成都理工大学中水工程方案设计.doc

成都理工大学毕业设计成都理工大学中水工程方案设计作者姓名：邵 俊 学 号：200303020106专 业：环境工程（水污染控制方向） 指导教师：刘清华【摘要】本设计以成都理工大学生活污水为主要水源，设计中水回用系统的主要处理流程。在采样分析和估算水量的基础上，比较了现有的多种中水回用工艺，最终确定了以膜生物反应器（MBR）为主要处理工艺的中水处理流程。通过计算确定了工艺流程中主要设施的尺寸以及设备的型号。计算分析表明，设计处理出水水质达到且优于国家相关标准。通过对设施运行成本的估算证明，该流程在处理成本上有实施的可能。【关键词】污水；中水；中水系统；膜生物反应器46Design of the engineering project for Reclaimed Water System of Chengdu University of TechnologyName：Jun Shao Student No.：200303020106Major：Environmental Engineering（Water pollution control） Supervisor： Liu QinghuaAbstract: A main treatment flow of the reclaimed water system will be designed in this dissertation. The reclaimed water system selects the wastewater flew-down from the dormitories of Chengdu University of Technology as raw-water of reclaimed water. After analysing the raw water and investigating the wastewater-producting, a treatment flow has been designed based on comparing current reclaimed water treatment methods. The flow designed chooses the membrane bioreactor(MBR) as the main treatment technology . The article designs and calculates the parameters about the structures and the equipments in the treatment. The results of calculations and analysis on Reclaimed Water treatment technology indicates that the treated water can achieve the relevant standards. By analyzing the handling costs, it is proved that the treatment flow is logical and also possible to be put in practiced.Keywords: Wastewater；Reclaimed water；Reclaimed water system； Membrane bioreactor 成都理工大学毕业设计目 录第1章 前 言111本课题的选题背景112本课题的意义113本人工作量1第2章 中水概述221 中水概念222 中水用途223 中水系统组成224中水的水质要求325 中水回用情况32.5.1 国外中水回用情况32.5.2 我国中水回用情况3第3章 设计项目概述531 成都理工大学校园生活污水处理现状532设计项目中水水源533 中水处理目标及标准534 设计依据535 设计原则636 设计范围6第4章 方案选择及论证841中水回用处理的基本方法842中水回用处理工艺概述8411 以优质杂排水为原水的中水工艺8412 以生活污水为原水的中水工艺1143 方案比较1444 方案论证15第5章 设计计算1751 原水水质1752 水量计算17521回用水需求量18522 水量校核1953 构筑物设计计算19531 格栅设计计算19532 调节池设计计算22533 沉砂池设计计算23534膜生物（MBR）反应池设计计算24535 消毒池设计计算34536 回用水池设计计算3554 动力设备计算36541泵的选择36542 风机选择36543自吸泵的选择36544膜化学清洗泵的选择36第6章 总体设计3861 平面布置3862 高程布置3963总装机容量3964运行成本概算39第7章 运行管理4171潜水泵4172鼓风机4173膜生物反应池42731自吸泵运行42732膜组件的化学清洗42结 论43致谢44参考文献45第1章 前 言11本课题的选题背景我国是世界上人均占有水资源较少的国家，而且水资源的分布极不均匀。