市政污水處理及排水管網(wǎng)的優(yōu)化周乾城市建設(shè)研究院云南昆明650000摘要:本文主要對(duì)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(dāng)前現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)做以介紹，重點(diǎn)從預(yù)處理，--級(jí)處理，二級(jí)處理和再生利用等幾個(gè)方面加以闡述。結(jié)合污水處理文章還分析了當(dāng)前市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化和規(guī)劃中的幾個(gè)值得關(guān)注的問題，建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型及對(duì)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)化中圖分類號(hào): [TU992.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào):現(xiàn)如今城市化進(jìn)程的加速發(fā)展和市內(nèi)人口的膨脹，使得城市工廠“工業(yè)廢水和居民生活污水的排放量都迅猛的增加?；ㄙM(fèi)在污水處理與污水管理的費(fèi)用也是隨之增加，另外如果市政的排水管網(wǎng)的建設(shè)和規(guī)劃不完善也會(huì)引起很多的問題，本文就從污水處理和排水管網(wǎng)的優(yōu)化和規(guī)劃設(shè)計(jì)，提出一些觀點(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(yù)處理污水預(yù)處理一般用于市政污水的排江排海工程,進(jìn)行預(yù)處理的主要目的是消除漂浮在污水中的油類和脂類物質(zhì),并且去除掉含有砂粒的無機(jī)物質(zhì)和一部分有機(jī)物。2.污水的一級(jí)處理對(duì)于污水的一-級(jí)處理部分，基本上還是基于傳統(tǒng)的市政污水處理技術(shù)和工藝流程。在技術(shù)工藝現(xiàn)狀上近年來并沒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(xì)格柵等常用的物理方法達(dá)到一級(jí)處理的目的。目前來說,技術(shù)的發(fā)展主要集中在污水處理設(shè)備的自動(dòng)化水平和機(jī)械化水平的提高,包括對(duì)多種機(jī)械設(shè)備的研發(fā)技術(shù)的提高，以及在新型的處理構(gòu)筑物上出現(xiàn)了更多的應(yīng)用。比如說多種形式的格網(wǎng)，格柵，周邊進(jìn)水初級(jí)沉池，鐘氏沉砂池，曝氣沉砂池，水力篩和其他種類繁多的清洗裝置和排泥除砂裝置。3.污水的二級(jí)處理對(duì)于污水的二級(jí)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濾到沉砂池之中，接著傳輸?shù)匠跫?jí)沉池，隨后到曝氣池，二次沉池，最后經(jīng)過徹底消毒的接觸池后排放出去。對(duì)于污泥的處.理流程來說，首先需要對(duì)初級(jí)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)過濃縮之后，再一同放到而執(zhí)裝罷或老是預(yù)熱池中去，進(jìn)行污泥的消化處理。接著經(jīng)過二次濃縮，中國煤化化工后再YHCNMHG進(jìn)到機(jī)械脫水機(jī)之中脫水，此時(shí)等待最后處理，既可以當(dāng)作顆粒肥料，復(fù)合肥料也可以用作林肥，農(nóng)肥和填埋等處理。對(duì)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(duì)各種處理方法進(jìn)行工藝組合，這樣可以達(dá)到提高出水水質(zhì)，減少基建費(fèi)用，降低運(yùn)行費(fèi)用的目的，例如我國有些廠已經(jīng)開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)合起來應(yīng)用，利用生物膜法的生物生長(zhǎng)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(dá)到對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的防治的目的。最近國內(nèi)有很多污水處理廠都采用A2/0和A/O的處理工藝來應(yīng)付城市的污水。但是由于目前土地問題越來越突出了，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(dá)到了對(duì)氮，磷和.重金屬較好的處理效果又可以節(jié)省能源，減小污水處理廠所占用的面積，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(qiáng)，涉及到相當(dāng)廣泛的科學(xué)技術(shù)范圍，隨著生產(chǎn)科研領(lǐng)域的“飛速發(fā)展，傳統(tǒng)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(duì)于分離技術(shù)，目前采用的是固液分離旋轉(zhuǎn)式裝置,內(nèi)部采用高效氣浮技術(shù)和重力沉淀技術(shù)。