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排水工程本科畢業(yè)設(shè)計開題報告
撰寫畢業(yè)論文是在校大學(xué)生最后一次知識的全面檢驗,是對學(xué)生基本知識、基本理論一次總的測試。寫畢業(yè)論文能夠培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際,增強獨立思考問題和解決問題的能力。今天小編為大家準備的一篇排水工程本科畢業(yè)設(shè)計開題報告,有需要的可以參考。
1、本課題的研究意義、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
1.1研究意義
隨著社會的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,缺水和污水排放的問題已越來越突出。目前,我國城鎮(zhèn)對生活污水的處理率還比較低,加重了對環(huán)境的污染。在國家可持續(xù)發(fā)展的新政策下,環(huán)境保護已受到重視。
城鎮(zhèn)排水是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施,對城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展具有決定性作用;是城鎮(zhèn)水污染防治的骨干工程。城鎮(zhèn)排水設(shè)施是衡量現(xiàn)代化城市水平的重要標志。城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)是是城市的“地下生命線”。城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)的意義是可以美化城市、維持城鎮(zhèn)正常運轉(zhuǎn),并且是實現(xiàn)水資源循環(huán)利用的生命線。
根據(jù)我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的需求,結(jié)合我國環(huán)境保護最新研究成果和國際環(huán)境保護技術(shù)水平和發(fā)展趨勢,提出一套合理、經(jīng)濟的工藝流程對污水進行處理,以達到標準排放。對于保護環(huán)境,減輕環(huán)境污染,遏制生態(tài)惡化趨勢,有著重要的意義。
高效節(jié)能的城鎮(zhèn)污水輸送及處理技術(shù)能為國民經(jīng)濟的發(fā)展起到較大的推動作用。
1.2研究現(xiàn)狀
在本課題的設(shè)計中,主要包括排水管網(wǎng)的設(shè)計和污水處理廠的設(shè)計。在設(shè)計中涉及的問題很多很廣,但迄今為止,在國內(nèi)外研究最多也最突出的問題有一下四個,即排水體制的選擇問題、管道的設(shè)計布局問題、污水處理工藝中脫氮除磷的問題,生物處理法研究新進展。
1.2.1排水體制的選擇現(xiàn)狀
近幾十年來,歐美國家已逐漸開始將合流制改建成分流制。這種排水體制其實就是將生活污水、工業(yè)廢水和雨水分別在兩個或兩個以上各自獨立的管渠內(nèi)排除的系統(tǒng)。排除生活污水、城市污水或工業(yè)廢水的體統(tǒng)稱為污水排水系統(tǒng);排除雨水的系統(tǒng)稱為雨水排水系統(tǒng)。對于這種排水系統(tǒng),不僅可以保持管內(nèi)的流速、不致發(fā)生沉淀,同時,流入污水廠的水量和水質(zhì)比合流制變化小得多,污水廠的運行易于控制。
1.2.2管道的設(shè)計布局現(xiàn)狀
排水管網(wǎng)的平面布局包括確定排水區(qū)界、劃分排水流域和管道定線. 正確的定線是合理、經(jīng)濟的設(shè)計污水管道系統(tǒng)的先決條件, 也是污水管道系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié).遺傳算法( Genetic Algorithms, 簡稱 GA 法)是近年迅速發(fā)展起來的一項優(yōu)化技術(shù), 該方法源于達爾文的生物進化理論。1975 年美國 Holland 等提出了GA的系統(tǒng)概念和方法,20 多年來 GA 在越來越多的領(lǐng)域中得到了應(yīng)用, 顯示了巨大的優(yōu)越性。
1.2.3污水脫氮除磷工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀
現(xiàn)行應(yīng)用廣泛的脫氮除磷工藝均包含著空間或時間上厭氧、缺氧、好氧三種狀態(tài)的交替,通過調(diào)整和優(yōu)化三種狀態(tài)的組合方式及其數(shù)量的時空分布以及回流方式、位置而達到高效脫氮除磷的目的。我國污水處理廠設(shè)計采用的脫氮除磷工藝主要有5大類: A/O工藝、 A2/O工藝、 改進A2/O工藝氧化溝工藝、SBR及其改進工藝,并就我國的應(yīng)用效果提出或?qū)嵤┝讼鄳?yīng)的設(shè)計和運行改進。
