附件B：

毕业设计（论文）开题报告

1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）

1.1课题目的

随着给水事业的飞速发展，给水厂及配套管网设计工作的重要性日渐凸显，设计步骤的规范化建设和设计方法的创新性研究势在必行。近年来，许多研究人员对给水工程的设计方法及技巧进行了多方面的研究探索，摸索出一些新的设计方法、开发出许多计算软件，取得了一定的进展。因此本次毕业设计旨在通过独立完成给水工程的设计计算及图纸绘制等工作达到以下目的：

（1）掌握城镇给水处理厂及给水管网设计基本步骤，复习消化所学课程内容；

（2）掌握给水处理厂各处理构筑物形式的选择方法与工艺设计计算方法，给水处理厂平面布置与高程设计的原则和方法，具备足够的独立设计能力；

（3）掌握专业软件及手绘设计与制图的基本技能；

（4）提高综合运用所学理论知识、独立分析和解决实际工程问题的能力。

1.2课题意义

给水工程是为满足城乡居民及工业生产等用水需要的各项构筑物和输配水管网组成的系统，包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输配水管渠及管网及调节构筑物五部分。其任务是自选定的水源取水，按照用户对水质的需求对原水进行处理，将处理达标后的水量提升到要求的高度和供水压力，最终将清水输送至各用水点，以满足国民经济及社会发展的需要，部分多余的水量进入调节构筑物，以达到贮水和调节水量的目的。

净水厂是给水工程的核心部分，是控制、净化水质的关键部位。其设计内容包括处理工艺流程选择、构筑物选型、运行参数选用、操作管理、监控水平确定及水厂总体布置等方面。

通常情况下，给水管网在给水工程建设中所占投资较大，约占总投资的60%～80%^[1]，通过系统的合理设计及运行管理，可以有效节约工程投资，提高企业经济效益和现代化科学技术水平。但值得一提的是，给水管网设计中涉及到的影响因素较多，如何最优地确定设计参数，使系统在满足用户要求的前提下，达到投资及运行费用最省是给水管网设计及管理人员所面临的实际问题。

本选题系重庆市某县城供水工程设计，工程内容充实全面，难度适中，专业覆盖面广。通过本选题毕业设计，可进一步掌握给水系统方案选择、流程组合，给水工程全面系统的设计方法、表达方式等内容，对专业课程进行系统的实践训练。为将来从事本专业的工程设计、科研及运行管理等工作奠定坚实的基础。

1.3国内外研究现状分析

1.3.1国内研究现状分析

随着社会的经济技术的快速发展，我们国家的给水事业也有一定的发展，但是，多年来，我们只重视水厂建设和提高供水普及率，忽视了给水管网的科学管理、合理布局，使得管网处于无序发展状态，导致管网缺口大、投资少、欠帐多，进而使我国城市管网压力不平衡、事故发生率高、漏失严重、电耗多、“二次污染”严重以及产销差异大^[1]。即是一下三点。对于现行的给水管网提出了新的挑战，用户对供水安全性的要求提高，供水效益亟待提高，管网运行要求管网布局合理^[2]。对于目前的给水管网的问题，有两种方式解决。城市管网的建模和进行分区都是目前有效的方式。

第一种，城市管网的建模，有一下几点理由：①给水管网建模的可行，随着遥测远传设备价格的下降，SCADA系统和优化调度系统和GPS、GIS、MIS及OA等系统走向成熟，大型系统的控制和管理水平也有所提高；优化技术、模拟技术与计算机技术的发展，为模拟大型的动态变化的给水管网系统提供了条件^[3].②国家政策支持，我国政府十分重视城市基础设施建设。“十二五“期间对水务的总投资将超过l9000亿元。③可以有效的建立给水管网的星系系统，如电子地图维护管理、管网基础资料维护管理、管网的查询、统计、计算和分析、优化调度、管网的规划设计、管网故障分析与处理、历史资料管理、系统维护管理、办公自动化管理^[4]。④可以分析给水管网的供水、流向和爆管和关阀等情况，还可以进行动态调度的模拟^[2]。

与此同时对于管网模型的建立还存在一些挑战^[3]：①模型的动态模拟缺乏长效性：由于我国城市发展迅速．给水管网不断扩展．用水量布局不断变化，管网的拓扑结构、节点流量不断更新。而目前所建的模型还不能适应主要参数不断变化的状态．模型的动态模拟缺乏长效性．对其推广应用造成一定影响．②模型指导城市供求区块化亟待研究：随着城市的扩张，供水范围增加，必然要实行区块化供水，实行区块化供水是降低电耗、降低漏耗、提高供水效益的重要途径，这已被国内外少数城市的实践所验证。对于如何使用给水管网模型指导城市供水区块化的问题．还需进行深入研究。③管网水质分析的复杂性：我围建设部对36个重点城市的调查发现。从管网到水龙头的水质合格率降低了10％。目前对管网水质的分析及事故追踪还未得到很好的解决．管网水力水质模型是水力模型的延伸。这是一个非常复杂的课题．也未得到较好的解决。利用GIS技术对城市给排水管网进行管理，在国内正处于起步及开始快速发展阶段，北京、广州、深圳、中山、清远、福州等城市已使用该类信息系统进行管理。

