MBR_法处理校园污水设计_论文_毕业设计.doc

学士学位论文论文题目 MBR 法处理校园污水设计 院 系 化学与环境工程学院 专 业 环境科学 姓 名 学 号 指导老师 日 期 郑重声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，在导师指导下独立完成，除文章中引用内容外，全部是阅读大量有关文献结合自己所想写下的作品，对本文有重大贡献的个人集体均已在文中有所提及，愿承担因此产生的法律责任与后果。声明人签名： 2015年5 月 10日摘 要高校是人口居住集中的地方，每天产生大量的生活污水。人均日生活用水可按中国南方城市人均日生活用水量150L计算，再乘以污水系数0.8，得到人日均生活污水排放约为120 L。三万人的学校一天就要产生3600m3生活污水，一年250天计算大约产生90万吨生活污水，这意味着每年要浪费27万t的水资源。因此设计一个合理可行的污水处理系统从而利用处理出水有十足的意义。此处考虑到学校地处市区，土地稀缺，故按实际情况可设计计算一个以MBR生物处理器为核心的生物处理系统。该系统具有处理效率高、出水标准高和占地面积小等特点。经验表明，经该类似系统处理后，出水水质可达国家杂用水标准。而本设计内容主要包括对格栅池的尺寸计算、格栅的尺寸计算选择、调节池的尺寸计算、调节池泵的选择、MBR池的尺寸计算、MBR膜组件的选择、MBR池水泵的选择、MBR膜清洗系统的设计以及工程造价的估计。关键词：生活污水；处理；MBR；计算；标准；工程ABSTRACTCollege is densely inhabited area where a great amount of sewage is produced. Suppose the per capita domestic water consumption is 150L, mutiply 0.8, the result is 120L, which is the students percapita domestic water consumption. 30,000 students in 250 day would use about 900,000t water, which means 270,000t water may be wasted, therefore its essencial to design a sewage treatment system. According to the actual situation of Hubei Minzu University, a MBR biological treatment system is recommended to design. The system has many features,like high efficiency, small footprint and high effluent standards and so on. Experience has shown that a similar system through which the treated water quality up to the national miscellaneous water standards. The main contents of the design of the grid cell size computing, grid computing to select the size, adjust the size of the pool of computing, regulation pool pump selection, MBR tank size calculation, MBR membrane module selection, MBR Pool Pump Selection , MBR membrane cleaning system design and engineering cost estimates.Key word：sewage; treatment; MBR; calculatestandard; engineeringII目 录摘 要IABSTRACTII引 言11绪 