中水回用毕业设计.docx
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中水回用毕业设计.docx
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中水回用毕业设计
***********学院
中水回用系统研究
学院:
专业:
姓名:
指导老师:
化工与材料学院
环境工程
***
学号:
职称:
***
**
***
******学院中水回用系统研究
摘要
中水回用,不仅解决了水资源短缺问题,而且回用水的制水成本低、污水处理后回用于农业生产和绿化,将带来可观的环境效益,是协调城市水资源与水环境的根本出路。
本设计拟对******学院所产生的生活污水进行处理,使之符合中水回用标准的水质要求,根据实际情况回用,以最终达到节约用水和使废水资源化的目的。
本设计根据***的毕业设计《*****中水回用可行性分析》中的各种处理工艺的优缺点的比较,因CASS工艺流程简单,占地面积小,投资较低等优点,最后选择CASS工艺作为主处理阶段。
并对该工艺的格栅、平流式沉砂池、预曝气调节池、泵房、消毒、中水回用池及其设备进行设计计算和选型,画出平面和高程布置图。
关键词:
中水回用;污水处理;资源化;节约;CASS
The***CollegeOf*******
Waterreusesystemresearch
Abstract
Waterreuse,notonlycansolvetheproblemofwatershortage,butalsothecostofthewaterreusesystemislowanditcanbereusedafterthesewagetreatmentforagriculturalproductionandafforestation.Itwillbringconsiderableenvironmentalbenefitsanditisthefundamentalwayoutforcoordinationofurbanwaterresourcesandwaterenvironment.ThedesignofsewageproducedbyThe*********forprocessing,tomakeituptothestandardofwaterreusewaterqualityrequirements,accordingtoactualcondition,toeventuallyachievethegoalofsavingwaterandwastewaterreuse.
Thisdesignaccordingtothegraduationdesignof******“********Feasibilityanalysisofwaterreuse”inthecomparisonoftheadvantagesanddisadvantagesofvarioustreatmentprocesses,becausetheadvantageoftheCASStechnologicalprocessissimple,coveranareaofanareasmall,lowinvestment,sowefinallychoosetheCASSprocessasthemainprocessingstages.Andtheprocessofgrating,horizontalflowgritchamber,preaerationbasin,pumproom,disinfection,andgraywaterrecyclepoolaandtheequipmenttocarryonthedesigncalculationandselection,drawtheplaneandverticalarrangement.
Keywords:
Waterreuse;Sewagetreatment;Resource;Save;CASS
1前言
1.1中水回用概述
我国大部分河段的有机物污染已经十分严重,特别是流经城市的河段,此外多数城市的地下水也受到了一定程度的污染[1]。
因此实施中水的回用迫在眉睫,它是解决城市缺水、水污染等问题的重要途径。
中水也称为再生水,是指各种经处理后达到规定水质标准的排水,可以在生活环境等范围内杂用[2]。
中水的水质标准在饮用水水质标准与污水允许排入地面水体的排放标准之间[2]。