第二种，对管网进行分区。要保证对于山地城市的管网的合理建造和安全运行，都是很大的挑战，山地城市依山而建，山地城市因山地地貌特征，用地紧张，人口密度较高，气候水文条件特殊等原因。^[6]山地城市给水管网与平原城市有较大的区别，首先是高差大，管网整体耗能，低区管道压力大，易爆管，其次管网延伸很长，可靠性低，相对于平原城市，基建投资大。为了更合理的布置山地城市，很多学者也对城市管网的布置发表了自己的看法，有的学者根据自己的经验，^[7]谈到，山地城市有适宜重力流输水的条件，充分利用水高位差，选择最短的路线，若重力输水管线地形高差较大时，应在适当位置跌水井或减压阀；如需要加压输水时，当水源和给水区高差很大时，可将压力输水管分成几级，每级有单独的泵站，组成多级输水系统，至于加压泵站的位置、增压方式和增压级数，应通过技术经济比较确定。对于山地城市的管网分区的经济比选，王圃，杨其文等^[8]建立了分区优化的模型，分区供水优化模型的目标式是管网造价年折算值、二泵站年平均动力费用、中途加压泵站年动力费用、中途加压泵站的设备投资费用和土建投资费用之和的最小值，模型的约束条件是水力约束条件，水源力量约束，节点的压力约束、中途加压泵站扬程非负约束和管径规格要求约束。学者对模型进行分析，发现需要解决的两个问题是管网参数（Dij，Hi）优化问题和泵站扬程（Z,H)优化问题，计算方法采用分层协调求解算法^[7]。

对于分区，除了一般概念的管网并联和串联分区之外，还有一种新概念的分区，是将现有的管网系统改造成若干区域，实现分区供水，实施区域管理，就好像是一个专业的学生分为几个班来管理一样，这种分区为了保证供水的安全性，各个区域都有应急管道连接。分区使得管网的供水管和配水管都功能明确，各区域进水点少。^[10]分区的好处是①给水管网系统发展规划。可掌握各个区域的水量，易计算分配水量、布置管道、计算管径等；明确各管路的功能及重要性，便于提出旧管道的改建方案。②控制水压。根据安装在区域边界和区域末梢的仪表数据，调整进水管线上的控制阀，可方便准确地控制压力，均衡管网水压，实现管网低压供水，从而减少漏失量并节省能耗。③控制水质。余氯是管网水质的主要控制指标，通过余氯监测仪可了解区域内余氯含量，通过区域内加氯可均衡管网余氯含量；当管道清洗后恢复使用时可能会导致浊度增加，分区可将其控制在某一区域；当管网受“二次污染”时，易于追查水质变化的原因，减小影响范围。④减小供水产销差。区域计量是管网分区的主要目的，可有效减小供水产销差，提高经济效益。

1.3.2国外研究现状分析

对于水安全，国外的学者^[10-12]是这么认为的，水安全是在可接受程度下水的质与量，能满足健康、生命、生产以及生态需要，并确保人类和生态系统的健康；并可承受其对人类生命健康、自然生态环境以及社会经济造成的危害和风险。水安全要素主要为：(1)水资源安全；(2)生态健康；(3)人类健康；(4)水基础设施安全；(5)水治理。在关注水资源安全、生态健康、人类健康和水治理的时候的同时还应该关注着水基础的安全。其中一方面就是给水管网的供水安全性，国外的的技术比中国快了很多。

 GIS是计算机科学同地学相结合的一个产物，是一种基于地图的管理信息系统。GIS技术主要包括数据库管理系统(DRMs)和算机辅助设计(CAD)2个软件技术，并附加对空间数据进行管理和分析的专用函数。DBMs和CAD软件的功能主要表现在能够采用数字化的形式，采集和管理地理要素及其属性数据，并通过建立拓扑关系去明确定义它们之间的空间联系。它所拥有的图形用户界面(GUI)，允许用户在可视化的地图上显示和操作数据。其信息处理的方式主要图形方式，它直观醒目，地理要素的分布及彼此之间的拓扑关系一目了然。GIS提供的专用函数可用来进行测量、坐标变换、图像生成、属性修改、新对象创建、曲线平滑处理、统计分析、拓扑叠加、地形表面操作、网络分析等。另外许多GIS产品还提供了强大的宏语^[13]。针对给水管网的管理和运行调度，在国外特别是美国已普遍使用利用GIS 技术来获取和管理给水管网的空间信息和属性信息，并通过地理建模来实现多种高级空间分析和提供决策支持。

