市政污水處理及排水管網(wǎng)的優(yōu)化

市政污水處理及排水管網(wǎng)的優(yōu)化周乾城市建設研究院云南昆明650000摘要:本文主要對市政污水處理中的工藝與技術(shù)，污水回用，污泥處理等技術(shù)的當前現狀和發(fā)展趨勢做以介紹，重點(diǎn)從預處理，--級處理，二級處理和再生利用等幾個(gè)方面加以闡述。結合污水處理文章還分析了當前市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化和規劃中的幾個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，建立了相關(guān)的數學(xué)模型及對求解的最優(yōu)化進(jìn)行了分關(guān)鍵詞:市政污水處理排水管網(wǎng)優(yōu)化中圖分類(lèi)號: [TU992.3]文獻標識碼: A文章編號:現如今城市化進(jìn)程的加速發(fā)展和市內人口的膨脹，使得城市工廠(chǎng)“工業(yè)廢水和居民生活污水的排放量都迅猛的增加?；ㄙM在污水處理與污水管理的費用也是隨之增加，另外如果市政的排水管網(wǎng)的建設和規劃不完善也會(huì )引起很多的問(wèn)題，本文就從污水處理和排水管網(wǎng)的優(yōu)化和規劃設計，提出一些觀(guān)點(diǎn)和看法進(jìn)行分析。污水處理的工藝我國的市政在污水污泥處理和回用技術(shù)的工藝大致如下:1.污水預處理污水預處理一般用于市政污水的排江排海工程,進(jìn)行預處理的主要目的是消除漂浮在污水中的油類(lèi)和脂類(lèi)物質(zhì),并且去除掉含有砂粒的無(wú)機物質(zhì)和一部分有機物。2.污水的一級處理對于污水的一-級處理部分，基本上還是基于傳統的市政污水處理技術(shù)和工藝流程。在技術(shù)工藝現狀上近年來(lái)并沒(méi)有明顯的革新和突破，工藝流程上還是同以前的處理相同，處理過(guò)程基本上是依靠污水收集中的水力篩，沉砂池，初次沉淀池和粗格柵，中格柵，細格柵等常用的物理方法達到一級處理的目的。目前來(lái)說(shuō),技術(shù)的發(fā)展主要集中在污水處理設備的自動(dòng)化水平和機械化水平的提高,包括對多種機械設備的研發(fā)技術(shù)的提高，以及在新型的處理構筑物上出現了更多的應用。比如說(shuō)多種形式的格網(wǎng)，格柵，周邊進(jìn)水初級沉池，鐘氏沉砂池，曝氣沉砂池，水力篩和其他種類(lèi)繁多的清洗裝置和排泥除砂裝置。3.污水的二級處理對于污水的二級處理，從工藝上講還是依靠生化處理為主要手段，通常采用的方法仍然是首先將污水利用格柵過(guò)濾到沉砂池之中，接著(zhù)傳輸到初級沉池，隨后到曝氣池，二次沉池，最后經(jīng)過(guò)徹底消毒的接觸池后排放出去。對于污泥的處.理流程來(lái)說(shuō)，首先需要對初級沉池中的新鮮污泥以及在二次沉池所排放出的剩余活性污泥做以處理，將這兩種污泥經(jīng)過(guò)濃縮之后，再一同放到而執裝罷或老是預熱池中去，進(jìn)行污泥的消化處理。接著(zhù)經(jīng)過(guò)二次濃縮，中國煤化化工后再YHCNMHG進(jìn)到機械脫水機之中脫水，此時(shí)等待最后處理，既可以當作顆粒肥料，復合肥料也可以用作林肥，農肥和填埋等處理。對于污水的處理工藝，既可以采用生物膜法，活性污泥法，也可以對各種處理方法進(jìn)行工藝組合，這樣可以達到提高出水水質(zhì)，減少基建費用，降低運行費用的目的，例如我國有些廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始采用兩段活性污泥法。