论21.1设计任务21.1.1日污水处理量21.1.2目标出水水质21.2设计要求21.3设计依据21.4设计原则32工艺流程说明42.1流程图42.2流程说明42.2.1污水处理说明42.2.2污泥处理说明42.2.3工艺说明53设计计算63.1化粪池63.2格栅63.2.1设计数据63.2.2设计计算73.2.3格栅池参数103.3调节池113.3.1设计数据113.3.2设计计算113.3.3调节池技术参数123.4 MBR池133.4.1膜组件选型133.4.2池体计算133.5曝气鼓风机选择153.5.1曝气量计算153.5.2曝气鼓风机选择163.6膜清洗系统163.6.1清洗示意图163.6.2 MBR膜清洗所需药物163.6.3清洗用泵选择173.6.4膜元件药液清洗操作时中的注意事项173.7污泥储池174经济方面194.1基坑造价194.2地下框架194.3工艺设备194.4维护与消防19参考文献20致 谢22引 言水是地球生命的摇篮，是所有有生命产生、生存以及发展的不可或缺的基本条件1。其中人类对于水资源的需求更可以说是文明的来源。但是近几个世纪以来，淡水资源的日益枯竭和水环境逐渐受到破坏性污染，全球范围内的出现的水危机开始对人类的生产生活产生严重影响，威胁着人类的生存。故而在现今的许多国际会议和国家政策中，水资源节约与保护问题也成了人们关注与讨论的重点。研究和探讨保护节约水资源的技术也是日新月异。就我国水资源状况而言，进入21世纪以来，我国淡水人均量仅为世界人均量的25%，列于世界第110位，并被纳入世界人均水资源贫水国行列2。最新统计指出，全国有一半以上城市受到不同程度缺水的困绕3，水之源成制约其发展的一大祸首。故许多北方城市不得不通过南水北调工程使用从南方调集的水资源4。水资源来源方面，浅层地下水与地表水占了城市自来水来源的大部分，再或者是两种水的混合使用。于是许多地方由于过度抽取地下水，造成地下水位下降，甚至形成巨大的地下漏斗，致使海水大量倒灌，自然环境遭到严重的破坏5。水资源保护方面，一些工业城市，工业废水未经处理或处理不合格而肆意排放，导致大量的淡水被污染。故以上种种状况表明，对于水资源的保护与利用我国还存在很大的问题，而改变着些问题的方式关键在改变用水结构与重视排污标准。比如从现今城市用水来看，城市用水结构复杂、用水行业多种多样，从而存在用水标准各种不一。许多行业需要的水质标准低于自来水，因此可以回用初级处理过中水。在这种状况下，实行企业和大型单位自己建立满足自己需求用水的中水回用系统有十分可估的意义。而多年同类型实践表明，污水回用确实是十分经济可行的节约水之源的手段。高校是生活污水大量产生的区域，是生活水的巨大耗用点。而在巨大的耗用水中，道路用水、厕所用水、绿化用水和建设用水占了很大的比例。同时这些用水对水质要求低于普通的饮用与洗漱用水要求，即低于城市自来水的质量标准。因此设计一套低标准，但符合基本使用指标的污水处理系统有十足的实际意义。1绪 论1.1设计任务1.1.1日污水处理量根据：日排放污水总量=人均日生活用水量污水排放系数人口总数其中：人均日用水量取150L；排污系数取0.8；人口总数取30000。则:日排放污水总量1500.8300003.6106L即：3600m31.1.2目标出水水质进水污水成分按照城市生活污水指标记计入。处理出水按 (GB/T 18920-2002)最低标准计入。具体见表1.1。表1.1 设计进、出水水质项目CODCrmg/LBOD5mg/LSSmg/LNH3-Nmg/LpH水量m3进水水质300200200406-93600出水水质50*105*106-93600“*”表示GB/T18920-2002中没作要求的指标1.2设计要求污水要达到国家城市杂用水水质标准。污水处理的所有相关参数必须符合有关规定的要求。污水处理要考虑到相关的经济问题。要考虑处理时的安全问题。1.3设计依据国家城市污水再生利用一城市杂用水水质标准污水综合排放标准国家环境保护法建筑给水排水设计规范室外排水设计规范村镇供水工程技术规范毕业设计的相关要求给水排水设计手册1.4设计原则在保证处理好污水的同时，还要考虑到经济和资源问题，在工艺设计的布局和经济方面都要合理。2工艺流程说明2.1流程图MBR法处理校园污水工艺流程如图2.1。鼓风机污泥储池MBR污水处理装置化粪池调节池储水池泵进水泥饼外运出水回用格栅池清洗药品图2.1 MBR法处理校园污水工艺流程图2.2流程说明2.2.1污水处理说明污水经校园管道收集进入化粪池，停留之后进入格栅池，在格栅池中经过细格栅截留悬浮物和漂浮物。然后泵入调节池后，在鼓风曝气环境下均化水质水量。