2013年环境工程专业 毕业设计指导教案
教师姓名 罗 宁 教师编号 21030020 学 年 2013～2014 学 期 2
重庆大学B区城市建设与环境工程学院
环境工程教研室
2013.12
第一部分 设计任务书
一、设计题目
朝阳工业园区水污染控制工程的规划设计
二、设计目的
训练环境工程专业学生综合运用所学基础课、基础技术课和专业课知识，培养学生独立完成水污染控制工程的规划与设计能力。
通过设计，学生应了解和熟悉水污染控制规划设计的一般原则、步骤和方法：掌握水环境质量评价、水污染控制规划方案的确定及对其进行经济分析与比较的原则和方法；掌握污水收集系统、污水处理流程的确定方法、对其主要构筑物的设计计算以及设计说明书、计算书的编制和设计图的绘制等基本方法。
三、设计任务
根据所给的朝阳工业园区总体规划图和原始资料（附录一），进行水污染控制规划方案的最优设计。内容包括：朝阳工业园区水污染治理工程方案比选及设计（排水管网及污水处理厂）等几个部分。
四、设计资料
1．朝阳工业园区总体规划图一张，比例1∶5000； 2．设计原始资料二份。
五、设计内容
1．朝阳工业园区水污染控制分区组合方案优选
（1）采用分区组合方案费用分析法，进行不同规划方案的分析比较，确定准优化方案；
（2）结合朝阳工业园区水环境质量评价结果，确定达到环境效益、经济效益和社会效益相统一的最优化水污染控制方案。
3．水污染治理工程设计 （1）污水收集系统的设计 ①污水收集系统方案的比较与选择
考虑如何将分散的面源污水排放控制成易于治理的集中点源污水排放，在工程中可采用排水管道收集系统。采用如下控制手段进行分析比较：工业污水与朝阳工业园区生活污水可否合并？采用合流制、分流制、还是混合制？如需设污水处理厂，宜如何规划，厂址选于何处？排水管道系统走向如何？
②污水管道系统的设计计算
通过上述方案选择：确定适用的排水管道系统，并进行设计计算。包括：划分设计管段，将其设计管道起止点的检查井进行编号，计算设计流量。列表进行主干管水力计算，确定管道直径、坡度、流速、充满度，进一步确定管道起止点埋深及管底标高，选择管材、管道接口及基础类型。若需设置中途泵站时，
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需根据扬程和流量选定水泵型号、台数。
（2）污水处理厂设计 ①污水处理厂工艺流程的选择
根据设计资料及国家有关规范，进行污水处理厂处理工艺流程选择，对比选方案分别需要作处理流程中构筑物型式计算和选择，通过技术和经济比较，确定最佳处理工艺。
②污水处理厂的设计计算
对所选择的处理工艺流程及处理构筑物型式进行设计计算，包括：泵站的设计计算（如污水泵的选择、机组布置、泵轴心标高确定、集水井容积计算及附属设备的设计计算），污水处理构筑物的设计计算（如格栅、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池、污泥回流泵站、消毒设备、计量设施等，或按指导教师指定工艺进行处理构筑物设计计算）和污泥处理构筑物的设计计算（如浓缩池、消化池和脱水设备）等。
4．设计图的绘制
每个同学必须用工程图表示上述设计内容，详见设计要求。
六、设计要求
1．绘制设计图8张，包括：
（1）水污染控制工程规划设计总体布置图一张；（手画） （2）污水主干管、雨水干管纵断面图一张；（手画）
（3）两种比选处理方案的污水处理厂总平面及污水、污泥流程图各两张。（CAD画）
（4）主要构筑物工艺设计图两张（可以选绘泵站、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池等主要构筑物中的任一个）。（手画，CAD画）
其中：要求一张进行计算机绘制。
2．设计说明书和计算书一份，60~80页左右
设计说明书包括：中、英文摘要（约200词），目录，前言，主要设计原始资料，设计依据，朝阳工业园区概况及自然条件（地形、气象、水文、地质等），排水体制选择，污水收集系统方案比较与选择，污水处理厂工艺流程选择，设计方案的经济概算，主要设备及材料数量，设计中存在的问题，参考文献。
