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杭州市污水系统监测网构建分析.pdf

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Hangzllou city,me p印er expoullds tlle process of desi印and咖lememation ofMollit0血g 011-line for Wastewater Im册ation Syst锄for Urban Drainage NeMork.7nlissystem has met econornjcal and techllical demands i11 the process of manag锄ent.Key wordsUrban Draillage Network、MoIlitoring Onlme system、system design、Hallgzhou独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名/fl右/迄签字日期 摊 /月户日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗盘堂.有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名青毛杰t趋链字日期稚 /月扩日导师签名签字日期第一章绪论1.1课题的提出背景第一章绪论城市排水系统是保证城市正常运行和维护城市环境的“静脉’’,它的基本功能是及时排除城市内生活和生产产生的污水,使城市保持清洁。作为城市水循环系统的一部分,它起到水量调蓄渠道的作用,避免污水和雨水在城市内累积,与山地排洪沟、城市内湖泊和内河、防洪堤坝一起消减积水和洪涝灾害对城市的威胁。同时它也是城市环境污染和净化的平衡渠道,通过水流将污染物收集输送到污水处理设施,避免大量污染物集中排入水体,对环境造成难以恢复的破坏。我国许多城市目前面临着大量人口。的迁移和土地开发状况与使用情况的迅速变更,这些情况促使排水系统在内的城市基础设施建设如火如茶的进行。据建设部统计数据显示,近年来,我国市政排水系统相对较完善的城市用于排水系统建设的固定资产投资金额居高不下,而城市排水系统建设相对落后的地区投资金额大体上呈逐年递增之势。表卜1城市排水行业建设统计数据省 城市排水建设固定资产投资万元 排水行业维护建设资金支出万元份 2002年 2003年 2004年 2002年 2003年 2004年河 127632 179234 194340 123648 187974 192563北辽 76845 104966 139330 84181 125573 129691宁上海 248971 224764 210249 257371 231555 218649湖 2890435777 52293 19597 18839 44782南重 89902191224 183706 55218 142326 184309庆陕 32490 80735 87313 41657 89841 88484西同时,由于人们对城市环境品质的要求不断提高,城市排水系统的收集输送能力和运行状态面I临着越来越高的要求。资料显示,近年来各地城市用于排水设施维护建设的资金支出接近甚至高出当地当年固定资产投资金额。在国内许多城市,还存在排水系统基础数据不全、档案保存方式落后、信息第一章绪论获取手段效率低、日常清通维护不能到位和紧急事故处理无法及时等问题。一些城市缺乏排水设施的竣工图纸等资料,给城市日常管理和城市规划建设带来诸多不便;以图纸形式保存排水管网资料,需要占用大量的存储空间且易发生破损和遗失,保存精度不高,信息检索不便,而且不利于不同部门、不同地域之间的数据传送和共享;对新建和已建管道采用传统的勘测手段,数据获取和更新效率低,不利于资料与现状保持一致管网监测手段落后,不能及时掌握管道安全状况和管道内水流水质情况,对事故的发现和处理速度难以提高。现有管理水平和效率难以适应城市高速度、高品质的发展要求。信息化管理技术为解决上述问题提供了一条有效的途径。排水管网信息化管理的主要内容包括建立污水处理厂的自动化控制系统;建立计算机辅助调度系统;建立管网地理信息系统;建立管网数学模型系统;建立大流量污水排放用户收费计算机系统建立客户服务系统;建立公司管理信息系统;建立企业网络系统;建立计算机辅助决策系统等。信息化技术的应用为城市排水管网管理带来了巨大的变革1提高了数据收集的速度,同时提高了可靠性、准确性、精确度;2改变了管网资料的存储方式,使资料存储、检索、更新方便;3提高了管理人员对管网系统运行状况掌握效率和程度,管理人员能及时准确的获取信息更及时、准确,对系统运行中的突发事件具有更长的反应时间,可选择更多的处理方案;4变革了管理运行方式,自动化办公系统使管理人员告别了传统的管理手段和方法;5对被管理对象的操作方式从传统的依靠经验转化为依靠数学模型、智能决策系统,可靠性、及时性得到提高;6变革了地域和部门之间的数据交流方式,使管网管理突破了空问距离的栓桔,让信息的实时更新和共享成为可能。