1.3污水處理發(fā)展趨勢
現(xiàn)有污水處理系統(tǒng)的優(yōu)勢與弊端值得反思和總結(jié)。結(jié)合可持續(xù)發(fā)展的要求,污水處理系統(tǒng)未來的發(fā)展方向應(yīng)從碳減排和資源利用的角度來設(shè)計思考。結(jié)合集中式和分散式處理各自的優(yōu)點,末端分離的分散處理模式是一種值得探討的創(chuàng)新嘗試。初步研究表明膜混凝濃縮過程在技術(shù)上具有可行性,末端分離的分散式處理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)還需要更多的研究和探索。
2、本課題研究的主要內(nèi)容
2.1城區(qū)排水管網(wǎng)設(shè)計
(1)城區(qū)排水管網(wǎng)總平面布置(進行方案比選)。
(2)城區(qū)排水管網(wǎng)水力計算。
(3)完成排水主干管的縱剖面圖。
2.2污水處理廠設(shè)計
(1)確定污水處理工藝流程(進行方案比選)。
(2)設(shè)計計算單體處理構(gòu)筑物 (包括污水和污泥處理部分) 。
(3)進行污水處理廠平面布置、污水處理廠高程布置圖、污水處理廠指定構(gòu)筑物細部工藝設(shè)計圖(指導(dǎo)教師指定)以及高程設(shè)計。
(4)編制主要設(shè)備材料表。
2.3完成設(shè)計說明書及計算書一份。
2.4泵站工藝設(shè)計
設(shè)計過程中如若需要設(shè)置泵站,則確定水泵類型、揚程和流量,計算水泵管道系統(tǒng)和集水井容積,進行泵站的平面尺寸計算和附屬設(shè)施的計算,最后繪制總泵站或區(qū)域泵站工藝圖。
3、本課題研究方案比選及工作計劃
排水體制的方案比選
根據(jù)目前現(xiàn)存的排水體制來看,分為合流制和分流制排水系統(tǒng)。在對排水體制的選擇中可以從環(huán)境保護、造價、維護管理、以及我國的相關(guān)規(guī)范和地方規(guī)范來確定。
從環(huán)境保護角度來看,采用截流式合流制時,雨天有部分混合污水通過溢流井直接排人水體,水體仍然遭受污染。此時甚至?xí)龃笪鬯幚韽S的工作負荷,在遇到大暴雨時期常常會造成污水處理廠工作超負荷,直接將污水排放至收納水體從而嚴重污染水體。對于分流制而言,分流制是將城市污水全部送至污水廠進行處理,但初降雨水徑流之后未加處理直接排人水體,對城市水體也會造成污染,但是與合流制相比,分流制可以減少污染。因此分流制更能符合城市衛(wèi)生的要求。
從工程造價來考慮,合流制排水管道的造價比完全分流制一般要低20%~40%,可是合流制的泵站和污水廠卻比分流制的造價要高。從前期總造價來看,完全分流制比合流制可能要高。但是在管網(wǎng)維護方面,合流制因其管徑過大,很容易造成污泥淤積的問題,維護不方面,費用較高。此外從水廠的維護和管理來看,在合流制的管渠中,晴雨天的污水水量變化會大大增加污水處理廠管理運行的復(fù)雜性,而分流制系統(tǒng)可以保持管內(nèi)的流速,不致發(fā)生沉淀,流人污水廠的水量和水質(zhì)變化比合流制小得多,污水廠的運行易于控制。
根據(jù)目前我國現(xiàn)行的《室外排水設(shè)計規(guī)范》中要求:新建城市的排水系統(tǒng),一般應(yīng)采用分流制排水系統(tǒng)。綜上所述,合流制已完全不符合環(huán)境、經(jīng)濟等相關(guān)的要求,分流制排水系統(tǒng)基本符合環(huán)境、經(jīng)濟、規(guī)范的相關(guān)要求。統(tǒng)籌兼顧,在該市的排水管網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)選擇分流制。
3.2.1方案初選
生物膜處理法:污水的生物膜處理法是一種污水好養(yǎng)生物處理技術(shù)。這種處理法的實質(zhì)是使細菌和菌類一類的微生物和原生生物、后生生物一類的微型動物附著在濾料或某種載體上生長發(fā)育,并在其上形成膜狀生物濾泥—生物膜。污水與生物膜接觸,污水中的有機污染物,作為營養(yǎng)物質(zhì),為生物膜上的微生物所攝取,污水得到凈化,微生物自身也得到繁衍增殖。事實說明生物膜法雖然在處理方面具有對水質(zhì)、水量變動有較強的適應(yīng)性;污泥沉降性良好,宜于固液分離;能夠處理較低濃度的污水;易于維護運行、節(jié)能等優(yōu)點,但是它的缺點也是在污水處理過程中致命的,比如生物膜法的布水不太均勻、容易產(chǎn)生池蠅和散發(fā)臭味;其次生物膜法采用濾料作為生物膜的載體,這樣濾料容易堵塞;此外在處理構(gòu)筑物出現(xiàn)問題時,維修不太方便。