设计计算书包括：排水管道系统的设计计算，污水处理厂最优化方案的设计计算， 经济概算。 3．设计深度
水污染治理工程设计要求达到初步设计阶段深度。 4．完成时间： 毕业设计进度安排 序号 1 2 3 4 5 设计（论文）工作任务 熟悉设计资料，并进行相关资料的收集与分析 水污染控制工程规划设计 水污染控制工程的治理工程设计计算 绘制相关图纸 设计说明书和计算书的编制 日期（起止周数） 1（第6周～第7周） 2（第8周～第9周） % 8.3 16.7 3（第10周～第12周） 25.0 4（第13周～第16周） 33.3 1（第17周） 1（第18周） 8.3 8.3 6
毕业答辩 3
第二部分 设计指示书
环境保护是我国的一项基本国策，水污染控制系统的规划与设计是环境保护的一个重要组成部分。其步骤包括水污染控制指标体系的确定，水环境质量评价；分区规划设计组合方案费用分析，选出最优化的水污染规划方案；进行水污染控制工程设计，使水环境达到预期的规划目标。环境法规定，环境保护措施应与朝阳工业园区基本建设或工业企业的基本建设同时设计、同时施工、同时运行，因此，正确地进行水污染控制规划设计，具有重大的社会意义、经济意义和环境意义。
一、朝阳工业园区水环境质量评价
1．原始资料分析 （1）污染源资料分析
根据附录一所给朝阳工业园区规划的原始资料以及有关环境法规，分析污染源的现状及地点、性质、人口、分布；各种污水的排水量、水质；排污口位置、排放特点及其造成的危害等。
（2）自然环境资料分析
包括该地区的地形图或总体规划图，水文、水质、气象及地质。 ①地形图：朝阳工业园区地形图或总体布置图，比例尺1∶2000。 ②水文：河流历年最高、最低水位、流速、流量。
③水质：河水温、PH值、DO、BOD5、悬浮固体含量、酚、CN-、Cr等。 ④气温：绝对最高、最低气温，年平均气温，逐年每月平均气温。 ⑤风向、风速。 ⑥气压：平均气压。
⑦降雨量：年最高、最低和平均降雨量，暴雨强度公式。 ⑧湿度：年平均相对湿度。 ⑨地质：该地区的地质钻探资料。
（3）工程现状和组织施工方面的资料。如当地的水污染治理现状、道路交通、地面、地下建筑及各种管线的位置、标高、建筑材料，管道制品、机械设备的供应情况，征地、青苗补偿、拆迁补偿等的规章和办法。
原始资料分析是进行水污染规划与设计的基础工作，规划设计人员要尽可能收集资料（间接收集为主、直接收集为辅），并对它们进行分析整理，以便规划设计时正确地建立表征水环境规划目标的指标体系，从而完成水污染控制技术的实施。
2．朝阳工业园区水环境污染源评价
根据原始资料对该县生活污水以及各工厂污水中污染源数据进行评价，可用等标污染负荷法公式：
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PiCi Si进行计算，将计算结果列入污染源评价表，对表中各项进行分析、比较，确定各污染源排放的主要污染物以及对该县水体造成污染的主要污染源和主要污染物。
根据评价结果，对各有关工业污染源提出初步治理方案。可按综合排放三级标准（GB8979-96）进行讨论，分析各工厂污染物是否超过三级标准，若未超过则考虑排入朝阳工业园区下水道；若超过则考虑进行厂内局部处理后再排入朝阳工业园区下水道。
3．朝阳工业园区水环境现状评价
根据朝阳工业园区水体现状监测资料进行评价。可采用W值水质评价方法进行评价；分别得出单项指标质量，监测断面质量，该县水体综合质量。
4．朝阳工业园区水环境预测评价
根据朝阳工业园区水体各污染物预测浓度进行评价。同样采用W值水质评价方法进行评价；分别得出单项指标质量，监测断面质量，该县水体综合质量。
5．污染控制的分析
（1）集中（点源）控制的必要性
根据朝阳工业园区水环境现状及影响评价结果进行分析。按现有朝阳工业园区污染源及污染排放现状，如朝阳工业园区水体已达严重污染或较严重污染等级，则首先必须改善现有排污体系，应将造成面、线污染的污水分散排放口控制为集中排放点，以对集中排放点上游的水体进行保护。
（2）集中排放点污染分析与评价
