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1、8万吨城镇污水处理厂提标扩建工程方案设计-管网工程设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：材料与环境学院环境工程马琛学 号：职 称：160503106638闻占成指导老师中国珠海二二年五月北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计8万吨城镇污水处理厂提标扩建工程方案设计-提标工程设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名： 马琛 日期： 年 月 日18摘 要本论文以广东省珠海市斗门区井岸镇污水处理厂为设计对象，本项目的设计范围为井岸污水处理厂提标、扩容改
2、造工程的配套管网系统。该厂主要服务于珠海市斗门区井岸城区及部分新青片区。由于城市的扩张和社会的发展，该厂原设计的3.5万m3/d的最大容量已经不再适应现实生活每日的污水产生量，而该厂原本遵循的一级B排放标准城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）也已不再适应环境规划需求，现急需提标扩建为8万m3/d，一级A排放标准城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）。然而，一座完整的污水处理厂不仅需要各类构筑物，还需要建设一套完善的污水管网系统，来满足各构筑物间工作需要，以及处理完成后的污水排放问题。因此，本论文设计将根据提标改造后的新井岸镇污水处理厂平面布置图，设计配套的
3、管网系统。本套管网系统将串联起原一期构筑物和二期构筑物，二者处理后的污水将汇合入提标构筑物，经提标处理后排放至西侧圣狮涌，最后排入鸡啼门水道。关键词：污水处理厂 提标扩建 管网设计AbstractThis paper takes Jingan town sewage treatment plant in Doumen District, Zhuhai City, Guangdong Province as the design object. The design scope of this project is the supporting pipe network system of Ji
4、ngan sewage treatment plants standard raising and capacity expansion project. The factory mainly serves Jingan urban area and some Xinqing areas in Doumen District, Zhuhai City. Due to the expansion of the city and the development of the society, the original designed maximum capacity of 35000 m3 /
5、D of the plant is no longer suitable for the daily sewage production in real life, and the original level-b discharge standard of the plant, Discharge standard of pollutants for urban sewage treatment plant(GB18918-2002), is no longer suitable for the needs of environmental planning. Now it is urgen
6、t to propose the standard of 80000 m3 / D and Level-A discharge standardDischarge standard of pollutants for urban sewage treatment plant(GB18918-2002). However, a complete sewage treatment plant not only needs all kinds of structures, but also needs to build a set of perfect sewage pipe network sys
