（环境工程专业论文）小区中水回用及中水过滤消毒一体化设备的试验研究(1).pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重废盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：撷春兰 签字日期：工一口手年6 月，口日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重废盍堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重废盍堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：雾觅眷兰导师签名：扬年 签字日期：? 卯歹年6 月0 日签字日期；二卯乡年g 月o 日 重庆火学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着经济的不断发展，城市面积不断扩大，住宅小区生活用水量和污水排 放量也随之增加，加剧了我国水资源危机；同时利用大型污水管网将污水截流 至城市污水处理厂进行集中处理的投资和成本也越来越高，推进速度慢。要在 城市污水处理厂基础之e 建立城市中水利用的投资更为浩大、管理困难、实施 难度大。因此，利用现有的住宅小区自建生活污水处理站，实施小区中水咧用 满足小区居民生活杂用水的需求，是解决生活污水排放污染和缓解城市水资源 危机最行之有效的手段。 本文阐述了小区生活污水回用的可行性、意义及日前存在的问题，研究设计 了以微孔陶瓷和外套布袋为核一t 5 、以紫外杀菌灯作为消毒杀菌手段的一一体化过 滤装置的中水过滤消毒的小试实验装置，选用处理后的达到国家污水综合排放 一级标准水质的生活污水作为实验水源进行实验研究，通过小试实验得出以一l - 实验结论： 采用以微孔陶瓷和外套布袋为核心的复合滤层是成功的，在对二：级生活污 水处理来原水处理后的出水c o d 始终稳定的保持 3 0 m g l ，布袋i 、布袋i i 平均 去除率分别为4 9 和5 5 8 ；出水色度均在8 以下，系统去除率在5 0 以上；进 水s s 在3 6 8 m g l 之间，而出水为o 1 3m g l 之问，布袋i 、布袋i i 平均去除 率分别为5 2 3 和6 2 5 ；以上过滤指标均达到建设部生活杂用水水质标准 ( c j 2 5 1 8 9 ) 。 复合滤层的使用性能优于石英砂等散状滤料，在材料成本方面低于膜过滤 材料的成本。采用这种复合滤层技术为核一心的过滤设备将以其自动化控制无人管 理运行模式，降低中水利用的成本。 在复合滤层中布袋的安装应该毛面朝外，这样不仅可以保证微孔陶瓷管的 微孔通畅，同时毛面的纤维运动更加合理，使初滤层的形成和反冲洗的实施都更 为顺利，设备运行的稳定性更好。 光电消毒杀菌的技术能够有效的杀灭水中细菌，在实验中紫外灯安装在筒 体以外，其光强度损失在三分之二左右，加上电子杀菌仪的缺位，细菌的杀灭率 为4 1 1 6 ，根据别人的实验结果和公认的数据表明，只要安装方式恰当实现紫外 灯的理论杀菌率9 6 和电子杀菌灭藻仪理论杀菌率9 8 是可能的，按实验原水粪 大肠菌群最高指标数3 5 0 个l 计算，是可以达到中水水质要求的，说明只要完善 杀菌手段和安装方式能够有效的杀灭水中的细菌。 本装置在本实验条件下的技术指标是：过滤压力：0 o 1 0 m p m 反冲沈 重庆大学硕士学位论文中文摘要 周期：4 0 分钟；反冲洗强度：反冲启动压力为o 0 1 2 m p a 冲洗4 分钟。 压缩空气所提供反冲洗压力有利于复合滤层的自洁，实验证明当空气压缩 区的压缩空气被压缩后所具备的压力，可以为清水区的清水提供动能，提高其对 复合滤层的清洁能力。清洁后的复合滤层能够反复的进行污水的过滤工作。 本研究为工程设计及设备运行提供了初步的理论及工艺条件基础。在工程 中可根据实际情况进一步调整，进一步完善工艺措施。 关键词：生活污水，微孔陶瓷管，中水过滤，杀菌消毒，中水回用 i i 重庆人学硕+ 学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i c s t h es p r e a do fc i t i e sr e s u l ti nm o r eq u a n t i t yo f w a t e rf o rl i v i n ga n dm o r es e w a g ed r a i n a g e n o to n l yi ti sr e s u l ti nm o r ea n dm o r e s e v e r ew a t e rs h o r t a g e ，b u ta l s oi ti sv e r yd i f f i c u l tf o rw a t e rt r e a t m e n tp l a n tt od i s p o s eo f a l ls e w a g ed u et od i s p e r s i v el a y o u to fr e s i d e n t i a la r e a sc o n n e c t e db yl a r g ew a s t ep i p e s w h i c hn e e dm o r em o n e ya n d l o n gt i m et ob u i l di t ，t h e r e f o r ei ti sa l s od i f f i c u l tt om e e ta l l t h ed e m