再然后利用潜污泵将污水提升入MBR池中，在此进行生物处理，处理出水可直接达到回用标准。最后抽入中水回用池，存储待用。2.2.2污泥处理说明本系统所产生的污泥单元有：A.化粪池 悬浮物在此沉降产生污泥。B.调节池 污水在此停留时间较长，也可能会有一部分沉淀。C. MBR池 作为本设计的主要生化处理反应器，是污泥产生的主要场所。考虑到污泥产生量较少，设计将污泥泵入污泥储池，每月一次运输到当地专业污泥处理厂委托处理。2.2.3工艺说明1、化粪池化粪分解大颗粒物质、沉降悬浮物、腐烂硝化有机污染物。为后续处理设计创造更有效的条件。2、格栅池截阻大块的呈悬浮状态的污物。对后续处理单元或水泵机组起保护作用。3、调节池校园用水排水的特点是水质水量不均衡，日变化较大。为保持生物处理的稳定运行和处理效率，特设调节池,调节水质水量。4、MBR污水处理装置示意图如图2.2空气产水泵污水剩余污泥再生水图2.2 MBR污水处理装置示意图5、MBR膜清洗系统MBR膜工作一段时间后会产生膜污染，清洗系统利用药液对膜进行清洗。6、污泥池储存每天产生的污泥。3设计计算3.1化粪池建议设计参数为水力停留时间：HRT36h。3.2格栅3.2.1设计数据1、设计流量：Q=3600m3/d150m3/h0.042m3/s，变化系数K=1.82.2，取2.2，则Qmax为0.09m3/s,取渠内速度v1=0.40m/s。2、栅前进水管道栅前水深（h）、进水渠宽（B1）与渠内流速（v1）之间的关系为栅前水深 h = 0.30m，设栅前管道超高 h2 = 0.30 m，H1=h+h2=0.60m进水渠宽 B1 =0.75m，3、格栅一般污水栅条的间距采用1050 mm。对于生活污水，规模较小的选取栅条间隙 b = 20mm。对于处理悬浮物含量低、处理水量小、清除污物数量小的生活污水，一般考虑人工固定格栅与水平面成30 60倾角安放。本设计即采用人工固定格栅，格栅倾角= 60。为了防止栅条间隙堵塞，污水通过栅条间隙的流速一般采用0.6 1.0 m/s，最大流量时可高于1.2 1.4 m/s6。但如用平均流量时速度为0.3 m/s，另外校核最大流量时的流速。栅条断面形状，如图3.1。图3.1 格栅断面形状示意图尺寸及阻力系数计算公式7式中：2.424、进水管道渐宽部分展开角度1= 20。5、当格栅间距为10 25 mm时，栅渣截留量为0.022 0.060 m3/103 m3污水8；当格栅间距为25 50 mm时，栅渣截留量为0.005 0.022m3/103 m3污水。本设计中，格栅间距为20mm,所以设栅渣量为每3600 m3污水产0.24m3。3.2.2设计计算1、栅条的间隙数n式中：Qmax最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，； b 格栅间隙，m； h 栅前水深，m； v 过栅流速，m/s带入数据的：2、栅槽宽度B式中：s 栅条宽度，m； b 栅条间隙，m； n 栅条间隙数，个则设栅条宽度s = 0.02 m，栅条间隙宽度b = 0.02 m，栅条间隙数n由上式算出为20个。由于计算出栅槽宽度偏小，实际栅槽宽度B取1.0m。格栅水力计算示意图如图3.2。图3.2 格栅水力计算示意图3、进水管道渐宽部分的长度l1式中：B栅槽宽度，m； B1进水渠宽，m； 1进水管道渐宽部分展开角度, 则设进水渠宽B1 = 0.5 m，其渐宽部分展开角度1 = 20，栅槽宽度B=1.0m。4、栅槽与出水管道连接处的渐窄部分长度l2则5、通过格栅的水头损失h1式中：阻力系数，其值与栅条断面形状有关； v 过栅流速，m/s； g 重力加速度，m/s2； 格栅倾角，； k 格栅受污物堵塞时水头损失增大倍数，取k=39则设栅条断面为锐边矩形断面，；过栅流速v = 0.6 m/s；格栅倾角。6、栅后槽总高度H式中：h 栅前水深，m； 设计水头损失，m； 栅前管道超高，一般采用= 0.3 m则设栅前水深h = 0.5 m，栅前管道超高= 0.3 m，设计水头损失由上述算得。7、格栅长度 式中：进水管道渐宽部分的长度，m； 栅槽与出水管道连接处的渐窄部分长度，m； 栅前管道深，m则与由前知得= 0.68 m，=0.34 m，栅前管道深为栅前水深和超高的和，H1=0.5+0.3=0.8m，8、每日栅渣量W式中：栅渣量（），格栅间隙为1625mm时, W10.100.05m3/10m3污水；由此估计20mm的格栅间隙的W10.08 m3/10m3污水,则：因为W小于0.2m3/d，所以宜采用人工固定格栅清渣。