等条件选择建设条件好、环境影响 小的厂址；

（3） 选择运行稳定、投资和处理成本合理的污泥处理工艺，使处理后出水

4 污水处理工艺设计说明

污水处理工艺为：进水井→中格栅→进水泵房→细格栅→旋流沉砂池→改良型 卡罗赛尔氧化沟→V型滤池→辐流式二沉池→化学除磷→紫外线消毒→出水。

1.格栅 格栅由一组平行的金属栅条组成，安装在污水管道、泵房、集水井进口来截留较大的悬浮，以便后续处理。截留下来的污物清除方法有两种，即人工清除 和机械清除。一般大中型污水处理厂污物的截量大，为了减轻劳动强度，一般采用 机械方法。

本次设计采用20mm中格栅和7mm细格栅两道格栅。 常见的格栅机类型有：高链式格栅除污机、回转式格栅除污机、臂式格栅除污机、钢丝绳牵引式格栅除污机、背耙格栅除污机等，其适用范围及特点见表 4.5： 在本次的设计中，污水处理厂的污水主要是以生活污水为主，而生活污水中主要包含一些杂物、垃圾物，格栅除污机主要就是初步对污水中的污染物进行去除。 对比以上常见的格栅除污机，回转式格栅是目前污水处理中最普及，它集拦污和清 污机于一体，选择回转式格栅机作为中格栅。根据细格栅的格栅间隙，污水厂的细 格栅选用背耙式格栅机。格栅的设计要求有：

（1）栅条间隙宽度

粗格栅：机械清除时宜为 16mm～25mm，最大间隙为 100mm； 细格栅：宜为 1．5mm～10mm。

（2）栅渣量

格栅间隙 16~25mm：0.10~0.05m3 栅渣/103m3 污水； 格栅间隙 30~50mm：0.03~0.01m3 栅渣/103m3 污水； 栅渣含水率一般为 80%，密度约为 960kg/m3。

（3）过栅流速：宜采用 0.6m／s～1.0m／s。

（4）栅前渠道内水流流速：一般采用 0.4~0.9 m／s。

（5）格栅安装角度：宜为 45°～75°。

（6）过栅水头损失：一般为 0.08～0.15m；

（7）在大型污水处理厂前的大型格栅，一般采用机械清渣。

2.沉砂池 沉砂池是重要的污水处理单元，通常布置在细格栅后，来去除污水中相对密度为 2.65 的无机颗粒污染物（如泥砂、煤渣等），以保证后续处理构筑物和设备的正常 运行。目前国内外普遍使用的沉砂池有平流式沉砂池、曝气沉砂池、竖流式沉砂池 及旋流式（钟式）沉砂池。其中平流式沉砂池一般设于初沉池前，构造简单，除砂效果较稳定，不过占地较大，沉砂夹杂有机物使后续处理难度大；曝气沉砂池对污 水有预，处理效果一般较差；旋流式沉砂池适用于中小型污水处理厂，可去除沉砂 表面有机物，沉砂效率高，占地小、能耗低、维护管理方便。本设计中污水厂属于 中型规模，竖流式沉砂池不合适；而曝气沉砂池也不适合生物脱氮除磷工艺；另外 考虑到成本问题，本设计采用旋流式沉砂池。

旋流沉砂池的设计要求：

（1）最高时流量的停留时间不应小于30s；

（2）设计水力表面负荷宜为150m3/(m2·h)～200m3/(m2·h)；

（3）有效水深宜为1.0m～2.0m，池径与池深比宜为2.0～2.5；

（4）池中应设立式桨叶分离机。

3.氧化沟 氧化沟是活性污泥法的一种变型。它是一个连续式反应池，通过带有方向控制器的曝气装置，一方面为混合液供氧，另一方面使活性污泥保持悬浮状态，推动混 合液在沟内沿池长做不停地循环流动，使污水中的有机物在循环中降解掉。目前， 常用的氧化沟类型有卡罗赛尔氧化沟、交替运行氧化沟、奥贝尔氧化沟、一体化氧 化沟等。各种氧化沟的形式及技术特点见表 4.6。

