市政污水处理及排水管网的优化

市政污水处理及排水管网的优化周乾城市建设研究院云南昆明650000摘要:本文主要对市政污水处理中的工艺与技术，污水回用，污泥处理等技术的当前现状和发展趋势做以介绍，重点从预处理，--级处理，二级处理和再生利用等几个方面加以阐述。结合污水处理文章还分析了当前市政排水管网的优化和规划中的几个值得关注的问题，建立了相关的数学模型及对求解的最优化进行了分关键词:市政污水处理排水管网优化中图分类号: [TU992.3]文献标识码: A文章编号:现如今城市化进程的加速发展和市内人口的膨胀，使得城市工厂“工业废水和居民生活污水的排放量都迅猛的增加。花费在污水处理与污水管理的费用也是随之增加，另外如果市政的排水管网的建设和规划不完善也会引起很多的问题，本文就从污水处理和排水管网的优化和规划设计，提出一些观点和看法进行分析。污水处理的工艺我国的市政在污水污泥处理和回用技术的工艺大致如下:1.污水预处理污水预处理一般用于市政污水的排江排海工程,进行预处理的主要目的是消除漂浮在污水中的油类和脂类物质,并且去除掉含有砂粒的无机物质和一部分有机物。2.污水的一级处理对于污水的一-级处理部分，基本上还是基于传统的市政污水处理技术和工艺流程。在技术工艺现状上近年来并没有明显的革新和突破，工艺流程上还是同以前的处理相同，处理过程基本上是依靠污水收集中的水力筛，沉砂池，初次沉淀池和粗格栅，中格栅，细格栅等常用的物理方法达到一级处理的目的。目前来说,技术的发展主要集中在污水处理设备的自动化水平和机械化水平的提高,包括对多种机械设备的研发技术的提高，以及在新型的处理构筑物上出现了更多的应用。比如说多种形式的格网，格栅，周边进水初级沉池，钟氏沉砂池，曝气沉砂池，水力筛和其他种类繁多的清洗装置和排泥除砂装置。3.污水的二级处理对于污水的二级处理，从工艺上讲还是依靠生化处理为主要手段，通常采用的方法仍然是首先将污水利用格栅过滤到沉砂池之中，接着传输到初级沉池，随后到曝气池，二次沉池，最后经过彻底消毒的接触池后排放出去。对于污泥的处.理流程来说，首先需要对初级沉池中的新鲜污泥以及在二次沉池所排放出的剩余活性污泥做以处理，将这两种污泥经过浓缩之后，再一同放到而执装罢或老是预热池中去，进行污泥的消化处理。接着经过二次浓缩，中国煤化化工后再YHCNMHG进到机械脱水机之中脱水，此时等待最后处理，既可以当作颗粒肥料，复合肥料也可以用作林肥，农肥和填埋等处理。对于污水的处理工艺，既可以采用生物膜法，活性污泥法，也可以对各种处理方法进行工艺组合，这样可以达到提高出水水质，减少基建费用，降低运行费用的目的，例如我国有些厂已经开始采用两段活性污泥法。另外也可以将生物膜法同活性污泥法联合起来应用，利用生物膜法的生物生长固定的特点和活性污泥法的液相和固相的接触面积大,来提高处理效率。也有的采用生物化学处理方法，去氮除磷，达到对水体富营养化的防治的目的。最近国内有很多污水处理厂都采用A2/0和A/O的处理工艺来应付城市的污水。但是由于目前土地问题越来越突出了，采用物理化学法取代生化方法正被普遍的采用，这样既达到了对氮，磷和.重金属较好的处理效果又可以节省能源，减小污水处理厂所占用的面积，方便管理的自动化。4. 创新改善处理效果污水处理采用的技术的综合性很强，涉及到相当广泛的科学技术范围，随着生产科研领域的“飞速发展，传统的技术工艺得以不断的更新，新的流程和工艺技术用到了市政污水处理方面。对于分离技术，目前采用的是固液分离旋转式装置,内部采用高效气浮技术和重力沉淀技术。