對(duì)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(zhuǎn)盤，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(duì)環(huán)境造成的污染，而且能夠節(jié)約水資源，緩解水源缺乏的矛盾。對(duì)于我國來說，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(qū)和城市嚴(yán)重缺水。為了解決這個(gè)問題，降低污水的排放量，我們?cè)趥€(gè)別地區(qū)進(jìn)行污水回用的規(guī)劃和試驗(yàn)研究，建立試點(diǎn)工程。技術(shù)上，在污水二級(jí)處理廠的基礎(chǔ)上做污水回用的水質(zhì)處理，或者可以把二級(jí)處理后的水重新用于工業(yè),比如說用作煉鋼的冷卻水使用。此處理流程基本上是把二級(jí)處理后的出水經(jīng)過加藥，混凝，沉淀過濾，消毒等處理工藝,這種工藝是市政自來水廠成熟可靠的老三套工藝?；谖覀儑液芏嗟貐^(qū)嚴(yán)重缺水的事實(shí)，將污水回用成我們的第二水源，對(duì)廢水的再生和回用做以積極地開發(fā),這將是解決問題的重要途徑。污水處理的發(fā)展趨勢(shì)我國的污水處理廠的建設(shè)規(guī)劃的發(fā)展趨勢(shì)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。污水處理廠大型化發(fā)展有利于節(jié)約土地，省造價(jià)，處理費(fèi)用低，自動(dòng)化和機(jī)械化的程度比較高。當(dāng)建設(shè)規(guī)劃大型的污水處理廠的時(shí)候，我們考慮集中配合分散的措施，采用中小型處理廠和大型處理廠相結(jié)合。這樣可以處理好衛(wèi)星城市，居住小區(qū)和城區(qū)的污水處理問題。與此同時(shí)，城鎮(zhèn)，縣城等中小城市也在積極地考慮污水處理廠的籌劃建設(shè)。對(duì)于處理等級(jí)來說，更傾向于二級(jí)生物處理。在- -些大城市,為了將大型污水廠的設(shè)計(jì)更加符合于實(shí)際，建設(shè)的更好，常在建設(shè)大廠之前，先創(chuàng)建小型的污水處理試驗(yàn)廠，采取試驗(yàn)研究的方法獲取合理的數(shù)據(jù)，可以供大廠設(shè)計(jì)時(shí)做以參考。同時(shí)為了減輕污水處理廠和城市下水道的日常管理費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用,一個(gè)有效的辦法就是對(duì)排污的單位和企業(yè)征收一定的排污費(fèi)用,實(shí)行有償使用城市排水設(shè)施和排運(yùn)收費(fèi)等辦法，這樣可以保證污水處理廠的正常運(yùn)行和高效建中國煤化紅三級(jí)YHCNMHG處理的措施已經(jīng)提到了議事日程上來。排水管網(wǎng)的優(yōu)化制定排水管網(wǎng)的規(guī)劃應(yīng)當(dāng)遵循區(qū)域規(guī)劃和城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃,需要密切配合中小城鎮(zhèn)的其他單工程的建設(shè)，比如說需要結(jié)合城市的建筑界限，功能分區(qū)布局，地下其他設(shè)施規(guī)劃和道路規(guī)劃等等。為了使管網(wǎng)的規(guī)劃構(gòu)成-一個(gè)有機(jī)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(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)并不是一成不變的，二是可以動(dòng)態(tài)調(diào)整的，在完成排水體制，排水主干管的定線，排水量標(biāo)準(zhǔn)的工作之后，可以依據(jù)實(shí)際情況對(duì)局部進(jìn)行調(diào)整。由于排水管網(wǎng)的建設(shè)具有獨(dú)特的特點(diǎn)，當(dāng)管網(wǎng)建設(shè)完成之后，其使用期限甚至可以達(dá)到幾十年之久，所以對(duì)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃工作不應(yīng)該只專注于總體規(guī)劃，若完全拘泥于總體規(guī)劃的年限，人口密度,污水量標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)范圍，就難以滿足城鎮(zhèn)發(fā)展的要求。所以對(duì)于小城鎮(zhèn)來說,其排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃應(yīng)當(dāng)比總體規(guī)劃的年限安排得更長(zhǎng)一一些，對(duì)于計(jì)算排水量，要進(jìn)行多方面的預(yù)測(cè)，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)化過程中地勢(shì)地貌的作用時(shí)，我們可以對(duì)排水管網(wǎng)建立單向網(wǎng)絡(luò)圖的模型來輔助分析,但是該單向圖模型并沒有參考實(shí)際工程中通常存在的逆坡埋管的現(xiàn)象，所以應(yīng)用起來有局限性。