（环境科学专业论文）洗浴废水处理及再生水利用风险初步分析.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t i n t h i sr e s e a r c h ，b a t h i n gw a s t e w a t e rw a st a k e na st h er a ww a s t e w a t e r t h e p e r f o r m a n c eo ff i b e r - b a l lf i l t r a t i o n ，s a n df i l t r a t i o n ，g a c ，u fa n di t sc o m b i n a t i o n p r o c e s sw e r et e s t e di nt h i ss t u d y r e s u l t ss h o w e d ：( 1 ) t h eo u t f l o wo ft h ep r o c e s si s m e e tt h en a t i o n a ls t a n d a r do fr e u s e dw a t e rf o ri r r i g a t i o na n dt o i l e tf l u s h i n g t h eu n i t a r ea l lm a d ea so b t u r a t o rs ot h a tt h ew h o l ep r o c e s st a k eu pl i t t l el a n da n di se a s yt o m a s t e r , w h i c hi sa p p l i c a b l et oh o t e lb u i l d i n g s ( 2 ) w h e nt h er a ww a t e ri st h eb a t h i n g w a s t e w a t e r , a n di t st u r b i d i t yi sl e s st h a n12 0 n t u ，c o d c rl e s st h a n2 2 0 m g l ，i ti s s u i t a b l et ot a k em i c r o f i l t r a t i o na st h ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s i fi t sq u a l i t i e sa r eb e y o n d t h e s el i m i t s ，i ts h o u l dt a k es e t t l i n go ro t h e rt r e a t m e n tp r o c e s s e sa st h ep r e t r e a t m e n t p r o c e s s ( 3 ) g a ca d s o r p t i o ni se f f e c t u a lt or e m o v et h ed i s s o l v e do r g a n i c s ，e s p e c i a l l yt o l a s ( 4 ) t h eo u t f l o wf r o mu fi se l i g i b l es t e a d i l ya n du fi sai m p o r t a n ts t a g et o e n s u r et h eo u t f l o wq u a l i t y t h i sp a p e rp r o v i d e dt h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sa n d a n a l y z e dt h ee f f e c to fo r g a n i c sr e m o v a l ，w h i c hp r o v i d e dv a l u a b l ed a t e sf o rp r a c t i c e s m o r e o v e r , t h eu n i t s o p e r a t i n gp r o p e r t i e sa n dt h ei n f l u e n c e sw e r es t u d i e di nd e t a i ls o a st op r o v i d et e c h n o l o g yb a s i sf o rp r a c t i c e s s e v e r a lc o a g u l a n t s c o a g u l a t i n ge f f e c t s w e r et e s t e da n dt h ep r o p e rd o s a g ea n dd o s i n gs e q u e n c ew e r ee s t a b l i s h e d t h ee f f e c t