对于城市的分区，高差大，则有我们通常说的分区，分区确实对于给水管网的节能维护和运行有很多好处，国外也通常采用，对于经济比选时建立的模型，其中一个子问题，管径优化设计的问题，这个问题式是一个非线性混合整数规划问题^[14]，其解法有神经网络法、模拟退火算法、遗传算法等。对于新概念的“分区”国外起步于20世纪80年代，也有很多大城市采用此种分区，英国伦敦的给水管网被改造为16个区域，日本东京的管网由50 多个区域组成，大阪的管网有18个区域^[15]。对于国外普遍应用这种分区主要原因还是地形，中国的大部分是山地，而美国多是平原，平原的管网高差不是很大，困难之处在于供水范围较大，所以此种分区正好使用，应用也比较广。在于对于这种分区不止用于新的城市建设中，还可以用于已建的管网改造。在城市扩张的过程中，供水管网的压力不断增大，如果采用统一的供水管网，供水可靠性提高，但是，这种管网必然会有高压段，高压段既耗能又伤害管材，还增加了爆管的可能性。所以在我国的平原城市，当供水范围大时，可以采用这种方式。

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2、课题任务、重点研究内容、实现途径

2.1课题任务：

任务1：完成西南某山地城镇供水工程设计（条件一）

某县城位于西南山地丘陵地区，乌江左岸。近年来城市建设快速发展，人口急剧增长，20##年县城常驻人口8.0万人，20##年规划人口10万，20##年规划人口13万。水量快速增长导致供需矛盾日益突出。水源有距离城区10km的泉水(Ⅰ类水体)和乌江（Ⅱ类水体）县城现有水厂及管网建于1970年代初，设施陈旧，制水水质差，管网老化，漏损率高，无法满足水量及水质要求

根据上级有关部门批准的设计任务书，在某城市进行供水工程建设。要求完成该供水工程设计。即取水工程、城区输配水管网工程、净水厂工程。设计应符合国家现行规范的规定。

2.2重点研究内容：

在毕业设计过程中，应根据条件完成供水工程设计，绘制图纸不少于6张（以A₁计），其中手绘图不得少于2张，其它可采用计算机CAD绘制，达到施工图深度的图纸不少于2张。编制说明书、计算书1份（3～3.5万字）。并完成专业相关的文献综述及译文。

2.3实现途径：

本课题为工程实践结合科研，课题基础资料齐全，内容详实。学校统一安排相关的配套经费、教室、文献资料等，学院配备一定数量的个人电脑及指导老师，可满足学生完成毕业设计要求。

通过教师指导学生独立完成的方式实现本毕业设计。毕业设计为专业知识的综合训练，牵涉到专业知识、建筑制图及计算机操作等多方面能力。学生已充分熟悉并掌握相关专业课程基本知识，具备手工、计算机制图及文本编辑的基本能力，可独立完成图纸绘制及文本制作。

学生签名：

                        20##年 3月 17日

4、指导教师意见

指导教师签名：

                                                 年     月     日

第二篇：开题报告

毕业设计(论文)开题报告

题目：双牌县污水处理厂扩大初步设计

课 题 类 别： 设计 □√ 论文　□

学 生 姓 名：XX

学 号：2009

班 级：给排0902

专业（全称）：给水排水工程

指 导 教 师：XX

2013年3月

一、本课题设计目的、意义：

1.进一步熟练掌握专业基础知识，培养独立思考问题和解决问题的能力,；

2.通过毕业设计，熟悉掌握取水工程、净水工程的设计原理、法及步骤；

3.根据原始设计资料，正确选定设计案，对取水工程、输水管道、净水工程进行设计，并进行正确计算；

4.掌握设计说明书、计算书的编写容和编制法；

5.熟练操作计算机软件绘图及手工绘图，具备绘制工程图纸的能力。

二、设计资料：

1、设计人口：10万人

2、排水量标准：~210L/人日

3、工业污水排放量：800m3/d，K时=1.2

4、污水水质：

CODcr=250mg/l；BOD5=200mg/l；SS=250mg/l；大肠杆菌数超标

5、污水水温21℃，pH=7.5

6、出水水质要求：符合《城镇污水处理厂污染物排放三级标准》

BOD5＜30mg/l；SS＜30mg/l；CODcr＜120mg/l；LAS≤2mg/l；大肠杆菌数≤104个/l；≤25mg/l；总磷≤3mg/l；动植物油≤5mg/l；油类≤5mg/l；pH=6~9；色度≤30(稀释倍数)。

