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生活 污水 回收 处理器 设计

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湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计生活污水回收处理器设计 THE DESIGN OF DOMESTIC SEWAGE RECYCLING PROCESSOR学生姓名：张 正 峰学 号：200841914405年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化（4）班指导老师及职称：汤兴初 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日生活污水回收处理器设计学 生：张正峰指导老师：汤兴初 (湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：我国的水资源严重短缺,为了保护生态环境和水资源的可持续发展,从节约用水和提高用水效率出发,充分利用我国现有的水资源, 所以设计了一种城市家庭生活污水回收处理器。通过预沉淀槽的网栅及砂芯的初过滤和沉淀,再经过银离子杀毒消菌过滤。经过3次过滤后,处理后的生活污水变成清澈干净的水质,用来作为清洁卫生用水,可以大大节约生活用水。关键词：水资源；生活污水；沉淀；过滤器The Design of Domestic Sewage Recycling ProcessorStudent: Zhang Zhengfeng Tutor:Tang Xingchu (Oriental Science &Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha，410128) Abstract: Nowadays the crisis of lacking water resources is serious in China. In order to protect ecologic environment, save water and make full use of water resources, the dirty water recovery processor used in urban family has been manufactured for the sustainable development of water resources. The dirty water is first filtered and precipitated by means of the net grids of the precipitated water trough and alum, then it was filtered by active carbon and microporous ceramic core. After being filtered for three time,used as clearing water. Thus the water for urban life isgreatly saved.Key Words: Water resources；Dirty water；Precipitate；Filter1 前言1.1 国内污水处理行业的发展地球虽然有70.8的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限，人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26，而且分布不均。20世纪50年代以后，全球人口急剧增长，工业发展迅速。全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕食大量可供消费的水资源。干旱缺水同样是一个世界性问题。全球位于干旱和半干旱地区的耕地面积约占总耕地面积43%，涉及50多个国家和地区，水资源供求日趋紧缺.近10多年来,由于社会经济的发展、需水量大幅度增长以及水质污染等原因，水资源供需矛盾以由干旱地区扩展到许多湿润地区。