o fm e m b r a n ef o u l i n g ，c o n t r o l l i n gm e a n sa n dc l e a n i n gm e t h o d sa b o u tm e m b r a n ei s a l s op r e s e n t e d t h er i s ka n a l y s i so fw a t e rr e c l a i m a t i o nw a sp r e s e n t e di nt h ep a p e r s e n d k e yw o r d s ：r e c l a m e dw a t e r ；b a t h i n gw a s t e w a t e r ；g a c ( g r a n u l a ra c t i v a t e dc a r b o n ) a d s o r p t i o n ；u l t r a f i l t r a t i o n ( u f ) ；r i s ka n a l y s i s i - 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：季7 乏 1 年厂月； 日 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：夕参7 嘎 川年厂月丐7 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年 月 日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下： 誓飞 ；内部5 年( 最长5 年，可少于5 年)7：； ；j ；秘密 k l o 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) ，孳 ；机密2 0 年( 最长2 0 年，可少于2 0 年)1 第一章绪论 第一章绪论 第一节水资源现状 水资源是人类社会生存和发展的根基。而能被人类利用的水资源又极为有 限。地球上约有1 4 亿m 3 的水，其中9 7 以上是海水，而在余下的3 的淡水中， 7 0 以冰雪的形式存在于南北两极，人类实际上能够利用的只占地球上总水量的 0 8 左右。随着城市化进程的加快和经济社会的快速增长，水资源短缺和严重 污染已成为制约经济发展和改善人类生存条件的重要因素。如果不能有效解决 作为命脉性资源的水的问题，城市和经济社会的发展都将是不可持续的，且直 接威胁到人类的生存与发展。 我国长期平均年降雨量为2 6 7 万m 3 k m 2 ，是世界平均值的8 1 ；人均水资 源为2 2 6 0 m 3 从，是世界人均拥有量的1 4 1 1 。尤其是中国的北方，可用的水资源 每年人均只有1 2 0 0 m 3 人。同时水资源在时间和地区分布上很不平衡，南方多， 北方少，占3 8 耕地的南方占全国8 3 的水资源，而黄、淮、海、辽河流域占 有4 2 的耕地，却只有9 的水资源，并且在北方干旱半干旱地区全年的降水量 主要集中在7 、8 、9 三个月，使得可利用的水尤其显得不足。由于地表水不足， 只能过量开采地下水，结果是，我国平地的地下水位几乎都在逐渐下降。我国 北方部分沿海城市缺水尤为严重，天津、长春、大连、青岛、烟台等大中城市 已经受到水资源短缺的严重威胁。以天津为例，天津市是资源性缺水城市，人 均水资源占有量是全国的1 1 5 ，世界的1 6 0 。水资源严重短缺，已成为制约城 市发展的瓶颈。为缓解水资源短缺的矛盾，天津市先后实施了引滦济津和引黄 济津工程，但随着城市的快速发展、经济规模的迅速扩张，水资源缺乏与淡水 需求之间的矛盾又呈现出加剧的趋势，鉴于天津的实际情况，本着水资源配置 经济合理的原则，由于再生水具有量大集中、不受气候影响、供水保证率高等 优势，开发利用再生水资源成为解决天津市水资源短缺矛盾中一条极为有效的 途径。由此可见，开辟新水源、建设节水型城市已成为许多城市发展经济的首 要任务。 随着改革开放的不断深入，我国己进入经济建设的新时期。虽然近年大力 第一章绪论 提倡节约用水，但各地用水量增势强劲，加剧了水资源问题的严重性。水资源紧 缺对国民经济发展产生的影响，已经引起了领导和专家的关注。据预测，世纪 水资源危机将位屠世界各类资源危机之首。因而研究城市水资源利用及水资源 开发势在必行，这对城市用水健康循环和保障城市可持续发展具有深远的战略 意义。因此，实现污水资源化，缓解水资源供需矛盾，促进国民经济的可持续 发展显得十分重要。一项新的管水战略就是：提高用水效率，向节水型经济的 战略转移，大力发展节水型农业、工业和节水型城市。解决水资源问题，一要 开源，二要节流，而一直被视作“脏水”的污水正是一种宝贵的淡水资源，污 水经过适当再生处理，可以重复利用，实现水在自然界中的良性大循环，城市 污水就近易得，易于处理，数量巨大，开辟这种非传统水源，既可以实现污水 资源化，又可以减少污水中有害物质对水体的污染，因此，污水资源化对保障 安全供水、环境保护具有重要的战略意义。 