7、污水厂地势基本平坦，自南向北逐渐升高，地面标高在60.34米(地面高程60.34米)，地面坡度为9%。

8、场地与其它

(1)场地坐标

X 0.00 350.00 0.00 350.00

Y 0.00 0.00 .00 .00

(Y正指向北)

(2)来水位：X：350.00，Y50.00

管底标高：57.21米

管径D=1000mm，充满度h/D=0.6

(3)地下水位：54.21米

(4)接纳水体：位于场区西边，最高水位：56.08米

9、气象资料

(1)年平均气温：23℃

(2)夏季主导风：东南风，台风最高达9~10级，10米以上构筑物应考虑台风影响。

(3)历年平均降水量为：1472.9mm。

(4)历年平均相对湿度为：81%。

10、城市地质资料：厂区土层情况良好，地下2米深以为粘土层，2~6.5米为砂粘土，6.5~88米为砾层。厂区为地震6级区。

TP=5 mg/ L

（1）设计出水水质

市位于珠江流域重点防护区以后，为有效防治水体富营养化和水产养殖业的发展，要求处理工艺必须有脱氮除磷效果。

处理厂出水主要污染物执行GB8978-1996中的一级标准。因此，确定本工程设计出水水质标准为：

BOD5≤20 mg/ L CODCr≤60 mg/ L SS≤20 mg/ L NH3-N≤15 mg/ L TP≤1.5 mg/ L

三、课题任务要求：

1、根据设计资料、当地情况、污水性质与成分，结合课题要求选择合适的污水、污泥处理工艺，此部分要有案论证；

2、在确定污水、污泥的处理工艺流程时，同时选择适宜的各单体构筑物的类型。对所有处理构筑物都进行设计计算，包括确定各有关设计参数、构筑物主要尺寸与所需的材料和规格等；

3、污水泵站工艺设计要确定水泵机组的台数、水泵型号、泵站的结构形式以及集水池的容积，并应进行泵站水泵机组管道水力计算和电器设备等布置设计，泵站的建筑与结构设计可参照标准图大致来确定；

4、污水处理厂平面布置要紧凑合理，节省占地面积，同时应保证运行管理便；

5、对污水与污泥处理系统要做出准确的水力计算和高程计算；

6、设计图纸绘制规，其中至少有两基本达到施工图深度，对需绘制施工图的构筑物要进行更为详细设计计算，包括各部位构件的形式、构成与具体尺寸等。

四、国外研究现状及发展趋势（含文献综述）：

目前，国外城市污水处理厂厂采用的工艺有普通活性污泥法、A/O生物脱氮活性污泥法、A/A/O生物脱氮除磷工艺、AB工艺、氧化沟法（循环混合式活性污泥法）、SBR间歇时活性污泥法等工艺。

1．关于活性污泥法

当前流行的污水处理工艺有：AB法、SBR法、氧化沟法、普通曝气法、A/A/O法、A/O 法等，这几种工艺都是从活性污泥法派生出来的，且各有其特点。 　

① AB法　

该法由德国Bohuke教授首先开发。该工艺对曝气池按高、低负荷分二级供氧，A级负荷高，曝气时间短，产生污泥量大，污泥负荷2.5kgBOD/(kgMLSS·d)以上，池容积负荷6kgBOD/(m3·d)以上；B级负荷低，污泥龄较长。A级与B级间设中间沉淀池。二级池子F/M(污染物量与微生物量之比)不同，形成不同的微生物群体。AB法尽管有节能的优点，但不适合低浓度水质，A级和B级亦可分期建设。

②SBR法

SBR法早在20世纪初已开发，由于人工管理繁琐未予推广。此法集进水、曝气、沉淀、出水在一座池子中完成，常由四个或三个池子构成一组，轮流运转，一池一池地间歇运行，故称序批式活性污泥法。现在又开发出一些连续进水连续出水的改良性SBR工艺，如ICEAS法、CASS法、IDEA法等。这种一体化工艺的特点是工艺简单，由于只有一个反应池，不需二沉池、回流污泥及设备，一般情况下不设调节池，多数情况下可省去初沉池，故节省占地和投资，耐冲击负荷且运行式灵活，可以从时间上安排曝气、缺氧和厌氧的不同状态，实现除磷脱氮的目的。但因每个池子都需要设曝气和输配水系统，采用滗水器及控制系统，间歇排水水头损失大，池容的利用率不理想，因此，一般来说并不太适用于大规模的城市污水处理厂 。