当今全球约有80个国家、40%的人口面临缺水问题。联合国有关专家曾预言，水将成为全世界最紧迫的自然资源问题，30亿人口的亚洲不立即采取行动保护水资源，水资源危机将难以控制。1997年1月，联合国发布的世界水资源综合评价报告又指出，水问题将严重制约21世纪全球的经济与社会的发展，并可能导国家间的冲突1。全世界每天约有200吨垃圾倒进河流、湖泊和小溪，每升废水会污染8升淡水；所有流经亚洲城市的河流均被污染；美国40的水资源流域被加工食品废料、金属、肥料和杀虫剂污染；欧洲55条河流中仅有5条水质差强人意。20世纪，世界人口增加了两倍，而人类用水增加了5倍。世界上许多国家正面临水资源危机：12亿人用水短缺，30亿人缺乏用水卫生设施1。中国水资源人均占有量少，空间分布不平衡。随着中国城市化、工业化的加速，水资源的需求缺口也日益增大。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。 截至2005年底，全国661个设市城市中，已有383个城市建成污水处理厂792座，污水处理率由2000年的34提高到52，并形成了适合国情的污水处理技术路线和管理机制。其中，有135个城市的污水处理率已达到或接近70，单厂处理规模达到每天100万立方米1。2007年，中国水污染治理投资达到3387.6亿元，比上年增加32%，占当年GDP的1.36%。中国水环境质量总体保持稳定。2007年，共取缔一级水源保护区内排污口942个，停建二级水源保护区内可能造成污染的建设项目1294个，限期治理931个1。截至2010年9月底，全国设市城市、县及部分重点建制镇（以下简称“城镇”）累计建成污水处理厂2631座，污水处理能力达到1.22亿立方米/日；全国正在建设的城镇污水处理项目达1849个，总设计能力约4660万立方米/日。在全国设市城市中，已有593个城市建有污水处理厂，占设市城市总数的90.7%；累计建成污水处理厂1623座，形成污水处理能力1.04亿立方米/日；其中36个大中城市（直辖市、省会城市和计划单列市）建有污水处理厂376座，处理能力达4368万立方米/日。在县城及乡、镇中，全国已有933个县（含新疆生产建设兵团团级单位）建有污水处理厂，约占县城总数的52.1%；县城及乡、镇建有污水处理厂1008座，处理能力达1826万立方米/日1。虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段1。一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。 因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。中国将在“十一五”期间投资3000亿元以推进城市污水处理和利用，中国污水处理行业由此迎来高速发展期。 为了保护生态环境和水资源的可持续发展,从节约用水和提高用水效率出发,充分利用我国现有的水资源,设计了一种城市家庭生活污水回收处理器。成为当下需要考虑的问，经过污水回收处理器过滤,处理后的生活污水变成清澈干净的水质,用来作为清洁卫生用水,可以大大节约生活用水。1.2 生活污水的处理工艺 自1914年英国曼彻斯特活性污泥法二级生物处理技术问世以来，一直被世界各国广泛采用，目前发达国家已经普及了二级生物处理技术。但由于活性污泥法存在着流程复杂、投资大、能耗高、运行管理繁琐等缺点，各国研究人员对该技术不断进行改造和发展，为将它与物化法匹配，先后出现了标准活性污泥法、厌氧-好氧活性污泥法（A/O、AA/O）、间歇式活性污泥法（SBR法）、改良型SBR（MSBR）法、一体化活性污泥法（UNITANK）、BIOLAK法、两段法（AB法）、生物膜法、生物接触氧化法、氧化沟法，CASS、ICEAS、DAT-IAT、IDEA、BAF生物处理系统，生物流化床、生物滤地、土地处理系统（慢速渗滤处理系统SR、快速渗滤处理系统RI、地表温流处理系统OF、污水湿地处理系统WL和地下渗滤土地处理系统UG）等2。 在水环境污染治理战略目标与技术路线方面，许多国家已经进行了重大调整，水污染治理的战略目标已经由传统意义上的污水处理、达标排放转变为以水质再生为核心的水的循环再用，由单纯的污染控制上升为水生态的修复和恢复。 