校园中水回用系统的设计毕业论文

1、校园中水回用系统的设计毕业论文 毕业设计论文材料之二1安徽工程大学本科生毕业设计论文专 业 环境工程 题 目校园中水回用系统的设计 作 者 姓 名 洪昌辉 导师及职称 颜酉斌 导师所在单位生物与化学工程学院 2011年 6 月 18 日安徽工程大学本科生毕业设计论文任务书 2011 届 生物化学工程 系 环 境 工 程 专业编号200 jx15 学生姓名洪昌辉 毕业设计论文题目中文校园中水回用系统的设计英文campus water reuse the design of the system 原始资料已知拟建中的校区学生为25万人学生洗漱用水不含粪便水经收集后进入污水处理系统收集后的水质水量见

2、下表项目phcodcr mgl 动植物油 mgl ss mgl 设计处理水量 m3d 进水78310322203000 毕业设计论文任务内容1本课题研究的意义我国校园生活污水污染严重污染物物质种类多从满足环保及节约水资源要求考虑本课题为针对校园污水设计一水处理工艺必须对校区内废水进行处理满足其水质水量要求处理后水可回用于校园绿化园林建设等 2本课题研究的主要内容 1污染治理工艺的选择需采用先进的工艺与设备并兼顾经济合理性治理后达标对确定的污染治理工艺进行简要论述并采用工艺流程简图表示选择结果 2工艺计算包括物料衡算效率达标验算 3主要设备选型计算包括特征参数设备主要结构参数型号 4系统布置图包

3、括系统图平面图 剖面图高程图尺寸标注 5管道系统计算包括管道系统图流速管径压损 6辅助设备选型计算包括配套水泵等 7采用数据注明出处3提交的成果1毕业设计正文一篇2图纸至少六张3至少一篇引用的外文文献及其译文4附不少于10篇主要参考文献的题录及摘要指导教师签字教研室主任签字批 准 日 期接受任务书日期完 成 日 期接受任务书学生签字摘 要本设计以安徽工程大学拟建中的校区学生洗漱用水不含粪便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

4、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abstractthis design in of anhui polytechnic university the proposed students wash gargle water campus not including waste water as the main water water reuses system design of the main process after analyzing the raw water and in

5、vestigating the wastewater-producing 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 technologythe article designs and calculates the parameters about the structures and the eq

6、uipments 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 practicedkey w

7、ords wastewaterreclaimed waterreclaimed water system membrane bioreactor 目 录摘 要iabstractii目 录i插图清单iii表格清单iii第 1 章工程概述111本课题的选题背景112本课题的意义113本人工作量114中水概念115中水用途216中水系统组成217中水的水质要求218中水回用情况3com国外中水回用情况3com我国中水回用情况3第 2 章设计项目概述421本课题研究的意义422设计项目中水水源原始资料423中水处理目标及标准424设计依据425设计原则426设计范围4第 3 章方案选择及论证631中水

8、回用处理的基本方法632中水回用处理工艺概述6com以优质杂排水为原水的中水工艺6com以生活污水为原水的中水工艺933方案比较1134方案论证12第 4 章设计计算1441原水水质及处理水量1442回用水需求量1443水量校核1544构筑物设计计算15com格栅设计计算15com调节池设计计算18com沉砂池设计计算20com膜生物mbr反应池设计计算21com消毒池设计计算30com回用水池设计计算3145动力设备计算32com泵的选择32com风机选择32com自吸泵的选择32com膜化学清洗泵的选择32第 5 章总体设计3451平面布置3452高程布置3553总装机容量35第 6 章工

9、程概预算3661建设成本预算3662运行成本概算37第 7 章运行管理3871潜水泵3872鼓风机3873膜生物反应池39com自吸泵运行39com膜组件的化学清洗39结论40致谢41参考文献42附 录43附录a 外文文献43附录b 题录61插图清单图 3-1 以生物接触氧化为主的工艺流程7图3-2 以生物转盘为主的工艺流程7图3-3 以混凝沉淀为主的工艺流程8图3-4 以混凝气浮为主的工艺流程8图3-5 以过滤臭氧为主的工艺流程9图3-6 以物化处理膜分离为主的工艺流程9图3-7 以生物接触氧化为主的工艺流程10图3-8 以水解生物接触氧化为主的工艺流程10图3-9 以厌氧土壤处理为主的工艺