在同-一個(gè)排水管道中，由于兩端的地面標(biāo)高會(huì)不同，而且盡管坡度，管徑等水力參數(shù)的大小不發(fā)生變化，敷設(shè)費(fèi)用也是不同的。所以當(dāng)無法確定管道中水的流向時(shí)，可以把排水管網(wǎng)當(dāng)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(biāo)高用交叉口的數(shù)值表示，可能敷設(shè)的排水管道用線段表示，水流方向用箭頭表示。如果可以得到任何一段管段的建 設(shè)開銷，便可以賦給圖中每一條邊固定的權(quán)值，對(duì)于同一個(gè)管段來說,順坡敷設(shè)的話，權(quán)值就會(huì)小，逆坡鋪設(shè)的話，權(quán)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(duì)整個(gè)排水管網(wǎng)的優(yōu)化布局問題，也就是要求網(wǎng)絡(luò)圖的費(fèi)用最小問題。我們可以利用求解最短路徑的方法來求解最小費(fèi)用問題。對(duì)于排水管網(wǎng)的優(yōu)化布局來說，我們需要確定出其他所有節(jié)點(diǎn)到某- -節(jié)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的最短路徑問題。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(quán)值, P(i,k)是點(diǎn)i到k的一條路徑。當(dāng)給定終點(diǎn)t,那么排水管線的優(yōu)化布局問題也就轉(zhuǎn)化成了:找一棵有向樹T,滿足對(duì)于V中各節(jié)點(diǎn)i Pit是G中從i到t的最小的權(quán)值。有向樹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(biāo)函數(shù)為:由于各邊的權(quán)值表示建設(shè)該段的費(fèi)用，其中含有敷設(shè)費(fèi)用和管材費(fèi)用。由于排水管網(wǎng)中敷設(shè)的管線,由于我們只能在平面方案確定之后才可以計(jì)算出各邊的權(quán)重，這屬于變權(quán)問題，目前為止對(duì)變權(quán)問題并沒有很好的解決方法，這里我們將各條邊的權(quán)值做以如下簡(jiǎn)化，表征依據(jù)地貌和地勢(shì)的敷設(shè)費(fèi)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(jié)點(diǎn)的坐標(biāo); Ccj 這個(gè)參數(shù)表明由于地勢(shì)所造成的管段費(fèi)用的變化，c'j反應(yīng)的是地貌的影響，這兩個(gè)參數(shù)可以依靠工程造價(jià)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出來。求解最短路徑問題我們采用Dijkstra算法，步驟如下:1.假設(shè)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(jié)點(diǎn)i,同時(shí)V1中選取與i相鄰的一點(diǎn)j,使?jié)M足d;+Lmin(j,)=Lmin(i,t), Lmin(i,)是點(diǎn)i到點(diǎn)t的最短路權(quán); Lmin(j,t)是最j到點(diǎn)t的最短路權(quán); dj是點(diǎn)i到點(diǎn)j的路權(quán)。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(jié)點(diǎn)到點(diǎn)t的最短路徑，否則就跳轉(zhuǎn)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(jié)點(diǎn)9即為污水口或者排出口，圖中的數(shù)字表示.對(duì)應(yīng)邊的權(quán)值。參考文獻(xiàn)[1]馮生華.關(guān)于我國城市污水處理的淺見[].天津建設(shè)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(xiàn)狀與展望[J].新疆化工, 2009,(03).[5]周建忠,張學(xué)兵,靳云輝.地下式污水處理廠建設(shè)發(fā)展趨勢(shì)[].西南給排水, 2012,(01) .[6]張繼棟.開發(fā)區(qū)污水處理系統(tǒng)規(guī)劃問題與對(duì)策[].機(jī)電信息, 2009,(21)[7]楊光.城市排水管網(wǎng)的現(xiàn)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(shè)[].中國市政工程,2004,(02)9] 任伯幟.城市設(shè)計(jì)暴雨及雨水徑流計(jì)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