③A²/O法

由于对城市污水处理的出水有去除氮和磷的要求，故国10年前开发此厌氧—缺氧—好氧组成的工艺。利用生物处理法脱氮除磷，可获得优质出水，是一种深度二级处理工艺。A/A/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO＜0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO＜0.7 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。为有效脱氮除磷，对一般的城市污水，COD/TKN为3.5～7.0(完全脱氮COD/TKN＞12.5)，BOD/TKN为1.5～3.5，COD/TP为30～60，BOD/TP为16～40(一般应＞20)。若降低污泥浓度、压缩污泥龄、控制硝化，以去除磷、BOD5和COD为主，则可用A/O 工艺。

有的城市污水处理的出水不排入湖泊，利用大水体深水排放或灌溉农田，可将脱氮除 磷放在下一步改扩建时考虑，以节省近期投资。

　④普通曝气法及其变法

本工艺出现最早，至今仍有较强的生命力。普曝法处理效果好，经验多，可适应大的污水量，对于大厂可集中建污泥消化池，所产生沼气可作能源利用。传统普曝法的不足之处是只能作为常规二级处理，不具备脱氮除磷功能。

近几年在工程实践中，通过降低普通曝气池容积负荷，可以达到脱氮的目的；在普曝池前设置厌氧区，可以除磷，亦可用化学法除磷。采用普通曝气法去除BOD5，在池型上有多种形式(如下文所述的氧化沟)，工程上称为普通曝气法的变法，亦可统称为普通曝气法。

⑤氧化沟法

本工艺50年代初期发展形成，因其构造简单，易于管理，很快得到推广，且不断创新，有发展前景和竞争力，当前可谓热门工艺。氧化沟在应用中发展为多种形式，比较有代表性的有： 　

帕式(Passveer)简称单沟式，表面曝气采用转刷曝气，水深一般在2.5～3.5m，转刷动力效率1.6～1.8kgO2/(kW·h)。 　

奥式(Orbal)简称同心圆式，应用上多为椭圆形的三环道组成，三个环道用不同的DO(如外环为0，中环为1，环为2)，有利于脱氮除磷。采用转碟曝气，水深一般在4.0～4.5m，动力效率与转刷接近，现已在潍坊、北京黄村和小郢的城市污水处理厂应用。

若能将氧化沟进水设计成多种式，能有效地抵抗暴雨流量的冲击，对一些合流制排水系统的城市污水处理尤为适用。 　

卡式(Carrousel)简称循环折流式，采用倒伞形叶轮曝气，从工艺运行来看，水深一般在3.0m左右，但污泥易于沉积，其原因是供氧与流速有矛盾。 　

三沟式氧化沟(T型氧化沟)，此种型式由三池组成，中间作曝气池，左右两池兼作沉淀池和曝气池。T型氧化沟构造简单，处理效果不错，但其采用转刷曝气，水深浅，占地面积大，复杂的控制仪表增加了运行管理的难度。不设厌氧池，不具备除磷功能。 　

氧化沟一般不设初沉池，负荷低，耐冲击，污泥少。建设费用及电耗视采用的沟型而变，如在转碟和转刷曝气形式中，再引进微曝气，加大水深，能有效地提高氧的利用率(提高20%)和动力效率［达2.5～3.0 kgO2/(kW·h)］。

2、曝气生物滤池

曝气生物滤池实质上是常说的生物接触氧化池，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填(滤)料，在填料下鼓气，是具有活性污泥特点的生物膜法。曝气生物滤池(BAF)70年代末起源于欧洲大陆，已发展为法、英等国设备制造公司的技术和设备产品。由于选用的填料不同，以及是否有脱氮要求，设计的工艺参数是不同的，如要求处理出水BOD5、SS＜20mg/L，去除BOD5达90%以上的工艺，其容积负荷为0.7～3.0 kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间1～2h；以硝化(90%以上)为主的工艺，其容积负荷为0.5～2.0kgBOD5/(m3·d)，水力停留时间2～3h。

一般认为，生物膜法处理城市污水，在国尚需积累经验，处理规模不宜过大，约5× 104m3/d左右为宜。国外(主要在欧洲)处理水量有达到36×104m3/d的，这与其填料材质、自控手段和先进的反冲洗装置有关，也与其有长期积累的运行 管理经验有关。

3、关于UNITANK工艺

UNITANK工艺和类似的TCBS工艺、MSBR工艺一样，都是SBR法新的变型和发展。它集“序批法”、“普通曝气池法”及“三沟式氧化沟法”的优点，克服了“序批法”间歇进水、“三沟式氧化沟法”占地面积大、“普通曝气池法”设备多的缺点。