2006年我国水资源总量为2.81012m3，人均2300m3。按国际上一般标准，人均年拥有水量为200010000 m3时，将出现干旱季节的用水现象；人均年拥有水量为10002000m3，淡水消耗占全国可用淡水的20%40%时，会出现缺水现象；少于1000m3，淡水消耗超过全国可用淡水的40%。将出现严重缺水的水荒局面。而我国目前的状况已经接近国际公认的警戒线。2006年全国300多个大中城市中，有180多个缺水。即便如此，我国的用水量仍然居高不下，2006年我国总用水量为5498108m3，人均综合用水量为430 m3。国内生产总值(当年价)万元用水量为610108m3，生活用水占总用水量的10.5%，其中城镇生活用水占5.2%，农村生活用水占5.3%，其中工业用水占20.7%，农业用水占63%，其他用水占5.8%。可见一方面我国正面临“水荒”，而另一方面水的利用程度、使用效率仍然偏低。提高水的利用程度一方面靠节水、减少不必要的消耗，另一方面则需要提高水的利用率、进行水资源的重复利用。而世界各国目前采用的策略也正是从这两方面入手的，所谓的“开源节流”，一方面加大水处理、回用的范围，将回用水作为新的生产生活用水的水源；一方面开发、推广高效节水的生产工艺技术。作为“开源”的核心思想，中水回用现在日益受到各国的重视。12本课题的意义本设计以成都理工大学的学生生活污水为中水水源，处理后回用作为校园绿化、冲厕用水。期望实现环境效益、经济效益的最佳组合，同时也为环境教学提供一个实习平台。13本人工作量本人通过对银杏园学生生活污水的采样分析，对水质情况有所了解。在对用水情况进行调查之后确定了中水系统的原水水量情况。经过比较分析现有的处理工艺流程，确定了设计思路，即采用膜生物反应器为主要处理设施。参考相关设计手册之后，通过计算确定了主要的构筑物尺寸和设备型号。并对处理成本进行了核算。第2章 中水概述为解决水危机，各国各地区采取了积极有效的措施，核心为“开源节流”，在水资源的总体战略中由单纯的水污染控制转变为全方位的水环境参加与发展。在各种措施中，具体可行的途径之一就是中水回用。21 中水概念中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准、可在一定范围内重复使用的非人体直接接触杂用水，其水质介于上水（如自来水等，供饮用或与身体直接接触的水）与下水（各种污水或废水）之间，是水资源有效利用的一种形式1。22 中水用途中水主要用于厕所冲洗、绿化、道路清洁、冲洗、基建施工、景观用水以及可以接受其水质标准的其他用途水。中水回用的对象用于以下几个方面1。 园林绿化，包括绿化用水、河流补水、公园冲洗厕所和公园内道路冲洗用水。 配合城市环境综合治理，如中水除尘等用水。 小区用水，包括冲厕、绿化、消防等用水。 洗车用水。 工业冷却用水。其他包括水产养殖、火车及轮船冲厕等用水。23 中水系统组成中水处理设施按照应用的规模，可分为建筑中水系统、小区中水系统和市政中水系统1。中水系统可以分为原水的收集输送系统（包括中水原水的输送管道等）、原水的处理系统（包括各类物理、化学、生物的处理设施）、中水的输送系统（包括回用管道、贮水设施、加压设施等）。对于成都理工大学校园中水回用系统，主要是要将现有的下水管网加以改造利用，将部分污水引入中水回用系统，然后将处理后达到回用标准的中水输送至相应的用水部门。具体来说，需要对现有雨污分流制的污水管道进行进一步的分流改造，改造后主要只是收集学生生活污水进入中水系统进行回用处理，中水再由回用水管道送至冲厕用水管道或绿化、洒水用设施中。由于理工大学景观用水（如砚湖、喷泉等）直接引自东风渠，故回用水不考虑用作景观用水。而对于其他校园，则不但可以考虑将中水用于校内景观用水，甚至可以作为商品出售周边中水用户。24中水的水质要求 中水回用必须满足，水质合格、水量足够、经济合算等要求。同时将污水作为水资源回用的前提是：提供适合于回用的水质、同时不造成任何潜在的二次污染1。由于中水的使用范围广泛，目前我国还没有一个统一的水质标准来对回中水的水质进行约束和评判。目前主要还是根据回用水用途进行水质的评判和约束。虽然具体的水质标准有所不同，但作为中水，最低应满足以下要求：不影响人体健康；对环境质量无不良影响；对使用者维护无不良影响；用于生产不影响产品质量；达到使用的各类标准；技术可行；经济合理，水价有竞争力；对使用者要有教育意义。25 中水回用情况2.5.1 国外中水回用情况中水回用在国外已实施很久，回用规模很大，且已显示出明显的经济效益。