（市政工程专业论文）一体化建筑中水处理工艺的试验研究.pdf

摘要 学生公寓里用水存在极大浪费情况，产生了大量易于收集的优质杂排 水，针对我国当前以及今后一段时间内污水治理资金短缺和中水回用现实状 况，着眼于寻求高效低耗的污水处理工艺，本文针对高校学生公寓的盥洗废 水提出了一体化建筑中水处理e 艺，并设计了工艺模型进行试验研究。 该一体化建筑中水处理工艺的实质是生物接触氧化过滤工艺，工艺模型 的设计按照b o d ；容积负荷率n ，为1 5 k g m 3 d 设计，砂滤选择单层石英砂滤 料，粒径d = l2 m m ，d 。= o 5 m m ，不均匀系数( 2 0 同时选择了填料和曝气 设备。对该模型进行了清水充氧试验，曝气设备充氧效率在1 4 2 0 。 采用模拟学生公寓服洗废水人工配置的试验污水，成功地实现了反应器 的挂膜启动，同时证明了“好氧预挂膜”以及“快速排泥法”确有强化挂膜 启动效果作用。 通过模型正交试验，对可能影响反应器运行效果的因素进行了影响性评 价，并据此推求了最佳的优化操作条件。 提出了一体化建筑中水处理工艺模型接触氧化部分处理学生公寓盥洗 废水的微观动力学模型。 关键词：一体化工艺建筑中水处理生物接触氧化正交试验 动力学模型 a b s t r a c t t h e r ea r eal a r g eo f1 i g h t p o l l u t e dd r a i nc a nb ee a s i l yc o l l e c t e d i ns t u d e n td o r m i t o r y ，b e c a u s et h ew a t e rc o n s u m e ri sp r o f u s ei nw a s h i n g i no r d e rt oe c o n o m i z ew a t e rr e s o u r c ea n dd e v e l o ps o m er e c y c l e w a t e r t r e a t m e n tp r o c e s s e sw i t hh ) wc o s t ，a l li n t e g r a l p r o c e s sh a sb e e n a s s e m b l e da n das e r i e so fe x p e r i m e n tw a sd o n ew i t hp r o c e s sm o d e t h ef a c to ft h ei n t e g r ；t l r e c y c l e w a t e ri n s i d et h eb u i i d i n g p r o c e s si sas u b m e r g e df i 【t e ra n ds a n df i1 t e r s ot h et e s tm o d ei s d e s i g nb yc o n v e n t i o nd e s i g np a r a m e t e r ，t h er a t eo fv o l u m e t r i cb u r d e n i s1 5 k g m d t h e f i l l i n ga l i da e r a t i o nd e v i c ew e r ea l s oc o n s i d e r e d ac l e a rw a t e r o x y g e n i z ee x p e r i m e n tw a sd o n et ot e s tt h ep e r f o r m a n c e o f t h ea e r a t i o i ld e v i c e t h er a ww a s t e w a t e ro ft h ee x p e r i m e n tw a ss i m u l a t i v ew a s t e w a t e r p r e p a r e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro fw a s h i n gw a s t e w a t e ri ns t u d e n t d o r m i t o r y a n dt h e s u b m e r g e d f i i t e rr e a c t o rw a ss t a r t e d u p s u c c e s s f u l l v i tw a sa l s op r o v e dt h a tt h em e t h o d s ，s u c ha ss t a r t u p u n d e ra e r o b i cc o n d i t i o ni na d v a n c ea n dd r a i n i n ga c t i v a t e ds l u d g e r a p i d l y ，d oe n h a n c ea d h e r i n gb e t w e e nm i c r o b ea n dc a r r i