比较上述四种常见氧化沟的技术特点，选用卡罗赛尔氧化沟。为了达到要求的 出水水质，污水厂采用改良型卡罗赛尔氧化沟。改良型卡罗赛尔氧化沟是在传统氧化沟基础上进行了改进，设置了专门的反硝 化脱氮区，并在传统氧化沟的出水段与反硝化区之间设置了内回流渠，在不明显增 加设备和土建投资，不增加额外动力提升装置的条件下，可实现较高的内回流比和 氮去除率。在内回流渠设置阀门可以对混合液内回流流量进行控制，从而使反硝化 脱氮效果达到最佳。内回流渠流速为 0.3~0.5m/s。整个改良型卡罗赛尔工艺实质上采用的是传统的 A2O 运行方式。设置有厌氧区、缺氧区和好氧区，其中内回流渠即相当于 A2O 工艺的内循环。厌氧区主要进行磷的 释放，同时溶解性有机物被吸收降低一部分 BOD 值，另外部分 NH3-N 用于细胞合 成得以降低。缺氧区反硝化菌利用污水中有机物为碳源进行反硝化，将 NH3-N 还原 为 N2 排至空气中。好氧区则主要是是含碳有机物被微生物氧化，有机氮被氨化、硝化，聚磷菌吸收大量磷，降低磷的浓度。

改良型卡罗赛尔氧化沟的设计要求有：

（1）进水和回流污泥点宜设在缺氧区首端，出水点宜设在充氧器后的好氧区。 氧化沟的超高与选用的曝气设备类型有关；

（2）根据氧化沟渠宽度，弯道处可设置一道或多道导流墙；氧化沟的隔流墙和 导流墙宜高出设计水位0.2m~0.3m；

（3）采用生物除磷处理污水时，剩余污泥宜采用机械浓缩；

（4）氧化沟的有效水深与曝气、混合和推流设备的性能有关，一般情况宜采用3. 5m~4.5m。主要设计参数宜根根据试验资料确定。

通常情况下，氧化沟的曝气方式多采用表面曝气，为保证充足的曝气量，本设 计采用转刷和卡罗赛尔专用曝气机进行联合曝气。

4.二沉池 二沉池是活性污泥系统的重要组成部分，其作用主要是使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥。工作原理是重力沉降，其工作效果能够直接影响活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。

目前应用较多的二沉池有平流式沉淀池、竖流式沉淀池、辐流式沉淀池、斜板（管）沉淀池。其中，平流式沉淀池沉淀效果好、耐冲击负荷、施工方便，占地面积较小，配水不易均匀；竖流式沉淀池适用于小型污水处理厂，施工困难，对冲击 负荷和温度变化适应性差，造价高；辐流式沉淀池适用于各种规模的水厂，多为机械排泥，排泥设备已为定型运行较好，管理方便；结构受力条件好；斜管（板）沉 淀池适用于处理城镇污水。相比而言，平流式沉淀池占地大，在工程建设中很少应用，斜板（管）沉淀池用于城市污水的初沉池和小流量工业废水的隔油预处理过程，很少用于污水处理的 二沉池工艺中，且本设计中水量较大，竖流式沉淀池也不合适。

因此，本次设计选择辐流式沉淀池为水厂的二沉池。为保证较好的沉淀效果， 氧化沟的出水先进入集配水井，再分配至两组二沉池中。

二沉池的设计要求有：

（1）水池直径(或正方形的一边)与有效水深之比宜为 6～12，水池直径不宜大于 50m；

（2）宜采用机械排泥，排泥机械旋转速度宜为 1r/h～3r/h，刮泥板的外缘线速度 不宜大于 3m/min。当水池直径(或正方形的一边)较小时也可采用多斗排泥；

（3）缓冲层高度，非机械排泥时宜为 0.5m；机械排泥时，应根据刮泥板高度确 定，且缓冲层上缘宜高出刮泥板 0.3m；

（4）坡向泥斗的底坡不宜小于 0.05；

（5）缓冲层高度，非机械排泥时宜为 0.5m；机械排泥时，应根据刮泥板高度确 定，且缓冲层上缘宜高出刮泥板 0.3m；

（6）池径小于20m时，一般采用中心传动的刮泥机，当池径大于20m时，一般采 用周边传动的刮泥机；

（7）在进水口的周围应设置整流板或挡流板，整流板的开孔面积为池断面积德

10%~20%，在出水堰前应设置浮渣挡板；

（8） 进水中心管流速大于 0.4m/s 时，进水采用中心管淹没或潜孔出水，过孔流 速为 0.1～0.4m/s，潜孔外侧设穿孔挡板或稳流罩，保持水流平稳，出水处应设浮渣 挡板，挡渣板高出池水面 0.15～0.20m，排渣管直径大于 0.2m，出水周边采用锯齿三 角堰，汇入集水渠，渠内流速为 0.2～0.4m/s；