水污染治理的战略目标调整使污水处理技术路线也发生了重大变革，关键性的转变是由单项技术转变为技术集成。以往是以达标排放为目的，针对某些污染物去除而开发的工艺技术，现在要调整到以水的综合利用为目的，进行技术的综合、集成，以满足所设定的水质水量再生与资源化目标。主要体现在以下两个方面：一是城市污水处理厂普遍采用以除磷脱氮为重点的强化二级生物处理技术并增加三级处理流程，包括多种类型的过滤技术和现代消毒技术，二是采用当代高新技术如微滤膜过滤、反渗透、膜生物反应器等，使处理后的再生水达到市政杂用、生活杂用、园林绿化、生态景观、工业冷却、回注地下水、发电厂锅炉补给水等多种用途要求2。经济发达国家水污染防治从20世纪60年代的末端治理 到70年代的防治结合，从80年代的集中治理到90年代的清洁生产，不断更新处理工艺技术、设施以及设备。目前美国有城市污水处理厂约2万座，其中84%为二级生物处理工艺；英国的5千多座几乎全部采用二级生物处理工艺；日本有600多座，绝大部分采用生物法。对于工业废水处理，特别是重点污染行业如石油、造纸、纺织印染、化工、焦化、食品、制药、农药等废水的治理目前已大多采用生物处理工艺。因此，废水生物处理技术对控制水污染十分重要。目前废水生物处理技术的主要发展趋势是多种技术组合为一体的新技术、新工艺，如同步脱氮除磷好氧颗粒污泥技术、电-生物耦合技术、吸附-生物再生工艺、生物吸附技术以及利用光、声、电与高效生物处理技术相结合处理高浓度有毒有害难降解有机废水的新型物化-生物处理组合工艺技术，如光催化氧化-生物处理新技术、电化学高级氧化-高效生物处理技术、超声波预处理-高效生物处理技术、湿式催化氧化-高效生物处理技术以及辐射分解生物处理组合工艺等。 我国水污染防治技术历经三十多年的发展，尤其是近十年有了长足的进步。基本形成一支具有从事环境科研、设计、开发、产品制造、工程承包能力的队伍。但就废水处理工艺的技术水平及专用设备的技术性能来讲，与工业发达国家相比还存在较大的差距，落后20-30年。如何在短期内拥有世界先进的水处理技术，单靠加大投入自主研究开发，往往速度太慢，而且也不容易达到预期目标和所期望的技术水准。单一的引进技术又存在能否适合中国国情等现实问题。因此，我认为环保技术的高起点、高投入应建立在引进技术、消化吸收，甚至合作生产经营的基础之上2。现在，水环境必须治理，污水必须经过处理才能排放已成为人们的共识，因此研究开发高效、经济的废水处理新技术成为全世界环保工作者关心的热点。由于本次设计采用仅要求处理一般的生活家用生活污水，且处理后的水只用作家庭清洁卫生用水，故对水质的要求不高，只需要对生活产生的第一次污水做简单的排污消毒处理就可达到使用要求。所以污水处理器只需要由预沉槽、过滤层、储水槽、消毒过滤芯等组成。 工作时，生活污水先引入预沉淀槽，把大的固体物质沉淀下来，再通过过滤层过滤，去掉细小的固体物质，然后储存在储水槽中。用水时，使水通过消毒过滤芯进一步消毒过滤，使出水清澈干净，作为清洁卫生用水使用。典型的生活污水处理完整工艺如下图1所示3： 图1 典型污水处理流程图Figure1 typical wastewater treatment flow chart1.3 本课题研究的主要内容 研究的目的：现代社会要求能源的重复利用，节约资源和保护环境，是当下最为重要的任务。为了更好的合理的使用水资源,达到可持续发展的要求便是此次研究的目的。 课题研究的主要处理工艺：沉淀过滤消毒。研究的要求：以处理生活污水为主，适用于家庭的小成本处理装置，设计分析生活污水回收处理器的工作原理及结构设计。 研究已知的给定数据：回收处理量1t/d；家用水泵扬程10m，流量0.5t/d；储水箱0.2t。研究的内容：预沉淀槽的设计：各连接管道的设计安排；过滤层的设计；设计计算各进、出口管、接头、阀门。储水槽的设计。2 设计方案2.1 系统的总体设计2.1.1 总体设计为了调动全民节约用水的积极性，更大范围的节约水资源。总体设计为一种统一安装在室外的生活污水处理器。把上一层的生活污水排到下一层生活污水处理器的进水管。通过生活污水处理器处理后的水供下一层家庭使用，以此往下类推。这种室外安装的生活污水处理器统一规范安装既整齐又不占用住户室内空间，且相互串联，保障了水资源的二次充分利用。见系统设计安装示意图2。图2 系统安装示意图Figure2 installation system schemes 户室内生活污水下水管联结后与生活污水进水口管连接。