当前世界上许多国家为克服水资源困难，把城市污水开辟为第二淡水资源。如以色列，到1987年，全国有210个市政回用工程，100%生活污水和72%的城市污水回用，回用方式有小型社区就地回用、大中城市的区级回用。中水用于农业、工业和饮用水。全部污水的90%收集排放、80%经过处理，有60%65%处理后的污水回用。而日本从1962年就开始回用的实践，促进了当时的工业复兴，处理后的水直接回用于城市给水、生活卫生杂用和工业用水。1991年有876个公共污水处理厂在运行，其中有4个处理厂的中水得到回用，其中工业用水占41%、农业灌溉占13%、环境用水占32%,、非饮用水占8%、季节性清雪占4%1。2.5.2 我国中水回用情况我国淡水资源很匮乏，排水设施和管理也都不完善，但已认识到中水回用的重要性和紧迫性，合理地利用中水资源，不仅可缓解全球性的供水不足，而且改善了生态环境，实现了水资源的可持续发展。近十多年来，城市中水回用的重点，一直集中在占有较大比重的工业废水上。经过多年努力，工业废水回用率已达70%以上。由于社会经济发展和人们环境意识的不断提高，中水回用正逐渐扩展到缺水城市的许多行业。青岛在1982年就将中水作为市政和其他杂用水，以缓解淡水资源的危机。北京也在1984年进行中水回用示范工程建设1。中水回用的课题被列人了国家“七五”、“八五”、“九五”重点科技攻关计划，投人相当可观的人力物力，对一些关键技术进行攻关，取得了一批国际先进水平的科研成果，提供了中水回用的成套技术与应用。第3章 设计项目概述31 成都理工大学校园生活污水处理现状目前，成都理工大学的下水管网采用雨污分流制。教学区的污水（如实验室废水，教学楼盥洗排水）、学生生活污水（主要是盥洗、浴室、粪便水）、家属区生活污水、食堂废水混合流入污水管道，再由市政污水管道送至城市污水处理设施进行处理。32设计项目中水水源本次设计的中水水源全部取自学生的生活污水和学校公共浴室排水。对于每人每天的平均污水产量在不同地区和不同卫生条件下可参照给水排水工程快速设计手册中所列出的生活污水量定额表确定2，表3-1为不同地区不同卫生条件下生活污水水量定额。由表中数据可知成都地区在室内有给排水卫生设备但无淋浴设备的情况下人均日产污水量为5590L，在室内有给排水卫生设备热水淋浴设备的情况下人均日产污水量为100140L。考虑到学校内建有公共浴室，故将人均日产污水量确定为120L（即人均日污水产量介于室内有给排水卫生设备但无淋浴设备的情况和室内有给排水卫生设备热水淋浴设备的情况之间）。参考魏娜、将文举、廖文杰等人对四川大学望江校区学生宿舍人均用水量的调查，学生宿舍用水量为90280L/人d3（用水量的8090%转换成为污水排放4），由此可以认为将人均产生活废水量确定为120L是合理的。则学生生活污水（学生总人数2.5万人）的日产量为3000m3/d。本次设计的中水水源全部取自学生的生活污水和学校公共浴室排水，主要原因是：第一、上述两个部分的水质成份比较单一，不含有毒物质，油脂含量极低；水量的变化只在一天中呈现周期性波动，所需考虑的气候、时间的影响较小；第二、仅这两个部分的污水量就能满足回用的水量要求。33 中水处理目标及标准校园中水回用的主要用途是做为绿化和冲厕用水。水质标准可以生活杂用水水质标准（CJ 25.1-1999）来确定，具体数据见表3-21。34 设计依据国家现行的建设项目环境保护法规、条例； 成都市的地方性法律、法规；生活杂用水水质标准（CJ 25.1-1999）。35 设计原则 严格执行国家环境保护有关规定，力求处理后的废水达到且优于各项水质指标 设计回用系统有较大的灵活性，以适应污水水质、水量的变化； 做到方案对比，占地面积小，做到投资省 处理工艺流程简单，争取做到组合式设备化，以方便管理 力求处理设施构筑物应与校园主体工程建筑风格相协调36 设计范围本设计设计范围为：学生生活污水经改造过的污水管汇流到回用处理设施预处理设备（格栅）开始，经预处理，主要处理，深度处理，到回用水池为止。表3-1 生活污水水量定额建筑物内部卫生设备情况平均日污水量（L/人）一分区二分区三分区四分区五分区室内无给排水卫生设备，用水取自集中给水龙头，污水由室外排除管道排出10201025203525401025室内有给排水卫生设备但无水冲式厕所12403045406540702540室内有给排水设备但无沐浴设备5590609565100651005590室内有给排水设备并有沐浴设备90125100140110150120160100140室内有给排水设备，并有淋浴和集中热水工应130170140180145185150190140180表中第一分区：黑龙江与吉林全部，辽宁与内蒙古大部分，河北、山西、陕西、宁夏的偏北一小部。第二分区：北京市、天津市、山东全部，河北、山西、陕西、宁夏的大部分，辽宁南部，河南北部，甘肃东部、青海偏东和安徽、江苏偏北的一小部分。