污水作为一种稳定可靠、可再生利用的水资源，对其充分开发利用是有效 节约、开发利用水资源的重要手段之一，是解决城市缺水问题的关键【2 3 】。对于 缺水的城市来说，城市废水是一笔宝贵的财富，废水回用应该是解决我国城市 水荒的根本途径。城市污水数量巨大，就近可得，易于收集，废水处理技术也 较成熟且费用不高。作为城市第二水源，它要比长距离引水更加实际且花钱要 少。我国城市目前每年的缺水量达6 0 亿m 3 ，如果全国废水回用率达到2 0 ，就 可提供水量4 0 亿m 3 ，解决了缺水量的6 7 。即通过废水回用，足以缓解一大批 缺水城市的水荒问题。 第二节国内外污水再生利用概况 城市污水资源化就是将城市生活污水进行深度处理后作为再生资源回用到 适宜的位置。污水再生利用是指城市污水或生活污水经处理后达到一定水质要 求，在一定范围内重复使用【4 1 。污水的再生与回用是保护水资源和使水资源增值 的有效途径，是缓解城市水资源短缺、保障供水安全的重要措施，也是社会和 经济可持续发展战略的关键环节，而且其在技术上可行，经济上适用，已经成 为世界各国解决水问题的必选策略之一。 世界上许多国家已经着手建筑中水道系统的研究和实施，美国、日本、以 第一章绪论 色列、澳大利亚等国早已开展了污水资源化的工作，各国根据自己区域特点确 定出适合其国情的污水资源化技术【5 6 丌。美国2 0 世纪7 0 年代初开始大规模建 设污水处理厂，随后即开始了再生污水的研究和利用j 。目前，美国有3 5 7 个城 市的污水进行回用，再生回用点多达5 3 6 个。早在1 9 2 6 年，美国亚利桑那州的 c r a n dc a n y o n 国家公园将处理过的废水回用于冲洗厕所、草地喷水、冷却水和 锅炉给水。美国在1 9 7 5 年的再生水利用量占总取水量的3 8 7 5 ，并以每年 4 0 o - 5 的速度递增。1 9 7 7 年，佛罗里达州建成一套2 0 0 m 长的中水系统为公园、 高尔夫球场、校园、住宅区草地、冷却塔提供水源。目前哥伦比亚城有1 3 经生 物处理的城市污水回用作为城市杂用水；加利福尼亚州约有2 0 0 余座中水工程， 城市污水回用中水量占污水总量的3 1 。印度孟买已经建成7 座处理能力为 1 5 0 m 3 d 2 5 0 m 3 d 的中水工程，用于补充空调冷却用水。英国需用淡水量以每年 2 。5 的比例增长，其给水量的1 3 不得不取自含有污水处理后排放河流的河段。 前联邦德国7 0 年代时的地面水污染较为严重，所取河滩渗滤水和人工地下水都 是地面水经过不同处理后，再经渗滤和回灌地下的。这说明英、德两国的污水 回用是客观存在的。日本早在1 9 8 9 年就已经拥有8 4 4 套中水设施，仅东京市就 有日处理量约为2 0 0 立方米的中水系统建筑物6 0 余座，2 0 世纪9 0 年代初，日 本在全国范围内进行了再生利用的调查研究与工艺设计，在严重缺水地区广泛 推广污水再生利用技术，使日本近年来取水量逐年减少。前苏联莫斯科东南区 设有专用的工业水系统，有3 6 家工厂使用处理后的城市污水，每日污水回用量 达5 5x1 0 5 m 3 ，南非联邦不但工业使用再生水，而且在约翰内斯堡市，自来水 中8 5 力n 入的是城市再生水，开创了使用污水回用到饮用水的先例。2 0 0 0 年以 色列污水回用率为6 5 ，预计到2 0 1 0 年将达到9 0 。当前，有关组织也在对污 水再生回用的水质的标准进行不断修订，以适应新形势的需要。 我们国内，以2 0 0 1 年“十五 纲要明确提出污水再生利用为标志，国家进 入再生水利用全面启动阶段。从“七五到“九五十五年间，全国科研技术 人员完成了大量试验研究。但由于受管理体制及工程资金的限制，全国的污水 再生利用工程建设很少，污水再生利用尚没有得到大范围的推广。全国许多城 市如深圳、北京、大连等城市开展了中水工程的运行并取得了显著的效果。我 国对城市污水处理回用的研究，早在1 9 5 8 年就开始列入国家科研课题，6 0 年代 第一章绪论 关于污水灌溉的研究达到了一定的水平，7 0 年代中期进行了以回用为目的城市 污水深度处理试验，8 0 年代初，我国北京、青岛、太原、天津、西安等大城市 相继开展了污水回用的实验研究，其中有些城市已修建了回用试点工程并取得 了积极的成果。我国北京市目前已建成首都机场、中国国际贸易中心、清华浴 池等几十项中水工程，总设计能力约为3 0 0 0m 3 d 。北京市中水设施建设管理试 行办法规定：新建的面积2 0 0 0 0m 2 以上的旅馆、饭店、公寓等；新建的面积 3 0 0 0 0 m 2 以上的机关、科研单位、大专院校、大型文化体育建筑等；按规定应配 套建设中水设施的住宅小区、集中建设区等都应配套建设中水设施，现有建筑 物属前两项的可根据条件逐步配建中水设施。目前，在一些缺水严重的城市， 再生水利用已经逐渐开展起来，主要用于工业冷却水、生活杂用、浇洒绿地等 方面。 再生水利用的对象分市政杂用水和工业用水，市政杂用水方面包括冲洗车 辆、马路、浇洒绿地、消防、建筑用水以及生活方面冲洗厕所等杂用水，在工 业方面可用于冷却用水，此外，在农业方面可用于灌溉等。