为了保障住户很好的用水，生活污水处理器安装在住户卫生间外墙上并使出水口高出室内地面0.5m，以便于卫生间用水。2.1.2 生活污水处理器的设计该污水处理装置的工作原理是这样的，将生活污水先引入沉淀槽5，把大的固体物质沉淀下来，再通过过滤层6、7过滤，去掉细小的固体物质，然后储存在储水槽8中，以供循环使用，使用时，将处理后的水通过消毒过滤芯9进一步消毒过滤，使出水清澈干净，可以作为清洁卫生用水使用。生活污水处理器结构示意图如图3所示4： 图3 结构示意图Figure3 schematic diagram 图3中5为预沉槽，6、7为过滤层，8为储水槽，9为消毒过滤芯，在预沉淀槽5装有污水进水口1、污水溢水口3，在储水槽8装有清洁出水口13，清洁出水口13与消毒过滤芯9联在一起。工作时，生活污水由进水口1进入预沉槽5进行预沉淀，并经过过滤层6、7过滤后储存在储水槽8中。为防止出现污水处理不及时或同时处理的污水量过大产生的溢出现象，在预沉槽上还装有污水溢水口3，可以将无法及时处理的污水引至楼下的水箱处理。用水时打开清洁水出水口13的阀门，将处理后的水经过消毒过滤芯9进一步消毒处理，使出水清澈干净，作为清洁卫生用水使用。在储水槽的上方也装有清洁水溢水口11（12）、清洁水进水口12(11)，当储水槽的水储满后将有通过清洁水溢水出口流出，与楼下的清洁水进水口相连，供楼下使用。 图3中，过滤层由网格6和砂芯过滤层7组成，消毒过滤芯7采用银离子消毒剂作为消毒物质。 为方便排泥，预沉槽5和储水槽8的底部都设置了清洁装置。分别为污泥处理抽拉槽4,和排泥口10。2.2 工艺及设计要求分析2.2.1 污水特征生活污水中的“污”肯定和“生活”有离不开的关系。本次设计的污水主要来自普通的冷却排水、淋浴排水、盥洗排水等。生活污水基本都会有一下特点：1）卫生上安全可靠，无有害物质，其主要衡量指标有大肠菌群数、细菌总数、悬浮物量、生化需氧量、化学耗氧量等；2）外观上无不快的感觉，其主要衡量指标有浊度、色度、臭气、表面活性剂和油脂等；3）不引起设备、管道等严重腐蚀、结构和不造成维护管理的困难，其主要衡量指标有PH值、硬度、溶解性固体等。根据中国城市生活污水水质组分析，在生活污水中，所含固体物质约占总物质量的0.1%0.2%，其中溶解性固体（主要是各种无机盐和可溶性的有机物）约占3/52/3，悬浮固体（其中有机成分4/5），占2/51/3，此外，生活污水中还有氮磷等物质。但生活污水总污染物相对较少，容易处理5。2.2.2 预沉槽 生活污水中含有大量的废渣，如果不经处理直接使用，不仅达不到清洁污水的使用要求，而且对于课题本身也失去研究的意义。沉淀对于污水处理非常重要的一环，预沉淀槽是固液分离的重要场所，所以预沉槽的设置是必不可少。 按照水中悬浮颗粒浓度、性质及其絮凝性能的不同，沉淀可分为以下几种类型6。 （1）自由沉淀。悬浮颗粒的浓度低，在沉淀过程中呈离散状态，互不粘合，不改变颗粒的形状、尺寸及密度，各自完成独立的沉淀过程。这种类型多表现在沉砂池、初沉池初期。 （2）絮凝沉淀。悬浮颗粒的浓度比较高（50500mg/L），在沉淀过程中能发生凝聚或絮凝作用，使悬浮颗粒互相碰撞凝结，颗粒质量逐渐增加，沉降速度逐渐加快。经过混凝处理的水中颗粒的沉淀、初沉池后期、生物膜法二沉池、活性污泥法二沉池初期等均属絮凝沉淀。 （3）拥挤沉淀。悬浮颗粒的浓度很高（大于500mg/L），在沉降过程中，产生颗粒互相干扰的现象，在清水与浑水之间形成明显的交界面（混液面），并逐渐向下移动，因此又称成层沉淀。活性污泥法二沉池的后期、浓缩池上部等均属这种沉淀类型。 （4）压缩沉淀。悬浮颗粒浓度特高（以至于不再称水中颗粒物浓度，而称固体中的含水率），在沉降过程中，颗粒相互接触，靠重力压缩下层颗粒，使下层颗粒间隙中的液体被挤出界面上流，固体颗粒群被浓缩。活性污泥法二沉池污泥斗中、浓缩池中污泥的浓缩过程属此类型。 由家庭污水的特征可以知道，发生在预沉槽中的沉淀类型属于自由沉淀，所以不需要添加其他工艺来辅助沉淀，其本身就可以完成此过程。 为了防止同一时间内流入预沉槽的污水过多超出水槽的容积时发生溢水，故在预沉淀槽的警戒水位处设置溢水口。 预沉槽设计在处理器左边，如图3所示，其容积为整体容积的1/3左右，其尺寸为：0.18m。