第三分区：上海市、浙江的全部，江苏、安徽与江西的大部分，河南南部，湖北与湖南东部，福建北部。第四分区：广东与台湾的全部，广西的大部分，福建与云南的南部。第五分区：贵州全部，四川与云南的大部分，湖南与湖北的西部，陕西与甘肃在秦岭以南的地区和广西偏北的一小部分。表3-2 生活杂用水水质标准（CJ 25.1-1999）项目厕所便器冲洗、城市绿化洗车、扫除pH值6.59.06.59.0浊度（NTU） 105臭无不快感色度（度）3030外观无不快感总溶解性固体含量（mg/L）12001000悬浮性固体含量（mg/L）105NH3-N含量（mg/L）2010总硬度（以CaCO3计）（mg/L）450450氯化物含量（mg/L）350300阴离子合成剂含量（mg/L）1.00.5铁含量（mg/L）0.40.4锰含量（mg/L）0.10.1大肠杆菌值（个/mL）105BOD5（mg/L）1010CODCr（mg/L）5050游离氯含量（mg/L）管网末端水2第4章 方案选择及论证41中水回用处理的基本方法中水回用的基本处理方法实际上就是采用的处理污水的方法，所不同的只是执行的排放标准的不同（作为中水回用的处理，要求更高）。总的来说中水回用的处理方法有物理法、化学法、生物法等三类1。物理法是利用物理作用分离废水中主要呈悬浮状态的污染物质，在处理过程中不改变物质的化学性质，如沉淀法、筛滤法、气浮池、隔油池、离心分离法等。化学法是利用化学反应来分离或回收废水中的污染物质，或转化为无害的物质，如混凝法、中和法、氧化还原法等。物理化学方法（特别化学法）是通过物理和化学的综合作用使废水得到净化的方法，如吸附、萃取、离子交换、膜分离、微波法等。生物法是利用微生物的作用来去除废水降解的和胶体状态的有机物的方法。生物法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。包括活性污泥法、生物膜法、接触氧化法、厌氧好氧法、吸附再生法、间歇式活性污泥法、氧化沟工艺、生物滤池、生物转盘、生物流化床、厌氧消化池、淹没式生物滤池、上流式厌氧污泥床(UASB)等。42中水回用处理工艺概述中水回用是通过一定的处理手段将污水中的杂质含量降低到符合标准的范围内，对于处理手段则因原水的不同、回用的目的不同而采用不同的处理手段。废水中的杂质（或者称为污染物）成分复杂，采用单一的处理工艺往往达不到所需要的处理效果，因此实际应用中大都是将多种工艺相结合以达到所需的处理效果。根据中水原水的不同，可以将中水回用的工艺作以下分类。411 以优质杂排水为原水的中水工艺优质杂排水是中水系统原水的首选水源，以优质杂排水为原水的中水工程基本上采用“生物物化”组合流程和物化流程两类工艺流程。所采用的生物处理工艺主要为生物接触氧化和生物转盘工艺。物化处理工艺主要为混凝沉淀、混凝气浮、活性炭吸附、臭氧氧化、过滤及膜分离等工艺。各类工艺流程最后均包括消毒处理单元。作为预处理的手段,在主要处理单元前一般均设置粗细格栅及毛发集聚器（或称除毛机、捞毛机）。主要有如下几种流程：4111以生物接触氧化为主的工艺流程接触氧化池属于生物膜反应器的一种。具有填料的比表面积大、不存在污泥膨胀问题；同时运行管理简便；生物固体量多，水流属于完全混合型，对水质水量的骤变有较强的适应能力等优点。但是涉及到生物膜脱落的问题，出水需设沉淀过滤设施，这样就增加了占地面积。以生物接触氧化为主的工艺流程如图 4-1所示。 图 4-1 以生物接触氧化为主的工艺流程4112以生物转盘为主的工艺流程同样作为生物膜反应器的一种，生物转盘也具有：水力停留时间短；无须考虑污泥回流；动力消耗少的特点。而且占地面积较少。但是同样涉及到生物膜脱落的问题，故出水需设沉淀过滤设施。当处理量大时，由于所建沉淀设施占地过大，使生物转盘占地小的优势不复存在。图4-1为以生物转盘为主的工艺流程。图4-2 以生物转盘为主的工艺流程4113以混凝沉淀为主的工艺流程添加混凝剂主要是将污水中的悬浮物去除，对于优质杂排水，主要污染物以悬浮物形态存在，而有机物含量则比较低。因而以混凝沉淀为主的工艺流程对于污水的水质变化的适应性（主要是对有机负荷变化的适应）相对比较低而且由于混凝剂的使用使处理成本上升。图4-3为以混凝沉淀为主的工艺流程。图4-3 以混凝沉淀为主的工艺流程4114以混凝气浮为主的工艺流程混凝气浮是在添加混凝剂的条件下向水中通人空气，以微小气泡形式析出而成为载体，气泡与细小悬浮物之间互相黏附，形成“水气固”三相体系，浮悬体依靠气泡的浮升作用，上浮到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中的悬浮物质得以分离。对那些难以形成沉淀的轻浮絮体较混凝沉淀更有效。而且在曝气充氧过程中，可以去色、臭并增加水中的溶解氧，更利于去除有机物口。