a n d s i ti sm o r ei m p o r t a n tt h a t e x i s t i n gm u n i c i p a lp i p e - n e t t i n g i sf a ro f f d e m a n d s s oi ti sa ne f f e c t i v ei n s t r u m e n tt os o l v el i v i n gs e w a g ep o l l u t i o na n dw a t e r s h o r t a g et h a tb u i l d i n gd o m e s t i cs e w a g et r e a t m e n tp l a n tt ot r e a td o m e s t i cs e w a g ea n d t h e nw ec a nd r a i ni to rr e c y c l ei tt or e s i d e n t i a la r e a si ne x i s t i n gr e s i d e n t i a la r e a sb ym o r e t r e a t m e n t i nt h i s p a p e r , i ti s s e tf o r t ht h ef e a s i b i l i t y , m e a n i n ga n dp r e s e n tp r o b l e mo f d o m e s t i cs e w a g e sr e u s ei nr e s i d e n t i a la r e a s o ne x p e r i m e n t ，i ti si n v e s t i g a t e dt r e a t m e n t o fd o m e s t i cs e w a g eo nt h eb a s i so ff i l t r a t i n gb yp o r o u sc e r a m i ct u b ew i t hb a gh o s ea n d u l t r a v i o l e tl i g h tf o rd i s i n f e c t i o n t h er e s u l t sa r es h o w sa sf o l l o w i n g ： i ti ss u c c e s s f u lt of o r mc o m p o u n df i l t e rb e d so nt h eb a s i so ff i l t r a t i n gb yp o r o u s c e r a m i ct u b ew i t hb a gh o s e w h e nc o d 3 0 m g li nl e t i nw a t e r , t h ea v e r a g er e m o v a l r a t eo fc o di s4 9 a n d5 5 8 r e s p e c t i v e l yi nb a gh o s eia n di i c h r o m ai nl e t o u t w a t e ri sl o w e rt h a n8 t h er e m o v a lr a t eo fc h r o m ai sh i g h e rt h a n5 0 w h e ns si s3 6 8 m g li nl e t i nw a t e r , s si so 1 3m 【g li nl e t o u tw a t e r t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f s si s5 2 3 a n d6 2 5 r e s p e c t i v e l yi nb a gh o s eia n d1 1 a l lt h el e t o u tw a t e rq u a l i t y s a t i s f yt h ew a t e rq u a l i t yc r i t e r i o ni n c j 2 5 1 - 8 9 t h ct r e a t i n gp e r f o r m a n c eo fc o m p o u n df i l t e rb e d si sb e t t e rt h a nt h a to f p e r c o l a t i n gm a t e r i a l ss u c ha sq u a r t z i t e ，i na d d i t i o n ，p r i m ec o s to fc o m p o u n df i l t e rb e d s i sl o w e rt h a nm e m b r a n ep e r c o l a t i n gm a t e r i a l t h ec o s to fu s i n gm i d d l e - w a t e rw i l lb e d e c r e a s e dt r e a t e db yc o m p o u n df i l t e rb e d so nm o d eo fa u t o m a t i o nc o n t r 0 1 i t sb e t t e rt os e tu ph a i rs i d eo fb a gh o s ei nc o m p o u n df i l t e rb e d so u t w