【正文】 .......................................................... 44 致 謝 .......................................................................................................... 45 附 錄 .......................................................................................................... 46 聲 明 .......................................................................................................... 48 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 1 第一章 緒 論 污水資源化又稱廢水回收（ waste water recovery），是把工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢水引到預(yù)定的凈化系統(tǒng)中采用物理的、化學(xué)的或生物的方法進(jìn)行處理，使其達(dá)到可以重新利用標(biāo)準(zhǔn)的整個(gè)過程。 1991 年 6 月，國家環(huán)境保護(hù)局發(fā)布中國《 1990 年環(huán)境狀況公報(bào)》指出， 1990 年全國污水總排放量 254 億立方米，即日排 9698 萬立方米，其中工業(yè)廢水占 ％。 選題背景 眾所周知，我國淡水資源并不豐富 ， 并且時(shí)空分布極不均勻 ， 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 ， 人口的增加及工業(yè)化和城市化步伐的加快 ， 城市用水量和污水排放量急劇增加 ， 這更加劇了水資源的短缺和水環(huán)境的惡化，同時(shí)也帶來許多城市環(huán)境問題 ，并制約了地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 。從經(jīng)濟(jì)的角度看，再生水的成本最低，約為 13 元 /噸，而海水淡化的成本約為 57 元 /噸，跨流域調(diào)水的成本約為 520 元 /噸。生產(chǎn)、生活用水中約有 40%的水是與人們生活緊密接觸的，如飲用、烹飪、洗浴等，這些方面對水質(zhì)要求很高，必須用清潔水 。解決水缺乏問題有幾種方案 ： 跨流域調(diào)水，海水淡化、中水利用。 （ 3）中水利用可 緩解城市缺水問題我國城市污水年排放量已經(jīng)達(dá)到 414 億 m3，全國污水回用率如果平均達(dá)到 10%，年回用量可達(dá) 40 億 m3，是正常年份年缺水60 億 m3的 67%。中水利用系統(tǒng)運(yùn)行后，大量城市污水經(jīng)處理后，應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉、保潔、洗車、沖廁、綠化等方面，不僅減少污水排放量，減輕水體污染，而且降低對農(nóng)作物、土壤污染。對沿海城市用水狀況調(diào)查表 明 1998 至2020 年間用水遞增率將為 %~%， 到 2020~2020 年用水量將是 1998 年的 1 倍。開源總是優(yōu)先選用地下水 ， 次之是地面水 ， 就近沒有地面水就長距離引水。如天津引灤水資源費(fèi) 元 /m3工程的投資費(fèi)用則經(jīng)濟(jì)效益更可觀。中水回用可節(jié)省水資源 ， 減少水資源污染 ， 具有良好的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。 （ 2） 中水回用可緩解給排水工程投資的巨大缺口 隨著政府對供水專營權(quán)的逐步放開和水價(jià)的逐步上漲 ， 水務(wù)市場日漸活躍。而實(shí)際上 ， 許多污水處理廠由于運(yùn)行資金不足處于半運(yùn)行狀態(tài)。 其次，比海水淡化經(jīng)濟(jì)。 小區(qū)污水回用開辟了第二水源，降低了小區(qū)新鮮水取用量，經(jīng)處理后的污水回用于小區(qū)，減少了污水的排放量，減輕了受納水體的污染，也減少了治理環(huán)境污染的投資。其水質(zhì)指標(biāo)低于城市給水中飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但又高于污水允許排入地表水體的排放標(biāo)準(zhǔn)，其水質(zhì) 亦 居于生活飲用水水質(zhì)和允許排放污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間。 （ 2） 中水水源一般為生活廢水、生活污水、冷卻水等。 ② 沐浴排水。 ⑥ 廁所排水 [5]。 ② 盥洗排水、沐浴排水和廚房排水組合，該組合稱為雜排水，比 ① 組合水質(zhì)差一些 [6]。 即把建筑所排放的污水全部集流，經(jīng)水處理達(dá)到中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后回用 如圖 11 ，這種方式因集流水質(zhì)含糞便污水而使水質(zhì)很差， 因而中水工程費(fèi)用大，水價(jià)高。當(dāng)前，從國內(nèi)和國外已建成的中水工程來看，大部分采用該方式 如圖 12 所示 。適用于增設(shè)中水工程的建筑小區(qū)，可根據(jù)投資情況分批改建和擴(kuò)建。 