10、流程10图3-10 以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程11图3-11 以膜式生物反应器为主的工艺流程11图3-12 中水回用的处理流程13图4-1 格栅设计草图18图4-3 旋流式沉沙池21图4-4 膜元件结构图24图4-5 膜组件尺寸示意图28图4-7 回用水池设计草图31图5-1 处理设施平面布置图34图5-2 处理设施高程布置图35表格清单表2-1 生活杂用水水质标准cj 251-1999 15表3-1 三种中水处理工艺流程的比较12表4-1 国内常用的微滤超滤膜的膜性能比较22表4-2 不同膜组件安装空间的比较25表4-3 标准膜元件规格26表4-4 膜组件规格表27表4-5 浸

11、没式mbr膜元件的标准运行条件32表6-1 土建投资36表6-2 设备投资36工程概述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281012m3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2040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

12、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105其中城镇生活用水占52农村生活用水占53其中工业用水占207农业用水占63其他用水占58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本课题的意义本设计以安徽工程大

13、学拟建中的校区学生洗漱用水不含粪便水为主要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本人工作量通过对本校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

14、源有效利用的一种形式1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安徽工程大学拟建校园中水回

15、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

16、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中水回用情况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6065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

17、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41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

18、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设计项目概述本课题研究的意义我国校园生活污水污染严重污染物物质种类多从满足环保及节约水资源要求考虑本课题为针对校园污水设计一水处理工艺必须对校区内废水进行处理满足其水质水量要求处理后水可回用于校园绿化园林建设等设计项目中水水源原始资料已知拟建中的校区学生为25万人学生洗漱用水不含粪便水经收集后进入污水处理系统收集后的水质水量见下表项目phcodcr mgl 动植物油 mgl ss mgl 设计处理水量 m3d 进水

19、7831032220500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 251-1999来确定具体数据见表2-11设计依据国家现行的建设项目环境保护法规条例 芜湖市的地方性法律法规生活杂用水水质标准cj 251-1999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

20、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项目厕所便器冲洗城市绿化洗车扫除ph值65906590浊度ntu105臭无不快感色度度3030外观无不快感总溶解性固体含量mgl12001000悬浮性固体含量mgl105nh3-n含量mgl2010总硬度以caco3计mgl450450氯化物含量mgl350300阴离子合成剂含量mgl1005铁含量mgl0404锰含量mgl0101大肠杆菌值个ml105bod5mgl1010codcrmgl5050游离氯含量mgl管网末端水2表2-1 生活杂用水水质标准cj 251-1999 1方案选择及论证中水回用处理的基本方法中水回用的基本处理方法实

21、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

22、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

23、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 3-1所示图 3-1 以生物接触氧化为主的工艺流程以生物转盘为主的工艺流程同

24、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3-1为以生物转盘为主的工艺流程图3-2 以生物转盘为主的工艺流程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3-3为以混凝沉淀为主的工艺流程图3-3 以混凝沉淀为主的工艺流程以

25、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3-4 以混凝气浮为主的工艺流程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

26、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3-5为以过滤臭氧为主的工艺流程图3-5 以过滤臭氧为主的工艺流程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3-6为以物化处理膜分离为主的工艺流程图3-6 以物化处理膜分离为主的工艺流程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

27、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以综合生活污水为原水的中水工程代表性工艺流程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3-7 以生物接触氧化为主的工艺流程以水解生物接触

28、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3-8为以水解生物接触氧化为主的工艺流程图3-8 以水解生物接触氧化为主的工艺流程以厌氧土壤处理为主的工艺流程图3-9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3-9

29、 以厌氧土壤处理为主的工艺流程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3-10为以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程图3-10 以多级沉淀分离生物接触氧化为主的工艺流程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

30、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3-11为以膜式生物反应器为主的工艺流程图3-11 以膜式生物反应器为主的工艺流程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3-1所示表3-1 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90905080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

31、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bodss好一般一般好好好运行经验多少少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

32、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3-12所示 图3-12 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

33、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

34、用水系统设计计算原水水质及处理水量已知拟建中的校区学生为25万人学生洗漱用水不含粪便水经收集后进入污水处理系统收集后的水质水量见下表项目phcodcr mgl 动植物油 mgl ss mgl 设计处理水量 m3d 进水78310322203000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qzm3d可按式4-2计算1m3d4-2其中qc为冲厕用水量m3dqs为绿化道路洒水用水量m3d冲厕用水量m3d其中qd为小区生活给水量m3d由每人的日用水量参考建筑中水设计规范cecs3091中对于民用住宅人均日用水量的标准值150 l 人d 和学生