典型的UNITANK工艺是三个水池，三池之间水力连通，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放口，它们交替作为曝气池和沉淀池。污水可以进入三池中的任意一个，采用连续进水、期交替运行。在自动控制下使各池处在好氧、缺氧及厌氧状态，以完 成有机物和氮磷的去除。

UNITANK工艺由比利时Seghers公司首先建在我国的澳门特区，处理水量14×104m3/d(不下雨时平均处理水量为7×104m3/d)，池型封闭，设计采用的容积负荷为0.58kgBOD/(m3·d)，总的反应池体积为46800m3，曝气池水力停留时间为8h，出水的BOD5、SS＜20mg/L。

这类一体化工艺是传统活性污泥工艺的变形，可以采用活性污泥工艺的设计法对不同的污染物加以去除，如考虑硝化，其负荷一般在0.05～0.10 kgBOD5/(kgMLSS·d)，硝化率视污水温度而异。而要求污泥稳定化，其污泥负荷和污泥龄要远远超过硝化时的数值。 　 容积利用率低是此类一体化工艺共同的主要问题，就是说在一个较长停留时间的曝气系统，有50%左右的池容用于沉淀。 　

UNITANK工艺的成功与否有赖于系统采用稳定可靠的仪表及设备，因此引进技术，消化、吸收和开发先进的自控系统是应用此工艺的关键问题。一般认为，UNITANK工艺不太适用于大型(＞10×104m3/d)的城市污水处理厂。

4、生物处理法的新进展

生物处理法是目前研究得较多、新技术层出不穷的法， 无论是好氧生物处理技术，还是厌氧生物处理技术都引起了研究人员的极大兴趣。因为用生物法利用的是微生物的新代作用， 以污染物质为食料， 将其代成诸如CO2、H2O、NH3、SO2等稳定的小分子， 它的二次污染小， 对处理生活污水及与之性质相近的有机污水有其独特的优势。生物处理法自从问世以来，其技术已获得了极大的发展， 随着人们生活水平的日益提高， 生活污水中的成也日益复杂， 因此用生物处理法的目的也从以前能处理降解蛋白质、脂肪、碳水化合物等一类物质增加到也能处理合成洗涤剂、脱氮、脱磷及其它一些难降解的复杂有机物。这也就必然要求人们改革工艺，过去由于厌氧生物处理的效率不尽人意， 处理时间也较慢， 所以未引起人们的重视， 仅仅用来处理污泥或高浓度有机污水的预处理，但现在由于能源紧， 厌氧生物处理由于能产生能源物质—甲烷而越来越引起人们的青睐， 由此也出现了多新的工艺。

（1）活性污泥法的新发展

到目前为止， 对活性污泥法在运行式上还没有大的突破， 往往所作的是一些局部的改进， 但在曝气式上确取得了较大的成果， 如纯氧曝气、深井曝气、射流曝气， 采用微气泡扩散器等， 这些都增大了氧转移率、提高了氧的利用率使曝气池中氧的浓度增加。如美日等国研制出的一种超微气泡扩散器， 气泡直径50Lm， 氧吸收率达90% ， Reid Engineering Company of Frederick shurg 等研制的氧化沟下表面曝气也是一种曝气式的改进， 把冲刷曝气(Brush Aeration) 改进透平曝气(Turbine Aeration) 避免了产生气溶胶、飞溅、结冰等问题。活性污泥法的另一个发展趋势就是朝多功能向发展， 采用的法有： 培养驯化专用细菌，使活性污泥处理对象不局限于生活污水， 还可以处理如酚一类难降解的有毒有机物，甚至驯化可以处理象氰一类有剧毒的无机物；把活性污泥与其它处理法结合起来，如活性炭—活性污泥法， 它实际上是一种以活性污泥法形式的活性炭吸附、生物氧化法的综合处理法； 固定活性污泥法是提供微生物附着的表面， 如合成纤维、塑料、细沙、粘土焦炭等， 使曝气池同时存在附着相和悬浮相的生物；这些都提高了活性污泥的净化效率，提高了抗有毒物质等冲击负荷的能力， 还具有脱色、脱氮、削减泡沫的效果， 国外已用于合成纤维、化工印染、炼油、炼焦等工业生产的污水处理；活性污泥法与厌氧工艺结合来脱氮、脱磷等，最典型的工艺是A-O(anaerobic-oxic) 流程。活性污泥法还可和化学法结合， 提高净化多氯联苯、有机磷的去除效果。