a r d n o t o n l yi tm a yi n s u r et h em i c r o p o r e sn o tt ob ec l o g g e d ，b u ta l s ot h em o r er e a s o n a b l ef i b e r m o v i n go fh a i rs i d e ，m o r es m o o t hb a c kw a s h i n ga n df o r m i n go ff i r s tf i b e rb e d ，w h i c h m a k e st h ed e v i c er u n n i n gi nab e t t e rs t a b i l i t y i ti se f f e c t i v et os l a yb a c t e r i ai nw a t e ru s i n gp h o t o e l e c t r i cd i s i n f e c t a n ta n d s t e r i l i z a t i o nt e c h n o l o g y i ne x p e r i m e n t ，u l t r a - v i o l e tl a m pi ss e tu po ne x t e r i o rf a c eo f 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 c y l i n d e r i n t e n s i t yo fl i g h tl o s ti sm o r et h a n2 3 ，t h ee l e c t r o n i cb a c t e r i c i d a ld e v i c ei s a b s e n t ，w h i c hc a u s et h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fb a c t e r i ai s41 6 a c c o r d i n gt ot h e r e p o r t e d ，i ft h e ym a yb es e tu pi nac o r r e c tp l a c e ，r e m o v a lr a t eo fb a c t e r i ac a nr e a c h 9 6 f o ru l t r a v i o l e tl a m pa n dt h eb a c t e r i c i d a ld e v i c ec a r lr e a c h9 8 i ft h en u m b e ro f d u n gc o l i f o r mb a c t e r i ai nl e t - i nw a t e ri s3 5 0p e rl i t e r , t h el e t - - o u tw a t e rq u a l i t yw i l l s a r i s f yt h ew a t e rq u a l i t yc r i t e r i o ni n c j 2 5 1 - 8 9 ，w h i c hs h o w st h a ti ti se f f e c t i v et or i s e p h o t o e l e c t r i cd i n n f e c t a n ta n db a c t e r i c i d a lt e c h n o l o g yi nw a t e rt r e a t r n e n t ，o n l yi fw e m a k eg o o du s eo f t h eb a c t e r i c i d a lm e a n sa n dt h ew a y so f f i x i n g i nt h i se x p e r i m e n t t e c h n i c a lp a r a m e t e r sa r ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g ：f i l t r a t i n g p r e s s u r ei so 0 1 0 m p a ，b a c kw a s hp e r i o di s4 0m i n u t e s ，t h ei n t e n s i t yo f b a c kw a s hi s 0 1 2 m p aa tb e g i n n i n gl a s t i n g4m i n u t e s t h e p r e s s u r ei nb a c kw a s hd u et oc o m p r e s s e da i rh a v eg o o de f f e c to nc l e a no f c o m p o u n df i l t e rb e d s i ne x p e r i m e n t ，t h ep r e s s u r eo fc o m p r e s s e da i ri na i rc o m p r e s s i n g a r e ac a no f f e rk i n e t i ce n e r g yf o ri e t - o u tw a t e ri nl e t o u tw a t e ra r e a ，w h i c hi m p r o v et h e c l e a n i n ga b i