综上所述,对城市排水管网进行信息化管理对提高城市管理水平、维护城市安全运行、改善城市环境具有重要意义。1.2国内外城市污水水质及污水处理现状1.2.1国外城市污水水质及污水处理现状水,是人类生存、养息、发展的根本条件。然而,人类社会在工业化的进程中大盘消耗水资源的同时,排出污水,污染河湖,危害环境,造成严重后果。英2第一章绪论国及美国都曾在19世纪中发生因水源道生活污水污染而引起的霍乱大流行;20世纪工业迅速发展和城市人口剧增更带来不少河流水质恶化、生物绝迹的恶果。有资料表明目前第三世界国家每年因水污染而造成200万人口的死亡;全世界有100多个国家缺水,其中严重的有40多个;水资源的缺乏及水环境的污染己越来越成为制约发展的重要因素。发达国家水污染防治工作始于19世纪中期,逐步修建完善下水道系统;20世纪初开始水处理工艺的研究及处理设施的建设,30年代形成一定规模;二战结束后经济的复苏与工业的发展,促进了水处理事业在6070年代达到高峰,处理工艺趋于成熟、技术得到发展。50年代,许多国家城市污水处理率己达80%,一些特大城市到90一10096。表卜2部分国家排水设施普及率名称 英国 美国 德国 日本 中国下水道普及率 97 71 80 40 60% 1976年 1980年 1983年 1984年 1994年污水处理普及 82 70 80 23 6.7率% 1975年 1980年 1975年 1981年 1994年近些年,发展中国家经济的腾飞,促进世界经济进一步发展的同时,水污染问题也变的非常突出。据统计,拉丁美洲2.79亿的城市人口仅有41%的下水道普及率,10%的污水处理率;东南亚国家近1.9亿人口集中在10个特大城市,下水道普及率不及10%。城市污水处理设施是现代化城市经济发展和水资源保护不可缺少的组成部分。城市污水处理厂在发达国家己有比较成熟的经验。如英国、德国、芬兰、荷兰等欧洲国家均已投巨资对因工业革命和经济发展带来的城市水污染进行治理,日本、新加坡、美国、澳大利亚等国家也对城市污水处理给予了较大投资,特别是新加坡并没有走先污染后治理的道路,而是采取经济与环境协调发展的政策,使该国不仅在经济上进入了发达国家的行列,而且还是一个绿树成荫、蓝天碧水、环境优美的国家。建造城市污水处理厂被证实是解决城市水污染的一条有效途径。美国平均每1万人拥有一座污水处理厂,瑞典和法国每5000人有一座污水处理厂,而我国城市每150万人左右才拥有一座污水处理厂,而且还存在污水处理厂建设有效投资利用率及处理出水达标率低等诸多问题。表卜3列出了世界一些地区1989年的下水道普及率和污水处理率。3第一章绪论表卜3世界有关城市污水处理现状1989年新加坡 纽约 东京 瑞典 北京下水道普及率% 96 92 77 100 86污水处理率% 100 89 80 100 22国外城市污水处理厂建设的高速发展大多集中在20世纪70年代以后。芬兰是世界上城市和工业废水处理最发达的国家之一,早在本世纪初就在首都赫尔辛基建造了第一座城市废水处理厂,但其大规模兴建城市污水处理厂却是在70年代初期,共建造了11污水处理厂。同时,污水处理在德国已有近百年的历史,但其较快发展是在近20年,目前德国各种排水设施总价值高达1700亿马克以上。截至1991年,德国已建成6341座污水处理厂。国外污水处理厂的建设和发展的主要特点为1污水处理厂趋向于大型化。2合理规划,分期建设。3污水处理厂趋向于大型化。4合理规划,分期建设。5污水处理设施的投资高,占国民经济产值的比例大。现就世界上各大洲几个主要国家的城市污水水质及城市污水处理情况作一个简单的介绍1欧洲以城市污水处理较为发达的德国为例1995年德国的日排污水量为1000万m3,其中生活污水占45%;工业废水占16%雨水及其它占39%。约有80.3%的污水通过下水道送至污水厂处理,余下的19.7%则通过建议的污水处理装置或化粪池处理。在城市污水中,雨水等外来水指渗入管道中的地下水、溪水、渠水等占很大的比例,而且这种比例在逐年上升。工业污水在总水量中仅占很少的比例,而且历年来下降,这说明,工业企业的水循环利用率越来越高。目前,德国的污水处理目标是控制水体的富营养化,因此,许多原来以去除RoD。。为主的污水厂纷纷改造,采用生物脱氮、化学除磷的工艺。截止到1995年,德国有大小污水处理厂10390座,污水处理厂的规模按当量人口数计算,人均BOD。排放量为150升/人·日。例如Hattingen污水处理厂,位于德国北莱茵州,服务人口为10万人口当量1人口当量相当与每人每日609BOD,即BOD负荷为6000kg/d,该污水处理厂占地2200慨,经过4次技术改造后,最后建成于1995年。