e s t h ef a c t o r st h a tm i g h ta f f e c tt h eo p e r a t i o no ft h er e a c t o rm o d e l w e r ea s s e s s e dt h r o u g ho r t h o g o n a le x p e r i m e n t f u r t h e rm o r e ，s o m e p r o b a b l yo p t i m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n sw e r er e c o m m e n d e db a s e do nt h e d a t eo ft h eo r t h o g o n a l e x p e r i m e n t t h em i c r o c o s m i ck i n e t i c sm o d e lo fd e g r a d i n go r g a n i ci nt h e w a s h i n gw a s t e w a t e r w i t hl o wc o n t a m i n a n tc o n c e n t r a t i o ni nt h ei n t e g r a l r e c y c l e w a t e r i n s i d et h eb u i l d i n gp r o c e s sw a sd e d u c e d k e yw o r d s ：i n t e g r a lp r o c e s s ：r e c l a i m e dw a t e rs y s t e mf o rb u i l d i n g s s u b m e r g e df i l t e r ：o r t h o g o n a le x p e r i m e n t ：k i n e t i c sm o d e l i i 武汉理工大学硕上论文 第一章概述 1 。1我国水污染现状及中水利用 水是人类赖以生存，发展的最宝贵的自然资源，然而在人类步入2 1 世 纪时，世界上有2 0 多亿人口面临着淡水资源缺乏的危机，缺水问题已成为一 个世界性问题。我国的水资源短缺，人均占有量仅占世界平均水平的1 4 ， 而且分布很不均衡，地域相差悬殊，水资源利用效率低，且浪费现象严重。 随着我国经济的迅速发展，城市规模的r 益扩大，城市用水量和废水量不断 增加，水资源的供需矛盾日益突出，城市供水能力显得不足，同时受纳污水 的水体的污染也日益严重，严蘑制约着我国经济的发展。为节约有效的水资 源，水资源的利用也必须走可持续发展的道路。 针对水资源不足的城市，我们应从两方面采取措施懈决，一方面是“开 源”，积极寻找可供利用的水源( 包括城市污水的再生利用) ，以满足城市发 展的需要：另一方面是“节流”，贯彻节约用水的原则，采取各种行政、技 术和经济的手段来节约用水，避免水的浪费。中水道技术是将城市污水经适 当处理达到一定的排放标准后回用于工农业生产或者小区和建筑物的杂用 水系统，即可节约资源，又使污水无害化，具有开源节流，减少水污染的双 重功效。建筑生活污水回用作为水资源合理利用的一个组成部分，它的产生 和发展与污水再生回用一样，是由于社会经济发展、城市人口增加和自然条 件缺水干旱而促进的。根据国务院关于加强城市供水节水和水污染防治工 作的通知( 国发 2 0 0 0 3 6 号) 及北京市中水设施建设管理试行办法， 为缓解北京市水资源紧缺的状况，贯彻优水优用的用水原则，加快城市污水 资源化进程，进一步加强北京市规划市区中水设施建设工作，凡新建工程 符合以下条件的，必须建设中水设施。 ( 一) 建筑面积2 万平方米以上的宾馆、饭店、公寓等。 ( 二) 建筑面积3 万平方米以上的机关、科研单位、大专院校和大型文化、 体育等建筑。 武汉理工人学硕士论文 ( 三) 建筑面积面积5 万平方米以上，或可回收水量大于1 5 0 立方米臼的 居住区和集中建筑区等。 己建的上类建筑应逐步增加中水设施。北京的中水回用率在2 0 0 8 年将 达到5 0 。 目前，北京市日出污水量2 4 0 万吨，已经建成投入使用的4 座污水处理 厂日处理能力已经达到1 2 8 万吨，是污水总量的5 1 4 。处理后的中水用 语第一热电厂等企业单位的冷击口水，龙潭湖公园、天坛公园、陶然亭公园和 大观园湖区的景观用水，南二环左安门至广安门路段的绿地浇灌用水，路面 压尘冲洗用水和环卫清洁用水已开始使用中水，每年可节约清洁水源约1 亿立方米。据预测，到2 0 0 8 年，至少1 0 家处理厂将投入运营，污水处理率 可达9 0 ，日供中水规模可以达到8 0 一1 0 0 万吨如果这些处理后的中水能 够全部回用，每天将可减少消耗4 7 万吨自来水，一年将可为北京市节约自 来水2 亿吨，是北京城区居民生活环境用水量的八分之一。 天津中水利用示范工程于20 00 年正式启动。