污水 → 格柵 → 初沉 → 接觸氧化 → 二沉 → 過濾 → 消毒 → 中水 回用 圖 15 生物接觸氧化法工藝流程圖 該法中微生物所需氧由鼓風(fēng)曝氣供給，主要由曝氣鼓風(fēng)機(jī)和專用曝氣器組成 ，生物膜生長至一定厚度后，填料壁的微生物會(huì)因缺氧而進(jìn)行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會(huì)造成生物膜的脫落，并促進(jìn)新生物膜的生長，此時(shí)，脫落的生物膜將隨出水流出池外。第二階段的生化過程以氧化為主，速度較慢。主要靠生物膜，把氧化池分為兩段，沉淀池加接觸層，接觸氧化池分離下來的污泥含有大量氣泡，宜采用氣浮法分離。 （ 2） 采用曝氣生物濾池工藝 (BIOFOR) 曝氣生物濾池簡稱 BAF，是 80 年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝 ， 90 年代初得到較大發(fā)展，最大規(guī)模達(dá)幾十萬噸每天，并發(fā)展為可以脫氮除磷。 曝氣生物濾池與普通活性污泥法相比，具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小（是普 通活性污泥法的 1/3）、投資少（節(jié)約 30%）、不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，但它對進(jìn)水 SS 要求較嚴(yán)（一般要求 SS≤100mg/L，最 好 SS ≤ 60mg/L），因此對進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理。 它 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺(tái)的新型水處理技術(shù)，以膜組件取代二沉池在生物反應(yīng)器中保持高活性污泥濃度減少污水處理設(shè)施占地，并通過保持低污泥負(fù)荷減少污泥量。 原水 → 格柵 → 調(diào)節(jié)池 → 膜生物反應(yīng)器 → 消毒 → 出水 圖 17 膜生物反應(yīng)器工藝流程圖 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 10 其 特點(diǎn)：工藝簡單，占地面積小，出水水質(zhì)好，一般不需經(jīng)三級處理即可回用 ，操作方便， 可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化管理 。整個(gè)工藝的曝氣、沉淀、排水等過程在同一池子內(nèi)周期循環(huán)運(yùn)行，省去了 常規(guī)活性污泥法的二沉池和污泥回流系統(tǒng)；同時(shí)可連續(xù)進(jìn)水，間斷排水 ， 其處理工藝流程為圖 18。 對一般的生物處理工藝 ， 很難達(dá)到這樣好的水質(zhì) 。 中水處理 工程實(shí)例 北京師范大學(xué)中水工程 （ 1） 工程概況 處理水量 600 m3/d，于 2020 年 9 月運(yùn)行，成為北京市中水示范基地 。h) /d， 以 元 /(kW ③ 消毒費(fèi) ： 40 元 /d。綜上 總費(fèi)用 ： 848 元 /d，噸水處理費(fèi) ： 元 /m3。按人均污水排量 170 人天計(jì)。 處理后的中水全部回用，項(xiàng)目每日有中水 500t 用于綠化、 75t 用于洗車、 150t 用于澆灑路面及場地、 600t 用于人工湖水體及水景水體置換、 85t 用于中水處理站自用，日回用總量 1410t 。 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 14 第二章 工藝流程的確定 設(shè)計(jì)參數(shù) 北京籃谷竹園住宅小區(qū)，排放一定量的生活污水，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗蟛拍芘欧?，同時(shí)沖廁、綠化等又需要一定水量一定標(biāo)準(zhǔn)的中水。 在流進(jìn)沉淀池進(jìn)行沉沙， 沉淀池選擇平流 式 沉淀 池。該工藝最早是美國川森維柔廢水處理公司 1975 年研究成功并推廣應(yīng)用的廢水處理北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 15 技術(shù)專利。 每個(gè) CASS 反應(yīng)器由生物選擇區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū) (即主反應(yīng)區(qū) )三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖 22 所示 [13]。 污水連續(xù)進(jìn)入預(yù)反應(yīng)區(qū)經(jīng)過隔墻底 部進(jìn)入主反應(yīng)區(qū) ， 在保證供氧的條件下 ， 使有機(jī)物被池中的微生物降解，其工作流程如圖 23 所示。由于絲狀菌比菌膠團(tuán)的比表面積大，因此有利于攝取低濃度底物。 曝氣設(shè)備： CASS 工藝采用潛水射流式水下曝氣器，該曝氣器是由潛水泵和射流器組成，強(qiáng)制噴出的水流通過射流器的噴嘴產(chǎn)生吸力，將水面以上的空氣由空氣管吸入射流器，在擴(kuò)散段與水混合，混合液從射流器噴出，在池中形成強(qiáng) 烈的渦流，北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 17 大量的氧氣溶解在水中。 ④ 防治了污泥和雜質(zhì)的堵塞。 ⑧ 安裝維護(hù)方便，不受運(yùn)行干擾。目前，國內(nèi)外對 潷水 機(jī)仍在進(jìn)行研究和開發(fā)，按照目前所用的原理， 潷水器 可分為三種類型，即浮球式、旋轉(zhuǎn)式和虹吸式。以 10 萬噸的城市污水處理廠為例，傳統(tǒng)活性污泥法的總投資約 億， CASS 法總投資約 億。