污水处理厂的旱季进水成分中,90%来自生活污水,10%来自工业废水,进水水质如下COD300800mg/l,BODloo一650mg/1,TN50~100mg/1,TPloIⅡg/1,进水流量550l/s;雨季时合流污水的总流量为108171/s,进入处理构筑物的最大流量为4第一章绪论1273l/s,另外95441/s通过雨污溢流构筑物进入雨水溢流池处理后排入河道。2美洲美国是世界上最早进行城市污水污染防治及利用城市污水处理厂进行城市污水污染处理的国家之一。现以美国芝加哥为例简单介绍一下美国城市污水水质特征及城市污水处理现状。美国大芝加哥污水处理公司Metropolitan Water Recl锄ation District ofGreater Chicago简称㈣GC成立于1889年。MWRDGc管理着近123km长可通航的河流。这些河流是美国密执安湖在内的五大湖直至大西洋的墨西哥湾水系的一部分。公司服务人口达lOlO万人,其中包括500万居民以及由工业、商业和雨污水量折算的510万人口。所服务的土地面积达2258lm2,其中包括芝加哥市以及124个郊区村镇。由长达861km直径从0.31m至8.23。的下水管道接受由近1万条下水支管排出的污水。MWRDGC所建的“隧道和水库系统”简称TARP是全美国最大的用于防污染和防洪水的公共工程。隧道直径从2.74m至10.06m,埋深从45.72m至91.44Ⅲ,全长达120.7lm。公司所拥有的7座污水处理厂日平均处理量达530.6万时最大日处理量758万Ⅲ3。M啪GC是全美国单位成本最低的污水处理机构。除去建设经费以外,该公司1995年处理每扩污水的成本是12美分。MwRDGC颁布了两个以水污染防治法为基础的法规一个是污水和污染物排放法规。另一个是用户收费法则。该法则以排放流量、BoD和悬浮固体的含量作为收费的依据。1993年的收费标准是每立方米污水收费为4.28美分,每千克的悬浮固体收费为34.15美分。Stickney污水处理厂是MwRDGC所属的7座污水处理厂中最大的一座,也是世界上规模较大的污水处理厂之一,日平均处理量为303万m3最大日处理量为455万m3。该厂为240万人服务,服务的面积达673km2。Stickney污水处理厂实际上是由两个部分组成,于20世纪30年代初期投入使用的西厂只具有初级处理的能力,可处理全厂40%的污水。于30年代后期投入使用的西南厂对全厂60%的污水进行初级处理,同时对全厂的污水进行二级处理。于1975年投入使用的第四组二级处理池包括8个曝气池和24个二次沉淀池使全厂的最大处理量达到现在的455万m3。Stickney污水处理厂所处理的污水包括生活污水、工业废水以及雨水,总共有341个工业用户使用Stickney污水处理厂来处理生产过程中产生的废水其中一部分是经过预处理的。工业废水的水量大约占厂里全部处理的量的7.4%。有相当数量的工业用户是从事电镀和金属加工行业的。5第一章绪论表卜4 Stickney污水处理厂进出水水质月平均值SS NH 碳BOD BOD项目 PHmg/1 mg/1 mg/1 mg/1西厂进水 7.0 149.30 6.90 67.10 89.8西南厂进水 7.2 534.10 16.80 137.90 223.80出水 7.03 6.72 1.10 3.53 6.533亚洲以城市污水处理较为发达的日本为例日本有明污水处理厂规划在东京都临海副都心绿色中心内,是面向2l世纪末未来型的污水处理厂。占地面积4.7hm2,规划面积681hm2,规划处理水量12万m3/d,规划再利用水量4万m3/d,现有水处理能力3万m3/d,处理方式采用缺氧一厌氧一好氧生物膜过滤。表卜5污水处理厂处理水质情况指标 处理厂进水BODmg/1 9782~113CODmg/1 185148~228SSmg/1 199128~253TNmg/1 43.938.6~51.3TKNmg/1 43.738.4~51.1N02-一Nmg/1 0.O0.O~0.0N03_一Nmg/1 0.00.O~0.OTPmg/1 5.14.4~6.81.2.2国内城市污水水质及污水处理现状城市污水水质主要与下列因素有关1城市性质及经济水平。由于城市所在地域及经济发展程度不同,污水的水质亦不相同。例如沿海发达城市和南方城市用水量较大,污水浓度较低;北方城市特别是西部地区用水量较少,相对浓度较高;工业比重大的城市,由于工业废水排入下水道的浓度较高,致使城市污水浓度较高等。2工业废水水质。原则上工业废水必须经过厂内处理后达到污水排入城市下水道水质标准后才可排入城市管网,最终进入污水处理厂。但由于目前我国对点源污染的管理体制和手段尚未健全,工业废水不经处理后直接排入城市下水道的现象屡有发生。因此在确定污水处理厂设计进水水质时,必须充分考虑该因素的影响而留有余地。