天津将建膜技术中水 厂，天津开发区新水源公司今年引进了当今世界上最先进的中水回用技术， 与威望迪一美净( 中国) 有限公司签约，新水源公司利用“连续微过滤膜技 术”( cmf ) 在天津开发区建立我国第一个以膜技术处理污水的中水厂。 该法将污水厂处理后的污水用o 2 微米的微滤膜进行过滤，进来的污水通 过膜后便成为相当洁净的中水。 2 0 0 2 年2 月，总投资为9 0 0 7 万元的青岛海湾中水回用项目在青岛海 伯河污水处理厂开工建设。该：亡程通过对海伯河污水处理厂处理过的排放水 继续深化处理，达到国家规定的杂用水标准后再通过管网广泛用于景观用 水，城市绿化，道路清洁，汽车冲洗，居民冲厕及施工用水，企业设备冷却 用水等领域以缓解青岛城市用水供需矛盾，满足青岛经济持续发展的需要。 同时减轻对胶洲湾的污染，提高环境质量。 洗浴污水是城市生活污水的主要组成部分，其污染物质浓度比其他生 活污水低，水量较大而集中。北方交通大学为有效节约水资源，也利用了中 水技术来回用洗浴污水以节约水资源。浴室每天排放的洗浴污水1 50 l 武汉理工人学硕士论文 80 立方米，而且容易收集。学校自行设计中水处理站及汽车冲洗台的机房， 调节池，清水池，电源，水暖及中水管道工程。污水处理设备采用国家“七 五”攻关项目“zx l 型一体化中水处理装置”。处理后的水质经过北 京环保研究所多次抽样检测及北京市环境保护监测中心化验，均达到北京市 实行中水水质标准。 太原北郊污水处理厂向太铜供水，年供水量为1 8 0 万m 3 ，作为太钢循环 冷却水的补充水。太原化工集团公司水厂回用分厂利用太化南堰污水处理 厂二级出水为水源，采用生物陶粒接触氧化+ 混凝沉淀+ 过滤的深度处理工艺 进行处理，出水供化工厂及化肥厂使用 1 2 国外中水的发展与应用 就世界范围而言，世界各国对中水的回用十分重视，美国、日本、以色 列等国已将中水广泛应用于工业、农业灌溉和养殖业、市政绿化、生活洗涤、 景观用水等方面，有的甚至将污水处理后回用于城市自来水的补充水源。 以色列位于地中海东岸，是个水资源极其贫乏的国家，大部分为干旱 和半干旱地带，人口6 0 0 多刀，水资源总量1 9 6 9 亿1 1 1 3 ，人均水资源占有 量3 0 0 m 3 左右。1 9 9 0 年，全国取水量已达1 8 1 9 亿m 3 ，由于开采量过大， 导致地下水水位下降和水质恶化。为了解决水资源与用水需求之间的矛盾， 采取了污水回用措施。处理过程为：城市污水的收集一传输到处理中心一处 理一季节性储存一输到用户一使用及安全处置。在回用方式上，包括小型社 区的就地回用，中等规模城镇和大城市的区域级回用。目前以色列已有7 0 的废水经过处理并用来灌溉1 9 万公顷农田，全国所需水量的1 6 9 6 由废水回 用来解决，甚至经处理后的废水已达到饮用水标准用于直接饮用。 美国的城镇污水处理设施已经非常完善，城市二级污水处理厂已得到 1 0 0 普及，城镇污水回用已进入大规模生产应用阶段，尤其是在气候干旱的 中西部地区。其中水回用量达每年9 亿m 3 ，其中农灌和景观回用水占6 2 ， 工业回用水占3 1 ，其余的用于回灌地下，控制海水入侵或供娱乐、养鱼等， 佛罗里达州的圣彼得堡，是美国唯一完全实现污水循环的大城市，它利用了 武汉理工大学硕士论文 自己产生的全部废水，不向周围河湖排放任何废水，这个城市有两套配水系 统，一套系统输送新鲜淡水供饮用和家庭用水，另一套系统输送中水用于灌 溉公园、道路的绿地、草坪以及清洗车辆等其他用水标准较低的地方：2 0 0 0 年，加利福尼亚州的污水回用量8 6 4 亿m 3 ，占污水处理总量的1 0 ，占平 水年全i , i 城镇年用水总量的7 左右。美国污水回用最典型的城市是洛杉矾， 当地水资源贫乏，历来依靠外调水以满足不断增长的用水需求，由于昂贵的 建设费用与环境压力，扩建新水源异常困难，污水回用成为弥补水资源供需 缺口的重要方法。 日本早在1 9 6 2 年开始回用污水，7 0 年代初见规模。9 0 年代初，日本在 全国范围内对污水回用的可行性进行了深入研究，在严重缺水地区大力推广 污水回用技术。在1 9 9 1 年同本的“造水计划”中，明确将污水回用技术作 为最主要的研究内容加以资助，开发了很多污水深度处理工艺，在新型脱氮 除磷技术、膜分离技术、膜生物反应器技术、活性污泥法、生物接触氧化法、 生物转盘、生物过滤、生物处理+ 超滤以及快滤池等方面取得了很大进展， 建立起以赖沪内海地区为首的许多“水再生工厂”。与美国不同的是日本主 要将中水用于小区和建筑物生活杂用水，据报道，目前仅东京一地的大型建 筑物内已建成的中水道系统就达6 0 余处，总供水能力达1 0 万m 3 d ；据日本 国土厅的调查，截止1 9 9 0 年为止，臼本全国共有1 3 6 9 个中水处理设施在运 行，其中水的总用水量为2 2 8 万立方米，越占全国生活用水量的o 6 。自 1 9 6 5 年开始，日本全国的中水处理设施没5 年即翻一番以上。日本的污水 回用对象主要有三个：一是河道景观用水，二是工业用水，三是厕所冲洗。 其它则除喷洒用水，空调冷却用水及洗车用水外，近年来以中水作为景观用 水的情况不断增多。作为中水的原水种类中，采用最多的是如生活洗涤废水 等污染程度较小的杂排水，约占调查总数的8 2 ，其后顺序依次为厨房排水 5 3 ，冷却塔排水4 7 ，雨水2 7 ，厕所冲洗排水1 1 ( 上述统计中包括重复 计算) 。 