（9）排泥管设于池底，管径大于 200mm,管内流速大于 0.4m/s，排泥静水压力为 1.2～2.0m，排泥时间大于 10min。

5.滤池 滤池是污水处理厂常用的深度处理工艺，它通过过滤介质的表面或滤层截留水体中悬浮固体和其他杂质，从而使出水的固体悬浮物浓度（SS）达到规范要求。 根据滤池的结构型式不同，目前污水厂常用的池型有普通快滤池、V 型滤池、翻版滤池等。考虑到节约建设用地和建设成本，本设计采用 V 型滤池。

V 型滤池的设计要求有：

（1）当滤池个数少于 3 个时，宜采用单排布置，反之可用双排布置，单池内的分 格一般采用双格对称布置；

（2）V 形滤池冲洗前水头损失可采用 2.0m；

（3）滤层表面以上水深不应小于 1.2m；

（4） V  形滤池两侧进水槽的槽底配水孔口至中央排水槽边缘的水平距离宜在3.5m  以内，最大不得超过 5m。表面扫洗配水孔的预埋管纵向轴线应保持水平；

（5） V 形进水槽断面应按非均匀流满足配水均匀性要求计算确定，其斜面与池 壁的倾斜度宜采用 45°～50°；

（6） V 形滤池的进水系统应设置进水总渠，每格滤池进水应设可调高度的堰板；

（7） 反冲洗空气总管的管底应高于滤池的最高水位；

（8）V 形滤池的冲洗排水槽顶面宜高出滤料层表面 500mm；

（9）滤层水头损失一般采用 1.5~2.0m；

（10）滤速根据待滤水浊度的大小，滤速一般为 8~14m/h；

（11）考虑到保持滤层较好状态，过滤周期一般采用 24~48h 进行冲洗；

（12）滤层上的设计水深在过滤工况时一般为 1.2m~1.5m。

6.消毒系统 污水经过二级处理后，水质得到了一定程度的改善，细菌含量大幅度减少，但仍有残余的细菌及病原菌。为了防止对自然生态环境造成污染，水厂出水必须进行 消毒。当然，正确选择消毒剂是影响工程投资和运行成本的重要因素，也是保证出 水水质的关键。常用消毒剂有次氯酸钠、二氧化氯和紫外线等。其中次氯酸钠有成 品，使用方便，不过现场制备设备复杂，维护管理要求高；二氧化氯使用安全可靠， 有定型产品，但需现场制备，维修管理要求较高；紫外线杀菌迅速，无化学药剂。 而且就投资成本而言，紫外线较便宜。随着技术的发展，紫外线消毒已经越来越成 熟，再加上近年来公众对环境和健康等问题日益关注，紫外线消毒以高效、经济、 安全和环保等优点被《室外排水设计规范》确定为“宜采用”的消毒方法。