虽然混凝气浮有着比混凝沉淀更好的处理效果，但显然动力消耗也明显大于混凝沉淀为主的处理工艺。图4-4 以混凝气浮为主的工艺流程4115以过滤臭氧为主的工艺流程过滤臭氧为主的工艺流程属于“物理化学”处理的工艺，由混凝沉淀去除悬浮物，再由臭氧氧化进一步去除有机物和无机物。显然这种流程借助臭氧的强氧化性可以适应水质波动较大的情况。但是缺点也显而易见，臭氧的制备需要大量的动力消耗，致使处理成本较高，这也是该流程无法在大处理量条件下运作的原因。图4-5为以过滤臭氧为主的工艺流程。图4-5 以过滤臭氧为主的工艺流程4116以物化处理膜分离为主的工艺流程该工艺流程首先采用混凝沉淀等方式去除原水中的悬浮物，再借助超滤膜的分离作用将水中的悬浮物、大分子、微生物等滤除。但是由于膜的使用，为了保持膜的使用寿命，维持膜的处理效果，需要对进水采取较复杂的预处理。图4-6为以物化处理膜分离为主的工艺流程。图4-6 以物化处理膜分离为主的工艺流程412 以生活污水为原水的中水工艺随着水资源紧缺矛盾的加剧，开辟新的可利用水源的呼声越来越高，采用生活污水作为中水水源的中水工程应运而生。以生活污水为原水的中水工程又可分为以综合生活污水为原水的中水工程和以粪便水为主要原水的中水工程两类。两类中水工程一般均采用好氧生物处理为主或好氧生物处理与物化处理结合的工艺流程，由于其进水有机物浓度较高，部分中水工程也有以厌氧处理作为前置工艺单元强化生物处理的工艺流程。4121 以综合生活污水为原水的中水工程代表性工艺流程（1） 以生物接触氧化为主的工艺流程由于综合生活污水中有机物含量较高，所以采用生物处理不仅处理效果显著而且成本较化学方法处理低廉。而作物生物膜工艺的代表，生物接触氧化法以其表面积大，有机负荷高等特点成为首选。图4-7为生物接触氧化为主的工艺流程。图4-7 以生物接触氧化为主的工艺流程（2） 以“水解生物接触氧化”为主的工艺流程当水中所含有机物过高时，往往直接采用接触氧化时处理效果不是十分理想。在这种情况下，往往可以采用多个生物接触氧化池串联或采用厌氧工艺作为预处理。当用厌氧工艺作为预处理时可以不需要很高的有机物去除效果，则采用厌氧水解时，不但可以实现预处理（将大分子有机物，如蛋白质等分解成较小分子）同时由于不涉及产甲烷阶段，还可以省略对厌氧反应所产气体的处理装置。图4-8为以水解生物接触氧化为主的工艺流程。图4-8 以水解生物接触氧化为主的工艺流程（3）以厌氧土壤处理为主的工艺流程图4-9为以厌氧土壤处理为主的工艺流程，显然若采用这种方式处理一方面需要很大的土壤面积，另一方面若作为回用来说，似乎回用的范围太窄。只能用作绿化用途。图4-9 以厌氧土壤处理为主的工艺流程4122 以粪便水为主要原水的中水工程针对粪便水有机物浓度高的特点，中水工程采用以生物处理为主、辅以物化处理的工艺流程。（1）以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程由于粪便水有机物含量极高，采用一级接触氧化显然不能实现良好的处理效果。采用多级沉淀分离生物接触氧化的方法虽然可以实现良好的处理效果，但显然占地面积过大。图4-10为以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程图4-10 以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程（2）以膜式生物反应器为主的工艺流程由于膜的使用可以将原水中的悬浮物滤除，同时也可以将悬浮的污泥颗粒滤除。这样就能在保持了极高的污泥浓度的同时将水力停留时间和污泥泥龄分开控制，可以有效实现氮的去除。并且由于省去了二沉池，占地大大减少。但是由于膜材料的成本较高，一定程度上限制该方法发展。图4-11为以膜式生物反应器为主的工艺流程。图4-11 以膜式生物反应器为主的工艺流程43 方案比较虽然具体的处理工艺流程有多种，但其核心的流程，归纳起来主要有三种：生物处理、物理化学（特殊化学）处理和膜生物处理。在处理方案的比较中主要就三种主要的处理流程、从进水水质、处理水回收率、占地等方面进行定性的比较1。比较结果如表4-1所示。表4-1 三种中水处理工艺流程的比较流程类型比较项目生物处理为主物理化学处理为主膜生物处理为主处理水量回收率90%90%50%80%中水适用对象冲厕冲厕；空调冷却冲厕；空调冷却水量变化的适应性小较大大间歇运行的适应性较差稍好好水质变化的适应性较适应较适应适应设备密封性差稍差好臭气产生量多较少少处理产生的污泥稍多多很少占地面积多较少小基建投资较大中等大运行管理较复杂较容易容易动力费小较小采用超滤较少；反渗透较多处理后水质（BOD/SS）好/一般一般/好好/好运行经验多少少44 方案论证本设计的中水原水主要是学生的生活污水，水量在一年中体现出寒暑假水量几乎为0，其余时间水量的变化与用水量协同变化（即早中晚水量呈现周期性增减的特点）的变化规律。