7、tem to meet the work needs of all structures, as well as the sewage discharge after treatment. Therefore, this paper will design the supporting pipe network system according to the layout plan of the new Jingan sewage treatment plant. The pipe network system will connect the original phase I structu
8、re and phase II structure in series, and the treated sewage will be collected into the lifting standard structure, and then discharged to the West shengshiyong after lifting the standard, and finally discharged into jitimen waterway. Key words:sewage treatment plant standard; raising and expansion p
9、ipe;network design 目 录1 前言 .61.1 本设计的目的. 61.2 本设计的基础布置. 61.3 本设计的基础数据. 62管道设计. 72.1工艺管道路线. 72.2管道材料选择. 82.3 管道水力计算.92.3.1污水管道和回用水管水力计算. 92.3.1.1污水管道水力计算. 102.3.1.2回用水管道水力计算. 13 2.3.2污泥管和加药管水力计算. 15 2.3.2.1污泥管水力计算. 15 2.3.2.2加药管水力计算. 16 2.4管网铺设注意事项. 173结论. 17参考文献. 18一、 前言 1.1本设计的目的 本设计是井岸镇污水处理厂二期提标扩建
10、工程的配套工艺管网项目，同时包含了一期连通二期的管网工程，目的是在协调二期新建构筑物有效发挥各自功用的前提下，尽可能做到水资源的循环利用，达到环保的目的。 1.2本设计的基础布置本设计采用8万吨城镇污水处理厂提标扩建工程方案设计（包含提标工程及扩建工程）以及井岸厂提标扩容方案说明提供的数据要求，同时参考了包括网络在内，各渠道查阅到的管网设计资料，进行工艺管网工程设计。本二期管网工程设计包括了污水管，污泥管，回用水管，加药管。污水管采用重力管设计，污泥管、回用水管、加药管采用压力管设计。但其中也有特例，例如滤布滤池冲洗后的带渣回用水，需要流至泵站重新细筛再处理，这条管道由于路径过长，以及构筑物标
11、高较低的原因，需要采用压力管设计，固在本论文中不会出现在重力污水管部分，而是将在压力管部分进行设计。 1.3本设计的基础数据由于一期在管网布置上已有成熟的系统，且二期提标扩建项目使用空地新建构筑物，对一期构筑物布设好的构筑物及管网改动较小，仅拆除原有的消毒池及回用水池及其配套工艺管道，还有原cast生化池的出水管道，所以在此不列出一期构筑物具体数据，同时管网平面布置图也不会标出未改动的构筑物尺寸位置。二期构筑物包括两个部分，提标和扩建。扩建部分包括泵房，沉砂池，cast生化处理池，污泥脱水间。其中泵房长10m，宽2米，总高1.15m。沉砂池宽4米，长8米，总高4.92m。Cast生化处理池长3
12、6m，宽8.5m，总高5m，设有四台污泥泵，每个泵最大流量为90m3/h，扬程为9m。污泥浓缩间直径21m，池深4.7m。提标部分包括机械絮凝池和斜管沉淀池的合建，加药间，滤布滤池，紫外线消毒池，以及回用水池。其中絮凝池长15m，宽8.4m，高4.1m，沉淀池长27.9m，宽14.8m，高5m，设有一套污泥泵，泵的最大流量为8m3/h，扬程为15m。加药间分为絮凝剂加药间和除磷加药间，分别长10m，宽8.15m，设有两套加药泵，每台泵最大流量为280L/h，扬程为20m。滤布滤池长20.9m，宽18.8m，高4.7m，设有四套反冲洗泵，每个泵最大流量为50m3/h，扬程为7m。紫外线消毒池长1