由于曝氣是周期性的，池內(nèi)溶解氧的濃度也是變化的，沉淀階段和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時(shí)，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用可節(jié)省 10%25%。污水處理廠設(shè)備種類和數(shù)量較少，控制系統(tǒng)比較簡單，工藝本身決定了不易發(fā)生污泥膨脹，所以，控制系統(tǒng)簡單，運(yùn)行安全可靠。 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 18 與 SBR 工藝的比較： CASS 工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)： ① 其反應(yīng)池由預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)組成，因此 對難降解有機(jī)物的去除效果更好。 CASS 工藝處理效果 ： CASS 生物處理法是周期循環(huán)活性污泥法的 簡稱，該工藝最早在美國應(yīng)用，資料顯示在名尼蘇達(dá)州草原污水處理廠 、 密執(zhí)安州地區(qū)廢水處理廠應(yīng)用均獲得了良好的處理效果。目前，該工藝已成功應(yīng)用于生活污水、醫(yī)院污水、食品廢水等方面的治理，受到環(huán)保部門和廣大用戶的廣泛關(guān)注和一致好評。2 tgtg lklp ????= （ 33） 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 20 （ 4）柵后渠道減縮長度 l2=l1= m = （ 5）通過格柵的水頭損失 h1 取格柵斷面為銳邊矩形斷面 ,取 K=3 有 ()sb???4/3 , ?? h1=Khp （ 34） 。 設(shè)計(jì)計(jì)算 選泵前總揚(yáng)程 計(jì)算 經(jīng)過格柵的水頭損失為 ,進(jìn)水管渠內(nèi)水面標(biāo)高為 ， 則格柵后的水面標(biāo)高為： = 設(shè)集水池的有效水深為 2m， 則集水池的最低工作水位為： = 所需提升的最高水位為 ，其計(jì)算過程見高程計(jì)算。=() 22m a x 39。 322212141)()(31mffffhV?????????? （ 315） （ 8） 污泥斗和梯形部分污泥容積 V1+V2=+= （ 9） 池子總高度 設(shè)緩沖層高度 h3=， 超高 h1=， h4= mhh 39。d)， 設(shè)計(jì)為 kgBOD5/kgMLSS= 運(yùn)行周期設(shè)計(jì)為 4h，則 1 日內(nèi)循環(huán)的周期數(shù) N2＝ 24247。 CASS 池中間設(shè)一道隔離墻，將池體分隔為預(yù)反應(yīng)區(qū)和主反應(yīng)區(qū)兩部分，靠進(jìn)水端、容積為 CASS 池總?cè)莘e的 10％左右的預(yù)反應(yīng)區(qū)，為吸附兼氧區(qū)，另一部分為主反應(yīng)區(qū)，預(yù)反應(yīng)區(qū)長度 L(m)按下式計(jì)算。 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 28 （ 5）最大時(shí)需氧量的計(jì)算 最大值與平時(shí)值的系數(shù)為 倍，故 K= hkgdkgO/)10200( 3( m a x )2??????????? ? 每日 去除的 BOD5 值 dkgB O D /1901000 )10200(10005 ??? 去除每 kg BOD5 的需氧量 k gB O Dk gOO / 22 ??? 最大時(shí)需氧量與平均時(shí)需氧量之比 82( m a x)2 ??OO （ 6）供氣量的計(jì)算 設(shè)計(jì)采用塑料 SX1 型空氣擴(kuò)散器，敷設(shè) CASS 反應(yīng)池池底，淹沒深度 H=。 剩余污泥量的計(jì)算 剩余污泥產(chǎn)量按下式計(jì)算： )(Tc)(TcjjLSkY1515 )1( ???? ?????? ? ?= （ 411） 式中： K 取 ； 計(jì)算水溫取 10℃ ； 污泥齡 θc=20d。 污泥處理部分 （ 1）集泥井 設(shè)計(jì)參數(shù)： 集泥井污泥流量： Qs=，取停留時(shí)間 t=20d 則污泥量為 Q=20= m3 集泥井有效水深： h1=；超高 h2=。 濃縮池超高： h2＝ 。它集石英砂 過濾器和膠囊式纖維過濾器的優(yōu)點(diǎn)于一身，即利用了纖維束濾料的阻力小，流速大，過濾精度高，壽命長的優(yōu)點(diǎn)，也利用了石英砂過濾器操作簡單的特點(diǎn)，結(jié)合而成為一代新型的過濾器 ， 其結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。 （ 2）易反洗：反洗時(shí)，纖維濾料充分疏松，在氣泡及水力的作用下，反洗再生非常徹底。 北京藍(lán)谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計(jì) 34 （ 6）機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長，操作簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠：高分子丙綸纖維濾料的使用壽命在十年以上。在中水站設(shè)置中水池以平衡水量。 池面積： A=V/h=150/4= 池長 L=8m，寬 B=5m 污泥提升泵的總提升能力按最大流量考慮，即按流量為 25m3/h 考慮 平面布置 各處理單元構(gòu)筑物的平面布置 處理構(gòu)筑物是污水處理廠的主體建筑物，在作平面布置時(shí)，應(yīng)根據(jù)各構(gòu)筑物的功能要求和水力要求，結(jié)合地形和地