由于寒暑假原水水量大大减少（甚至为0），相应用水量也大大减少（基本维持在绿化用水的需水量上下），因此中水设施可能会在一年中出现周期性的关闭和在启动。基于这种情况，处理流程的核心处理工艺拟采用管理相对比较容易并且启动过程较短的膜生物处理（MBR）技术。另一方面考虑到MBR耐COD冲击负荷的能力较强，在面对粪便水和低有机浓度的浴室废水水量交替变化时可以在不改变设备运行周期的情况下保证出水的水质。设计学校中水回用的处理流程如图4-12所示。 图4-12 中水回用的处理流程建固定式格栅一座，主要去除中水原水中的大体积杂质。由于进入中水系统的污水中大体积杂质含量较少故考虑采用固定式格栅，采用人工清渣就可以满足运行要求。在格栅后设置除毛机，除去浴室废水中的毛发以保证膜生物反应器的正常运行，延长膜的使用寿命。浴室污水中往往含有420mm的毛发，而毛发不能被固定式格栅去除。毛发一旦进入膜生物反应池则有堵塞滤膜的可能（有时即使是对膜清洗都无法清除），将大大减少膜的使用寿命，增加运行成本，故应去除。建调节池一座，主要起调节水量作用，并对调节池曝气，起到均化水质的作用。同时将格栅、除毛机与调节池和建，以减少占地。 建旋流式沉沙池一座，除去污水中较大的固体杂质以保证膜生物反应器的正常运行，延长膜的使用寿命。选择旋流式沉砂池主要是出于减少占地的考虑，同时旋流式沉砂池也能在短时间内实现对固体杂质较好的去除效果。建膜生物反应池（MBR）一座，以好氧生物反应的方式对有机物进行分解，通过抽滤的方式出水，通过膜截流大分子有机物、污泥颗粒。实现COD95%以上的去除和悬浮物100%的去除。考虑采用浸没式膜生物反应器（SMBR）。以减少建设投入。将消毒池和回用水池和建，对处理的污水进一步深度处理，并贮于回用水池中再由变频加压泵送至终端用水系统。第5章 设计计算51 原水水质由于学生生活污水中铁、锰含量极少（即使有其来源也主要是来自于供水管道），而膜生物反应器对于悬浮物和细菌有极好的去除效果，故对生活污水的水质检测出要是对水样COD、NH3-N以及pH的测定。水样选取新建学生公寓银杏园的污水主管道中污水，一周3天（周六、周一、周三），每天早中晚3次采样，标号后随即进入实验室测定。对于COD的测定采用的是高锰酸钾法，主要原因是因为考虑到生活污水的COD可能不是很高，用高锰酸钾法测定过程比较简单、废液毒性小。NH3-N采用纳氏试剂比色法。pH值直接采用酸度计测定。测定结果：COD的范围为210.53659.13mg/L；NH3-N的范围为32.1345.11mg/L；pH为5.68.3。52 水量计算中水原水的水量一般可以按照日用水量定额分配比例法确定，以小区生活污水为中水原水时。小区日中水原水水量QY（m3/d）可按式5-1计算1（m3/d）（5-1）式中 Qb为小区生活给水量（m3/d）c为折减系数，一般为0.80.9b取自中水原水的给水项目占总水量的百分比，参照建筑中水设计规范CECS30：91中对于各类民用建筑生活给水量及百分比的标准。在住宅中，厕所的水量为4060L/(人d)，占总水量的3132% ；厨房水量为3040 L/(人d)，占总水量的2331%；淋浴水量为4060 L/(人d),占总水量的3132%；盥洗水量为2030 L/(人d)，占总水量的15%；住宅的总给水量为130190 L/(人d)。对于住宅用水量“规范”中确定：洗澡用水量为27 L/(人d)，占18%；洗漱用水量13 L/(人d)，占8.7%；洗衣用水量为18 L/(人d)，占12；冲厕所用水44 L/(人d)，占29.3%；厨房用水量48 L/(人d)，占32；合计的总用水量为150 L/(人d)。由于学校实验室，特别是环工院和材生院所产生的废水成分复杂多含有毒物质，而且产量不大，所以此回用方案并不包括教学区实验室废水的回用，所有实验室的废水连同家属区生活污水和食堂废水（成分中含油脂较多）仍然排入市政污水处理系统。所以整个中水系统的原水水量若通过上述方法计算则所得值将大于实际值（并不是所有学生生活污水都产生在学生公寓内）。故考虑用实际所需的回用水量来反推进入中水系统的原水水量。521回用水需求量考虑根据回用水的水量需求来反推所需的原水水量。中水主要作为冲厕、绿化、洒水之用。则总的回用水需水量QZ（m3/d）可按式（5-2）计算1（m3/d）（5-2）其中，QC为冲厕用水量（m3/d）；QS为绿化道路洒水用水量（m3/d）。