13、5.4m，宽9.3m，高4.6m。回用水池长9m，宽5m，高3.5m，设有一台回用水泵，流量为100 m3 /h，扬程为20m。二、 管道设计 2.1工艺管道路线 污水管道：二期泵站（粗格栅）沉砂池二期cast生化池深度处理提升泵站絮凝池和沉淀池合建滤布滤池消毒池回用水池；滤布滤池反冲水二期泵站（粗格栅）；一期污泥脱水间二期泵站。污水管道中，原本设计滤布滤池反冲水无须通过粗格栅，但该管可以和污泥间出水管合流，固为了节省管道成本，滤布滤池的水将与污泥脱水间出水合流后通过粗格栅复筛。一期cast生化池原出水管将被拆除，重新铺设一条管道与二期cast生化池通往提升泵站的管道合流。污水管道皆为重力管。
14、污泥管道：二期cast生化池一期污泥脱水车间；斜板沉淀池一期污泥脱水车间。新建的污泥脱水车间暂时闲置，旧污泥脱水间目前暂时能够满足污泥脱水需要。回用水管：回用水池粗细格栅；回用水池一期污泥脱水车间。滤布滤池的清洗用水直接使用滤池水反冲，无需使用回用水。2.2管道材料选择一般来说，污水排水管道我们有以下几种材料选择，下表分别列出了不同材质管材的优缺点。材质优点缺点塑料管具有较好的抗拉、抗压强度，流体阻力小。塑料管材的管壁非常光滑，对流体的阻力很小，其粗糙系数仅为0.009，其输水能力可比同等管径的铸铁管提高20%，比混凝土管提高40%。 耐腐蚀性、耐药品性优良：塑料管材具有优异的耐酸，耐碱，耐腐
15、蚀，不受潮湿水份和土壤酸碱度的影响，管道铺设时不需任何防腐处理。具有良好的水密性：塑料管材的安装，不论采用粘接还是橡胶圈连接，均具有良好的水密性。防咬啮：塑料管不是营养源，因此不会受到啮齿动物的侵蚀。根据美国国家卫生基金会在密歇根州进行的试验证明，老鼠不会咬啮塑料管材。不宜用于热水管道,可作生活用水供水管,但不宜作为直接饮用水供水管。受冲击时易脆裂。金属管金属管性能优越,防火性能好,使用寿命长质脆、重量大、长度小钢筋混凝土管钢筋混凝土结构合理地发挥了钢筋和混凝土两种材料的性能，与钢结构相比，还可以降低造价。密实的混凝土有较高的强度，同时由于钢筋被混凝土包裹，不易锈蚀，维修费用也很少，所以钢筋混
16、凝土结构的耐久性比较好。混凝土包裹在钢筋外面，火灾时钢筋不会很快达到软化温度面导致结构整体破坏。与裸露的木结构，钢结构相比耐火性要好。根据需要，可以较容易地浇筑成各种形状和尺寸的钢筋混凝土结构。浇筑或装配整体式钢筋混凝土结构有很好的整体。有利于抗震，抵抗振动和爆炸冲击波。自身重力较大，这对大跨度结构、高层建筑结构以及抗震不利，以及运输和施工吊装带来困难。还有，钢筋混凝土结构抗裂性较差，受拉和受弯等构件在正常使用时往往带裂缝工作。 综合了性能要求，以及预算，最后参考了井岸厂提标扩建方案说明，我们采用钢筋混凝土管作为污水管材料，采用铸铁管作为污泥管和加药管材料，采用塑料管作为回用水管材料。2.3管
17、道水力计算 2.3.1污水管和回用水管水力计算 沿程管道水力计算采用如下公式:式中：V流速（m/s） R水力半径（m） i水力坡度 n粗糙系数 钢筋砼排水管 0.014，塑料管0.010Q流量（m3/s） A水流断面（m2），满流时，；非满流时,A则分情况讨论。为湿周，D为管径（m）。 局部水头损失计算采用如下公式： 式中：h单位重力流体局部能量损失（m） 局部损失系数 v流体速度（m/s） g重力加速度（m/） 2.3.1.1污水管水力计算 污水管道按非满流设计，最大设计充满度 h/d 按下表采用。管径或渠高（mm）最大设计充满度2003000.553504500.655009000.70=
18、10000.75污水管道的最小设计流速：当在设计充满度以下时为 0.6 m/s。当污水管道最小管径300 mm 时，按最小设计坡度控制。最小设计坡度按下表采用：管径（mm）最小坡度（）管径（mm）最小坡度（）4001.57000.81.05001.28009000.60.86001.0=10000.6污水检查井的最大设置间距按下表采用：管径（mm）最大间距（m）200-40030600508001000701200150090 在画好的平面布置图上精确的放置好构筑物，再进行管网排布。详细情况见CAD图。查阅下表污水常用管径在最大充满度和最小坡度下的流量表管径（mm)最小坡度最大充满度钢筋混凝土
19、管n=0.014塑料管或玻璃钢管n=0.010(L/S)（m3/d)(L/S)（m3/d)2000.40.5511.2897514.321238 300（塑料管0.2，其他管0.3）0.5528.81248936.593161 4000.150.6556.65489571.956217 5000.120.7101.698786129.1511158 6000.10.7150.9513042191.7116563 8000.080.7290.7725123369.2831906 10000.060.75497.2842965631.5554566 12000.060.75808.63698661