（2）生物膜处理法的新进展

生物膜法最早出现的工艺是1893年在英国出现的将污水喷撒在粗滤料上而得以净化的普通生物滤池，它是最早出现而至今仍在不断改进和发展的人工生物处理设备。在它的基础上，出现了高负荷生物滤池、塔式生物滤池、生物转盘和生物接触氧化等。近二三十年来，又出现了一些新型的生物膜法处理技术，如生物流化床，它是以砂、焦炭、活性炭等颗粒材料作为载体，其载体表面附着生长着生物膜，充氧后的污水以一定流速自下而上流动使载处于流化状态，载体上的生物膜可以充分地和污水接触，使净化效率提高，它的工艺有空气流床、纯氧流动床、三相流化床和厌氧兼型流化床工艺等。活性生物滤池是将生物滤池、曝气池及二沉池结合为一体的新型污水处理工艺，它的特点是将生物滤池的部分出水回流汇同二沉池的回流污泥一起进入生物滤池，用活性生物滤池处理生活污水和食品加工废水的试验结果表明： 该系统具有处理效果好、效率高、BOD 容积负荷大、不发生污泥膨胀和耐冲击负荷等优点。另外还有空气驱动的生物转盘、生物转盘和曝气池相结合、藻类转盘等。由于生物膜法的生态环境与活性污泥法的不同， 生物膜法生态系统中可以生长藻类、后生动物等， 甚至可以生长硝化菌及反硝化菌等， 因此可以用来脱氮等。

（3）厌氧生物处理法的新发展

厌氧生物处理法也有一百多年的历史，它是利用厌氧微生物在无氧的条件下对有机物进行分解的技术。由于处理效率低、速度慢、且甲烷菌对环境要求格不易控制等缺点， 厌氧生物处理法长期以来一般仅用于污泥处理， 它的主要工艺是化粪池、消化池等。但是由于近年来能源危机及环境污染加重，厌氧生物处理由于其产物具有能源物质而得到人们的重视， 一大批新的厌氧生物处理法技术相继诞生， 为了提高厌氧微生物的浓度，有使厌氧微生物附着在载体表面的厌氧生物膜处理法如厌氧生物滤池、厌氧转盘、厌氧膨胀床、厌氧接触氧化、厌氧档板反应器、厌氧流化床法， 以及象上流式厌氧污泥床反应器(UASB) 依靠微生物之间凝聚造粒而形成的自己固定法法。还有人为地固定微生物包埋固定化法， 它是人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持在处理系统中，提高处理速度、缩小处理设备并可用于处理低浓度的有机污水。如日本本田等人1988 年采用包埋固定厌氧微生物处理TOC 为150mgöL 的人工配水， TOC 的去除率可达95% 以上。在厌氧处理中， 甲烷的增殖速度慢成为产气的决定步骤， 因此为了保持甲烷发酵中高浓度的微生物， 出现了利用膜的固液分离法， 如柏分等人1988 年利用超滤膜(UF) 进行甲烷发酵试验， 结果表明： 提高了反应器甲烷的浓度， TOC 的容积负荷为2göL·日， 其去除率可达98.4%以上。厌氧生物处理法目前的发展趋势是和其它生物处理法联用， 如厌氧—好氧复合工艺等， 具有节约投资、节省能源、污泥产量少、出水水质好等一系列优点。厌氧生物处理朝着能处理低浓度有机污水，能够脱磷脱氮且运行维护便经济等面发展。

5、活性污泥工艺的发展趋势

通过几十年的研究与实践，活性污泥工艺已经成为一种比较完善的工艺。在池形、运行式、曝气式、载体等面已经很难有较大的发展。用常规手段也已经很难在生物学面有所突破。有学者认为该工艺未来两个大的向是膜分离技术和分子生物学技术的应用。

（1）膜分离技术的应用

用膜分离代替沉淀进行泥水分离，可带来活性污泥工艺的以下变化：

①不再存在污泥膨胀问题。在调控活性污泥系统时，不必再考虑污泥的沉降性能问题，从而使工艺控制大大简化；

②曝气池的污泥浓度将大大提高(ＭＬＳＳ可以大于20000ｍｇ/Ｌ)从而使系统可在超大泥龄、超低负荷状态下运行，充分满足去除各种污染物质的需要；

③在同样的处理要求下，可使曝气池容积大大减小，节省处理厂的占地面积；

④污泥浓度的提高，将要求较高的曝气速率，因而纯氧曝气将随着膜分离而被大量采用。

虽然膜分离目前还存在易堵塞等面的问题，但这些问题正逐步得到解决。实际上，目前已有一批膜分离活性污泥系统在运行，如日本Ｈｉｒｏｓｈｉｗａ市的Ｈｉｇａｓｈｉ污水处理厂的膜分离系统已连续运行3年。