预沉槽的底部被设计为可抽出的积污槽，这样有助于污泥的汇集和集中处理。2.2.3 过滤层 经过预沉淀槽的沉淀的同时，水中的污染物质虽然得到了进一步的去除，但是仍然有一部分较细小的颗粒和其他物质悬浮在水中，为了达到深度处理的目的，在沉淀工艺以后应该设置过滤工艺过滤层。 滤料是过滤层的核心，要求提供较大的比表面积和孔隙率，常用的滤料有石英砂、无烟煤、白云石、花岗石、石榴石、磁铁石、硅藻土等天然材料的滤料，以及纤维球、塑料球、橡胶粒和陶粒等人工制成的滤料。 现将几种主流滤料进行对比选择，其主要描述如下7： 1）石英砂滤料是采用天然石英矿为原料，经破碎，水洗精筛等加工而成，目前是水处理行业中使用最广泛、量最大的净水材料，无杂质，抗压耐磨，机械强度高，化学性能稳定，截污能力强，效益高、使用周期长，适用于单层、双层过滤池、过滤器和离子交换器中，各项指标均达到（CJ/T43-2005）标准。石英砂滤料的过滤机制，就像水经过砂石渗透到地下一样，将水中的那些悬浮物阻拦下来，主要针对那些细微的悬浮物。 2）陶粒滤料采用优质陶土，粘土，粘溶剂等经团磨、筛分、煅烧加工而成，具有表面坚硬、内部多微孔、孔隙率高等特点。以好氧活性污泥作为接种，进水两周即可达到曝气生物滤池的处理效果。主要特点: 颗粒圆、均匀、表面粗糙、多微孔、内部孔隙发达，比表面积大，从而生物菌附着能力强，繁殖快、挂膜效率高，低温低浊条件下去除氨氮效果达到国内先进水平，工作周期长，周期产水量大，一般为500-1000m/m。堆积比重轻，强度大，从而反冲洗能耗低，水头损失小，清洁料水头损失仅为150mm/m。堆积比重轻，强度大，从而反冲洗能耗低，水头损失小，清洁料水头损失仅为150mm/m。截污能力强，一般位9-13kg/m 4.滤速高，一般为15-20m/h，最高可达35kg/m。反冲洗耗水量低，仅为石英滤料的30-40%。化学性能稳定，抗酸碱性能强，使用寿命长。 3）纤维球滤料是由纤维丝扎结而成的，它与传统的钢性颗粒滤料相比具有弹性效果好，不上浮水面，空隙大，工作周期长，水头损失小等优点。在过滤过程中，滤层空隙沿水流方向逐渐变小，比较符合理想滤料由上大下小的孔隙公布，效率高，滤速快（20-85m/h)截污容量大，过滤效果好，可再生，用气、水反冲洗，冲洗水量为过滤水量的1-2%，适用于各种水质的过滤。特点：质轻、强度高，物理化学性能稳定，经久耐用。 随水飘动的纤维丝，使填料之间空隙可变，不易被生物膜堵塞。 比表面积大，活性强，处理效果好。其左右的机制为：用自身表面所沾附的大量生物团与充氧，污水反复接触，使废水中的悬浮物及有机物降解而达到处理目的。 在选择滤料的种类时，应该考虑到家庭使用的经济性和易清洗易更换的特性，以及过滤的效率和效果，在此选择了石英砂作为主要的滤料。同时为了提高污水处理能力，过滤层采用了双层结构的设计，在污水流过砂芯前加上置网格。网格由一组平行金属栅条制成,一般斜置于污水主渠道上,截留污水中的尚未沉淀的较大固体物,如塑料制品、纤维及其他生活垃圾,以防止阀门、管道及其后续处理设备堵塞或损坏。 污水过栅越缓慢,拦污效果越好,但过栅缓慢易造成栅前渠道或栅下积砂而使过水断面缩小,流速变大.因此,污水过栅的流速应根据污水中污染物的组成、含砂量及栅条间距等确定.网格条间距应根据污水的种类、流量代表性杂物种类和尺寸大小等来确定,既要满足除渣要求,又要满足后续水处理构筑物及设备的要求8。2.2.4 储水槽 当污水经过沉淀、过滤这两工艺的处理后已基本达到生活清洁用水的标准，基本可以投入使用，但家庭用水量不可能持续稳定，所以需要储水槽来存放过滤后的水9。 水在储水槽同样在经历自由沉淀的过程，这样水质将得到更好的改善，同时在储水槽的底部设置一个排泥口，可将沉淀的污泥排出储水槽，达到清理沉淀物的目的。如图4所示:图4 水箱结构示意图Figure4 schematic diagram of lavabo2.2.5 消毒过滤芯 通过之前的各项污水处理工艺，水中的固体悬浮物质以达到了家庭卫生清洁用水的要求，但是水中可能还含有有机细菌、真菌、病毒、芽孢、原虫等，这对人类身体本身的健康可能会造成不好的影响，为了应对这些潜在的危害，清除水中的各类有害有机物，特在出水口处设置有机物过滤芯，从而达到消除危害的目的。过滤芯的核心是对消毒剂的选取，常用水体杀菌消毒剂有以下几种10： 1）高锰酸钾：高锰酸钾用作消毒剂、除臭剂、水质净化剂。