3其他污染源。除生活污水和工业废水污染源外,常常还有农牧业面源污染和城市垃圾卫生填埋场内渗滤液的纳入等因素。因此在确定污水处理厂进水水质时,应对上述水量及水质进行综合平衡计算。6第一章绪论4排水体制。当排水体制采用全部或部分截流式合流制时,应注意由于截流倍数、截流水量而造成的污水浓度变化给进水水质带来的影响。现根据我国不同地域特点分别介绍不同城市的不同生活污水水质特征。1.2.2.1北方城市概况1994年,纪庄子排水系统是天津市六大排水系统之一。汇水面积3770公顷,服务人口108万人。统计资料表明该系统除城市居民外的排污单位共有4292个,其中工矿企业845家,医院90家,机关团体、学校、商店等2939家,餐饮业有327家,其他行业有93家,日排水量总计14.2万m3,占纪庄子污水处理厂总进水量的54.6%,其中上游854家工厂,日排工业废水水量7.69万m3,居民生活污水则占45.4%。‘对纪庄子污水厂上游来水的实测分析,各项污染指标一般讲有较稳定的变化范围和浓度,由于天津市加强对上游污染源的治理,有效地控制了难降解有机物的总量排放,以化学需氧量COD为裂征的有机污染综合指标,呈逐年下降的趋势,污水的可生化性能有较大改善。1984一1992年BOD,COD和SS年平均值,BoD。153.59128.42~179.41mg/l,COD。,364.76276.62~507.82mg/l,SS177.05138.1l~236.46mg/l。污水厂运行结果显示BOD。138.75212~71mg/1,COD。,344664~167mg/l,SS162437~76mg/l,总氮37.1Ⅲg/l,氨氮21 mg/1,总磷6.17 mg/1。经纪庄子污水处理厂十年来对原污水的实测分析及大童的资料统计表明1原水生化性能好,不可降解的COD己被有效控制。2重金属和有毒物质大部分几乎未经处理已符合我国农灌标准。3在考虑污水资源化,例如回用于景观、杂用和工业时必须严格控制上游色度点源的排放量。研究并应用低温生物脱氮技术,实现污水资源化。1.2.2.2南方城市概况1深圳深圳滨河污水处理厂的进水水质波动比较大,进水BoD。浓度最高450mg/l,最低80Ⅲg/l,进水的BoD。浓度在100Ⅲg/l~200mg/l之间的频率为54%,进水的BOD。浓度在200mg/l~300mg/l之间的频率为26.5%,进水的BoD。大于300mg/1的频率约10%。平均进水BOD。浓度190mg/l。进水SS浓度在120mg/1~240 mg/l之间的频率为76%,进水SS浓度大于240mg/1的频率为24%,平均进水SS浓度146mg/1。最高进水COD。,浓度2000 mg/l,最低进水COD。,浓度200mg几,平均进水COD。,浓度大于380mg/1。进水悬浮物主要成分是污泥。表卜6为深圳罗芳污水厂进厂水质实测数据,从中可以看出1进厂水质浓度均较高,BOD。,COD,接近设计值,SS高于设计值。这与南7第一章绪论方城市污水厂建成后进厂水质一般偏低BoD;平均60mg/l,SS平均110mg/1有很大不同。究其原因除深圳生活水平较高外,主要还在于主管部门对城市排水管网进行了专项清理、整治,城市污水绝大部分均能进入污水厂。至于SS偏高甚至出现1000mg/l以上的不正常现象,主要是由于近一年多来深圳对市政道路进行全面拓宽改造,大量的泥砂在降雨时通过敞开的检查口进入污水管网;此外,部分接入的雨水管未得到截断也是造成进厂水SS偏高的一个原因。故每逢降雨,进厂水的水量和SS浓度均有明显的加大。2污水的可生化性相当高,与纳污区域主要是商业服务区和居住区的功能相符合,结合脱水泥饼用作花卉用肥的情况,说明深圳市城市污水属于比较典型的生活污水。3进水含氮量偏低,氨氮含量不经处理己达到国家排放标准,这与其属于典型的生活污水有关。按目前深圳市“大”生活用水A标准包括居民生活用水、商业服务用水、宾馆酒店用水、行政办公用水、浇洒绿化道路用水等除工业用水之外的用水400L人·d计,则每人每日带进污水中的氮量约为8.29.另根据深圳罗芳污水厂6、7月份对进水中氮成分测定,进水中氨氮约占67%,有机氮27%,硝酸盐和亚硝酸盐氮占1.8%。4进水含磷呈逐月下降趋势,这与深圳市从年初开始实施限制含磷洗涤剂销售有关,说明限制和禁止含磷洗涤剂的出售和使用对避免受纳水体富营养化有着重大的意义。当前存在的问题是进水水质预测值与实测值有较大差异,通常预测值偏高。例如,深圳滨河污水厂投产运行后的前lO年,BOD值在80mg/1左右,还不到设计值的一半设计值200mg/1,直到1998年才逐步上升,进水BOD值100 mg/1~200mg/1以频率为54%,平均为190mg/l。产生这种现象的原因主要是污水收集系统不配套。8
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