另外也可以將生物膜法同活性污泥法聯(lián)合起來(lái)應用，利用生物膜法的生物生長(cháng)固定的特點(diǎn)和活性污泥法的液相和固相的接觸面積大,來(lái)提高處理效率。也有的采用生物化學(xué)處理方法，去氮除磷，達到對水體富營(yíng)養化的防治的目的。最近國內有很多污水處理廠(chǎng)都采用A2/0和A/O的處理工藝來(lái)應付城市的污水。但是由于目前土地問(wèn)題越來(lái)越突出了，采用物理化學(xué)法取代生化方法正被普遍的采用，這樣既達到了對氮，磷和.重金屬較好的處理效果又可以節省能源，減小污水處理廠(chǎng)所占用的面積，方便管理的自動(dòng)化。4. 創(chuàng )新改善處理效果污水處理采用的技術(shù)的綜合性很強，涉及到相當廣泛的科學(xué)技術(shù)范圍，隨著(zhù)生產(chǎn)科研領(lǐng)域的“飛速發(fā)展，傳統的技術(shù)工藝得以不斷的更新，新的流程和工藝技術(shù)用到了市政污水處理方面。對于分離技術(shù)，目前采用的是固液分離旋轉式裝置,內部采用高效氣浮技術(shù)和重力沉淀技術(shù)。對于生物膜法和活性污泥法的處理技術(shù)，采取的主要是微孔曝氣技術(shù)，生物接觸氧化，生物濾池，生物轉盤(pán)，射流曝氣，噴射曝氣等技術(shù)。5.污水的再生利用技術(shù)采用污水的再生利用技術(shù)，不但能夠減低污水的排放量，減輕對環(huán)境造成的污染，而且能夠節約水資源，緩解水源缺乏的矛盾。對于我國來(lái)說(shuō)，人均水資源僅有世界人均占有量的1/4,處于極度缺乏的狀態(tài)，很多地區和城市嚴重缺水。為了解決這個(gè)問(wèn)題，降低污水的排放量，我們在個(gè)別地區進(jìn)行污水回用的規劃和試驗研究，建立試點(diǎn)工程。技術(shù)上，在污水二級處理廠(chǎng)的基礎上做污水回用的水質(zhì)處理，或者可以把二級處理后的水重新用于工業(yè),比如說(shuō)用作煉鋼的冷卻水使用。此處理流程基本上是把二級處理后的出水經(jīng)過(guò)加藥，混凝，沉淀過(guò)濾，消毒等處理工藝,這種工藝是市政自來(lái)水廠(chǎng)成熟可靠的老三套工藝?；谖覀儑液芏嗟貐^嚴重缺水的事實(shí)，將污水回用成我們的第二水源，對廢水的再生和回用做以積極地開(kāi)發(fā),這將是解決問(wèn)題的重要途徑。污水處理的發(fā)展趨勢我國的污水處理廠(chǎng)的建設規劃的發(fā)展趨勢是集中處理和大型化發(fā)展,并且趨于將生活污水和、污水管網(wǎng)的污水合并處理。污水處理廠(chǎng)大型化發(fā)展有利于節約土地，省造價(jià)，處理費用低，自動(dòng)化和機械化的程度比較高。當建設規劃大型的污水處理廠(chǎng)的時(shí)候，我們考慮集中配合分散的措施，采用中小型處理廠(chǎng)和大型處理廠(chǎng)相結合。這樣可以處理好衛星城市，居住小區和城區的污水處理問(wèn)題。與此同時(shí)，城鎮，縣城等中小城市也在積極地考慮污水處理廠(chǎng)的籌劃建設。對于處理等級來(lái)說(shuō)，更傾向于二級生物處理。在- -些大城市,為了將大型污水廠(chǎng)的設計更加符合于實(shí)際，建設的更好，常在建設大廠(chǎng)之前，先創(chuàng )建小型的污水處理試驗廠(chǎng)，采取試驗研究的方法獲取合理的數據，可以供大廠(chǎng)設計時(shí)做以參考。