高锰酸钾为强氧化剂，遇有机物即放出新生态氧而且杀灭细菌作用，杀菌力极强，可除臭消毒，用于杀菌、消毒，且有收敛作用。但极易为有机物所减弱，故作用表浅且不持久。 2）臭氧：臭氧消毒剂处理，不产生永久性残留，还可有效降解各种有机毒物、除色、除味、除臭，改善水质而不造成二次污染，其优点是显而易见的，是目前最理想的消毒剂、脱色剂、净化剂。但其使用的费用昂贵，且需要另行安装臭氧发生器。不符合个人或家庭作为低成本水平的卫生清洁用水使用的要求。 3）银离子消毒剂：银离子消毒剂是一种无毒、无味、无刺激，无污染的“绿色杀菌制品”，一定浓度的银对细菌、病毒、真菌等均有杀灭作用。 银离子的杀毒机制是这样的，银离子首先吸附于细胞壁表面,破坏其部分生理功能,待银离子聚集量达到一定限度后,即穿透细胞壁进入内部,滞留在胞浆膜上,抑制胞浆膜内酶的活性,从而导致细菌等微生物的死亡。化学消毒剂有许多种,但在应用上均有其局限性,所以,研究人员在该领域不停地探索。近年来,银离子消毒剂的使用逐渐增多。银离子可以和一切的蛋白质结合，从而起到消毒杀菌的作用，考虑到其无毒且不会残生副作用的特性，切相对性价比和稳定性都教高，所以选定银离子消毒剂作为消毒物质11。当需要使用设备中的水时，水流在流出储水槽到达出水口前，必须经过银离子消毒过滤芯的消毒，确保了使用水的安全卫生。2.2.6 出入水口及增压泵 进出水口和增压泵都为污水处理器的外部设备，但进出水口直径的大小和增压泵的功率大小都与污水能否得到良好的处理净化密切相关。正确的选择进出水口和增压泵是本次设计必不可少的重要环节。目前使用较多的增压泵有以下几种12：1）气液增压泵:气液增压泵工作原理类似于压力增压器，对大径空气驱动活塞施加一个很低的压力，当此压力作用于一个小面积活塞上时，产生一个高压。通过一个二位五通气控换向阀，增压泵能够实现连续运行。由单向阀控制的高压柱塞不断的将液体排出，增压泵的出口压力大小与空气驱动压力有关。当驱动部分和输出液体部分之间的压力达到平衡时，增压泵会停止运行，不再消耗空气。当输出压力下降或空气驱动压力增加时，增压泵会自动启动运行，直到再次达到压力平衡后自动停止采用单气控非平衡气体分配阀来实现泵的自动往复运动，泵体气驱部分采用铝合金制造。接液部分根据介质不同选用碳钢或不锈钢，泵的全套密封件均为进口优质产品，从而保证了气液增压泵的性能。 2）空气增压泵:空气增压泵原理是利用大面积活塞的低气压产生小面积活塞的高液压。空气增压泵使用于原空压系统要提高压力的工作环境中，能够将工作系统的空气压力提高到2-5倍，仅需要将工作系统内压缩空气作为气源即可。该泵适合单气源增压。无需电源（可使用于需防爆的领域）。在泵的压力范围内，调节调节阀从而调节进气压力，输出液压相应得到无需调整。 3）氯气增压泵:氯气增压泵工作压力范围大，选用不同型号的泵可获得不同的压力区域，调节输入气压输出气压相应得到调整。可达到极高的压力，气体90Mpa。流量范围广，对所有型号泵仅0.1Kg气压就能平稳工作，此时获得最小的流量，调节进气量后可得到不同的流量。易于控制，从简单的手动控制到完全的自动控制均可满足要求。自动重新启动，无论何种原因造成保压回路压力下降，将自动重新启动，补充泄漏压力，保持回路压力恒定。操作安全，采用气体驱动，无电弧及火花，可在危险场合使用。 根据设计的要求,考虑到家庭使用的方便和经济性,选择空气增压泵作为生活污水处理器的增压设备。 为便于使用和维修，在泵进口管路上应安装一个阀门。当被抽吸液面低于泵的叶轮上端面或泵的轴绕时泵应安装止回阀，出口端连接一三通作引水用，在第一次使用时应给泵灌满水，并将螺塞旋紧。管路连接应紧密，特别是进水管路不能漏气否则将降低泵的扬程13。2.2.7 阀门 本设计的阀门装置安置在出水口出。目前市面上主要的阀门有截止阀、球形阀、闸阀等。其优点缺点对比如下。 截止阀具有以下优点14：结构简单，制造和维修比较方便；工作行程小，启闭时间短；密封性好，密封面间磨擦力小，寿命较长。截止阀的缺点：流体阻力大，开启和关闭时所需力较大；不适用于带颗粒、粘度较大、易结焦的介质；调节性能较差。 