世界各国对中水的回用十分重视,如美国、日本、以色列等国已将中水广泛应用于工农业、养殖业、市政绿化、景观用水、生活洗涤等方面,美国城市中水回用量达9亿m3等[3]。
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60余处,总供水能力达10万m3/d[3]。
以色列目前已有70%的废水经过处理并用来灌溉农田,全国由废水回用来解决的需水量达16%[3]。
近十几年来,我国中水回用也越来越得到重视。
目前,城市中水回用的重点,仍集中在比重较大的工业废水中。
随着社会经济的发展和人们环保意识的不断提高,未来中水回用会逐渐扩展到缺水城市的其他行业[4]。
目前中水回用以建筑中水为主,近年向农业灌溉和工业发展[4]。
中水回用已是势在必行。
1.2本设计概述
随着我国高等教育的不断发展,高校规模不断扩大,根据教育部公布的《2013年具有普通高等学历教育招生资格的高等学校名单》中提到的,现有2481所高等院校;根据《中国统计年鉴2014》数据显示,我国普通高校在校生人数3347.236万人(截止至2013年底)。
随着大学规模的不断扩大,高校已成为城市的用水大户。
作为培养高素质人才的高校,有责任率先建立科学的节水系统。
由于高校生活污水的水质比较稳定,而且容易处理,水量大且集中,所以将高校的生活污水(盥洗、洗衣和洗浴废水等)经收集后,再生利用于冲厕、绿化、道路清洗、人工湖等,既可以节约用水也可以产生良好的经济效益。
中水回用系统现已应用到许多大学中。
例如:
山东聊城大学建设了规模为2000m3/d的中水处理站,用途为校内湖内补水、养鱼、校园绿化灌溉和聊城市体育公园[5]。
此外,浙江建设职业技术学院和郑州大学新校区也建立了中水系统工程。
中水回用是解决当前用水紧张,水资源贫富的一种切实有效的办法。
1.3设计研究背景及意义
1.3.1研究背景
*************现有统招全日制本科在校生23900人(截止到2014年04月22日),2011年水费2089701.28元,2012年水费2094990.35元,2013年水费2386653.99元,2014年水费2377309元。
可见水费在不断上升,尤其是2013年,水费上涨了接近30万元。
众多的学生人数和不断上涨的水费,不仅加重了学校的经济负担还造成水资源的严重浪费。
因此,对于校园的污水回用已经迫在眉睫。
1.3.2研究意义
水资源紧缺的需要:
将污水回用不仅减少了水资源的浪费,而且还减少了污水的排放,从而降低了对环境的污染。
因此,实施中水回用是提高中国水资源利用率的必要措施之一。
经济发展的需要:
中水回用的价格相对于自来水的价格要低,因此中水回用可以为学校节省水费、排污费。
改善生态环境质量的需要:
为给人们生活、工作提供一个美丽、美好的环境,进一步提高生态环境质量,全国都在实施城市绿化和环境美化,需大量景观用水、绿化用水、浇洒用水等。
将城市生活污水进行中水回用技术处理后进行回用是生态环境质量的需要。
2设计依据
2.1设计规范及标准
(1)《室外排水设计规范》(GB50014—2006)(2014年版)
(2)《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2003)(2009年版)
(3)《建筑中水设计规范》(GB50336—2002)
(4)《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)
(5)《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)
(6)《宿舍建筑设计规范》(JGJ36-2005)
2.2设计原则
在中水处理站的总体工艺方案确定中,遵循以下设计原则:
1、处理效果稳定可靠,工艺控制调节灵活;
2、工程实施切实可行,运行维护管理方便;
3、投资运行费用节省,占地面积小;
3设计水量及水质
3.1设计原水水量情况
本设计中,中水原水取自宿舍用水和饭堂用水(属杂排水),用于宿舍和教学区冲厕用水、绿化用水以及楼道卫生用水(属城市杂用水)。
学校人数按25000人计算——在校学生为23900人,其余职工等人人数为1100人。
根据张杜宏的毕业设计《************888中水回用可行性分析》可知,中水原水水量为:
Q=2251.20m3/d=93.80m3/h=0.0260m3/s;
故:
为预留空间满足未来学校发展需要本设计的中水回用系统的最终处理规模为:
2300m3/d。
3.2中水回用水质标准
根据国家有关规定,回用水标准应符合国家《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)和《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921—2002)的水质要求。
如下表所示:
表3.1城市杂用水的再生水水质标准(GB/T18920—2002)
项目
冲厕
道路清扫、消防
城市绿化
车辆冲洗
建筑施工
PH
6.0~9.0
色(度)≤
30
嗅
无不快感
浊度(NTU)≤
5
10
10
5
20
溶解性总固体(mg/L)≤
1500
1500
1000
1000
—
五日生化需氧量(BOD5)/(mg/L)≤
10
15
20
10
15
氨氮(mg/L)≤
10
10
20
10
20
阴离子表面活性剂(mg/L)≤
1.0
1.0
1.0
0.5
1.0
铁(mg/L)≤
0.3
—
—
0.3
—
锰(mg/L)≤
0.1
—
—
0.1
—
溶解氧(mg/L)≥
1.0
(接上表)
总余氯(mg/L)
接触30min后≥1.0,管网末端≥0.2
总大肠菌群(个/L)≤
3
表3.2景观环境用水的再生水水质指标(GB/T18921—2002)(单位:
mg/L)
项目
观赏性景观环境用水
娱乐性景观环境用水
河道类
湖泊类
水景类
河道类
湖泊类
水景类
基本要求
无漂浮物,无令人不愉快的嗅和味
PH值(无量纲)
6~9
五日生化需氧量(BOD5)≤
10
6
6
悬浮物(SS)≤
20
10
—a
浊度(NTU)≤
a
5.0
溶解氧≥
1.5
2.0
总磷(以P计)≤
1.0
0.5
1.0
0.5
总氮≤
15.0
氨氮(以N计)≤
5.0
色度(度)≤
30
石油类≤
1.0
余氯b≥
0.05
阴离子表面活性剂≤
0.5
粪大肠菌群(个/L)≤
10000
2000
500
不得检出
a:
“—”表示对此项无要求。
b:
氯接触时间不应低于30min的余氯。
对于非加氯消毒方式无此要求。
3.3设计进出水水质
参照《建筑中水设计规范》(GB50336-2002)及国内相似工程确定中水原水;参照《城市杂用水水质标准》(GB/T18920-2002)的水质要求,确定出水水质。
表3.3进出水水质指标
项目
pH
CODCr(mg/L)
BOD5(mg/L)
SS(mg/L)
NH3-N(mg/L)
LAS(mg/L)
TN(mg/L)
TP(mg/L)
原水水质
7.5
450
220
220
45
8
55
5
出水水质
6.0~9.0
≤50
≤10
≤10
≤10
≤0.5
—
—
4工艺方案设计
4.1工艺流程的选择
中水回用处理工艺一般包括预处理、中心处理还有后处理三个阶段。
其中,预处理包括格栅、初沉池、调节池等工艺,其主要作用是去除污水中的固体杂质和均匀水量、水质;中心处理主要靠生物、化学处理,可选用气浮、活性污泥法、生物膜法处理、二次沉淀、膜处理及土壤处理等处理工艺,是中水回用处理的关键,主要作用是去除污水中的溶解性有机物;后处理为过滤、活性炭以及消毒等处理方式[6][7]。
中心处理可分为以物化处理方法为主的处理工艺,以生物处理为主的工艺以及以膜处理为主的工艺三种:
(1)物理化学处理法:
物理化学处理法主要有混凝沉淀(气浮)、过滤、活性炭吸附等,当以优质的杂排水作为中水水源时,原水中有机物浓度较低,中水的主要处理目的是去除水中的悬浮物和少量有机物,降低水的浊度和色度,可以采用以物化处理为中心的处理工艺。
(2)生物处理法:
污水中常规的生物处理法主要是去除污水中可降解的有机物质[7][8]。
生物处理法主要有:
活性污泥法,生物膜法等[7][8]。
(3)膜处理法:
当前膜处理方法主要有两种,即连续微过滤和膜生物反应器。
由于中水原水为生活污水,可生化性较好(本次设计的水质BOD5/COD5=0.57>0.45,属于可生化性较好的污水),水量适中,污染负荷也不是很高,所以本方案通过对比各种处理工艺特点并结合实际,最后确定采用周期循环活性污泥法(CASS法)作为主处理工艺。
相对于传统活性污泥工艺,CASS工艺具有以下优点:
建设费用低;
运转费用省;
有机物去除率高,出水水质好;
管理简单,运行可靠,不易发生物理膨胀[7]。