活性污泥處理法:活性污泥法是以活性污泥為主體的污水處理生物技術(shù)。它的工作原理就是向生活污水注入空氣進行曝氣,每天保留沉淀物,更換新鮮污水。這樣在持續(xù)一段時間后,在污水中即將形成一種呈黃褐色的絮凝體。這種絮凝體主要是由大量繁殖的微生物群所構(gòu)成,它易于沉淀與水分離,并使污水得到凈化、澄清。這種絮凝體就稱之為“活性污泥”的生物污泥。從活性污泥的發(fā)展史來看,它起源與1914年英國的曼徹斯特的實驗污水廠,至今已有90多年的歷史,隨著實際生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進,特別是進幾十年來,在對其生物反應(yīng)和凈化機理進行深入的研究探討的基礎(chǔ)上,活性污泥在生物學(xué)、反應(yīng)動力學(xué)的理論方面以及在工藝方面都得到了長足的發(fā)展,出現(xiàn)了多種能夠適應(yīng)各種條件的工藝流程,當前活性污泥已成為生活污水、城市污水以及有機性工業(yè)廢水的主題處理技術(shù)。
綜上所述,在當前的污水處理技術(shù)領(lǐng)域中,活性污泥處理法是應(yīng)用最為廣泛地技術(shù)之一。因此經(jīng)三者的對比之后,結(jié)合F市的當?shù)厍闆r,該污水廠最適合的工藝應(yīng)為活性污泥處理法。
3.2.2方案比選及確定
經(jīng)過上述的比選,已選擇出活性污泥處理法。活性污泥法又包括傳統(tǒng)活性污泥法、SBR法、氧化溝法、A2/O法。
傳統(tǒng)活性污泥法:傳統(tǒng)活性污泥法已經(jīng)有90年的歷史, 其主要處理構(gòu)筑物是曝氣池和沉淀池。污水中有機物在曝氣池內(nèi)停留一段時間后, 絕大部分被曝氣池中的微生物吸附, 隨即氧化分解成無機物。在沉淀池中,呈絮狀的微生物絮體—活性污泥下沉, 而上部的清液溢流排放。為了保持曝氣池中污泥的濃度, 沉淀后的部分活性污泥又回流到曝氣池中。該工藝的特點是有機物去除率高、污泥負荷高、池容積小、電耗省、運行費用低。此法穩(wěn)定可靠, 已經(jīng)積累了豐富的設(shè)計管理經(jīng)驗,但普通曝氣法占地多,建設(shè)投資大, 僅能滿足BOD5, CODCr, SS 三項出水指標,且該工藝容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象, 除磷和脫氮效果差。由于F市的污水來源還有附近工業(yè)的污廢水,因此該工藝不滿足F市的污水處理要求。
SBR法:間歇式活性污泥法又被命名為序列間歇式反應(yīng)器法或序列間歇式活性污泥法, 簡稱SBR 法。它是一種按間歇曝氣方式運行的活性污泥處理技術(shù), 采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式,非穩(wěn)定生化反應(yīng)替代穩(wěn)態(tài)生化反應(yīng), 靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是運行的有序和間歇操作, SBR 技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池, 該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池,無污泥回流系統(tǒng)。但是還處理工藝對自動控制技術(shù)和連續(xù)在線分析儀表要求高,操作復(fù)雜, 難于管理,僅適用于水量、水質(zhì)排放均勻的工業(yè)廢水,因此也不符合F市的污水處理要求。
氧化溝法:氧化溝法是活性污泥法的一種變形, 屬于低負荷、延時曝氣活性污泥法。廢水和活性污泥的混合液在環(huán)狀的曝氣渠道中不斷地循環(huán)流動, 因此又被稱為“循環(huán)曝氣池”。氧化溝法具有處理工藝及構(gòu)筑物簡單、無初沉池和污泥消化池( 一體式氧化溝還可以取消二沉池和污泥回流系統(tǒng))、有機物去除率較高、脫氮、除磷( 溝前增設(shè)厭氧池)、綜合指標較優(yōu)、泥齡長、剩余污泥少且容易脫水、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點,但存在負荷低、占地大、電耗大、運轉(zhuǎn)費用偏高的缺點。由于F市的污水處理量較大,若選擇氧化溝法則可能會造成污水處理廠超負荷的運轉(zhuǎn),不符合經(jīng)濟和維護管理的要求。
A2/O法:A2/O 法即厭氧/缺氧/好氧工藝, 它把除磷、脫氮和降解有機物 3 個生化過程巧妙地結(jié)合起來。磷在厭氧區(qū)釋放, 在好氧區(qū)吸收, 達到除磷目的。污染物在好氧區(qū)被氧化降解, 去除 COD和BOD5, 同時在硝化菌作用下, 有機氮轉(zhuǎn)化的氨氮繼而轉(zhuǎn)化為亞硝酸氮和硝酸氮,含有硝酸氮的大量混合液回流到缺氧區(qū)進行反硝化脫氮。優(yōu)點:
(1) 本工藝在系統(tǒng)上可以稱為最簡單的同步脫N 除P 工藝,總的水力停留 時間少于其他同類工藝;
(2) 在厭氧(缺氧)、好氧交替運行條件下,絲狀菌不能大量增殖,無污泥膨脹之虞,SVI 值一般均小于100;
(3) 污泥中含P 濃度高,一般為2.5%以上,具有很高的肥效;
(4) 運行中勿需投藥,兩個A 段只用輕緩攪拌,以不增加溶解氧為度,運行費用低;
(5) 厭氧、缺氧、好氧三種不同的環(huán)境條件和不同種類微生物菌群的有機配合,能同時具有去除有機物、脫N 除P 的功能;
(6) 脫 N 效果受混合液回流比大小的影響,除P效果則受回流污泥中夾帶DO和硝酸態(tài)氧的影響,因而脫N除P效率不可能很高。
統(tǒng)籌兼顧,根據(jù)F市總體規(guī)劃要求和其自然條件,最終選定的的污水處理工藝為活性污泥處理法中的A2/O法。F市污水廠污水處理采用二級處理后進行達標排入就近水體河流,設(shè)計采用一次性完成,分期建設(shè)。
3.3水廠位置確定
污水處理廠位置的選擇,應(yīng)符合城鎮(zhèn)總體規(guī)劃和排水工程總體規(guī)劃的要求,并應(yīng)根據(jù)下列因素綜合確定:
(1)應(yīng)與選定的污水處理工藝相適應(yīng),如選定穩(wěn)定塘或土地處理系統(tǒng)為處理工藝時,必須有適當?shù)耐恋孛娣e。
(2)無論采用什么處理工藝,都應(yīng)盡量做到少占農(nóng)田和少占良田。
(3)廠址必須位于集中給水水源下游,并應(yīng)設(shè)在城鎮(zhèn)、工廠廠區(qū)及生活區(qū)的下游和夏季主風(fēng)向的下風(fēng)向。為保證衛(wèi)生要求,廠址應(yīng)與城鎮(zhèn)、工廠廠區(qū)、生活區(qū)及農(nóng)村居民點保持約300米的距離,但也不宜太遠,以免增加管道長度,提高造價。
(4)當處理后的污水或污泥用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)或市政時,廠址應(yīng)考慮與用戶靠近,或者便于運輸,當處理水排放時,則應(yīng)與受納水體靠近。
(5)廠址不易設(shè)在雨季易受水淹的低洼處,靠近水體的處理廠,要考慮不受洪水威脅,廠址應(yīng)設(shè)在地理條件較好的地方,如無塌方、滑坡等特殊地質(zhì)現(xiàn)象,土壤承載力較好(一般要求在0.15Mpa以上);要求地下水位低,以方便施工,降低造價。
(6)要充分利用地形,應(yīng)選擇有適當坡度的地區(qū),以滿足污水處理構(gòu)筑物高程布置的需要,減少上方工程量,若有可能,宜采用污水不經(jīng)水泵提升而自流入處理構(gòu)筑物的方案,以節(jié)省動力費用,降低處理成本。
(7)根據(jù)城市總體發(fā)展規(guī)劃,污水處理廠廠址的選擇應(yīng)考慮遠期發(fā)展的可能性,有擴建的余地。
根據(jù)以上原則及實際情況,將污水廠建于河流下游遠離居民區(qū)處,標記見CAD圖。 3.4本課題的工作重點及擬采用的途徑
本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題之一:排水體質(zhì)的選擇問題。
合理的選擇排水系統(tǒng)的體制,是城市和工業(yè)企業(yè)排水系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計的重要問題。它不僅從根本上影響排水體制的設(shè)計、施工、維護管理,而且對城市和工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃和環(huán)境保護影響深遠,同時也影響排水系統(tǒng)工程的總投資和初期投資費用以及維護管理費用。
通常解決此類問題的思路是:排水體制的選擇應(yīng)滿足環(huán)境保護盒需求,根據(jù)當?shù)貤l件,通過技術(shù)經(jīng)濟比較。而環(huán)境保護應(yīng)是選擇排水體制時所考慮的主要問題。應(yīng)從環(huán)境保護方面、造價方面、維護管理三個角度進一步分析各種體制的使用情況。
本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題之二:污水處理工藝流程的選定。
污水處理廠的工藝流程系指在保證處理水達到所要求的處理程度的前提下所采用的污水處理技術(shù)各單元的有機組合。在選定工藝流程的同時,還需要考慮各處理技術(shù)單元構(gòu)筑物的型式,兩者互為制約、互為影響。
通常解決此類問題的思路是:綜合考慮污水的處理程度、工程造價和運行費用、當?shù)氐母鞣N條件、原污水的水量與污水流入工況等因素。
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