经污染源系统控制后，朝阳工业园区污水成一点排放（朝阳工业园区总排放口），由于工业污水已经局部处理，水质满足综合排放标准《GB8978-96》三级标准后排入朝阳工业园区下水道，处理后工业污水水质和朝阳工业园区生活污水水质见附录二。混合污水水质由两者水量加权平均求得，根据混合污水水质采用等标污染负荷法作出主要污染物评价；据污水与河水完全混合水质采用W值水质评价方法作出水体污染等级评价。
（3）集中排放点污染控制数学分析
根据该县现状及影响评价结果及集中排放点污染分析与评价结果，得出该县主要污染指标，可确定用于数学分析的参数SS、DO、BOD5。由于该县水体为地面水Ⅲ类水域，确定水体目标值为地面水环境质量标准《GB3838-2002》Ⅲ类水域标准；考虑对点源控制目标值为《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准的B标准（GB18918-2002）。根据确定的参数和控制的不同目标值，可选择不同的数学分析模式（见下表）。
根据确定参数和控制的不同目标，将已知的数学约束条件代入相应的数学分析模式，可计算出不同参数对应不同目标值在排放口处允许的排放量。
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参 数 SS BOD5 目标值 河流中SS允许增加量 P=0.75mg/l （1）综合排放一级B级标准 （2）河流中BOD5最高允许浓度L5ST=4mg/l 河流中DO最低允许浓度 DO=5mg/l 数学分析模式 QCeP1b qCe20mg/l L5eQL5STL5STK1tL5RK1t q1010DO K1L010k1t K2K21tclgK2K1K1DcD0(K2K1)1K1L0 根据计算出的排放口处不同参数对应不同目标值允许的排放量，按下式计算出要求的不同处理程度。
EiCiCei100% Ci通过计算，可以得出不同参数下对应的处理程度： ①河流SS允许增加量要求SS的处理程度E1； ②综合排放标准要求的BOD5的处理程度E2； ③河流中BOD5最高允许浓度要求的处理程度E3； ④河流中DO最低允许浓度要求的BOD5的处理程度E4。 取E1、E2、E3、E4中最大者为本设计采用的处理程度。 （5）控制后污染等级预测
按确定的处理程度控制，计算出控制后排污口污水水质Ci（1-Ei），求出混合河水水质，用W值水质评价方法进行评价，得出控制后水体质量。
二、朝阳工业园区水污染控制规划方案的组合优选
按系统工程的概念，从三效益统一的角度出发，用分区组合方案费用分析法对朝阳工业园区水污染控制规划方案优选的步骤如下：
1．分区经验设计优选方案
对每个区进行水污染控制规划经验设计。经经验优选，选出的可行方案例入“分区规划方案表”。
2．朝阳工业园区组合方案优选
对上述分区的可行规划方案进行组合优选，优选出的朝阳工业园区总体可行的组合方案列入“朝阳工业园区总体组合方案表”，以作为“朝阳工业园区总体组合方案的费用分析与计算”的基础。
3．朝阳工业园区总体组合方案的费用分析与计算
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朝阳工业园区水污染控制系统规划的目的是在满足系统规划目标要求情况下，使系统的投资运转费用及因污染而造成的损失费用之和最小。
三、水污染治理工程设计
1．污水的收集——排水管道系统的设计
朝阳工业园区排水管道系统的设计计算步骤及方法：
（1）了解和熟悉朝阳工业园区的情况，即了解朝阳工业园区及其工业企业的总体规划、污水的水量、水质，现有的排水设施、地形、气候、水体等各种自然因素，环境保护要求等。
（2）拟定方案
首选确定排水系统的体制。排水系统体制分合流制、分流制、混合制三种形式，采用什么排水系统体制，要根据实际情况，总的来说，应首先满足环境保护的要求，并根据当地条件通过技术经济比较确定。本设计按新建的排水系统可采用分流制。确定体制后，根据对污染源的评价结果，参考《室外排水规范》分析工业污水与朝阳工业园区生活污水有无合并处理的可能性，从而确定工业污水是单独还是合并处理。再根据环境评价的结果和方案组合得出的最佳方案，按污水厂厂址选择的原则，考虑地形、地质、污水出路等因素，确定污水厂厂址和污水排放口。在方案拟定时，还要考虑下面一些因素：a. 排水管道系统在技术上是否先进；b. 施工是否方便；c. 扩建的可能性；d. 基建投资和年经营管理费的多少；e. 占地面积、三材及管材、劳动力等。