污水回用具有较高 的社会效益、经济效益和环境效益。据中国城市节水2 0 1 0 年技术进步发展规 划分析，在2 0 0 0 年，如果按规划实现污水回用量预测值，则相当于减少建造 日产水量2 0 万吨日新水厂5 3 座，节省建新水厂投资9 0 1 2 0 亿元，减少水体污 染或更新恢复约2 8 8 亿m 3 。每天增加的污水回用量用于生产，一年可增加国家 财政收入2 3 0 亿元；回用水水费收入一年约1 9 5 亿元，可增加工业产值1 9 0 0 亿 元。 国内外再生水利用的实践经验表明，再生水利用是人类与自然协调相处、 创造良好水环境、促进节水经济发展的重要举措，是污水资源化的重要途径。 污水再生回用虽然潜力很大，但是再生水对环境和人体健康产生的风险还 不明确，人们对再生水的安全性存在较大的顾虑，在一定程度上阻碍了污水再 生利用的顺利进行。城市污水厂进水中含有常规污染物、重金属和溶解性的盐 类，还含有各种难于降解的有机物、致病菌、病毒和某些寄生虫卵，尽管经过 处理后，以现有的技术和条件，可以将污水中的致病菌在数量上降至一个安全 的水平上，但是就公众健康和环境安全而言，重要的是这些处理技术是否可靠 以及再生水中是否存在其它潜在的危险物质。因此如果再生水使用不当，可能 第一章绪论 会对人体健康、环境有不良影响，引起生态环境的破坏，威胁环境安全。 第三节建筑中水技术简介 1 3 1 概述 再生水( 也叫中水) 主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水 质标准、可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，其水质介于自来水( 上水) 与排入市政管道内污水( 下水) 之间，所以称之为中水，是水资源有效利用的 一种形式【9 】。建筑中水工程就是把公共建筑或建筑小区中人们生活或生产活动中 排放的生活污水、冷却水，经集流、水处理、输配水等技术，回用于建筑或建 筑小区。经再生处理后的水可以作为冲洗便器、浇洒街道、绿化水景、洗车、 空调冷却、消防等方面用水【l0 1 1 。它是一种介于建筑生活给水系统与排水系统 之间的杂用水系统。日常生活用水中不直接接触人体的各种杂用水约占生活用 水量的3 0 5 0 甚至更多，仅厕所冲水就占生活用水的2 0 左右，由此可见建 筑中水工程是解决水荒的重要开源节流技术措施之一。 中水处理技术是在城市污水处理基础上发展起来的，主要分为生化法、物 化法、物理法等几类【1 2 1 。常用中水处理技术见表1 1 。对于建筑中水处理技术来 说，除具有城市生活污水处理的一般特点外，还具有如下特点：一是建筑中水 处理水源范围小于城市污水集中处理，目前主要是生活污水中的轻度污染水， 如洗浴废水等；二是中水设施目前多建在建筑物底层或地下室内，面积相对较 小，设备安装紧凑，效率高；三是建筑中水一般用于生活杂用，水质稳定性要 求较高，因此对中水设备的长期安全运行的要求也高，另外建筑中水处理设施 一般规模较小。中水回用水质要求中水水质必须满足以下条件：( 1 ) 满足卫生要 求其指标主要有大肠菌群数、细菌总数、余氯量等。( 2 ) 满足人们感观要求，无 不快感，其衡量指标主要有浊度、色度、臭味等。( 3 ) 满足设备构造方面的要求， 即水质不易引起设备、管道的严重腐蚀和结垢。其衡量指标有p h 值、硬度、蒸 发残渣、溶解性物质等。近年来，我国对中水研究越来越深入，为保证中水作 为生活杂用水的安全可靠和合理利用，为了加速中水回用工作的开展，规范中 水回用工程的工艺、设计等，我国已在总结国内外成功经验的基础上，制订出 建筑中水设计规范( c e c s 3 0 9 1 ) 、生活杂用水水质标准( c j 2 5 1 8 9 ) 。 第一章绪论 许多大中城市也结合地方特点制定了相应的中水回用水质标准。近年来，国家 建设部又颁布了系列关于再生水的标准，例如城市污水再生利用杂用水水质 g b t i8 9 2 0 2 0 0 2 ) ) 、城市污水再生利用景观环境用水水质g b t i8 9 2 1 2 0 0 2 ) ) 等， 取代了以前的生活杂用水水质标准c j f r 4 8 1 9 9 9 ) ) 、再生水回用于景观水体的 水质标准c j f r 9 5 2 0 0 0 ) ) 等旧标准，这表明我国在相关标准的制定方面已经有了 很大进步。但水质参数尚缺乏重金属、环境内分泌干扰物等有毒有害物质，当 然这与我国目前的检测技术落后有关，却也表明我国的相关标准在风险评价方 面尚存在一定的不足。 从大方面来讲，中水的回用方式一般有以下三种： ( 1 ) 单独循环方式 单独循环方式是指在单体建筑物中建立中水处理和回用设施，这种方式不 需要在建筑物外建立中水管道，但其处理费用较高。如日本电气大楼、日本电 视大楼、北京劲松宾馆等； ( 2 ) 小区循环方式 这种方式一般用于大规模的住宅区、较新的开发区等范围较小的地区，区 内建筑可共同使用一套中水处理系统和中水道。如日本八王子市多摩新城区、 千代田区、大手町地区等； ( 3 ) 地区循环方式 利用城市污水处理厂的三级出水、雨水、河水等作为中水水源，供给某个 区域的建筑生活杂用、市政用水或者工业用水等。