冲厕用水量（m3/d）其中，Qd为小区生活给水量（m3/d）,由每人的日用水量（参考建筑中水设计规范CECS30：91中对于民用住宅人均日用水量的标准值150 L/(人d)）和学生总人数（成都理工大学在校学生人数25000人）求得，Qd=25000150=3750000L/d=3750 m3/db为冲厕所用水占日用水量的百分数（参考建筑中水设计规范CECS30：91中对于民用住宅冲厕所水所占总用水量的比例29.3%），取b=30%1.2为考虑漏损的附加系数 则，冲厕用水量QC=1.20.33750=1350m3/d对于绿化、洒水用水量QS的确定一般可按照式（5-3）计算1（m3/d）（5-3）其中，h为洒水强度（mm），水泥路面15mm，土路面310mm，绿化1050mmn为每日浇洒次数S为道路或绿化面积（m2）当每日的浇洒次数不易确定时也可以由园林部门规定的日最小浇水量0.002m3/m2d来确定QS的值。设成都理工大学总面积（总面积约900亩）的50%为绿化面积，则全校日浇水量为QS=(900/15)1040.00250%=600 m3/d故考虑将中水用量定为2200 m3/d，其中1350m3用于冲厕，其余用于绿化和道路洒水（若按最小浇水量0.002m3/m2d来计算可浇灌42.5104 m2，即637.5亩的绿化面积）。522 水量校核学生生活污水的日产量为3000m3/d。而整个中水系统所需的回用水量为2200 m3/d，可见如果将学生的生活污水作为中水系统的原水在水量上是可以得到保证的。53 构筑物设计计算531 格栅设计计算由于进入生活污水管道中的大体积固体杂质少。格栅采用人工清除的方式清除栅渣，设计格栅栅条间隙为25mm，采用截面为圆型的栅条，设栅条的宽度为0.021m，栅前水深为0.6m。为了便于栅渣的清除，设计格栅的倾角为45，过栅流速为0.8m/s。参考三废处理工程手册（废水卷）中5对于格栅设计参数按如下方式确定。5311栅槽宽度B（m）其中S为栅条的宽度，设计时取S=0.020m（固定式格栅采用现场用光圆钢筋焊接的方式制作，故采用直径20mm的光圆钢筋）b为栅条间隙，设计时取b=25mm=0.025mn为栅条间隙数，对于栅条间隙数n可按下式计算。其中 Qmax为最大设计流量（m3/s），参考刘米囡、王波等人对天津城建学院学生宿舍用水量变化与时间的关系的调查，在21：0023：00一小时间用水量占全天25.93%。考虑将小时进入中水系统的污水的最大流量设为一天中总污水量的25%。Qmax= m3/s。为格栅的倾角为45h为栅前水深，取h=0.6mv为过栅流速，一般为0.61.0 m/s ，设计中取v=0.8m/s则=取整为15=m实际中取为0.66m5312通过格栅的水头损失h1（m）h0为计算水头损失。计算水头损失h0可按（5-4）式计算。（5-4）其中g为重力加速度计算中取g=9.8m/s2；k为格栅受污物堵塞时水头损增大倍数一般取k=3为阻力系数，对于截面为圆型的栅条，其中=1.79，则=1.4187。m则=m对格栅的水头损失进行校核，格栅的水头损失一般在0.080.15m之间计算所的格栅的水头损失为0.098m满足要求。5313栅后槽总高度H（m）其中为栅前渠道超高，一般为0.3m，设计中取=0.3m则m取整为1m5314栅槽总长度L（m）其中l1（m）为进水渠道渐宽部分长度可按（5-5）式确定（5-5）式中 B1为进水渠宽度，设计时取B1=0.8m1为进水渠道渐宽部分展开角，设计时取1=20，则m设计中取为0.2m为栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度，m为栅前渠深，=0.6+0.3=0.9m则=m5315栅渣计算对于格栅间隙为1625mm，栅渣为0.10.05m3/103m3（栅渣/污水）；含水量一般为80%，容重为960kg/m3。由污水进水量可得日产栅渣为0.137 m3重量132kg。格栅设计草图如图5-1所示。图5-1 格栅设计草图532 调节池设计计算调节池的作用主要其均化水量和均化水质的作用。前者称为均量池，后者称为均化池。在计算均化池时往往采用“污水流量-时间”曲线求得6。如果是在“污水流量-时间”曲线无法获取的情况下，则在实际设计中对于均化池所需容积V（m3）也可以采用如式（5-6）所示的经验方法计算6。V=（5-6）式中Q为一段时间内的平均流量（m3/h），设计中取Q=114.6 m3/h。T为时间按（h），参考刘米囡、王波等人对天津城建学院学生宿舍用水量变化与时间的关系的调查7，学生公寓在每天0：005：00之间的用水量几乎为0，故将每天进入中水系统的污水的排放时间定为20h，设计中取排放时间的一半，则T=10h1.4 为一经验系数。则均化池所需容积V=（m3）调节池主要起调节水量的作用（均化水质作用为辅），那么若按均化水质所建均质池的设计标准来设计的话尺寸可能会偏大（均化池需考虑水的充分混合时间）。参考刘米囡、王波等人对天津城建学院学生宿舍用水量变化与时间的关系的调查，学生公寓在每天0：005：00之间的用水量几乎为0，而紧接着的6：008：00又为全天的一个用水高峰7（用水量约占全天用水量的20%）。