（3）排水管道系统设计计算
根据确定的排水系统体制，如为分流制，需分别对污水管道和雨水管渠系统设计计算。 ①污水管道系统的设计计算 a. 污水管道的布置和定线
首先根据地形划分排水流域，若地形变化显著可按分水线划分，若地形较平坦或向一面倾斜时，可根据面积划分。应使干管在最小的合理埋深情况下，依次定出主干管、干管、街道支管，并考虑设置泵站的合理位置。
布置管线是确定污水管道系统总体布置的重要步骤，在定线时应考虑地形等因素的影响，一般应将主干管和流域干管放在较平坦的集水线上，让污水尽量以重力流排送。污水主干管与干管应尽量避免与障碍物相交。如遇特殊地形时应考虑特殊措施（如跨越河道的倒虹管等），并应在图上表明。
b. 污水管道设计流量计算
划分设计管段：根据管道平面布置，划分设计管段（定出检查井位置并偏号），量出主干管的设计管段长度。
街区排水面积的划分：根据污水管道的布置，划分各设计管段服务的街区排水面积，编上号码并扫其平面形状计算面积（以公顷计），用箭头表示污水流向。
污水管道设计流量的计算：
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求居住区的比流量：根据各区的污水量标准n（升/人〃日）和人口密度N（人/公顷），可求出各区的生活污水平均流量q0，即：
q0Nn（升/秒〃公顷） 86400工业企业及公共建筑的污水量作为集中流量计算。
计算设计流量：各设计管段的设计流量应列表进行计算。 c. 污水干管的水力计算
水力计算的目的在于合理、经济地确定管道的管径、流速、充满度及坡度，进一步求出管道的埋深。水力计算应列表进行，管底标高及管道坡度计算到小数点后三位，而地面标高与管底埋深计算到小数点后二位。水力计算中的数值如速度、充满度、坡度、管径，应符合规范关于设计流速、最大充满度、最小管径、最小设计坡度的规定。在计算的同时绘制管道纵断面草图，以便核对，减少错误。
②雨水管的设计计算 a. 雨水管的设计计算
根据地形划分排水流域，划分管渠的集水面积，标出水流方向，布置管渠时应充分利用地开，使雨水能以最短距离就近排入水体。一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管宜布置在地形低处或低谷上，地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间，此外，应充分考虑采用明渠的可能性。
b. 雨水管道的设计流量计算和水力计算
划分设计管段，计算各设计管段的汇水面积并编号，标出水流方向。 根据给予的地面种类计算平均径流系数。 确定设计重现期，地面积水时间。
列表计算各设计管段的设计流量并进行水力计算，确定管径、坡度及设计管段起始点和终点的埋深及管底标高。
③中途泵站的设计
确定污水泵的流量、扬程，选出污水泵型号及配用电机型号，确定集水井容积和泵轴心标高。
2．污水处理厂的设计计算
（1）根据水环境影响评价的结果和解决方案，确定污水处理的方法和流程；
（2）处理厂各构筑物的设计计算包括：污水泵站、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池、污泥回流泵站、浓缩池、消化池及消毒设施、计量设施等。具体设计计算可参考《给水排水设计手册》（第五册）。
（3）污水处理工艺方案比选包括：朝阳工业园区污水厂工艺流程方案技术比较，各处理方案工程建设静态投资比较，处理成本和经营成本比较，经济指标比较等。
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四、设计图的绘制
1．总体布置图
比例尺1∶5000。图上表示出坐标网、风向玫瑰图、等高线、河流、湖泊等地形地貌，分期朝阳工业园区规划，现有的、扩建的工业企业、居住区、火车站、道路、铁路、桥梁等，现有的和已设计的排水系统（包括管道线、检查井、溢流井、中途泵站、污水处理厂、出水口等）。管道线上应注明管径（毫米）、坡度和长度（米）。图上并附有管道工程项目一览表和图例。