如日本新宿副都心地区、幕 张新都心地区等。 而对于建筑中水系统而言，当前国内外主要有两种类型。其一是只将日常 生活中用于盥洗、淋浴和洗浴的水集中起来，经过净化处理后回用于冲洗厕所、 清洗车辆和绿化，可称之为分散式处理。这种方式由于自来水中的污染物质较 少，处理过程比较简单，多用于单独的办公楼和宾馆等公共建筑。其二是将包 括便所冲洗水在内的所有用过的水都集中起来，经过净化处理之后，除作为上 述用途之外，还可用于浇灌街心公园、大型的公共绿地以及清扫街道等方面， 可称之为集中式处理。这种方式的服务面积较大，多用于不同规模的居民住宅 区。 第一章绪论 随着大城市的用水日益紧缺，人们对中水回用技术的研究也越来越多，出 现了各种工艺，但在实际应用中还存在一些问题，如工艺选择不合理，出水水 质不稳定；设备质量不过关，设备自动化程度不高；操作复杂，占地面积大， 非专业人员参与运行管理困难等等。因此，合理高效、简便易用的中水技术有 待于进一步的研究。 表1 - 1 常用中水处理技术 分类 处理技术 混凝沉淀、加氯消毒、凝聚气浮、直接过滤、 物化处理 臭氧氧化、光氧化、膜分离、活性炭吸附等 生物处理生物滤池、接触氧化、生物转盘、膜生物反应器、厌氧生物处理等 1 3 2 中水原水的选择 建筑生活污水包括人们日常生活中排出的生活废水和粪便污水，除粪便污 水外的各种排水，如冷却排水、洗浴排水、盥洗排水、厨房排水等称为杂排水， 以上排水中除去厨房排水称为优质杂排水。在选择建筑中水原水时，一般应根 据所需中水水量，按污染程度的不同优先选用优质杂排水，一般可按下列顺序 取舍：冷却水一淋浴排水一盥洗排水一洗衣排水一厨房排水一厕所排水。目前 国内建筑中水工程中所采用的中水原水，采用洗浴废水的较为多见，这与其水 质污染较轻、水量较多有关。 总的来说，在以大型公共建筑为主体的城市建筑小区设置中水系统，其水 源可优先选用集中的洗浴废水，对于大型的宾馆、饭店、采用洗浴废水为水源 与中水回用量基本平衡，因此应优先选用；对于新建的以中层建筑为主的居民 区，设置中水回用系统时，洗浴污水收集管网投资较高，且其用水也很不均匀， 所以收集杂排水为中水原水较为适宜。而对于已经建成的居民住宅区，适于采 用从下水道取用生活污水作中水原水，这样可节省原水收集系统的投资，并可 大大减少工程改建施工的麻烦和由此而产生的各种损失。 对于宾馆类建筑来说，其排水大致可以分为以下几种： ( 1 ) 厨房污水：此类污水有机物含量多、浊度高、油脂含量高； ( 2 ) 洗涤、洗浴、盥洗污水：此类污水中有机物含量相对较少，洗涤剂以及 第一章绪论 肥皂液的含量高； ( 3 ) 冲厕污水：此类污水有机物和细菌含量高； ( 4 ) 空调冷却水：此类污水水温较高，污染程度低； ( 5 ) 冲洗汽车废水：此类污水污染程度低，但水中含有固体杂质，并且油污 含量较高； ( 6 ) 锅炉房排水：主要是锅炉排出的污、废水及软化再生反冲洗废水及少量 洗涤水等，水中含盐量较高。 测定建筑物的各类排水量是比较困难的，一般均按用水量进行推算，一般 建筑物的排水量可按给水量的8 0 9 0 计算，各类建筑物排水系统的排水量占 建筑物总排水量的比例，均可按各类建筑用水量及比例计算确定。宾馆类建筑 物的生活用水量及百分率、排水污染物浓度由表1 2 、表1 3 给出【l l 】。 表1 - 2 宾馆类建筑物生活用水量及百分率 宾馆、饭店 类别 水量( l 人d ) 厕所 5 0 8 01 5 2 0 厨房 沐浴3 0 07 9 7 1 盥洗3 0 4 08 1 0 总计3 8 0 4 2 01 0 0 表1 3 宾馆类建筑物各种排水水质 宾馆、饭店 类别 b o d ( m g 1 )c o d c ，( m g 1 )s s ( m g j ) 厕所 2 5 03 0 0 3 6 02 0 0 厨房 沐浴 4 0 5 01 2 0 1 5 08 0 盥洗 7 01 5 0 1 8 01 5 0 从两表中可以看出，在宾馆类建筑生活污水中，洗浴废水具有污水量大、 污染程度低的特点，而且容易分流、便于收集，将其收集处理后回用，既能提 供大量的原水，又可以降低处理的难度。 第一章绪论 1 3 3 工艺流程的选择 借鉴日本的经验，早期人们将中水处理流程划分为三个阶段，即：( 1 ) 前处 理阶段，亦称预处理阶段，其作用主要是去除、处理水中影响后阶段工艺的物 质。包括格栅、流量调节槽等；( 2 ) 主要处理流程，根据确定的水质指标进行s s 、 有机物等的去除；( 3 ) 后处理阶段，对回用的中水进行进一步的处理和消毒，使 其水质能满足回用水用途的要求。包括活性炭吸附、加氯消毒等。而在实际的 处理工艺当中，各阶段的界限并不明显，甚至有的处理工艺只有两个阶段。将 中水处理分段，只不过是为了研究的方便罢了。分析国际、国内建筑中水工程 实例，目前实际应用的中水工程所采用的工艺流程不外乎以下几种： 一、生物方法 一般采用活性污泥法、接触氧化法等生物处理方法，或者单独采用，或者 组合使用，如接触氧化+ 生物滤池，厌氧+ 好氧生物氧化等流程。