球形阀门的优点如下：流体阻力小，其阻力系数与同长度的管段相等；结构简单、体积小、重量轻；紧密可靠，目前球阀的密封面材料广泛使用塑料、密封性好，在真空系统中也已广泛使用；操作方便，开闭迅速，从全开到全关只要旋转90，便于远距离的控制；维修方便，球阀结构简单，密封圈一般都是活动的，拆卸更换都比较方便；在全开或全闭时，球体和阀座的密封面与介质隔离，介质通过时，不会引起阀门密封面的侵蚀；适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。 闸阀具有以下优点：流体阻力小 ，密封面受介质的冲刷和侵蚀小；开闭较省力；介质流向不受限制，不扰流、不降低压力；形体简单，结构长度短，制造工艺性好，适用范围广。 闸阀的缺点如下：密封面之间易引起冲蚀和擦伤，维修比较困难；外形尺寸较大，开启需要一定的空间，开闭时间长； 结构较复杂15。 由于球形阀本身结构紧凑，工作原理是靠旋转阀链来使阀门畅通或闭塞。易于操作和维修，球阀开关轻便，体积小，密封可靠，结构 简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质。在各行业得到广泛的应用。所以最终决定使用球形阀门作为水流控制工具。3 处理工艺的设计计算3.1 预沉槽的设计计算 查询相关资料得到目前我国普通家庭每人的月均用水量为2.3吨/月，每人日均用水量约为0.076吨/天,按每家3口人计算,每户家庭的日平均用水量约为0.23吨/天。设计要求的处理污水量为1吨/天，完全符合家庭使用的要求。水的密度=1000kg/m，可知1吨水的体积为1立方米16。水力表面负荷q= Q/A ，式中q表面负荷、Q最大时污水流量、A沉淀池表面面积。当污水中悬浮颗粒下沉速度u值满足uq 时，该类颗粒会在沉淀池中全部沉淀。而uq的颗粒仅有一部分能够沉淀去除。又已知流量最大为0.25吨/天，所以Q=0.25m/d，因为该设备的污水属于家庭污水，所以取q=1.78m/(d)，则A=Q/q=0.25/1.780.14,可知预沉槽的表面积为0.14。因此只需要预沉槽的表面积达到0.14就可以满足沉淀要求。在此预设槽宽为0.35m17。这样方便在室外的安装，不会占用过多的室外空间。预定要求污水在预沉槽的停留时间为3小时，则沉淀部分有效的水深可根据公式h=q*t=1.78*4/240.2m18。将污水的进水口和溢水口设置在在有效沉淀水深上方0.05m处，在设置出0.005m的缓冲空间，所以沉淀槽的深度H=0.20+0.05+0.05=0.30m。3.2 过滤层（网格）的设计计算网格斜置于泵站集水池进水处，采用栅条型格栅，设六组相同型号的网格，其中两组为备用,当开启增压泵（要求为扬程10m,查询可知该类型的增压泵的最大流量为30L/min）后，水的过栅流速V2=30/(0.8*1*60)=0.625m/s，选取网格间隙为e=10mm，采用人工清渣，网格安装倾角为60。栅前水深h2由于是一体化设计，所以与预沉槽的有效水深保持一致。故h2=0.2m。栅条间隙数n: 式中：n 栅条间隙数，个；Qmax 最大设计流量，m/s；格栅倾角度；e 栅条净间隙，粗格栅e50100mm，中格栅e1040mm，细格栅e310mm；v 过栅流速，m/s19。将数值代入上式：3.3 储水槽的设计计算储水槽作为水处理后的存放地，由于储水槽和预沉槽是一体化设计，且外形为四方体结构，其给定的要求是可以储存的要求为0.2t。可知水槽体积为0.2m，根据设计的需求与导师所给定的房屋设计该水槽的长为：0.9m 、宽为：0.35m 、高为：0.6m 。V=0.9*0.6*0.350.2m同时为了预留出一定多余的空间，将清洁水溢水口和进水口设置在污水进出水口的平行位置，为顶部下方0.05m。当储水箱储满水时，水将从清洁水溢水口流出，供下层使用。这样的水槽既满足储水要求，又不会因为水箱过大提高制造成本和使用占地的空间，而且更有助于方便安装20。储水槽最大压力计算:p=gh=1*9.8*0.6=5.88Pa 对进出水管面压力：F=p/S1=5.88/0.21=28N 对水槽侧壁面压力：F=p/S2=5.88/0.5410N储水槽选取的材料为304不锈钢，采用冲压成型工艺，所能承受的最大压力为520MPa、1Pa=1N/、 1mPa=1000000Pa 所以完全可以承受住水对水箱的压力。为了更加有效的使用自然界的水源，在储水槽箱盖上开出一个直径80mm的圆形孔，在孔表面安装过滤网。该孔位于预沉槽的上方，当下雨时，雨水可以通过圆孔进入预沉槽，进行净化处理。