【正文】 境保護局發(fā)布中國《 1990 年環(huán)境狀況公報》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 ％。一是減少污染、保護環(huán)境，二是增加水資源、緩解缺水危機。 選題背景 眾所周知，我國淡水資源并不豐富 ， 并且時空分布極不均勻 ， 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(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，同時也帶來許多城市環(huán)境問題 ，并制約了地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展 。 中水即再生水是指污水經(jīng)適當(dāng)處理后，達到一定的水質(zhì)指標(biāo)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用的雜用水，其水質(zhì)介于上水與下水之間，可用于廁所沖洗、園林和農(nóng)田灌溉、道路保潔、洗車、城市噴泉、冷卻設(shè)備補充用水等，大大控制了水資源的浪費。從經(jīng)濟的角度看，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。 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 2 研究意義 中水利用在可持續(xù)發(fā)展中的作用 （ 1）中水利用可以有效地保護水源，減少清潔水的取用量。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 。以中水替代這部分清潔水 所節(jié)省的水資源量是相當(dāng)可觀的 [2]。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。目前城市污水二級處理形成 40 億m3水源的投資大約在 100 億元左右，而形成同樣規(guī)模的長距離引水，則需 600 億元左右，海水淡化則需 1000 億元左右，可見中水回用在經(jīng)濟上具有明顯優(yōu)勢。 （ 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)達到 414 億 m3，全國污水回用率如果平均達到 10%，年回用量可達 40 億 m3，是正常年份年缺水60 億 m3的 67%。 （ 4）中水利用是保護環(huán)境、防治水污染的主要途徑大量的城市污水和工業(yè)廢水未經(jīng)處理即排入水體，造成環(huán)境污染產(chǎn)生種種間接危害。中水利用系統(tǒng)運行后，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。我國多年平均水資源總量 28124 億 m3， 按1998 年人口計 ， 人均資源量只有 2221 m3， 為世界人均水資源量的 1/4， 預(yù)計在 2020北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 3 年遇到中等干旱年份 ， 水資源供需缺口將更大達 318 億 m3。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。而目前我國的城市污水量正以 %的速度增長 ， 而由于資金、能源等方面原因的限制 ， 城市污水處理率很低 ， 只有 %的城市污水和 17%的工業(yè)廢水得到處理 ， 大部分污水未經(jīng)處理直接派入水體 ， 其結(jié)果是使城市的地下水和地表水受到嚴重污染。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?？陀^評價水資源的順序應(yīng)該是地下水、地面水、城市回用水 ,最后才是長距離引水。如天津引灤水資源費 元 /m3工程的投資費用則經(jīng)濟效益更可觀。中水的利用可以有效的緩解水廠的改、擴建 ， 城市市政管網(wǎng)的擴容。中水回用可節(jié)省水資源 ， 減少水資源污染 ， 具有良好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。深圳市規(guī)定建筑面積大于 2 萬 m2 的商住區(qū) 及 4 萬 m2以上的辦公建筑 ， 日排水量 為 250 m3 以上須設(shè)置中水設(shè)施。 （ 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)的逐步放開和水價的逐步上漲 ， 水務(wù)市場日漸活躍。雖然 20 世紀 90 年代以后 ， 我國城市供水固定資產(chǎn)投資額年均遞增 %， 預(yù)計“十五”期間 ， 我國還有超過 300 億元的陳舊供水設(shè)施面臨更新改造 ， 如果再加上采用深度處理對工藝升級換代的壓力 ， 供水投資缺口將更大。而實際上 ， 許多污水處理廠由于運行資金不足處于半運行狀態(tài)。 （ 3） 住宅小區(qū)中中水回用的重要意義 首先，比遠距離引水造價低。 其次，比海水淡化經(jīng)濟。因此，當(dāng)生活污水的排水作為中水水源時，主要污染物的濃度指標(biāo) COD、 BOD SS、 NH3N 可滿足處理技術(shù)要求。 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。 中水回用，實現(xiàn)污水資源化，是目前解決節(jié)水治污兩大問題的最有效的途徑，在水資源嚴重短缺的當(dāng)今社會有著重要意義。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。 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 5 中水 水 源 類型 及收集系統(tǒng) 中水水源 中水水源的選擇是中水工程設(shè)計中的一個關(guān)鍵問題，一般應(yīng)根據(jù)下述要求選用 : （ 1） 中水水源選擇應(yīng)根據(jù)原水水質(zhì)、水量、排水狀況和中水回用的水質(zhì)水量來確定。 （ 2） 中水水源一般為生活廢水、生活污水、冷卻水等。 （ 3） 中水水源按污染程度不等一般分為下述六種類型。 ② 沐浴排水。 ④ 洗衣排水。 ⑥ 廁所排水 [5]。一般可以分成下列三種組合 :① 盥洗排水和沐浴排水 (有時也包括冷卻水 )組合。 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]。這種水質(zhì)最差。 即把建筑所排放的污水全部集流，經(jīng)水處理達到中水水質(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， 因而中水工程費用大，水價高。 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 6 圖 11 全集流回用方式 （ 2） 部分集流、部分回用方式。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 。當(dāng)建筑物內(nèi)的污水采用合 流管道排放，根據(jù)中水用量情況，僅使用部分合 流的水量即可滿足需要 ， 該方式 如圖 13 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建。選用工藝時應(yīng)考慮污水原水水質(zhì)、中水用途與水質(zhì)要求、工藝本身的處理能力、運行穩(wěn)定性，占地與運行管理等。 