9、校核校核过栅流速：3.2.3格栅池参数1、选用人工固定机械格栅。具体参数见表3.1。 表3.1 人工固定格栅参数型号数量台功率KW机宽mm渠深mm栅隙mm高度mm角度度机架耙齿GF-650160010.756501600580075碳钢白钢2、格栅尺寸：LBH3.01.00.92m3、有效容积：2.8 m3 4、结构方式：地上式或半地下式砖混结构3.3调节池校园生活污水排放具有季节与昼夜时间的较大波动性，浓度和水量的较大变化给处理工艺带来一定难度，所以设调节池将不同时间接收的污水，贮于池内，并通过机械或空气的搅拌达到出水均匀的目的。3.3.1设计数据1、设计流量：Q=3600m3/d=150m3/h0.042m3/s。2、设计停留时间：T = 4.0 h。3、空气搅拌：Q空气:100m3/(m3h)。3.3.2设计计算1、调节池的有效容积式中：Q 平均进水流量，m3/h； T 停留时间，h则调节池的有效容积V=1504600m32、调节池的尺寸调节池平面形状为矩形。由于调节池的有效水深一般为3.0 5.0 m，故其有效水深h2采用4 m。那么，调节池的面积F池宽B取10m，则池长L保护高h1 = 0.5 m，则池总高H则池体尺寸：池体容积：675m33、进出水设计（1）进水部分配水孔流速:v0.15m/s（流速不能太小，以免配水不均匀）。配水孔总面积池宽5m，取n=25孔（孔间距20cm），道配水槽，则单孔直径为（2）出水部分污水经调节池末端提升泵直接泵入MBR池中。4、调节方式比较本设计采用空气搅拌。相比水泵强制循环搅拌与机械搅拌，空气搅拌的搅拌效果比较好，同时具有预曝气的作用。但是后期运行的费用比较高。本实验关键利用其预曝气效果10。5、空气搅拌动力计算取空气量2m3/( m3.h)，则所需空气量为：。穿孔管空气搅拌，空气量为300m3/(m3h)。3.3.3调节池技术参数1、结构方式：地上式或半地下式砖混结构2、主要设备：提升泵2台，一用一备。泵参数见表3.2。表3.2 调节池泵参数型号口径mm流量m3/h扬程m功率KW转速r/min效率%150WQ180-15-1515018015151460653.4 MBR池3.4.1膜组件选型本设计的膜选用日本久保田（Kubota）公司生产的液中膜，膜技术参数11见表3.3。表3.3 久保田（Kubota）膜技术参数序号名称特性参数1材质聚氯乙烯2膜孔直径0.4m3过滤方式重力过滤/吸引过滤4最大过滤压力重力过滤：12KPa/吸引过滤：20KPa5耐化学药品性耐酸耐碱性强（pH值212）6膜支架尺寸510型宽高厚：490mm1000mm6mm7膜支架有效面积0.8 m2 /张8膜通量0.40.8 m3/m2.d3.4.2池体计算1、膜支架张数计算(按每天24小时运行计算)式中：n膜支架张数，张； 膜通量，一般取0.40.8 m3/m2.d； t每天运行时间，h； 0.8膜支架有效面积 ，m2 /张则n= 36000.624/240.8=7500张同一膜生物反映器内应选同型号的膜组件,膜组件分为AS型、 FF型、ES型三种：AS形适用于大型市政排水处理FF型适用于地埋式小型污水处理ES型适用于生活污水、工业废水，是常用膜组件,尤其推荐作为中水回用处理工艺12。故膜组件选用ES200（n0=200）N=nn0=7500200=37.5组，取38组 考虑灵活运行，膜装置分为四个池设计，每个池 10 组膜组件。见图3.3。图3.3 膜池平面分布图2、膜生物反应器池有效容积计算:（1）按膜组件安装尺寸计算膜生物反应器有效容积：V=4.413.23.14m3=671 m3取保护高度0.5m，则总容积V总=4.34.33.54m3=756m3（2）按BOD5容积负荷计算取BOD5容积负荷NV为1.0 kg/(m3.d)得WBOD5= 360020010-3 =720 kg.BOD5/d 得V总= 7201.0 = 720 m3计算结果取较大者，故膜生物反应器池有效容积为756m3。 