突尼斯是北非发展污水回用最积极的国家，8 0 年代初期，制定了污水 回用政策。污水回用的主要对象是农业。为了提高回用率，突尼斯采用蓄水 武汉理工大学硕士论文 池或地下蓄水层对再生水进行贮存。 南非的约翰内斯堡每天有9 4 万m 3 饮用水来自再生水工厂，由于处理 得当，没有发生卫生问题。 纳米比亚的温得霍克市将污水深度处理后，直接作为生活饮用水水源， 水质达到世界卫生组织和美国环保局公布的标准。 巴西在将城市污水回用于绿化、冲厕、冲洗道路、洗车等方面做了大量 的研究和实践。 1 3 建筑中水技术发展与应用 污水回用方式有开放式循环再生回用和封闭式再生回用两种。前一方式 特点是沿河上、下游城市均设置自己的给水系统和排水系统，其中排水系统 要求其水处理必须达到国家规定的排放标准后才能排入水体，下游城镇再经 给水净化达到饮用水标准，供生产生活使用。后一方式，即封闭式污水再生 回用的特点是把污水的一部分经水处理，水质达到回用标准后就地供工业、 农业或生活使用。建筑中水技术属于封闭式污水再生回用系统，其集流的污 水水质有优质杂排水( 不含粪便和厨房污水) 杂排水( 除粪便外的污水) 和 生活污水之分。其供应范围小得多，经再生处理后的中水也仅仅是供生活洗 涤、冲洗便器、绿化和浇洒道路方面使用。作为中水原水的建筑排水主要有 以下三种： ( 1 ) 优质杂排水：包括空调系统排水、沐浴排水、盥洗排水和洗衣机 排水。其特点是有机物浓度和s s 较低，水质好，易处理。 ( 2 ) 杂排水：优质杂排水和厨房排水，其特点是有机物浓度和s s 较 高，水质较好，处理成本高于优质杂排水。 ( 3 ) 生活污水：杂排水和粪便污水，其特点是有机物和s s 浓度较高， 水质差，处理工艺复杂，处理成本高。 从处理污水的简易度和成本考虑，选择作为中水原水的污水应按优质杂 排水杂排水生活污水顺序选择，优先选择优质杂排水。 处理后的中水水质必须满足以下条件： 武议理工大学硕十论文 ( 1 ) 满足卫生要求，其指标主要有大肠菌群数、细菌总数、余氯量、 悬浮物、c o d 、b o d ，等； ( 2 ) 满足人们感官要求，无不快感觉，其衡量指标主要有浊度，色度， 臭味等； ( 3 ) 满足设备构造方面的要求，即水质不易引起设备、管道的严重腐 蚀和结垢，其衡量指标有p h 值、硬度、蒸发残渣、溶解性物质 等。 近年来，我国对中水研究越来越深入，为保证中水作为生活杂用水的安 全可靠和合理利用，于1 9 8 9 年正式颁布了生活杂用水水质标准( c j 2 5 1 8 9 ) ，并于2 0 0 2 年又颁布了建筑中水设计规范( g b 5 0 3 3 6 2 0 0 2 ) ，其 中对中水水质作了如下要求： 中水水质标准 序 项目冲厕、道路清 号 l 1色度( 度) 4 0 2嗅 无不快感觉 3p h 值6 5 9 o 4浊度( n t u ) 5 5 s s ( m g l ) 1 0 n 溶解性固体 6 ( m g l ) 7 b o d s ( m g l ) 1 5 8 c o d c r ( m g l ) 5 0 9 氯化物( m g l )i 一 1 0 l a s ( m g l ) 2 0 l l 铁( m g l ) 1 2 锰( m g l ) 一 1 3 游离余氯( m g l )末端0 2 1 4 溶解氧( m g l ) l 总大肠菌群( 个 1 5 3 l ) 表1 1 武汉理工人学硕十论文 我国对城市污水处理与利用的研究，早在1 9 5 8 年就开始列入国家科研 课题。中水处理工艺就是按照生活污水中各种污染物的含量、中水用途及要 求的水质，采用不同是处理单元，完成能够达到处理要求的工艺流程，其具 体流程应根据中水原水的水量、水质和中水使用要求等因素，进行技术经济 比较后确定。处理工艺分为预处理、主要处理及后处理工艺。预处理包括 隔栅、调节池，去除粒径大于特定栅缝或筛孔的悬浮固体，常用的装置有 格栅，水力筛、毛发聚集器等；主要处理工艺包括一些物理，化学及生物 工艺。后续处理为过滤、消毒等环节。常用的消毒剂有漂白粉、氯片、次 氯酸钠、二氧化氯、臭氧和紫外线等。当选用漂白粉、漂白精作为消毒剂 时应通过投配装置投加。其核心部分为主要处理工艺。目前中水处理基本 工艺一般有以下几种： ( 1 ) 物理处理方法，利用物理作用分离污水中主要呈悬浮固体状态的污 染物质，处理方式主要为筛滤、沉淀等。例如砂滤，膜处理技术， 活性炭吸附技术，离予交换法等。 ( 2 ) 化学处理方法，利用加混凝剂产生化学反应随后沉淀的作用来分 离、去除多种高分子物质、有机物以及某些重金属等，可降低污水 的色度和浓度。 ( 3 ) 生物处理方法，利用微生物的代谢作用，使污水中呈溶解、胶体状 态的有机污染物转化为稳定、无害的物质。生活污水经生物处理后 再通过沉淀、过滤、消毒即可使用水进一步净化。生物处理有活性 污泥法，生物滤池法，生物接触氧化法，生物转盘法等。目前采用 的生物处理工艺一般将反应池与二沉池及滤池分开设鼍，占地面积 较大，基建费用较高，在中水处理成本中占较大的比重，使得处理 水的成本比较高。 