35、总人数安徽工程大学拟建中的校区学生人数25000人求得qd 25000150 3750000ld 3750 m3db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cecs3091中对于民用住宅冲厕所水所占总用水量的比例293取b 3012为考虑漏损的附加系数 则冲厕用水量qc 12033750 1350m3d对于绿化洒水用水量qs的确定一般可按照式4-3计算1m3d4-3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0002m3m2d来确定qs的值设成都理工大学总面积总面

36、积约900亩的50为绿化面积则全校日浇水量为qs 90015 104000250 600 m3d故考虑将中水用量定为2200 m3d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0002m3m2d来计算可浇灌425104 m2即6375亩的绿化面积水量校核学生生活污水的日产量为3000m3d而整个中水系统所需的回用水量为2200 m3d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构筑物设计计算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0021m栅前水深为06m

37、为了便于栅渣的清除设计格栅的倾角为45过栅流速为08ms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栅槽宽度bm其中s为栅条的宽度设计时取s 0020m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 0025mn为栅条间隙数对于栅条间隙数n可按下式计算其中 q为最大设计流量m3s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21002300一小时间用水量占全天2593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25q m3s为格栅的倾角为45h为栅前水深取h 06mv为过栅流速一般为0

38、610 ms 设计中取v 08ms则 取整为15 m实际中取为066m通过格栅的水头损失h1mh0为计算水头损失计算水头损失h0可按4-4式计算4-4其中g为重力加速度计算中取g 98ms2k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 179则 14187m则 m对格栅的水头损失进行校核格栅的水头损失一般在008015m之间计算所的格栅的水头损失为0098m满足要求栅后槽总高度hm其中为栅前渠道超高一般为03m设计中取 03m则m取整为01m栅槽总长度lm其中l1m为进水渠道渐宽部分长度可按4-5式确定 4-5式中 b1为进水渠宽度设计时取b1 08m1为进

39、水渠道渐宽部分展开角设计时取1 20则m设计中取为02m为栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度0m为栅前渠深 0603 09m则 m栅渣计算对于格栅间隙为1625mm栅渣为01005m3103m3栅渣污水含水量一般为80容重为960kgm3由污水进水量可得日产栅渣为0137 m3重量132kg格栅设计草图如图4-1所示图4-1 格栅设计草图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vm3也可以采用如式4-6所示的经验方法计算6v 4-6

40、式中q为一段时间内的平均流量m3h设计中取q 208 m3ht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000500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 10h14 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000500之间的用水量几乎为0而紧接着的600800又为全天的一个用水高峰7

41、用水量约占全天用水量的20则意味着在000500之间原水的进水也为0同时调节池中应至少存有供600800用水的水量600800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vm3可按式4-7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5080设计该套中水回用方案a 75则 5866 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10000mm5000mm2340mm池底坡度i 001池底铺设曝气装

42、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毛发过滤器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07m3 hm3 污水图4-2 调节池草图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4-3所示图4-3 旋流式沉沙池膜生物mbr反应池设计计算由于

43、不同厂家的膜及膜组件对于处理设施的尺寸要就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

44、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

45、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

46、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com 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4-1为几种国内常用的微滤超滤膜的膜性能比较表4-1 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04010080102膜面积m2片30314q膜通量lm2d101215出水浊度ntu1出水悬浮物mgl1建议污泥浓度mgl500080003000

47、15000800015000700018000建议曝气气水比20302540使用温度545153540540ph21011068210膜材料聚乙烯亲水化处理聚偏氟乙烯pvdf聚偏氟乙烯pvdf纤维布pp聚丙烯而对于膜材料的最终确定出了考虑膜本身的性质之外要考虑与之相配套的膜组件的性能膜结构与组件的选取膜的结构大体上可以分为两种一种是对称膜它在整个膜的厚度上具有相同的特性如微孔数量孔径大小相同正反面具有相同的效应也称各向同性膜另一种是非对称膜它在整个膜的厚度上的特性是变化的不再像对称膜那样具有相同的微孔数量和孔径大小也称各向异性膜它一般是由一层极薄通常厚度仅011m的具有一定孔径的表皮层和一层较