3.5曝气鼓风机选择3.5.1曝气量计算 1、膜装置洗净所需空气：MBR所需鼓风量式中：q每张膜洗净所需空气量，一般为1015L/min得G= 4020012= 96 m3 /min2、生物处理所需空气量：需氧量式中：a系数，一般为0.421.0； LrBOD5去除量，Lr= S0- Se； b污泥自身氧化需氧率，一般为0.110.18 kgO2/kgMLVSSd； Sa反应器内MLVSS的量； VMBR池容积，m3； XMBR池内MLSS浓度取12000mg/L； f混合液MLVSS/MLSS，一般为0.7 0.8；得OD = 200 0.5 (200-10)10-30.12756120.8= 19+ 870.912=889.912kg.O2/d所需空气量:式中：e溶解效率，因水深、水温、水压级污泥浓度而异，一般为0.020.05；得G= 889.912/（0.2770.03）=74.4 m3/min经计算对比，生物氧化所需空气量小于膜洗净所需空气量，故以膜洗净所需空气量为标准，选择风量为96 m3/min左右的风机或总风量相同的数台风机并联运行13。风口的压力以池深为依据，本池深为3.5m，考虑到风管的阻力降，可取风压P= 4000mm水柱的风机。3.5.2曝气鼓风机选择曝气鼓风机参数见表3.4表3.4曝气鼓风机参数型号数量台单个功率KW出口口径寸最大风量m3/min最大风压mmH2OHTB125-50353.7519235807903.6膜清洗系统3.6.1清洗示意图示意图如图3.4。图3.4 MBR膜清洗系统示意图3.6.2 MBR膜清洗所需药物药剂参数见表3.5所示。表3.5 膜清洗药剂表清洗对象药剂种类药剂浓度/%无机物盐酸0.30.1有机物(藻类、细菌等)次氯酸钠0.50.1有机物(蛋白质、菌残骸等)氢氧化钠0.20.53.6.3清洗用泵选择扬子江泵业有限公司生产的FPZ型耐酸耐碱射流泵14。参数见表3.6。表3.6 FPZ型耐酸耐碱射流泵型号型号进口出口mmmm流量/m3/h扬程/m转速转速r/min吸程m电机功率KW32FPZ-11(D)30303.411284050.753.6.4膜元件药液清洗操作时中的注意事项1、请使用重力方式进行药液注入，压力控制在10kPa以下。如果直接通过泵注入，压力可能会在10kPa以上，将导致膜元件的损坏。因此绝对请勿如此操作。2、请在膜元件处于浸没状态下进行注入。为了确保操作者的安全，请确保水面到膜元件上部的水深在500mm以上。3、药液清洗时，曝气搅拌也应继续。但是，药品种类等的影响会导致膜浸没槽产泡。这时请下调曝气量。4、药液温度越高，则冲洗效果越好。但是温度请勿超过40。另一方面，温度太低时，无法发挥冲洗的效果，可能会无法恢复膜性能。因此，请尽量保持膜浸没槽内的温度在较高的水平。5、药液冲洗结束时，膜元件内及透过侧配管中会残留药液。再次进行过滤运行时，在药液对过滤水水质的影响消失前，请将过滤水返送到原水或者作为废水进行处理15。3.7污泥储池理论上讲，膜生物反应器能将污泥完全截留在生物反应器内，实现不排泥操作污泥零排放，Muller 在处理生活污水的中试研究发现：当污泥浓度(MLSS)高达 4060g/L 和污泥完全截留 SRT=（）时，几乎不产生污泥16。本工艺设计，污泥量大约为 0.06%，含水率为 96%98%，污泥密度为 1.02g/ml。则一天产泥量 ：Q =36000.06%=2.16m3/d因为污泥量太少，处理起来特别不经济。本工艺中的污泥先把它收集起来放在贮泥池里,然后用污泥车抽走，运到邻近的污水处理厂浓缩脱水处理，交付该厂一定的处理费用即可。选择一个月抽运一次。则需要贮泥池的体积为：V=302.16=64.8m3有效泥深为 3m，超高 0.3m。则贮泥池的容积为：V总553.382.5m34经济方面4.1基坑造价本设计考虑到城市土地的高效利用与降低多余场地费采，采用取地埋式将主要构筑物布置于地下。据经验估计，基坑造价约占总造价的20%。具体费用咨询基坑挖掘方。4.2地下框架地下框架为两层结构，费用主要来自钢材、浇灌混凝土、回填土方与防水处理。据经验估计，地下框架价约占总造价15%。具体费用咨询框架建设方。4.3工艺设备1、格栅：本工艺处理对象为校园生活污水，悬浮物量较低，故只设置20mm细格栅。价格包括格栅池的建造，格栅机架。2、调节池：调节池造价包括池体建造、管道铺设和水泵购买。3、MBR池：MBR池作为本处理系统的核心工艺。造价包括池体建造、膜组件的购买安装、管道铺设和曝气鼓风机购买。4、膜清洗系统：膜清洗系统作为MBR池的配套工艺，具有防止膜污染，提高膜效率的作用。其建造费用主要包括清洗药物与清洗泵的购买。据经验估计，工艺设备总价约占总造价50%。4.4维护与消防系统运行需要良好的环境和定期的检查维护。其设置须有有排气通风、抽吸排烟、发电续电、自动喷淋水灭火、报警以及自动化监控等配套系统