实际处理工艺可以是种单独设置或将各流程组合加工拼接而成。 物理法和化学法结合有混凝沉淀或气浮。比如原水为城市污水处理厂二沉 池出水时，一般采用物化与生化相结合深度处理的方法。当利用含有生活 7 c 汉理工大学硕十论文 污水的排水作为中水水源时，宜采用二段生物处理与物化处理相结合的处理 工艺流程。当原水为建筑内的优质杂排水时一般采用物化处理工艺或者物 化与生化相结合的处理工艺( 特别是适用溶解性有机物低和l a s 较低的杂 排水) 。还有一些组合的处理【艺比如膜处理技术与生物反应结合为膜生 物反应器，有合置和分置两种。该技术具有出水水质好，对水质有较强的 适应性，应用范围广，污泥排放量低，无污泥膨胀稳定，运行比较稳定， 操作技术简单等技术和管理上的优势，但是其对原水预处理要求比较高， 膜污染问题比较严重，进而成本较高，这就限制了膜生物反应器在中水处 理方面的应用。 影响建筑中水应用的经济因素主要有以下几个方面： ( 1 ) 室内、外源污水水源集流设施费。即建筑物室内生活污水的分 流排放管道系统的费用和建筑小区内原污水集流管道网设施 费； ( 2 ) 室内、外回用水配水系统的配管费； ( 3 )水质处理构筑物的占地费； ( 4 ) 污泥处置费。 而且建筑中水系统存在规模效益问题，各自独立建设的中水处理系统太 小，而建筑中水的投资成本与水量关系很大，规模越小，费用越高。其具体 原因为： ( 1 ) 作为中水水源的洗涤污水与冲厕，绿化等杂用水水量难以平衡， 有时原水不够，颏向中水储水池补充大量自来水，管理复杂， 使用不便；反之，处理后的中水过剩，白白排放，造成浪费。 ( 2 )中水处理设备工艺及管理水平不高，水质水量不稳定，常常停 产，用户往往在建立了中水系统后，还要保留原来自来水系统。 ( 3 )经济上不合算。北京市的中水成本为1 4 1 5 元m 。，比涉外 宾馆的自来水水赞( 1 元m i ) 加排污费( o 1 2 元m 3 ) 总和还要 高。 根据北京市统计，只有水量 - 7 5 0 m 3 d 才经济可行。 8 武汉理工大学硕十论文 1 4小结 从目前和国外的资料所介绍的情况可以看出，建筑中水工程的每m 3 中 水的基建投资费用和城市给水水费相比并不低，目前国内的一些中水工程大 部分是由于国家政策规定丽建设的，实际运行情况并不乐观，有相当一部分 闲置，对建设资金造成了极大的浪费。 从国内外污水回用的发展状况来看，污水回用现已受到比较普遍的重 视，许多缺水地区已经建立了一批技术可靠、管理科学、运行稳定的回用工 程。就当前国内外的形势来看为使建筑中水工程在我国缺水城市能够顺 利发展，必须作到以下几点： ( 1 ) 制定合理的、完善的回用水水质标准； ( 2 ) 扩大建筑中水的原水范围，发展小区中水系统，以较大规模求得 较大效益； ( 3 ) 把降低工程投资费用和提高经济效益当成关键问题来解决。解决 这个问题在技术方面，应当从发展和创新水净化工艺入手，针对不同的建筑 物选择经济合理的处理工艺，降低成本。 1 5 课题的提出及其研究内容 1 5 1 学校的学生公寓的洗涤废水水质水量的调查 本试验所研究的一体化水处理工艺是针对学校的学生公寓的洗涤废水 及高层住宅的洗涤废水设计的，所以在设计工艺参数之前首先了解这类建筑 物的洗涤废水的水质。 以武汉理工大学西院8 号楼宿舍为例。该宿舍楼共八层，1 1 2 个寝室， 每个寝室平均住5 人，共有5 6 0 人。公共卫生间设在宿舍的一端，分为里外 两格，里面是厕所，有单独的排水立管，外面是盥洗间，也有单独的排水立 管。如果按建筑给排水规范用水定额1 5 0 l d 人用水量计算，该宿舍楼每天 消耗自来水8 4 吨，其中洗涤废水占了7 0 ，洗涤废水量是较大的。而且据 实际调查，学生公寓的用水户是学生，生活比较简单，节水意识不强，管理 不完善，浪费情况较严重，学生人均用水量最少3 0 0 4 0 0 l 人d ，最多7 0 0 武汉理t 大学硕士论文 一8 0 0 l 人d ，是居民人均用水量的1 2 倍，产生的洗涤废水量是很大的。 每天冲厕所的水约占大学生用水量的l 3 1 4 ，该宿舍楼一年下来，仅冲马 桶就要用掉至少2 5 4 8t 优质淡水至于供应2 5 4 8t 自来水所需电力等其他 开支，就更可想而知了。 由于学生作息有一定的规律性，每天0 7 ：0 0 0 8 ：0 0 ，1 1 ：3 0 1 3 ： 0 0 ，2 1 ：0 0 2 3 ：0 0 为用水高峰期，其他时间为上课时间和自修时间，用 水量较小。取水点选在排水立管在一楼的出口，在这里从上层排出的废水自 由下落，处于紊流状态，能很好的混合。由于立管的出水有一定的瞬时性， 不能代表整个洗涤废水的水质。为减少不均匀性，在用水高峰期的某半个小 时里每隔5 分钟取5 0 0 m l 水样，然后将所取的水样混合在一起，对混合水样 测定水质指标，作为该建筑洗涤废水水质代表。 表l 一2 为水质检测的情况： 学生公寓洗涤废水水质调查表 表1 2 b o d 5c o d 。