同時(shí)為了減輕污水處理廠(chǎng)和城市下水道的日常管理費用和維護費用,一個(gè)有效的辦法就是對排污的單位和企業(yè)征收一定的排污費用,實(shí)行有償使用城市排水設施和排運收費等辦法，這樣可以保證污水處理廠(chǎng)的正常運行和高效建中國煤化紅三級YHCNMHG處理的措施已經(jīng)提到了議事日程上來(lái)。排水管網(wǎng)的優(yōu)化制定排水管網(wǎng)的規劃應當遵循區域規劃和城鎮的總體規劃,需要密切配合中小城鎮的其他單工程的建設，比如說(shuō)需要結合城市的建筑界限，功能分區布局，地下其他設施規劃和道路規劃等等。為了使管網(wǎng)的規劃構成-一個(gè)有機的整體,需要從全局出發(fā),給出合理的解決方案。而且排水系統規劃設計并不是一成不變的，二是可以動(dòng)態(tài)調整的，在完成排水體制，排水主干管的定線(xiàn)，排水量標準的工作之后，可以依據實(shí)際情況對局部進(jìn)行調整。由于排水管網(wǎng)的建設具有獨特的特點(diǎn)，當管網(wǎng)建設完成之后，其使用期限甚至可以達到幾十年之久，所以對管網(wǎng)的設計規劃工作不應該只專(zhuān)注于總體規劃，若完全拘泥于總體規劃的年限，人口密度,污水量標準，服務(wù)范圍，就難以滿(mǎn)足城鎮發(fā)展的要求。所以對于小城鎮來(lái)說(shuō),其排水管網(wǎng)的設計規劃應當比總體規劃的年限安排得更長(cháng)一一些，對于計算排水量，要進(jìn)行多方面的預測，而且盡可能要留有發(fā)展的余地。排水管道中的污水通常是處在管段兩端的水面較高，所以從高處向低處的流動(dòng)使管網(wǎng)具備了有向圖的特點(diǎn)。在考慮優(yōu)化過(guò)程中地勢地貌的作用時(shí)，我們可以對排水管網(wǎng)建立單向網(wǎng)絡(luò )圖的模型來(lái)輔助分析,但是該單向圖模型并沒(méi)有參考實(shí)際工程中通常存在的逆坡埋管的現象，所以應用起來(lái)有局限性。在同-一個(gè)排水管道中，由于兩端的地面標高會(huì )不同，而且盡管坡度，管徑等水力參數的大小不發(fā)生變化，敷設費用也是不同的。所以當無(wú)法確定管道中水的流向時(shí)，可以把排水管網(wǎng)當做-一個(gè)雙向圖，如下圖1所示。排水匯集點(diǎn)用圖中的圓表示，其匯集點(diǎn)的標高用交叉口的數值表示，可能敷設的排水管道用線(xiàn)段表示，水流方向用箭頭表示。如果可以得到任何一段管段的建 設開(kāi)銷(xiāo)，便可以賦給圖中每一條邊固定的權值，對于同一個(gè)管段來(lái)說(shuō),順坡敷設的話(huà)，權值就會(huì )小，逆坡鋪設的話(huà)，權值會(huì )大。.兒」三3.55.57.63.5||5.52.5 2.53C>36.58.5 0.55.5 3.58.0圖1排水網(wǎng)絡(luò )的雙向圖模型所以對整個(gè)排水管網(wǎng)的優(yōu)化布局問(wèn)題，也就是要求網(wǎng)絡(luò )圖的費用最小問(wèn)題。我們可以利用求解最短路徑的方法來(lái)求解最小費用問(wèn)題。對于排水管網(wǎng)的優(yōu)化布局來(lái)說(shuō)，我們需要確定出其他所有節點(diǎn)到某- -節點(diǎn)的最短路徑，也就是從排水匯集點(diǎn)到排出口或者污水廠(chǎng)的最短路徑問(wèn)題。