生物方法一般 适用于有机物含量较高的生活污水，其优点是，适应水力负荷变动的能力较强， 产生的污泥量较少等。缺点是不适宜间歇运行，需进行污泥处理，装置密闭性 差，易产生臭气污染环境，运行管理复杂，占地面积大。并且生物法一般需要 与其它方法联用以满足水质要求。 二、物理化学法 ，一般采用混凝沉淀、砂滤、纤维过滤、超滤、吸附、气浮、等物理化学方 法【1 3 1 4 15 1 。物理化学法一般适用于水质变化较大、水量较小、污染程度轻的生 活污水。其特点是装置紧凑、密闭性好、占地面积小、运行管理方便、可间断 运行等。但对溶解性有机物的去除一般相对较差。 三、生物法与物化法相结合 接触氧化与膜分离相结合、生物活性炭、膜生物反应器( m b r ) 【1 6 1 刀等， 这类方法具有出水水质好，处理工艺简单，运行稳定等特点。 另外，在传统活性污泥法和生物膜法的基础上，发展起一些新的生物法处 理形式，较传统生物法具有容积负荷大、效率高、耐冲击负荷等优点。比如生 物流化床、序批式反应器( s b r 法) 等。还出现了中水处理的一体化处理装置 及设备，比如h y s 型中水处理设备，z s 系列中水净化器，一体化膜生物反应器 等，在深圳还出现了地埋式一体化污水处理设备，是将一些处理单元设备化、 第一章绪论 装置化，运行效果较好。 建筑中水处理工艺流程的选择，原则上应根据中水原水的水质、水量以及 回用水对水质、水量的要求，经过大量的工艺流程方案从水量平衡、投资、场 地、运行管理、设备供应情况等进行技术经济比较，最终确定一个最佳方案。 总的来说，生物法一般适用于大规模的水处理，而物化法则在水量较小时具有 优势。对于小规模中水处理工程，生物法一般存在着以下几方面不足： 1 生物处理所需停留时间较长，由于水力停留时间长而导致生物处理设备 庞大、占地面积大； 2 仅经过生物处理后，许多水质指标还不能达标，还需要增加沉淀、过滤 等物化处理设备来进一步处理，使得流程显得复杂，不仅增大了投资规模，而 且增加了运行管理的难度； 3 生物处理运行管理不方便，调试过程复杂，微生物的培养、驯化过程复 杂，管理难度大； 。4 生物处理过程中，一旦运行失效，容易产生臭气污染环境，这对于高档 宾馆环境卫生极为不利； 5 对于洗浴废水而言，一般污染比较轻，其可生化性较低，采用生物处理 难度较大。 考虑到以上几点，我们认为，对于建筑类以优质杂排水为处理原水的小规 模中水处理项目，采用以物化法为主体的水处理工艺是合适的。 第四节研究目的和内容 我国北方城市严重缺水，天津尤其缺水，为了解决供水困难，不得不依靠 远距离引水。污水再生利用是大势所趋，将污染较轻的污水进行处理，用做城 市杂用水是一个有效的方法。本研究以物化法为基础，建立试验装置，对洗浴 废水处理工艺进行研究，确定一种最佳的洗浴废水处理工艺，积累由实验转向 实际工程的运行参数，并对各处理单体的运行处理特性作相应的实验研究和理 论分析。 研究目的：本研究旨在确定一种经济有效的洗浴废水处理工艺，为实际工 程提供可靠的运行参考数据，并对再生水利用的风险评价进行初步探索和分析。 第一章绪论 研究内容： ( 1 ) 筛选适用于试验原水的混凝剂及相应的参数； ( 2 ) 对于微絮凝过滤的效果和影响因素进行研究； ( 3 ) 考察砂滤、纤维球过滤、活性炭吸附、超滤各单元处理效果； ( 4 ) 研究不同技术的组合工艺运行效果，确定最佳运行参数； ( 5 ) 对再生水利用的风险评价进行初步论述和分析。 第二章实验材料与方法 第二章实验材料与方法 第一节原水水质 实验用水取白天津市一家公共浴池的排水口，男、女浴池洗浴废水混合出 水的质如下表所示，男浴池出水较女浴池出水污染较重，仅浊度，男浴池出水 就在1 5 0 2 1 0 n t u 。 表2 1 实验原水水质 项目范围平均值 水温( ) 2 6 3 l 2 8 p h 值 7 87 5 色度( 度) 3 8 5 浊度( n t u )8 0 2 0 01 3 5 悬浮物( m g l ) 2 0 6 03 5 c o d c ，( r a g 1 ) 1 6 0 2 1 01 8 5 l a s ( m g 1 ) 1 6 2 62 1 第二节水质检测与分析方法 试验中水质的检测与分析方法见下表所示。 表2 - 2 水质分析方法 序号项目测定方法 1 色度铂钻比色法 2 p h 值玻璃电极法 3 浊度比浊法 4悬浮物( s s ) 重量法 5 化学需氧量( c o d ) 重铬酸钾法 6 阴离子表面活性剂l a s 亚甲基蓝分光光度法 7 生化需氧量( b o d )稀释与接种法 第二章实验材料与方法 第三节试验装置 2 3 1 试验工艺流程组合 本研究中拟采用微絮凝过滤+ 活性炭吸附+ 超滤为主体的工艺来处理洗浴废 水，主要考察三种工艺组合，分别是t 组合工艺l ：砂滤+ 活性炭吸附+ 超滤 组合工艺2 ：纤维球过滤+ 吸附+ 超滤 组合工艺3 ：纤维球过滤+ 砂滤+ 活性炭吸附+ 超滤、 各工艺之间的转换可以通过阀门的开启和关闭来调节实现，其中各单体的 主要作用如下： ( 1 ) 毛发截留器 用于去除水中较大的杂物，如小塑料袋，以及毛发等，以免阻塞后序工艺 系统； ( 2 ) 管式混合器 用于混凝剂与废水的混合，起到搅拌混合作用； ( 3 ) 砂滤 通过微絮凝直接过滤的方式，省去混凝、沉淀、过滤的复杂老三套工艺， 可去除大颗粒悬浮物及胶体物质； ( 4 ) 纤维球过滤 用纤维球过滤代替常规砂滤，可提高滤速一倍左右，并可进一步改善预处 理效果，以延长活性炭及膜的使用周期； ( 5 ) 活性炭吸附 通过活性炭的吸附作用，可大量去除洗浴废水中嗅、昧以及其它有机物； ( 6 ) 超滤 通过超滤膜的筛滤作用，可以去除水中剩余的常规方法较难以去除的大分 子有机物及阴离子洗涤剂等。 