对于生物膜法和活性污泥法的处理技术，采取的主要是微孔曝气技术，生物接触氧化，生物滤池，生物转盘，射流曝气，喷射曝气等技术。5.污水的再生利用技术采用污水的再生利用技术，不但能够减低污水的排放量，减轻对环境造成的污染，而且能够节约水资源，缓解水源缺乏的矛盾。对于我国来说，人均水资源仅有世界人均占有量的1/4,处于极度缺乏的状态，很多地区和城市严重缺水。为了解决这个问题，降低污水的排放量，我们在个别地区进行污水回用的规划和试验研究，建立试点工程。技术上，在污水二级处理厂的基础上做污水回用的水质处理，或者可以把二级处理后的水重新用于工业,比如说用作炼钢的冷却水使用。此处理流程基本上是把二级处理后的出水经过加药，混凝，沉淀过滤，消毒等处理工艺,这种工艺是市政自来水厂成熟可靠的老三套工艺。基于我们国家很多地区严重缺水的事实，将污水回用成我们的第二水源，对废水的再生和回用做以积极地开发,这将是解决问题的重要途径。污水处理的发展趋势我国的污水处理厂的建设规划的发展趋势是集中处理和大型化发展,并且趋于将生活污水和、污水管网的污水合并处理。污水处理厂大型化发展有利于节约土地，省造价，处理费用低，自动化和机械化的程度比较高。当建设规划大型的污水处理厂的时候，我们考虑集中配合分散的措施，采用中小型处理厂和大型处理厂相结合。这样可以处理好卫星城市，居住小区和城区的污水处理问题。与此同时，城镇，县城等中小城市也在积极地考虑污水处理厂的筹划建设。对于处理等级来说，更倾向于二级生物处理。在- -些大城市,为了将大型污水厂的设计更加符合于实际，建设的更好，常在建设大厂之前，先创建小型的污水处理试验厂，采取试验研究的方法获取合理的数据，可以供大厂设计时做以参考。同时为了减轻污水处理厂和城市下水道的日常管理费用和维护费用,一个有效的办法就是对排污的单位和企业征收一定的排污费用,实行有偿使用城市排水设施和排运收费等办法，这样可以保证污水处理厂的正常运行和高效建中国煤化红三级YHCNMHG处理的措施已经提到了议事日程上来。排水管网的优化制定排水管网的规划应当遵循区域规划和城镇的总体规划,需要密切配合中小城镇的其他单工程的建设，比如说需要结合城市的建筑界限，功能分区布局，地下其他设施规划和道路规划等等。为了使管网的规划构成-一个有机的整体,需要从全局出发,给出合理的解决方案。而且排水系统规划设计并不是一成不变的，二是可以动态调整的，在完成排水体制，排水主干管的定线，排水量标准的工作之后，可以依据实际情况对局部进行调整。由于排水管网的建设具有独特的特点，当管网建设完成之后，其使用期限甚至可以达到几十年之久，所以对管网的设计规划工作不应该只专注于总体规划，若完全拘泥于总体规划的年限，人口密度,污水量标准，服务范围，就难以满足城镇发展的要求。所以对于小城镇来说,其排水管网的设计规划应当比总体规划的年限安排得更长一一些，对于计算排水量，要进行多方面的预测，而且尽可能要留有发展的余地。排水管道中的污水通常是处在管段两端的水面较高，所以从高处向低处的流动使管网具备了有向图的特点。在考虑优化过程中地势地貌的作用时，我们可以对排水管网建立单向网络图的模型来辅助分析,但是该单向图模型并没有参考实际工程中通常存在的逆坡埋管的现象，所以应用起来有局限性。在同-一个排水管道中，由于两端的地面标高会不同，而且尽管坡度，管径等水力参数的大小不发生变化，敷设费用也是不同的。所以当无法确定管道中水的流向时，可以把排水管网当做-一个双向图，如下图1所示。排水汇集点用图中的圆表示，其汇集点的标高用交叉口的数值表示，可能敷设的排水管道用线段表示，水流方向用箭头表示。