， 水样时间p ( m g 1 )b o d ；c o d ( m g 1 )( m g 1 ) 2 1 ：o o 2 2 ：0 0 4 1 9 11 2 61 7 3o 3 3 0 7 ：o o 0 7 ：4 0 5 7 1 41 3 21 0 5o 4 3 0 9 ：0 0 3 6 7 21 0 51 5 00 3 5 0 9 ：3 0 1 2 ：o o 1 2 ：3 0 1 0 7 6 22 4 27 8 9o 4 4 备水样块状杂质很少，水较清，透明，有少量泡沫。水样p h 值约等于7 ，无明显 臭味。 ( 注：表l 一2 中水质指标中p 为总磷，测定时还测定了磷酸盐的含量，两者值相 近，原因可能是该水为洗涤废水，水中的洗涤剂含有的磷为可溶性磷酸盐) b o d s c o d 比值均人于0 3 ，所以该洗涤废水具有可生化性。 武汉理t 大学硕士论文 1 5 2在学生公寓和高层住宅设置中水的必要性 高校是人才集中的地方，建筑物密集，建筑物容积率大，用水户密集， 洗涤水量大，冲厕所的水量也大，约占大学生用水量的l 3 i 4 ，至于供 应这么多自来水所需电力等其他开支，就更可想而知了。由于洗涤用水量大， 所以产生的轻污染的废水水量大，直接排放进入城市管网不仅加重城市污水 处理厂的负荷，而且对水资源也是极大的浪费，大量的冲厕所的水如果也由 干净的自来水完成，也是加重了自来水厂的负荷，同时也严重浪费水资源。 根据上述排水水质资料调查，淋浴排水和沈涤废水比厨房排水和厕所排 水污染轻的多，废水水质指标为：c o d 1 5 0 m g 1 ，b o d s 8 0 m g 1 ，p 5 m g 1 ， s s l o o m g 1 ，符合优质杂排水的标准。由于学生公寓用水点比较集中，卫生 问的排水立管自然形成了水质分流，优质杂排水易于收集。校区空间开阔， 易于安装中水管道。所以为节约水资源，一方面要教育学生树立节约用水的 意识，另一方面就要根据原水水质，中水用途及其要求的水质研制出适用于 学生公寓建筑的中水处理设施。杂用水经过处理后可用来冲洗厕所，也可用 于消防用水和绿化用水。 中水技术的推广和应用与中水处理费用紧密相关，中水处理费用包括中 水处理工艺设施费用和中水管道的费用。从已建中水设施的建筑物来看中水 处理工艺设施费用在整个费用中占了7 0 以上，所以，只要从实际出发，设 计合适的中水处理工艺，都有明显的经济效益，所带来的节水效益和环境保 护方面的价值是不言而喻的。一所5 0 0 0 人规模的院校，建一座处理能力为 3 0 0 4 0 0 t d 的中水处理站就能满足学校杂用水的要求，需投资6 0 7 0 万， 每年可节水几十万吨，全国上千高校，每年可节约新鲜水上亿吨，一吨水可 刨工业净产值5 元，其经济效益和社会效益是非常可观的。 高层住宅的用水情况和学生公寓相似，在给排水设计时也污废分流，也 有大量易于收集的优质杂排水，故合适的中水处理设施对其也很有意义。 所以推广技术、管理、经济综合优化的中水处理工艺对建筑中水在学生 公寓和高层住宅的应用意义重大。 1 1 武汉理工大学硬上论文 1 5 3 学生公寓中水工程的水量平衡与集流 建筑中水工程的水量平衡是指中水原水的水量、处理量和中水用量、给 水补水量等之间通过计算、调整达到一致。水量平衡应保证做到中水原水水 量稍大于中水用水量。水量平衡的成果是选定建筑中水系统类别和水处理工 艺的重要依据。水量平衡可以从两方面进行，一方面是确定可作为中水水源 的污水可集流的流量，另方面是确定中水用水量。在集流的流量和中水用水 量初步确定后，制定水量平衡图。用作中水水源的原排水量应为中水会用水 量的1 1 0 1 1 5 。 对于学生公寓，中水原水选择污染较轻的洗涤废水，可集流的污水量为： q = q n 1 0 0 0 ( m 3 d ) ( 1 一1 ) 式中卜水量平衡中总集流的中水原水水量 ( m 3 d ) n 用水单位数( 人) q 建筑物内可集流的中水原水水量，根据调查资料确定学生 公寓的用水定额为3 0 0 l d 人，其中洗涤和洗衣废水占总给水量的3 8 。 所以可以集流中水原水水量为： q = 1 1 4l d 人 中水的用途是冲洗厕所和绿化用水。中水用水量为 【q 】= 蒜n o b ( 1 2 ) 式中匝卜一水量平衡中，总中水用水量( m 3 d ) n 用水单位数( 人) q 0 建筑物的给水用水量标准( l d 人) b 可使用中水的卫生器具用水量占总给水量的百分比，对 于学生公寓，冲厕所可以使用中水，该部分用水量占总给水量的百分比为 3 2 。 武汉理工大学硕士论文 故国】2 9 6l d 人 用作中水水源的原排水量与中水用水量比值为尚- 1 1 8 ，略大于理论数值。 学生公寓周围一般都有绿化带。多余的一部分水可以用来浇灌植物。 1 5 4 本课题研究内容 我国当前水污染治理面临着资金短缺的问题，立足于寻求低资金投入， 低费用支持，高处理效率的工艺技术对我国的污水治理回用，环境保护具有 积极性的意义，本课题就是针对学生公寓的洗涤废水和高层住宅的洗涤废水 提出的一种一体化建筑中水的处理工艺，本课题研究的处理工艺是在中水预 处理后的工艺，具体课题拟解决的几个问题有： ( 1 ) 了解宿舍楼为主要对象的洗浴废水水质：作为试验人工配水的依据。 ( 2 ) 处理模型的设计：将反应，沉淀，过滤工序在同一个设备里完成，曝 气方式的选择，生物接触氧化部分构造的设计，二沉池的设计，填料 的选择，滤料的选择，絮凝剂的选择。选用的曝气方式要满足氧转移 效率尽量大，填料应选择比表面积大，利用率高，不易堵塞，适应性 强，耐冲击负荷效果稳定，组装方便的填料。 ( 3 ) 体挂膜过程及特性研究。考察反应器启动时载体挂膜过程，并研究该 过程的影响因素。 ( 4 ) 好氧环境下微生物处理生活污水的特性研究以及最佳运行条件研究， 并进行简单的运行成本核算。 ( 5 ) 通过实际试验数据推求处理动力学模型。 武汉理工大学硕士论文 第二章一体化反应器模型的设计 2 1引言 该一体化处理模型基于构造简单，运行维护方便，占地省的思想将处理 过程的反应池和沉淀池合为一体，同时后续增加砂滤，加强处理效果。模型 的示意图为： 接鼓风 曝气机 图2 一l 该处理工艺的实质的生物接触氧化过滤工艺，之所以采用生物接触氧化 工艺是因为生物接触氧化工艺具有如下优点： ( 1 ) 充分发挥生物膜法优点的基础上兼具活性污泥法的特征； ( 2 ) b o d 负荷高，污泥生物量大，相对而苦处理效率较高，而且对进 水冲击负荷( 水力冲击负荷及有机浓度冲击负荷) 的适应能力强； ( 3 ) 处理时间短，占地i 面积小； ( 4 ) 能够克服活性污泥法中的污泥膨胀问题， ( 5 ) 可以间歇运转，微生物适应能力强，此优点尤其适用于学生公寓 或者高层住宅，因为这两种用水户均存在用水量和用水时间的不均匀性。在 武汉理工大学硕士论文 本试验的进行过程中曾经由于客观原因停止进水一天，但恢复进水半天，填 料上的生物膜即恢复正常。 ( 6 1 由于微生物是附着在填料上形成生物膜，生物膜的剥落与增长可以 自动保持平衡，所以无需回流污泥，维护管理方便。剩余污泥量也较少。试 验模型底部有排泥孔，每天排一次泥。 过滤选择以石英砂等粒状滤料截留水中的悬浮杂质，使废水得到进一步 净化。过滤的功效不仅在于进一步降低水的浊度，而且水中有机物、细菌也 会被去除很多。至于残留于滤后水中的细菌病毒等在失去浑浊物的保护或依 附时，在滤后消毒过程中也将容易被杀灭，为滤后消毒创造了良好条件。 该模型的设计内容包括：填料选择，生物接触氧化区，沉淀区，砂滤区， 供气系统，进水系统等。 2 2 填料选择 生物接触氧化处理技术的实质之一是在池内充填填料，已经充氧的污水 浸没全部填料，并以一定的流速流经填料，在填料上布满生物膜，污水与生 物膜广泛接触，在生物膜上的微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机 污染物得到去除，污水得到净化。填料是生物膜赖以栖息的场所，是生物膜 的载体，同时也有截留悬浮物的作用。因此，载体填料是接触氧化池的关键， 直接影响生物接触氧化法的效能。载体填料的要求是：易于生物膜附着，比 表面积大，空隙率大，水流阻力小，强度大，化学和生物稳定性好，经久耐 用，截留悬浮物质能力强，不溶出有害物质，不引起二次污染，与水的比重 相差不大，避免氧化池负荷过重，能使填料间形成均一的流速，价廉易得， 运输和施工方便。填料的发展从过去的天然砂石到目前的高分子有机材料。 目前国内主要采用合成树脂类做填料，如硬聚乙烯塑料、聚丙烯塑料，环氧 玻璃钢、环氧纸蜂窝等硬性填料；还开发出多种新颖的软性填料、半软性填 料、弹性生物环填料以及漂浮填料等多种形式的填料。但是上述的有机材料 多少都存在着挂膜量少，有机物的处理效率低等缺点。这些填料在生物接触 氧化系统的建设费用中约占5 5 一6 0 ，所以载体填料直接关系到接触氧化 法的经济效果。 本工艺采用的填料为北京神州瑞琪环保科技有限公司生产的高效生物 e 汉理t 大学硕士论文 处理填料，该填料是以聚丙烯高分子聚合物为主，并添加疏水性、亲水性、 阻燃性、耐热性、抗冻性、抗老化性等助剂，加热熔融后形成由四条相互熔 接成型的多孔网状整体结构型填料。该填料的丝条是一种多重交叉的螺旋结 构，废水在填料中呈三维状态流动，有利于污染物，溶解氧及各种必需营养 物迅速经过液相扩散到生物膜表面，进而达到生物膜内部。传统的生物接触 氧化工艺生物膜的厚度容易随着负荷的增高而增大，过厚的生物膜容易引起 填料堵塞。本工艺采用的这种填料空隙率高，流道宽敞，挂膜量大但不易堵 塞，极大的改善了这种情况。 该填料如下图所示： 图2 - 2 填料剖面一1 图2 - 3 填料剖面一2 2 3 生物接触氧化区 ( 1 ) 生物接触氧化区填料容积计算： 生物接触氧化区的填料容积可按b o d 一容积负荷率计算，根据实际污 水处理经验及填料的实验测试结果，设计该水水处理b o d 5 容积负荷率n w 为1 5 k g m 3 d ，模型拟处理日平均污水量为o 4 m 3 d ，则生物接触氧化填料 的容积 w ：q s l o ：旦塑：0 0 1 6 ( m 。) ( 2 1 ) n 1 5 1 0 0 0 1 武汉理工大学硕士论文 式中w 填料的总有效容积，m 3 ； q 一日平均污水量，m 3 d 按o 4 m 3 d 设计； s o 一原污水b o d 5 值，m e , 1 ： n w _ b o d 容积负荷率，g b o d 5 ( m 3 ( 2 ) 接触氧化区总面积 彳：旦；业：0 0 3 2 e o 5 ( m 2 )( 2 2 ) 式中a 接触氧化区总面积，m 2 ； h 1 填料层高度，1 t i ，取0 5 m ； 设计该处理模型为长方体，截面为正方形，则截面边长为o 1 8 m ( 3 ) 废水与填料的接触时间 ，：盟：旦堕：o 9 6 ( h ) q 0 4 2 4 ( 4 ) 沉淀区高度 接触氧化部分流速v = 署= 面函0 而4 = 0 5 2 m t 而= o 1 4 m m j 0 0 3 2 2 4 ( 2 - 4 ) 沉淀区水深h 。