（2）分子生物技术的应用

目前分子生物技术已开始应用于污水处理领域。为搞清聚磷菌除磷的生化机理，已开始用分子诊断技术获取聚磷菌的遗传信息。现在从活性污泥中已发现的30多种丝状菌中，只有4种准确命名及生物分类学定位，因为这些丝状菌大部分无法进行分离纯培养。目前正用分子诊断技术进行这些丝状菌的生物学定位，以进一步准确了解其特性。

分子诊断技术的大量应用，活性污泥微生物基因库的建立，在此基础上用基因技术培育具有高效活性的污泥菌种，进一步提高处理效果，是未来发展的向。

参考文献

[1] 《给水排水设计手册》（第二版），中国建工出版社，2004 年。

[2] 自杰主编《排水工程》，中国建工出版社，1995 年。

[3] 《污水处理工艺及工程案设计》，中国建工出版社，2000 年。

[4] 水波，余健.现代给水排水工程设计[M].：大学出版社，2000.

[5] 亚峰，士君.给水排水工程专业毕业设计指南[M].北京：化学工业出版社，2003.

[6] 高俊发，社平.污水处理厂工艺设计手册[M].北京：化学工业出版社环境科学与工程出版中心，2003.

[7]雹.国外城镇污水处理技术概况.天津市政设计[J],2003. 

[8]统等. SBR及其变法污水处理与回用技术.化学工业出版社[M], 2003.

[9]黄维生.浅谈我国污水处理工程的现状.西南给排水[M], 2005.

[10]董文福,傅徳黔.我国城市污水处理厂现状,存在问题及对策研究.环境科学导刊[J],2008.

五、工艺的确定

（一）初步拟定的两套污水处理的案和工艺流程图

(二) 污水处理工艺设备选型、案比较及确定

1．案1—A²∕O法处理工艺的特点

优点：（1）该工艺为最简单的同步脱氮除磷工艺，总的水力停留时间很短，

总的占地面积少于其它的工艺。（2）在厌氧好氧胶体运行条件下，丝状菌的不到大量增殖，无污泥膨胀，SVI值一般均小于100。（3）污泥中含磷浓度高，具有很高的肥效。（4）运行中勿需投药，两个A段只用轻缓搅拌，运行费用低。

缺点：（1）除磷效果难于再行提高，污泥增长有一定的限度，不易提高，特别是当P∕值高时更是如此。（2）脱氮效果也难于进一步提高，循环量一般以2Q为限，不宜太高，否则增加运行费用。（3）对沉淀池要保持一定的浓度的溶解氧，减少停留时间，防止产生厌氧状态和污泥释放磷的现象出现，但溶解浓度也不宜过高，以防止循环混合液对缺氧反应器的干扰。

2．案2—厌氧池+氧化沟处理工艺的特点

氧化沟除了具有A²∕O法处理工艺的效果外，还具有如下特点：①具有独特的水力流动特点，有利于活性污泥的生物凝聚作用，而且可以将其工作区分为富氧区、缺氧区，用以进行硝化和反硝化作用，取得脱氮效果。②不设初沉池，有机性悬浮物在氧化沟能达到好氧稳定的程度。③BOD负荷低，使氧化沟具有对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，污泥产率低，勿需进行硝化处理。

④脱氮效果还能进一步提高。⑤电耗较小，运行费用低。

综合以上分析，本设计选择厌氧池+氧化沟处理工艺

六、设计（研究）进度计划：

1、布置设计任务，开题、文献综述，外文翻译     4次

2、污水处理厂设计计算     5~6.5次

3、序号 毕业设计（论文）工作任务  次绘制污水处理厂总平面图和工艺流程图     7.5~8次

4、绘制单项处理构筑物工艺图     9~13次

5、编写设计说明书和计算书     14~15次

6、提交设计成果，论文修改、评定，答辩     16~17次

六、主要参考文献与外文翻译文件（由指导教师选定）

[1] 《全国通用给水排水标准图集》中国建筑科学研究院建筑标准设计研究所出版，1992年。

[2] 《给水排水设计手册》（第二版），中国建工出版社，2004年。

[3] 玉川主编《城市污水厂处理设施设计计算》，化学工业出版社，1993年。

[4] 自杰主编《排水工程》，中国建工出版社，1995年。

[5] 《污水处理工艺及工程案设计》，中国建工出版社，2000年。

[6] 金兆丰主编，《污水处理组合工艺及工程实例》，化学工业出版社，1993年。

[7] 洪军主编，《水处理工程设计计算》，中国建筑工业出版社，2006年。

序号 毕业设计（论文）工作任务  次