在总体布置图上分别用不同图例表示污水管道和雨水管道，用小圆圈表示检查井，小方框表示溢流井，圆圈表示中途泵站，方框表示污水处理厂，粗箭头表示出水口，同时标明干管、主干管（用编号1、2、3……）、泵站及污水处理厂等字样。
2．污水干管、雨水干管纵断面图
水平方向比例尺1∶2000及1∶5000，垂直方向比例尺1∶50~1∶200。
图上绘出地面线（用单线表示）、管道线（用双线表示）和检查井定位、下方标明编号、设计地面标高、管底标高、埋深、管径、坡度、长度及管材、接口、基础类型。
3．污水处理厂总平面图及污水、污泥流程图
总平面图比例尺1∶200~1∶500。图上有处理构筑物和辅助建筑物、道路、各种管线、检查井、绿化区等，风玫瑰图画于图的右上方，以细线绘出坐标网和道路，以粗线绘出各种管道，注明管径。标出各种处理构筑物和辅助建筑物的高程，并列出构筑物一览表和图例。
流程图上绘出处理构筑物剖面外形，注明地形、水面、构筑物、管底、管道中心线、泵房地坪、水泵轴线等各部标高，注明管径。
平面布置既要紧凑，又要保证一定的施工间距，并留有发展余地，要考虑配水的均匀性。全厂除正常工作管线外，各构筑物间应有超越管。全厂应有事故出水管。高程布置要充分利用地形，尽量让污水自流，并留有富裕水头，尽管做到挖土方量少且基本平衡。
4．主要构筑物（如污水泵站、沉砂池、初沉池、曝气池、二沉池、消化池等）的工艺设计图，可根据指导教师的安排，选绘两个。
比例尺1∶50~1∶1000，以细实线绘出构筑物平面和剖面外框，注明尺寸、标高，以粗实线绘出管道，注明管径、距离，穿墙处标明防水套管、标准图号和型号，法兰盘与承接头以三条细平行线表示。列出主要设备和材料一览表。
五、主要参考资料
（一）主要规范：
1、《城市排水工程规划规范》（GB50318-2000），国家质量技术监督局、建设部 2、《室外排水设计规范》（GBJ14-87,1997年版），国家计委、建设部 3、《污水泵站设计规程》（DBJ11－1999年版）
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（二）主要标准：
1、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002） 2、《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）
3、《城镇污水处理厂污水污泥排放标准》（CJ3025-1993）
4、《城镇污水处理厂附属建筑和附属设备设计标准》（CJJ31-1989） 5、《城镇污水处理工程项目建设标准》（建标[1994]574号） 6、《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999） 7、《给水排水制图标准》（GBJ106-87） （三）设计手册：
1、《给水排水设计手册》，建工版，2000年或1985年版 2、《给水排水快速设计手册》，建工版，1996年 3、《环境工程手册》（水污染防治卷），高教版，1996
4、《建设项目经济评价方法与参数》国家计委、建设部，1993 5、《投资项目经济评估指南》中咨公司编，经济出版社，1998
6、 《全国统一建筑工程预算工程量计算规则》建设部，计划出版社，1995
7、中华人民共和国建设部，《全国市政工程投资估算指标》，上海科普版，1996年 （四） 其他：
1、孙慧修、张自杰等，《排水工程》（上、下册，第四版），建工版 2、郑兴灿等，《污水除磷脱氮技术》，建工版，1998 3、姜乃昌，《水泵及水泵站》（第四版），建工版，1998年
4、张自杰主编，《排水工程》（下册）（第三版），建工出版社，1998年 5、赵毅编，《环境质量评价》，水电版
11．严煦世主编，《水与废水技术研究》，北京：建工出版社，1996年
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