如图5所示。图5 水箱水盖结构示意图Figure5 schematic diagram of radiator cap3.4 增压泵的选取 设计要求污水处理器的扬程为10m，查询资料且考虑到家庭使用的特点后，选取的增压泵型号21为：GS16WZR-16 功率：160W 最大扬程：10m 介质：清水最大流量：30L/min 适用水温：2-100 6分接口 特 点：热水型增压水泵。产品使用强力的电机装置和合理的机体设计，采用目前国际上先进的电机制造技术，高效、节能。内置过热、过载、超压保护，使电机长时间运转不易烧坏，通过国家安全认证，持久耐用，安全可靠。转轴采用特殊镀层。泵体、叶轮使用优质铜材，不锈钢骨架。钛合金模块组成的高强耐磨机械密封件，永不生锈、耐磨、环保。使用中没有压力变化，定压运转，特有的专利设计全自动无堵塞开关配置，开水即来关水即停、方便、轻松。体积小、噪音低、高压力、最合适家庭使用。3.5 进出水口、进出水管的设计计算各进水口接口：当增压泵工作时水管流量：Q1=0.5m/s；取水管道最大流速v=0.85m/s；管道过水断面积：A=Q/v=0.8；管径：d=0.8/8.5*3.140.03m；取进水管管径30mm。各出水口接口：反应池出水管设计流量Q2=Q1=0.5m/s；取管道流速v=0.85m/s；管径：d=0.8/2*3.140.03m；取出水管管径30mm22。如图6所示：水管为与进出水口配合，选取的管径大小与进出水口相同都为30mm。水管的选用标准件，水压对水管壁的压力过小，不需要考虑到压力计算。 图6 进出水口结构示意图Figure6 schematic diagram of water outlet and inlet3.6 球形阀的设计计算根据设计要求，本次设计选定的控制阀门为球形阀。如图7所示图7 球形阀门结构示意图Figure7 schematic diagram of ball valve球体安装在两个滑动或者滚动轴承中。阀座安装于活套内。活套在阀体中靠型圈密封。阀座借助弹簧组预先压紧。介质进口端阀座，在球体关闭时，靠阀座密封圈内径和进口密封活套外径川所形成的环面积上的介质作用力压紧球体，以达到球阀的密封。当拧开上方的阀盖时，介质会因为压力的左右向上顶开球体，达到介质但通过的目的。 查询阀门设计手册可知其平均壁厚：S=P*Dn/2.3(l)-p+C=20mm，阀门的进出水口直径大小与水管直径大小相同为30mm。3.7 安装管路的设计安排已知所有的水管接头口径为30mm，所以水管的直径同样也为30mm。污水进水口1与家庭水管中的洗手池、洗菜池、浴室、洗衣机的下水管道以及楼层上方污水处理器的溢水口相连通，收集可以被处理器处理的污水。污水溢水口3与楼下的污水处理器的污水进水口相连通。清洁水出水口13与家庭中的便池、厕所中的龙头进水管相连接，将储水槽中经过过滤的清洁用水提供给家庭成员使用。清洁水溢水口11与楼层下方的污水处理器的清洁水进水口相连，清洁水进水口12与楼层上方的污水处理器的清洁水溢水口相连通。排泥口10与各家庭下水道相连，在家庭内安装控制该出水口的阀门。当需要进行排泥放水清理时，只要打开该球形阀门就能对污水处理器的储水箱进行清洁。管道安排如下图8所示：图8 污水回收处理管道安装示意图Figure8 schematic diagram of Recycled sewage pipe installation 管道连接表如表1所示：表1 家庭污水管道安装一览表 Table1 calculating results list of sewage pipe installation3.8 污水处理器计算结果表表2 污水处理器计算结果一览表 Table2 calculating results list of sewage processor序号类型尺寸选型及备注1网格栅前水深 h = 0.20m栅后总高H=0.30m网格间隙n=70个共6组格栅，2组备用。2预沉槽槽高H=0.60m槽长L=0.90m槽宽B=0.35m停留时间为3小时。3储水槽槽高H=0.60m槽长L=0.90m槽宽B=0.35m功率：160W4增压泵最大扬程：10m最大流量：30L/min泵型号为：GS16WZR-1656进水口出水口管径d=0.03m管径d=0.03m4 污水处理器整体造价分析4.1 造价分析表 表3 造价