48、厚通常为125m的具有海绵状或指状结构的多孔层组成前者主要起筛分作用后者主要起支撑作用通常对称膜由于有些孔的表面开孔大内部反而小因此容易产生膜内堵塞使膜通量迅速下降而且很难清洗如对中空纤维膜而言双皮层中空纤维膜中内外皮层各存在孔径分布使用内压管时有些大分子透过皮层孔但可能在外皮层更小孔处被截留而产生堵塞引起膜通量不可逆衰减甚至用反洗也不能恢复其性能对单内皮层中空纤维膜如外表面为开孔结构外表面孔径比内表面孔径大几个数量级这样透过内表面孔的大分子绝不会被外表面孔截留因而抗污染能力强而且即使内表面被污染用反洗也很容易恢复性能因此在设计中倾向于选择抗污染能力较强的不对称膜膜的应用必须是做成相应的组件后

49、投入使用的因此除了选择合适的膜结构还要选择恰当的组件结构对于压力驱动膜来说为了承受一定的操作压力膜面必须安装在某些特定的器件上一定面积膜以某种形式组装成的用于工程应用的器件称为膜组件膜组件除了包括膜本身以外一般还有压力支撑体料液进口流体分配器浓缩液出口和透过液出口等膜组件基本上可以分成两大类管式和平板式常用的有以下几种形式管式毛细管式中空纤维板框式和卷式目前国内主要使用的是中空纤维膜组件和板框式膜组件中空纤维膜组件是将多根纤维膜捆绑成纤维管束并装在一根耐压管中中空纤维膜的管径一般内径在100m左右由于管径很小所以一般要求料液走管外而透过液走管内即外表面为活性分离层绝大多数中空纤维膜都是不对称结

50、构的同时由于管径更加细小使得中空纤维管耐压能力较强最高可承压10mpa流动方式也有错流并流和逆流板框式是最早开发的一种膜组件类似于化工单元操作设备板框压滤机所不同的是其过滤介质不再是帆布棉饼而是各种各样的膜同其他膜组件形式相比板框式的优点是结构比较简单膜的更换清洗和维护比较方便缺点是装填密度低一般为100500m2m3板框式膜组件采用的膜元件的结构如图4-4所示图4-4 膜元件结构图计算膜生物反应池所需膜的面积sm2可按式4-8计算4-8式中 q为总的回用水处理量q 2200m3dj为膜通量m3 m2d而与之配套的所需膜组件的数量n可按式4-9确定4-9式中a为每个膜组件所搭载的单片膜的数量s

51、1为单片膜的面积m2采用mbr工艺出水采用自吸泵抽滤的方式对于浸没式膜生物反应池smbr可以通过间歇式的抽滤利用停抽时曝气气泡对膜表面的剪切冲击减缓膜污染的发生桂萍黄霞陈颖等人对抽吸时间停吸时间对抽吸压力上升速率与膜污染程度程正比的关系将抽吸时间定为9min停吸时间定为3min则按每天24小时计算实际的出水时间为18小时任何一种膜组件在反应器中安装时都需要在组件之间组件与反应池壁之间留有一定的间隙在池底曝气装置与组件之间以及组件与液面之间留有一定的空间现在将每个膜组件安装所需要的空间称为每个膜组件的安装空间包括上述间隙空间和组件自身的体积那么只需要比较各不同膜组件所需的安装空间就可以对实际的m

52、br反应池的尺寸加以确定表5-2为各不同膜组件安装空间的比较及所需组件数表4-2 不同膜组件安装空间的比较产品比较项目abcde单个膜组件的膜面积m230120100280所需膜组件数3066815膜组件尺寸m0531510032084106141062065069018308432621膜组件之间间距m010603组件与池壁间距m0304组件距池底距离m040604组件距液面距离m050505膜组件安装空间m314461214216216440632d厂家生产的平板膜产品质量在实际应用中有良好的口碑而且使用寿命一般可以达到4年参比的其他产品一般为12年加之平板膜的技术比较成熟设计采用d生产的

53、膜及膜组件所选择膜的规格见表4-3表4-3 标准膜元件规格型号tsm50150膜形状平板膜用途活性污泥的固液分离尺寸和重量膜细孔径 m 008膜面积m214宽度mm515高度mm1608厚度mm135重量kg干重48湿重80材料膜聚偏氟乙烯pvdf纤维布框架abs树脂对应厂家提供的标准膜元件厂家提供了如下几种膜组件规格提供的膜组件规格见表4-4表4-4 膜组件规格表型号tmr140-50stmr140-100stmr140-200wtmr140-200d标准处理水量m3day4284168143膜元件数量枚50100200200double deck总有效膜面积m270140280280壳体尺寸宽度mm810810840810长度mm950162032601620高度mm2100210021004160重量kg40069514301365材料壳体sus304集水管sus304曝气管sus304选择t