因此，本次污水厂消毒系统采用紫外消毒。 紫外线消毒的设计要求：

（1）渠道内水流速度宜大于 0.3m/s；

（2）污水处理厂出水水质要求达到一级 A  标准时，紫外线有效剂量不低于20mJ/cm2；

（3）照射渠水流均布，灯管前后的渠长度不宜小于1m。紫外线照射渠不宜少于2条，当采用1条时，宜设置超越渠；

（4）紫外光照的接触时间为10~100s。

7.化学除磷 一般地水厂正常运转的话，生物脱氮除磷工艺约大约可以去除1.5～2.0mg/L的磷。现在为了使出水中TP小于1.0mg/L，必须采用化学方法来辅助除磷。因此，本设计会根据实际中出水水质的情况不间断地投加化学药剂。 化学除磷方案的区别就在于加药的位置。常见的有在生物处理前加药，在生物处理后加药，或者在生物处理的同时加药。本设计中污水厂没有初沉池，即排除了 在生物处理前加药。而在生物处理后加药需要增加后续反应池等，投资增加较多， 工艺过程也变得复杂。污水处理工艺为生物脱氮除磷，设有二沉池，可以在生物处 理的同时加药，这样不需要额外的生产构筑物。从而保证出水与化学药剂充分混合， 来维持高浓度的污泥，有利于生物合成的高效稳定进行，最适合于生物除磷工艺的 化学强化除磷处理。因此本设计将化学药剂投加在氧化沟之后的集配水井中。

常用的除磷化学药剂有铁盐和铝盐。而磷酸铁沉淀物最低溶解度的pH值为5.5， 磷酸铝沉淀物最低溶解度的pH值为6.5，而污水pH值一般在6～9。另外铁盐的腐蚀性 强、处理出水色度较高，聚合铁化合物对悬浮物的去除效果较差；而硫酸亚铁需要 氧化预处理转化成高价铁，才能发挥絮凝沉淀作用。因此本设计采用铝盐中应用最 多的是聚合氯化铝（PAC）。

8.污泥浓缩脱水 污泥处理方案为：污泥泵房→浓缩脱水机房→泥饼外运。经过二级处理的污泥含水率很高，体积较大，处理和处置都不方便。污泥浓缩的对象是颗粒间的孔隙水，浓缩后可以缩小体积，便于后续污泥处理。污泥浓缩的 主要形式有重力浓缩、气浮浓缩和离心浓缩。浓缩后的污泥含水率为 97%左右，体积仍然很大，因此为了便于综合利用和最 终处置，需要对污泥进行脱水处理，使含水率进一步降低至 60%~80%，从而大大减 少污泥体积。常用的污泥浓缩分重力浓缩法和机械浓缩法两类，脱水则以机械脱水为主，污泥含水率均能达到80%以下。本次设计中不存在初沉池，因此进入浓缩池的污泥就只 有沉淀池里排出的污泥，考虑到脱氮除磷工艺处理后的污水不应采用重力浓缩，而且气浮浓缩应有不太广泛，同时为了达到好的浓缩效果，本次采用机械浓缩和机械脱水处理剩余活性污泥。其中，污泥浓缩采用带式浓缩机，而带式浓缩机一般和带 式压滤机相连接，即污泥浓缩后直接进入带式压滤机进行脱水。目前污泥浓缩脱水的机械种类繁多，从应用广泛程度来看，污泥浓缩脱水一体 机和污泥浓缩脱水分体机最为流行。不过污泥浓缩脱水一体机的设备套数和设备费 用均较少。浓缩和脱水的匹配性也较分体机好。而本工程有脱氮除磷要求，对于减少磷的释放，污泥浓缩脱水一体机具有明显优势，本次采用浓缩脱水一体机。

5 雨水管道设计计算

结合 A 开发区的河流位置，雨水根据街区形状和地形条件就近排放，同时为了 节约工程造价，雨水口不宜过多，所以设计采用 5 个雨水集中出水口，每段设计管 段长度控制在 200m 以内。汇水面积的划分则结合地形的坡度、汇水面积的大小以及 雨水管道的铺设而定。

将 A 开发区划分为 A、B、C、D 和 E 五个汇水区域，分别单独设置排放口。共 5 条雨水主干管，河流西侧 2 条，东侧设 3 条，均顺河流方向，呈南北走向，收集的 雨水由 A、B、C、D 和 E 五个排放口集中出水，排入河流。

图 5.1 雨水分区及管线布置示意图

根据污水管网的平面布置划分设计管段，确定检查井的位置并编号，确定污水 主干管的设计管段长度。划分设计管段时，应在管道转弯处、流量或管径变化处、 管道交汇处均设置检查井，设计管段长度控制在 300m 以内。

设计中划分排水面积，主要根据 A 区内地形以及规划道路标高进行，尽量均匀 划分，以使各设计管段的排水服务面积增加不会过大，保证相邻设计管段之间管径 增加不超过 2 级。

【设计图纸】