，污水上升流速 垒：0 4 ( 2 4 x 6 0 x 6 0 ) ，0 0 3 2 ( 2 3 ) x 1 0 0 0 = 0 1 4 r a m j ， ( 2 5 ) 沉淀时间采用0 5 h ，保证水流稳定， 月，：堕：竺：! ! ! ：! ：o 2 6 m f 0 0 3 2 x2 4 ( 2 - 6 ) ( t 沉淀时间) ( 5 ) 反应器总高度 0 = h 。+ h 。十h 3 十h 4 = o 5 + 0 2 6 + 0 2 + 0 0 4 = 1 0m 式中h 填料层高复，m ； h 厂沉淀区高度，i n ； 武汉理t 大学硕士论文 h 。底部污泥区高度，m ； h 4 超高，m ，取0 0 4 m ： ( 6 ) 出水经溢流堰流流出，通过砂滤后最终出水。溢流堰高度0 0 2 m 。 2 4 砂滤部分 试验采用小试，由于现设计规模需要的砂滤尺寸太小，无法配套制作， 同时为了分别检测生物接触氧化部分和砂滤过滤部分对废水处理的效果，故 试验中拟将生物接触处理部分与砂滤部分分开设计制作，在中试中再合为一 体化。 砂滤的滤料必须符合以下要求： a 具有足够的机械强度，以防冲沈时滤料产生磨损和破碎现象； b 具有足够的化学稳定性，以免滤料与水产生化学反应而恶化水质， 尤其不能含有对人类健康和生产有害物质； c 具有一定的颗粒级配和适当的空隙率。 根据过滤理论和实际实验条件，选择单层石英砂滤料，粒径 d 一= 1 2 m m ，d 。= o 5 m m ，不均匀系数k 。 2 0 ，厚度5 0 0 m m 。承托层选择砾石，两 层，粒径2 4 m m 的厚度5 0 m m ，粒径4 8 m m 的厚度5 0 r a m ，其作用主要的防 止滤料从配水系统中流失，同时对均匀布冲洗水也有一定作用。 2 5 供气系统 1 供气的作用 ( 1 ) 充氧。生物接触氧化法主要是利用好气性细菌完成生物净化作用。微 生物的氧化、合成和内源呼吸全部需要氧。所以除了营养物质外，氧气是保 持微生物正常活动的一个重要条件，供气使氧化池中的溶解氧控制在一个相 当的水平上； ( 2 ) 充分搅拌，形成紊流。供气使反应器内水流充分搅动，形成紊流。紊 流愈甚，被处理水与生物膜的接触效率愈高，传质效应愈好，从而提高处理 效果； ( 3 )防止填料堵塞，促进生物膜更新。供气的搅动作用使填料上衰老的生 武汉理工大学硕士论文 物膜及时剥落，防止填料堵塞，同时还促进生物膜更新。 2 供气量 总的说来，生物接触氧化法中，生物膜耗溶解氧的总量一般为1 3 m g 1 ，视b o o 负荷而异。为使表面层的好气菌维持良好的生物相，通过填 料后的溶解氧应是2 3 m g 1 ，这样要求废水在进入氧化池填料之前的溶解 氧为4 6 m g 1 左右。 在生物接触氧化处理废水2 实践中，往往根据水比气来确定供气量。水气 比为处理水量和供气量之比，视水质，水温，填料和废水所需溶解氧而定。 正常运行时的水气比为：城市污水l ：( 3 5 ) ，所以本试验确定的气水比的 三个水平也在这个范围内。 3 供气方式 对供气方式总的要求是能使水流均匀地流经反应器和载体填料，充氧 效果好，能耗低，维护管理方便。曝气方式有中心曝气，侧面曝气和全面曝 气三种，其中全面曝气效果最好，可以使填料各部分均匀附着生物膜，并可 以适当剥落不堵塞。供气方式有鼓风曝气、机械曝气和喷射曝气三种，生物 接触氧化实际工程中使用较多的是鼓风曝气，这种方法动力消耗较低，动力 效率较高，供气量较易控制，脱落的生物膜沉淀性能较好。全面曝气的鼓风 曝气充氧设备常采用穿孔管曝气，微孔曝气。通过微孔曝气头产生的气泡在 平均尺度上比通过穿孔管产生的要小，当空气以微气泡的形式分散到接触区 后，获得了巨大的气水接触面积，因此在接触区有相当高的氧传递效率。气 泡越小，传氧效率越高。但是在气量一定时，含气率不会随气泡的尺度变化， 小气泡时气相对液、固两相的提升( 挟裹) 作用会弱一些。另外，高的传氧 效率往往对应着高的氧利用率，从而所需气量降低，这会减小含气率，导致 气水剪切变弱。 本试验中的曝气装置借用微孔曝气头的形式，但孔径比传统微孔曝气气 孔略大，是家用养鱼时用于鱼缸充氧的曝气头，如图2 - 4 所示： 武汉理工大学硕士论文 图2 4 导气管采用一根外径2 0 r a m 的lj p v c 管连接鼓风曝气机和反应器。连接管上装 有气体流量计，通过气体流量计控制气流量的大小。风机选用浙江森森实业 有限公司生产的渔亨牌a c o 系列电磁式空气压缩机作为系统的供气设备。设 备参数如表2 1 ： 设备参数表 表2 1 型号： a c o 一8 】8 额定功率： 3