20、026.9688729 13500.050.751010.57873131283.42110888 15000.050.751338.41156381699.77146860 16500.050.751697.951467032156.4186313 18000.050.752176.381880392764238810 20000.050.752882.41249040-我们可以根据同组成员提供的构筑物设计流量来选取合适的管径，于是得到下表。井岸污水处理厂二期工程污水管道沿程水力计算表管段编号管道长度（m）设计流量（L/s）管径（mm）坡度（%）充满度降落量（m）流速（m/s）13-1510
21、52111000.060.750.0060.7415-167752111000.060.750.0460.7416-171121697000.090.70.10.674-17142131.45500.110.70.1560.6317-184392513000.050.750.0220.75518-19992513000.050.750.0040.75518-13185504000.150.650.2780.5965-13203504000.150.650.3040.596其中降落量即污水管道沿程水力损失。由于水力计算表中18-13（滤池-粗格栅），5-13（污泥脱水间-粗格栅）的管道流水为冲洗
22、滤池及脱水间后产生的污水，并没有固定流量，且流量较小，所以这两条管道皆设置为50L/s的小流量，并使用400mm的钢筋混凝土管，采用重力排水的方式排放至粗格栅复筛。由于4（一期cast生化池）流量数据未能得知，固其排放流量参考二期cast生化池，以两池的处理污水总量比例换算，即：一期流量：二期流量=3.5:4.5。换算出的流量即4-17（一期cast生化池-污泥脱水间）的管道流量。本管道设计中，为节省管道材料，多处管道设计了合流，而设计的所有合流管道，均在合流处安装有阀门，每条支管均采取分时段单独排水方式排水。含有支管的管道，均以最长的那条支管进行水力计算。以下为安装有阀门的合流管道：15-1
23、6（沉砂池-二期cast生化池）四个阀门。16-17（二期cast生化池-深度处理提升泵）四个阀门。4-17（一期cast生化池-深度处理提升泵）四个阀门。中18-13（滤池-粗格栅）或5-13（污泥脱水间-粗格栅）两个阀门。管道的水力损失不只有沿程损失，我们还需计算管道的局部水力损失。相关计算公式参照本节开头列出的局部水力损失公式。我们对污水管网进行分析，由于每条支管均为分时段单独排水，同时查阅给水排水设计手册（2002年版）我们发现，此时的因阀门造成的局部水力损失可以忽略不计，所以我们只需计算管道拐角处的局部水力损失即可。进一步对污水管网分析，我们发现，管网内每一个拐角均为九十度，且无支流
24、水流入（分时段单独排水），查阅手册，我们得到了这种类型的拐角的局部阻力系数为0.8。于是，我们可以算出完整的污水管道水力损失。见下表。井岸污水处理厂二期工程污水管道水力计算表管段编号流速（m/s）管径（mm）沿程水损（m）拐角个数单个拐角水损（m）局部水损（m）总水损（m）13-150.7411000.00600.022 0.000 0.006 15-160.7411000.04650.022 0.110 0.156 16-170.677000.130.018 0.054 0.154 4-170.635500.15630.016 0.048 0.204 17-180.75513000.0222
25、0.023 0.046 0.068 18-190.75513000.00400.023 0.000 0.004 18-130.5964000.27830.014 0.043 0.321 5-130.5964000.30450.014 0.071 0.375 2.3.1.2回用水管水力计算回用水主要作用是用于清洗部分构筑物，因此该管使用的是塑料压力管，管道口径较小，一般不小于50mm，且没有水力坡度设计，采用平流方式铺设。因此，在计算回用水管道水力损失时，我们使用满流参数计算。由于没有水力坡度，所以我们无法根据水力坡度计算沿程水损以及流速，因此我们需要引入另一个公式： h-管道沿程水力损失（m）