如果可以得到任何一段管段的建 设开销，便可以赋给图中每一条边固定的权值，对于同一个管段来说,顺坡敷设的话，权值就会小，逆坡铺设的话，权值会大。.儿」三3.55.57.63.5||5.52.5 2.53C>36.58.5 0.55.5 3.58.0图1排水网络的双向图模型所以对整个排水管网的优化布局问题，也就是要求网络图的费用最小问题。我们可以利用求解最短路径的方法来求解最小费用问题。对于排水管网的优化布局来说，我们需要确定出其他所有节点到某- -节点的最短路径，也就是从排水汇集点到排出口或者污水厂的最短路径问题。我们用G(V,E)代表排水管网图,V是点的集合, E是边的集合，W;是边e;的权值, P(i,k)是点i到k的一条路径。当给定终点t,那么排水管线的优化布局问题也就转化成了:找一棵有向树T,满足对于V中各节点i Pit是G中从i到t的最小的权值。有向树T就是排水管网布局的优化方中国煤化]工水管YHCNMHG网的目标函数为:由于各边的权值表示建设该段的费用，其中含有敷设费用和管材费用。由于排水管网中敷设的管线,由于我们只能在平面方案确定之后才可以计算出各边的权重，这属于变权问题，目前为止对变权问题并没有很好的解决方法，这里我们将各条边的权值做以如下简化，表征依据地貌和地势的敷设费用:W; = C(z-z)+c*;[( xj- x:)2+(y:+y)2]12式中的(xi ,z)(和(x;,y,z)是i,j节点的坐标; Ccj 这个参数表明由于地势所造成的管段费用的变化，c'j反应的是地貌的影响，这两个参数可以依靠工程造价和统计计算得出来。求解最短路径问题我们采用Dijkstra算法，步骤如下:1.假设t为最短路径的终点，处在最短路径上的点为Vi,t属于VI,其余的点集记做V2。2.选取V2中的节点i,同时V1中选取与i相邻的一点j,使满足d;+Lmin(j,)=Lmin(i,t), Lmin(i,)是点i到点t的最短路权; Lmin(j,t)是最j到点t的最短路权; dj是点i到点j的路权。3.在V2中删除点i,同时V1中加入点i。4. V2是若是空，那么就得到了其他所有节点到点t的最短路径，否则就跳转到2步骤。3.56.0①- -→②③5.53.5|5. 52.52.54.84.2.54.2|2.45.7④一68.5| 0.55.6 3.4 8.70.33.40.g尚2. 56.5图2排水网络及平面布局图2是排水管网的模型图,节点9即为污水口或者排出口，图中的数字表示.对应边的权值。参考文献[1]冯生华.关于我国城市污水处理的浅见[].天津建设科技, 2000,(04)[2]生物循环污水处理技术[J.西南给排水, 2009,(05).[3]污水处理业市场空间大[J].西南给排水, 2009,(01).[4]韩虹,李朝明.一体化污水处理技术研究现状与展望[J].新疆化工, 2009,(03).[5]周建忠,张学兵,靳云辉.地下式污水处理厂建设发展趋势[].西南给排水, 2012,(01) .[6]张继栋.开发区污水处理系统规划问题与对策[].机电信息, 2009,(21)[7]杨光.城市排水管网的现代化管理[].市政技术, 2010,(01).[8]叶娟.浅议城市排水管网的建设[].中国市政工程,2004,(02)9] 任伯帜.城市设计暴雨及雨水径流计算模型研究[D]. 重庆大学, 2004.中国煤化工周乾男(1976.11)云南昭通人 工程师研究方向: 市政供排MYHCNMH G