采用CASS工艺处理,生活污水的出水水质稳定,通过过滤和消毒处理后,就可以作为中水回用[7]。
4.2工艺流程图
图4.1工艺流程图
4.3流程简述及工艺说明
1.中格栅与毛发聚集器
中格栅用来截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物(如生活垃圾、树枝等杂物),防止堵塞和缠绕水泵机组等,保证后续污水处理设施的正常运行[9]。
毛发聚集器可去除毛发等细小杂物,且使用快开式毛发聚集器,使用一段时间后打开上盖,取出像提篮子式的过滤网,一经洗刷即可恢复如新。
2.污水提升泵站
为使使污水能够实现重力流,采用污水提升泵站。
提升泵站一般由水泵、集水池和泵房等组成。
集水池是用来调节来水量与抽升量间的不平衡,避免水泵的频繁启动。
3.平流式沉砂池
沉砂池可除去污水中相对密度较大的无机颗粒,以续处理构筑物的正常运行[9]。
4.调节池(含搅拌设备)
本设计的中水原水为校内的生活污水,因其水质和用水量的不均衡,有时甚至一日内可发生很大变化,故采用调节池,对水量进行调节,并均合水质,以保证生物处理的正常进行。
在调节池中增设搅拌设备,使水质均合效果良好,能够防止水中悬浮物的沉积和使水质均匀。
5.CASS工艺
CASS(CyclicActivatedSludgeSystem)是周期循环活性污泥法的简称,CASS池分为预反应区和主反应区两个部分,其主反应区后部安装了可升降的自动撇水装置[10]。
CASS工艺集反应、沉淀、排水等功能于一体,污染物的降解在时间上是一个推流过程,而微生物则处于好氧、缺氧、厌氧周期性变化之中,从而达到对污染物去除的效果,同时还具有较好的脱氮、除磷功能[10]。
1)CASS工艺特点
(1)占地面积小
把沉淀和污泥回流合为一体,省去了二沉池与污泥回流等设备,污水处理设施间布置紧凑、省占地、低投资。
(2)生化反应推动力大
(3)沉淀效果好
(4)运行灵活,抗冲击能力强[11]
(5)抑制丝状菌生长
(6)剩余污泥量少,性质稳定
(7)可实现除磷脱氮
调节生物选择器可变容积的曝气和非曝气的顺序,提高了生物脱氮除磷效果。
(8)节省投资
构筑物少,占地面积省;曝气强度小,不须要大气量的供气设备;运行费用低。
2)工艺缺点
(1)间歇周期运行,对自控要求较高;
(2)变水位运行,电耗增大;
(3)容积利用率较低。
6.消毒装置
消毒剂采用液氯;为严格控制出水中的含氯量,减少其危害,本设计还采用余氯自动监测系统。
7.中水回用池
用于贮存回用水。
8.高分子自动泡药机
主要由搅拌槽、调匀槽和储存槽组成,全自动运行,节省人工;药剂投加量精确可调,广泛应用于污泥脱水机、废水处理。
9.污泥浓缩脱水一体机
污泥投加凝聚剂后进行充分的混合反应,并流入浓缩后段。
脱去污泥的游离水后将污泥输送到带式压滤机上进一步脱水并制成泥饼。
5工艺流程的设计计算
5.1设计流量
由于本工程平均处理水量Q=2300m3/d=26.6L/s,根据公式
,求得污水变化系数为KZ≈1.89,则
5.2中格栅
本设计采用两道中格栅(一用一备)。
中格栅设于污水泵站前。
5.2.1设计原则
(1)中水处理系统应设置格栅,格栅宜采用机械格栅;
(2)过栅流速:
0.6~1.0m/s;槽内流速0.5m/s左右;
(3)机械格栅倾角:
60°~90°;
(4)水头损失一般为:
0.08~0.15m;
5.2.2中格栅的设计与计算
中格栅计算草图见图5.1。
图5.1中格栅计算草图
1.栅条的间隙数n:
(式5.1)
式中:
——格栅倾角,60°~90°,取
;
b——栅条间隙,m,取b=0.010m;
n——栅条间隙数,个;
h——栅前水深,m,取h=0.5m;
ν——过栅流速,m/s,一般采用0.6~1.0m/s,取v=0.7m/s。
则
则格栅框架内的栅条数目为:
(式5.2)
2.格栅槽总宽度B:
设栅条宽度S=10mm=0.010m
(式5.3)
式中:
B——格栅槽宽度,m;
S——栅条宽度,m;
b——栅条净间隙,m;
n——格栅间隙数。
则
3.通过格栅的水头损失h2:
(式5.4)
(式5.5)
(式5.6)
式中:
h2——过栅水头损失,m;
h0——计算水头损失,m;
g——重力加速度,m/s2,取9.81m/s2;
k——系数,格栅受堵后,水头损失增大的倍数,一般采用
;
——阻力系数(与栅条断面形状有关),设栅条断面的迎水面为半圆形的矩形,则
。
(符合要求)
通过格栅的水头损失一般为0.08~0.15