26、，-沿程阻力系数，l-管道长度（m），d-管道内径（m），v-流速（m/s），Re-雷诺系数，-水中运动黏滞度。查给排水手册我们得知，该公式经过一系列联立及化简，最后得到这样一个公式：所以结合CAD图及以上公式，我们可以得到下表。井岸污水处理厂二期工程回用水管道沿程水力计算表管段编号流量（L/s）管径（mm）管道长度（m）流速（m/s）沿程水损（m）19-527.75015314.10.049 19-1327.75027114.1 0.087 19-1527.75030114.1 0.097 由于回用水管为串联起来的压力水管，所以在支管处我们也同样设置了阀门，来确保分时段单独供水的执行。阀门水
27、力损失同样忽略，拐角同样为九十度，计算公式和污水重力管局部计算公式一样，于是我们得到了下表。井岸污水处理厂二期工程回用管道水力计算表管段编号流速（m/s）管径（mm）沿程水损（m）拐角个数单个拐角水损（m）局部水损（m）总水损（m）19-50.054500.049 40.000 0.000 0.049 19-130.054500.087 60.000 0.001 0.088 19-150.054500.097 60.000 0.001 0.098 如表所示，回用水管的局部水损几乎没有。2.3.2污泥管与加药管水力计算污泥管与加药管均为压力管，然而与污水管和回用水管不同的是，它们采用的是铸铁管道
28、，所以我们需要一套新的水力计算公式来计算污泥管与加药管的水力损失。查阅给排水手册，我们得知，铸铁管需要考虑锈蚀对摩擦系数的影响，于是我们得到以下两个公式。当v=1.2m/s时，当v1.2m/s时，h-管道沿程水力损失（m），l-管道长度（m），d-管道内径（m），v-流速（m/s），v的计算公式和回流水管一样。这两个公式都可以满足铸铁管在自然锈蚀下，摩擦系数改变的影响。污泥管与加药管均平行布设，之所以计算水力坡度，是为了方便计算水力损失，并非斜铺管道。计算出的水力损失与泵扬程比较，小于泵扬程即为合格。 2.3.2.1污泥管水力计算污泥管同所有的管网一样，在支管与主管的汇合处安有阀门，采用分时段
29、单独排污，因此，在计算cast生化池污泥管水力计算时，只需进行最长那根支管的水力计算即可。由于污泥含水量高达99%，所以我们将其当做污水算即可。具体情况见下表。井岸污水处理厂二期工程污泥管道沿程水力计算表管段编号流量（m3/h）管径（mm）管道长度（m）流速（m/s）沿程水损（m）17-58300670.071 0.005 16-5903001410.796 0.824 同样的，我们还需要计算局部水力损失，计算公式和方法与前面的管道局部水损计算公式一样。见下图。井岸污水处理厂二期工程污泥管道水力计算表管段编号流速（m/s）管径（mm）沿程水损（m）拐角个数单个拐角水损（m）局部水损（m）总水损
30、（m）17-50.713000.00540.020 0.081 0.086 16-50.7963000.824 60.025 0.152 0.976 2.3.2.2加药管水力计算由于加药间和深度处理提升泵站、高效沉淀池合建，属于该合建构筑物内部管网，管路较短，甚至可以选择不设置加药管。因此，本设计在这里仅提供一个选择方案，详情见下表。井岸污水处理厂二期工程污泥管道沿程水力计算表流量（L/h）管径（mm）管道长度（m）流速（m/s）沿程水损（m）280302-30.11忽略不计2.4管网铺设注意事项管网铺设遵循重力管优先原则，即，先铺设重力管，再铺设压力管。因为重力管需要考虑水力坡度，且一旦入土
31、就需掩埋在地下0.7m以下的深度，较难更改设计。压力管是平铺管，可以随意铺设，只要水力损失未超过水泵的设计扬程即可。本管网设计经过核对，压力管水力损失均低于水泵扬程。三. 总结本毕业设计论文以三人小组形式，共同完成了井岸污水处理厂的提标扩建设计。三人分别负责了提标设计，扩建设计，管网设计。本设计是管网设计，全面结合了污水厂一期的设计经验，在较少影响原厂构筑物及建筑物的情况下，充分合理的运用了预算土地，恰到好处的铺设了二期管网，同时对一期的部分管网进行了改进。完善和巩固了本科阶段所学的知识，为大学四年生涯画下了一个完整的句号。参考资料1 裴明津. 天津JH开发区污水处理厂工艺研究与工程设计D.
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