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，填料壁的微生物會因缺氧而進行厭氧代謝，產(chǎn)生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會造成生物膜的脫落，并促進新生物膜的生長，此時，脫落的生物膜將隨出水流出池外。生化過程分為兩個階段。第二階段的生化過程以氧化為主，速度較慢。對沉淀池的生物膜采取沉淀的辦法，而對細小的懸浮物采取濾層截留的辦法，沉淀池取上升流速 ；澄清區(qū)停留15min。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。目前存在的問題主要是池內(nèi)填料間的生物膜有時會出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，尚待改進。 （ 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)模達幾十萬噸每天，并發(fā)展為可以脫氮除磷。曝氣生物濾池集生物氧化和截留懸浮固體一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池 （ 二沉池 ） ，具有容積負荷、水力負荷大，水力停留時 間短，所需 基北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 9 建投資少，出水水質(zhì)好 ， 運行能耗低，運行費用少的特點 ， 其工藝流程如圖16。 曝氣生物濾池與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積?。ㄊ瞧?通活性污泥法的 1/3）、投資少（節(jié)約 30%）、不會產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點，但它對進水 SS 要求較嚴（一般要求 SS≤100mg/L，最 好 SS ≤ 60mg/L），因此對進水需要進行預(yù)處理。 另外，曝氣生物濾池作為集生物氧化和截留懸浮固體于一體的新工藝，節(jié)省了后續(xù)沉淀池 (二沉池 )，具有容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好 ， 運行能耗低，運行費用少的特點。 它 是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)臺的新型水處理技術(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荷減少污泥量。因此系統(tǒng)內(nèi)活性 （ MLSS）濃度可提升至 10000mg/L，污泥齡 (SRT)可延長 30天以上，于如此高濃度系統(tǒng)可降低生物反應(yīng)池體積，而難降解的物質(zhì)在處理池中亦可不斷反應(yīng)而降解。 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 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 10 其 特點：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， 可實現(xiàn)全自動化管理 。 （ 4） 周期循環(huán)活性污泥法 工藝 （ CASS） CASS（ Cyclic Activated Sludge System）工藝是近年來國際公認的處理生活污水及工業(yè)廢水的先進工藝。整個工藝的曝氣、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)；同時可連續(xù)進水，間斷排水 ， 其處理工藝流程為圖 18。 根據(jù)研究結(jié)果和工程應(yīng)用情況 ， 通過 對城市污水 合理的設(shè)計和良好的管理 ， 進水 COD 為 400mg/L 時 ， 出水小于 30mg/L以下 。 對一般的生物處理工藝 ， 很難達到這樣好的水質(zhì) 。 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 11 CASS 設(shè)計參數(shù) ： 污泥負荷 (kg ) ， 污泥齡 1530d。 中水處理 工程實例 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 月運行，成為北京市中水示范基地 。 加藥 ↓ 泵 原水 — → 格柵 — → 集水池 — → 毛發(fā)聚集器 — → 沉淀池 — → 曝氣調(diào)節(jié)池 — → 生物接觸氧化池 消毒 泵 ↓ 泵 — → 中間沉 淀池 — → 過濾器 — → 中水回用水池 — → 用戶 ↑ ___________︳ 反沖洗泵 圖 19 中水處理流程圖 （ 3）處理成本 中水處理成本包括日常運轉(zhuǎn)費 （ 電費、藥劑費等 ） 和設(shè)備維修費等。h) /d， 以 元 /(kW ② 人工費 ： 定員 2 人 /d，工資按 40 元 /(人 ③ 消毒費 ： 40 元 /d。 ⑤ 維修費 ： 50 元 /d。綜上 總費用 ： 848 元 /d，噸水處理費 ： 元 /m3。其規(guī)劃居住總?cè)藬?shù)為 9200 人 ，分兩期建設(shè)，其中一期規(guī)劃為 5200 人。按人均污水排量 170 人天計。 （ 2） 工藝選擇 作為房地產(chǎn)經(jīng)營 ， 首要考慮是投資要少 ， 而針對其物業(yè)管理來說運行費用要低 、管理維護要簡單，通過對生物接觸氧化、曝氣生物濾池、生物轉(zhuǎn)籠 、膜生物 反應(yīng)器等工藝經(jīng)行比較篩選，最終選擇使用工程實例較多，工藝成熟的接生物接觸氧化工藝 ， 其工藝流程如 110 圖。 處理后的中水全部回用，項目每日有中水 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 。按自來水價格 元 /t， 處理成本 元 /t（ 計算 ） ，所以每天節(jié)約水費約 2700 元 ， 則一年節(jié)約費用為： 萬 ， 在 4年內(nèi)收回投資成本。 北京藍谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 14 第二章 工藝流程的確定 設(shè)計參數(shù) 北京籃谷竹園住宅小區(qū)，排放一定量的生活污水，需要進行適當(dāng)?shù)奶幚砗蟛拍芘欧?，同時沖廁、綠化等又需要一定水量一定標(biāo)準(zhǔn)的中水。 表 21 進出水水質(zhì) COD(mg/L) BOD(mg/L) SS (mg/L) NH3N(mg/L) pH 進水水質(zhì) 出水水質(zhì) 300 ≤ 50 200 ≤ 15 250 ≤ 10 35 ≤ 20 8 8 工藝流程 的確定 結(jié)合北京籃谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程 的處理要求 ， 工藝流程如圖 21所示，采用 總提升泵前設(shè)置 格柵 。 在流進沉淀池進行沉沙， 沉淀池選擇平流 式 沉淀 池。后續(xù)處理階段加 采用高效纖維器進行處理以 保證污水達標(biāo) 排放。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谷竹園住宅小區(qū)中水處理工程設(shè)計 15 技術(shù)專利。采用間