本实验将通过对c o d 、浊度、l a s ( 阴离子洗涤剂) 等项目的测定，研究 各工艺在有机物以及阴离子洗涤剂等方面的去除效果及其作用机理。实验工艺 流程如下图所示。 第二章实验材料与方法 l 一原水水箱；2 一毛发截留器；3 一加压水泵；4 一混凝剂投加装置；5 一管式混合器； 6 徼絮凝过滤器；7 一活性炭吸附器；8 一超滤装置；9 一清水箱 图2 1 实验装置示意图 f i g u r e2 - 1f l o wc h a r to ft h ee x p e r i m e n t a lc o n s t r u c t i o n 2 3 2 试验装置设计参数 ( 1 ) 设计流量：o 5 m 3 h 。 ( 2 ) 管式混合器 d n 2 5 m m ，长1 3 0 0 m m 。设计流速为1 2 m s ，内设挡片。 ( 3 ) 砂滤罐 内径3 0 0 m m ，高1 6 0 0 m m 设计滤速为： v ：一q ： q ：! = ：7 0 8 7 m h 77h 1 ，= 一= 一= 彳3 1 4 0 1 5 滤料采用石英砂均质滤料，粒径0 8 1 0 m m ，滤层厚度8 0 0 m m 。底层以卵 石为承托层，粒径2 s m m ，高度1 5 0 m m 。 ( 4 ) 纤维球滤罐 内径2 0 0 m m ，高1 6 0 0 m m 设计滤速为： 1 ，：_ q e ：9 ：! ：1 5 9 1 6 h 96 mh 1 ，= = 一= 以3 1 4 0 1 纤维球填装高度l1 0 0 m m 。 ( 5 ) 活性炭滤罐 内径3 0 0 m m ，高1 6 0 0 m m 1 4 - 第二章实验材料与方法 设计滤速为： ：垒： q ：! ：7 0 8 7 m h i y 0 8mh= = = 。= ， 彳3 1 4 0 1 5 颗粒活性炭为柱状活性炭，规格1 0 - 1 5 3 , - , 6 m m ，滤料高度7 0 0 m m 。底层 以卵石为承托层，粒径2 8 m m ，高度1 5 0 m m 。 ( 6 ) 超滤膜组件 基本参数 膜材质：聚砜 截留分子量：1 0 0 0 0 膜面积：4 m 2 外形尺寸：矽9 0 x 1 0 0 0 m m 使用条件：p h = l 一1 4 操作压力：0 0 5 - 0 2 m p a 设计流量：2 5 0 l 1 1 对滤前水质的要求 浊度 5 n t u 颗粒 10 r t m 浓度 混凝剂投加 量 助凝剂投加量。在实际应用中，对于浊度在18 0 n t u 左右的洗浴废水，混凝 剂采用1 4 0m g 1 ，助凝剂投加量1 0 m g l ，投加次序为先加p a c 、后加p a m ，沉 淀时间采用6 0 分钟，则可以取得较为满意的效果。 表3 2 岛( 3 4 ) 混凝沉淀试验结果及分析 混凝剂投量助凝剂投量药剂投加次 静沉时间残留浊度 试验号 ( m g 1 )( m g 1 ) 序( m i n ) ( n t u ) l 1 0 0 o 5a 1 5 7 2 1 0 01 0b3 0 1 5 3 1 0 01 5c6 0 8 4 1 2 00 5b 6 0 1 3 5 1 2 01 0c1 5 1 0 6 1 2 01 5a3 0 3 7 1 4 0o sc 3 0 7 8 1 4 01 0a6 0 1 9 1 4 01 5b1 5 1 7 k l 3 02 71 1 3 4 k 22 62 64 52 5 k 32 52 82 52 2 k l 1 0 0 09 0 03 6 71 1 3 3 k 2 8 6 78 6 71 5 0 08 3 3 k 3 8 3 39 3 38 3 37 3 3 r 1 6 70 6 6l1 3 34 0 0 注：a 一先加p a c 、后加p a m ； b 一先加p a m 、后加p a c ； c i _ - p a c 、p a m 同时加入。 聚丙烯酰胺分子链很长，这就使它能在两个粒子之间架桥。有研究表吲2 6 】： 如果絮凝剂的用量过多，粒子上的吸附点迅速占领，结果就减少了架桥的可能 第三章混凝剂筛选 性，絮凝效率反而降低。这也就是为什么高分子絮凝剂用量过多时反而沉淀效 果不好的原因。实验中发现，当有机高分子助凝剂投加量稍多时，会在水中形 成不易沉降的浮渣，而无机混凝剂的投加量却并不是很严格。所以，应用中控 制有机高分子助凝剂的投加量一定要严格，这也给有机高分子助凝剂的应用带 来了一定的不便。 第二节p a c 混凝机理及特点 聚合氯化铝( p a c ) 是一种无机高分子混凝剂，具有良好的絮凝作用。