我們用G(V,E)代表排水管網(wǎng)圖,V是點(diǎn)的集合, E是邊的集合，W;是邊e;的權值, P(i,k)是點(diǎn)i到k的一條路徑。當給定終點(diǎn)t,那么排水管線(xiàn)的優(yōu)化布局問(wèn)題也就轉化成了:找一棵有向樹(shù)T,滿(mǎn)足對于V中各節點(diǎn)i Pit是G中從i到t的最小的權值。有向樹(shù)T就是排水管網(wǎng)布局的優(yōu)化方中國煤化]工水管YHCNMHG網(wǎng)的目標函數為:由于各邊的權值表示建設該段的費用，其中含有敷設費用和管材費用。由于排水管網(wǎng)中敷設的管線(xiàn),由于我們只能在平面方案確定之后才可以計算出各邊的權重，這屬于變權問(wèn)題，目前為止對變權問(wèn)題并沒(méi)有很好的解決方法，這里我們將各條邊的權值做以如下簡(jiǎn)化，表征依據地貌和地勢的敷設費用:W; = C(z-z)+c*;[( xj- x:)2+(y:+y)2]12式中的(xi ,z)(和(x;,y,z)是i,j節點(diǎn)的坐標; Ccj 這個(gè)參數表明由于地勢所造成的管段費用的變化，c'j反應的是地貌的影響，這兩個(gè)參數可以依靠工程造價(jià)和統計計算得出來(lái)。求解最短路徑問(wèn)題我們采用Dijkstra算法，步驟如下:1.假設t為最短路徑的終點(diǎn)，處在最短路徑上的點(diǎn)為Vi,t屬于VI,其余的點(diǎn)集記做V2。2.選取V2中的節點(diǎn)i,同時(shí)V1中選取與i相鄰的一點(diǎn)j,使滿(mǎn)足d;+Lmin(j,)=Lmin(i,t), Lmin(i,)是點(diǎn)i到點(diǎn)t的最短路權; Lmin(j,t)是最j到點(diǎn)t的最短路權; dj是點(diǎn)i到點(diǎn)j的路權。3.在V2中刪除點(diǎn)i,同時(shí)V1中加入點(diǎn)i。4. V2是若是空，那么就得到了其他所有節點(diǎn)到點(diǎn)t的最短路徑，否則就跳轉到2步驟。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圖2排水網(wǎng)絡(luò )及平面布局圖2是排水管網(wǎng)的模型圖,節點(diǎn)9即為污水口或者排出口，圖中的數字表示.對應邊的權值。參考文獻[1]馮生華.關(guān)于我國城市污水處理的淺見(jiàn)[].天津建設科技, 2000,(04)[2]生物循環(huán)污水處理技術(shù)[J.西南給排水, 2009,(05).[3]污水處理業(yè)市場(chǎng)空間大[J].西南給排水, 2009,(01).[4]韓虹,李朝明.一體化污水處理技術(shù)研究現狀與展望[J].新疆化工, 2009,(03).[5]周建忠,張學(xué)兵,靳云輝.地下式污水處理廠(chǎng)建設發(fā)展趨勢[].西南給排水, 2012,(01) .[6]張繼棟.開(kāi)發(fā)區污水處理系統規劃問(wèn)題與對策[].機電信息, 2009,(21)[7]楊光.城市排水管網(wǎng)的現代化管理[].市政技術(shù), 2010,(01).[8]葉娟.淺議城市排水管網(wǎng)的建設[].中國市政工程,2004,(02)9] 任伯幟.城市設計暴雨及雨水徑流計算模型研究[D]. 重慶大學(xué), 2004.中國煤化工周乾男(1976.11)云南昭通人 工程師研究方向: 市政供排MYHCNMH G