,所以符合要求。
4.栅后槽总高度H:
(式5.7)
式中:
H——栅后槽总高度,m;
h1——格栅前渠道超高,一般取h1=0.3m。
则,栅前槽高
(式5.8)
5.进水渠道渐宽部分的长度L1:
(式5.9)
式中:
B——格栅槽总宽度,m;
B1——进水渠进水渠道宽度,m,设B1=0.150m;
——进水渠道渐宽部分展开角度,一般采用20o。
6.栅槽与出水渠道连接处的渐窄部分长度:
(式5.10)
7.格栅的总长度L:
(式5.11)
8.每日栅渣量W:
(式5.12)
式中:
W—每日栅渣量,m3/d;
W1——单位体积污水栅渣量,m3/(103m3污水),一般取0.1~0.01,粗格栅取小值,细格栅取大值,取W1=0.1m3/(103m3污水);
KZ——污水流量变化系数。
宜采用机械清渣,栅渣做垃圾处理,外运。
5.2.3格栅除污机的选择
本设计采用2台中格栅(一用一备);根据《给水排水设计手册》9册,选择HF300型自清式格栅除污机。
表5.1HF300型自清式格栅除污机性能参数
型号规格
格栅
宽度
mm
安装倾角
α(0)
格栅
间距
mm
电动机
功率
kW
过栅
流速
m/s
HF300
300
60~80
1~50
0.4~0.75
0.5~1.0
5.3污水泵房的设计
污水泵房计算草图见图5.2。
图5.2污水提升泵房计算草图
5.3.1污水泵站的设计原则
(1)集水池的容积,应大于最大一台水泵5min的出水量;
(2)如果水泵机组为自动控制时,每小时开动水泵不宜超过6次;
(3)集水池池底应设集水坑,倾向坑的坡度不宜小于10%;
(4)水泵吸水管设计流速宜为0.7~1.5m/s。
出水管流速宜为0.8~2.5m/s;
其他规定见GB50014—2006(2014年版)《室外排水设计规范》。
5.3.2水泵的设计计算
1.污水泵站选泵应考虑因素
(1)泵站总抽升能力能满足最大充满度时的流量要求,且与进水管最大时的污水量有关;
(2)因水泵会被生活污水腐蚀,故污水泵站应尽量选用污水泵。
2.选泵具体计算
泵站选用集水池与机器间合建式的矩形泵站。
(1)流量的确定:
流量选用最大设计流量Qmax=0.050m3/s≈181.125m3/h
本设计拟定选用3台潜污泵(2用1备),则每台泵的设计流量为:
(式5.13)
(2)扬程的估算H:
经过中格栅的水头损失为0.1287m,进水管渠内水面标高为-2.93m,则格栅后的水面标高为:
-2.93m-0.1287m=-3.0587m
设集水池的有效水深为2.0m
则集水池的最低工作水位为:
-3.0587-2.0=-5.0587m
(式5.14)
式中:
2.0——水泵吸水喇叭口到沉砂池的水头损失;
1.0——自由水头;
H
——集水池的最低水位H1与水泵出水管提升后的水位H2的差;
H1=-5.0587m;H2=平流式沉砂池水面标高+(4m-5m自由水头),设流式沉砂池水面标高为3.00m,则H2=3.00+4.00=7.00m
则:
水泵扬程为:
(3)水泵的选择:
根据每台水泵设计流量Q=90.56m3/h,水泵扬程H=15.1m在《给水排水设计手册》第11册上查得采用100QW100-22-15型潜水排污泵,其各项性能见下表5.2所示。
表5.2100QW100-22-15型潜水排污泵性能参数
型号
流量
m3/h
扬程
m
转速
r/min
功率
kW
效率
%
出口直径(mm)
重量
(kg)
100QW100-22-15
100
22
1460
15
72.2
100
360
5.3.3集水池
1.集水池形式:
本工程设计的集水池与泵房和共建,属封闭式。
现在要求污水厂不能因修或换某一设备而停止污水处理。
因此潜污泵集水池最好是两套单独运行。
2.集水池清洁及排空措施:
集水池里设有污泥斗,池底坡度不小于0.01;从平台到底设有供上下用的扶梯,台上应有吊泥用的滑车。
3.集水池容积计算:
集水池容积一般按最大一台泵至少5min的出水量计算,有效水深取1.5~2.0米。
本次设计集水池容积按最大一台泵6分钟的出水量计算,有效水深取2.0m。
(式5.15)
取V=50.00m3
则集水池面积A为:
A=V/h=50.00/2.0=25.00m2(式5.16)
设计集水池高度为3.0m,则长度为5.0m,宽度为5.
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