近年 来，在我国和世界发达国家已得到广泛应用，并迅速取代硫酸铝等传统混凝剂。 聚合铝的分子式如下： 【a l e ( o h ) n c l 6 _ n 】m ( n = l - 5 ，m 10 ) 碱化度：b = ( n 6 ) 1 0 0 其混凝作用主要如下： ( 1 ) 与水中胶体物质的强烈电性中和作用； ( 2 ) 水解产物对水中悬浮物的优良架桥吸附作用； ( 3 ) 对悬浮性物质的吸附脱稳、凝聚作用。 聚合铝溶液中，铝羟基络合物形态或a l l 3 聚台态即 a 1 1 3 0 4 ( o h ) 2 4 7 + 是主要存 在形态，而这两种形态正是混凝过程中的最有效形态，由于预聚合生成a l l 3 最 佳凝聚形态，因此投加后即可发生显著电中和、吸附凝聚脱稳作用，这种强烈 的电中和、吸附作用及粘附絮凝架桥作用是导致聚合铝高效絮凝作用的重要因 素；而在硫酸铝溶液中，铝的主要存在形态为单体或低聚合体，这就是聚合铝 混凝效果优于硫酸铝等传统铝盐的主要原因所在。 聚合氯化铝作为混凝剂的主要特点如下： ( 1 ) 絮凝体形成、沉降速度快，比传统硫酸铝等混凝剂处理能力高； ( 2 ) 消耗水中碱度较低，可不投或少投碱剂； ( 3 ) 适应原水的p h 值范围较宽，在p h 5 0 9 0 范围内均可凝聚； ( 4 ) 腐蚀性小，操作条件好； ( 5 ) 溶解性、对原水温度的适应性优于硫酸铝等混凝剂。 第三章混凝剂筛选 第三节本章小结 通过烧杯实验确定了适用于本实验的混凝剂，并针对预沉淀工艺，做了 p a c + p a m 的正交实验，确定了最佳的投加量和投加顺序；最后，对聚合铝的混 凝机理和特点作了简要的介绍。 第四章各单元处理结果分析 第四章各单元处理效果分析 第一节纤维球过滤 4 1 1 纤维球过滤简介 纤维球滤料的纤维丝材质多采用涤纶纤维，涤纶即对苯二甲酸乙二酯，它 具有耐酸、耐碱、机械强度高的特点，具备做滤料的基本条件，其分子式为： o o ， 0 一 i i h o 十c h 2 c h 2 一o c 一一c o 斗c h 2 c h 2 0 h 在滤柱内填装一定量的纤维球即形成床层。床层上部比较松散，纤维球基本上 仍呈球状，球与球之间的空隙比较大；越接近床层下部，由于自重及水力作用， 纤维球堆积的越来越密实，纤维球之间的纤维丝相互穿插，此时纤维“球 的 个体特征已不重要，床层形成一个整体。整个床层，上部孔隙率较高，下部孔 隙率较低，近似理想孔隙率分布，如图4 1 所示。孔隙率表示床层的密实程度， 指单位体积床层中纤维丝所占的体积比例。从图中可以看出，纤维球滤床孔隙 率从上到下逐渐减小，密实度逐渐增大。 纤维球床层孔隙率的这种特征与颗粒滤料过滤中的多层滤料床层有根本性 的不同。多层床的实现是选择不同粒径、密度的颗粒滤料搭配而成。多层床的 大孔隙的实现，是靠增大滤料粒径，减小滤料比表面积，而孔隙率基本不变。 相当于在同一孔隙率下，小滤料合并成为大滤料，小孔隙合并成为大孔隙。而 纤维球床层上部大孔隙的实现，是靠增大孔隙率e ，滤料本身大小不变即滤料 比表面积恒定。相当于小尺寸滤料相互之间距离拉大，是每个小孔隙平均都增 大，而不是小孔隙合并成为大孔隙。在颗粒多层床中，小孔隙合并成为大孔隙， 虽然不容易发生堵塞现象，但由于滤料比表面积大幅度下降，床层有效容量下 降，床层很容易被穿透。相比之下，纤维球床层结构更合理，过滤效率应更高。 第四章各单元处理结果分析 8 0 7 0 莒6 0 u 了5 0 鋈三g 伥2 0 1 0 o 9 09 29 49 69 8 孔隙率e 图4 - 1 清洁纤维球床层分布3 7 1 f i g u r e4 - 1t h e sd i s t r i b u t i o ni nt h ec l e a nf i b e r - b a l lb e d 4 1 2 运行情况 本实验中，所采用纤维球各项参数如下： 纤维直径：2 0 5 0 l lm 滤球直径：2 0 3 0 m m 密 度：1 3 8 k g c m 3 充填密度：5 0 k g c m 3 孔隙率：9 6 比表面积：3 0 0 0 m 2 m 3 滤料 滤速：2 0 8 5 m h 截泥量：6 k g m 3 滤料 在实验中，在原水浊度1 6 3 n t u 、加药量9 0 m g l 、滤速1 6 m h 的条件下，运 行8 小时3 0 分钟后，砂滤罐的压力差由最初的0 7 m 增加到2 0 m ，砂滤出水浊 度由 5 n t u 增加到8 0 n t u 。这表明纤维球滤料对于高浊度水的过滤效果较差， 不能有效地去除原水中的悬浮物，而将负荷转移到了下一级砂滤上。纤维球滤 料存在的另一个问题就是反冲洗问题，对纤维球进行反冲洗时，当水冲洗强度 为9l m 2 s 、气冲洗强度为11l m 2 s 的情况下，发现纤维球结成块状整体上 移，无法将其冲散，并且形成阻塞，妨碍了气、水反冲洗的进行，起不到良好 的反冲洗效果。经实验发现，在开始时，用小水量0 4 m 3 h ( 冲洗强度为3 5l m 2s ) 第四章各单元处理结果分析 冲洗5 分钟，可逐渐地将