则意味着，在0：005：00之间原水的进水也为0，同时调节池中应至少存有供6：008：00用水的水量。6：008：00用水量约占全天用水量的20%，则可认为其在此期间的中水用量也为全天的20%（其实不足20%，因为在此时段绿化洒水用水为0m3，但冲厕水可能较多）。那么调节池有效容积V（m3）可按式（5-7）计算。（5-7）其中 Q为日回用水（中水）用量，Q=2200 m3 a为处理水量回收率，对于膜生物反应器（MBR）工艺，一般a为50%80%。设计该套中水回用方案a=75%。则586.6 m3取为600 m3，实际设计中采用600 m3为调节池的有效容积，调节池的内部尺寸为20000mm10000mm3500mm。池底坡度i=0.01，池底铺设曝气装置曝气均化水质，人工清除池表浮渣，设置溢流堰将超出需求量的水排入市政污水管网，考虑将格栅与调节池和建以减小占地面积。考虑到浴室废水中含有大量的毛发，如进入膜生物反应池讲大大缩短膜的使用寿命，故在格栅后加设圆筒形除毛机（也称为捞毛机），规格为22008008。使用三台潜水泵，两开以备调节池设计草图如图5-2所示。参考给排水设计手册对于均化池曝气量的有关指导数据6，确定调节池的所需空气量为0.7m3/(hm3)污水。图5-2 调节池草图533 沉砂池设计计算沉砂池设计参考给水排水设计手册（城镇排水）中关于旋流式沉砂池的设计，在确定流量的情况下，采用50号旋流式沉砂池4。具体尺寸如图5-3所示。图5-3 旋流式沉沙池534膜生物（MBR）反应池设计计算由于不同厂家的膜及膜组件对于处理设施的尺寸要求及运行要求不尽相同，因此在膜生物反应池的设计中参考了目前国内使用较多的几种膜制品生产商提供的产品手册。5.3.4.1 膜的选择目前，污水膜生物技术大多采用小孔径的膜。选用的膜一般应具有以下一些性质：不含溶剂、增塑剂等助剂；膜通量大；耐水性好；化学稳定性好；抗微生物侵蚀性好； 机械强度高并柔软；抗污染性好1。从制造膜采用材料的不同，可以把膜分为有机高分子膜和无机膜。有机高分子材料主要包括纤维素类、聚酰胺类、芳香杂环类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟高分子等。在膜生物反应器（MBR）技术中需要分离的主要对象是污泥颗粒和大分子有机物，因此主要采用超滤和微滤技术。超滤膜、微滤膜既能有效地去除上述物质，又可保证足够的水通量，目前在实际应用中也主要采用这两种膜技术。无机膜主要以金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃等为材料。无机材料可以克服有机合成高分子材料的某些缺陷，如化学稳定性好，适用pH范围广（014），热稳定性高（最高可达140），耐压性能好（最高可承受2MPa），机械性能优异，水通量大，选择性高，不易堵塞，寿命长，易清洗。虽然目前主要还存在制造成本高、运行能耗高等问题，但如果综合操作费用、药液清洗费用和使用寿命等因素，无机膜同有机高分子膜相比仍有其优越性。但本设计仍采用技术较成熟，产品种类较丰富的有机高分子膜作为MBR的分离膜。从膜材料的亲、疏水性，可将膜分为亲水膜和疏水膜。由于主要是用于废水处理，所以一般要求水通量高，因此多采用亲水膜，同时亲水性膜也比较耐污染。而对于一些疏水材料制成的膜，在经过一些表面亲水处理后也大量应用到工程中。通常在膜材料确定后，还需要对膜孔径进行选择。当待分离物质的尺寸大小与膜孔径相近时，由于压力的作用，溶剂透过膜时把粒子带向膜面，极易产生堵塞作用，而当膜孔径小于粒子或溶质的尺寸时，由于横切流作用，它们在膜表面很难停留、聚集，因而不易堵孔。对于球形蛋白质、支链聚合物及直链线性聚合物，它们在溶液中的状态也直接影响膜污染；同时，膜孔径分布或分割分子量的敏锐性也对膜污染产生重大影响。对于不同分离对象，由于溶液中最小粒子及其特性不同，应当用实验来选择最佳孔径的膜。由于确被分离物料的微粒大小是未知的，因此通常选择被截留组分的分子量作为膜孔径表征的尺度，引入了分离摩尔质量的分子的极限的概念，它表示某截留组分1mol质量分子的92%（或者95%）可被截留时的孔径（截留分子量）。一般用于废水处理的膜的分离摩尔质量的分子的极限（MWCO）应在1000100000之间。张洪宇进行无机膜的通量衰减试验表明：孔径0.2m的膜比0.8 m的膜更适合于MBR8。对于浸入式MBR，可以使用超滤膜或微滤膜，而在实际运行中二者处理效果差别不大，故在设计中考虑采用成本相对较低的微滤膜。表5-1为几种国内常用的微滤/超滤膜的膜性能比较。表5-1 国内常用的微滤/超滤膜的膜性能比较产品比较项目A（纤维帘状）B（纤维帘状）C（纤维帘状）D（平板状）E（纤维帘状）孔径0.40.10.080.10.2膜面积（m2/片）3031.4膜通量（L/m2d）101215出水浊度（NTU）1出水