l i t yo fc o m p o u n df i l t e rb e d s a f t e rc l e a n i n g ，c o m p o u n df i l t e i b e d sc a n f i l t r a t es e w a g ea g a i na n da g a i n t h r o u g ht h i se x p e r i m e n tr e s e a r c h ，t h eo p e r a t i o n a lp a r a m e t e r sa n dt e c h n o l o g y f o u n d a t i o n sc a l lb eo f f e r e df o rp r o j e c td e s i g na n dn m n i n g i nt h er e a lp r o j e c t ，t h ef a c t o r s s h o u l db ea d j u s t e da c c o r d i n gt ot h er e a l i t yt og e tt h eb e s tr e s u l t k e y w o r d s ：d o m e s t i cs e w a g e ，p o r o u sc e r a m i ct u b e ，f i l t r a t i n gr e c y c l er e c l a i m e d ， s t e r i l i z a t i o na n dd i s i n f e c t i o n ，r e c y c l er e c l a i m e dw a t e r i i 重庆人学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 世界范围内的淡水资源是有限的，并且受到污染的威胁。随着世界人u 的不 断增长和工农业的飞速发展，用水量和排水量都在逐年增加，而有限的地表水和 地下水资源又被不断污染，加上地区性的水资源分布不均和周期性干旱，导致淡 水资源日益短缺，水资源的供需矛盾愈来愈尖锐，已经成为影响社会安定和制约 经济发展的因素。 为缓解这一矛盾，实现经济的l = 1 j 持续发展，目前人们正在寻找弥补水资源不 足的途径。根据国内外节水经验表明，解决水资源不足可以从如下三个方面采取 措施：第一，改变生产结构、革新生产工艺及装备，调整用水方式，提高水的重 复利用率，最大限度地节约用水；第二，远距离跨区域调水，以丰补缺，改变水 资源分布不均的自然状况；第三，将污水资源化 1 。其中污水资源化是解决城市缺 水最有效的途径。因此回用水是有价值的水资源；水用完之后不再是抛掉，而是 对其进行合理的处理得到回用即二次使用，这样就会减少对高质量淡水水源的需 求；同时减少了污水的排放量，有利于水生生态环境的保护。 实现中水回用可以提高社会对水污染治理的积极性，达到“变废为用”更好地保 护环境的目的。由于目前国民的环保意识欠缺和经济利益的驱动，以及环保执法 监督的力度不够，个别企业为了降低污水处理成本，追求经济利益，把环保设施 用来作为应付环保检查的一种摆设，多数企业都把环保设施的使用视为经济负担， 即使困家投资兴建的污水处理厂，由于运营资金有限，为了谋求小集体利益也存 在弄虚作假的现象，对环境造成污染；这种事例现在并不鲜见，其后果是使水污 染难以有效控制，而日使环保投资变成了无效投资。虽然现在也有可以时刻监督 企业排污的在线监测，可以监督企业的排污情况，但多数企业难以接受数额较大 的仪器费用，实施起来难度较大。而中水回用可以使企业和社会单位有利可图， 如果政府将中水利用市场化，在消防、市政、农、林、l e 灌溉、恢复流域生态、地 下水回灌方面使用中水，将大大提高中水利用的经济效益，才能够真正达到环境 保护的目的，真正减少环境污染，减少取水量和排水量，缓解水资源的供需矛盾， 保护水生生态环境，实现环境保护的最高境界- “变废为用”，这也是发达国家的 成功经验。 目前污水资源化利用即中水利用丁f 在各国受到重视【2 ，也正在成为我困解决城 市缺水的重要措施，相信中水利用还将成为我圈解决水污染治理结症的手段之一。 在中水利用的发展大趋势下，跟进中水净化技术是对污水处理技术的继续发展十 重庆大学硕上学位论文1 绪论 分必要。 1 2 中水利用的发展现状 城市污水一般是由生活污水和工业废水两者混合组成的，其水量很大，约占 城市用水量的5 0 8 0 ，水质污染较轻，污染物仅占0 1 ，其中绝大部分是可再 用的清水，同时水质丰h 对稳定，不受气候等自然条件的影响，且城市污水就近可 得，易于收集，不须长距离引水，其再生处理比海水淡化成本低廉，处理技术也 较成熟，建设投资比远距离引水更为经济。因此当今世界各国在解决缺水的问题 时，城市污水首先被选为可靠的供水水源进行再生与回用( 资源化) 3 。 作为缓解城市水危机的途径之一，日本早在1 9 6 2 年就开始中水回用，7 0 年代 己初见规模，9 0 年代初，r 本在全国范围内进行了废水再生回用的调查研究与工 艺设计，对污水回用在f ；| 本的可性行进行深入的研究和工程示范，在严重缺水的 地区广泛推广污水回用技术，使日本近年来的取水量逐年减少，节水初见成效。 濑户内海地区污水回用量已达到浚地区用谈水总量的2 3 ，新鲜水取水量仅为淡水 水量的1 3 ，大大缓解了濑户内海地区水资源严重短缺的问题，经过大量示范工程 后，在1 9 9 1 年日本的“造水计划”中明确将污水回用技术作为最主要的开发研究内 容加以资助，开发了很多污水处理工艺，建立起许多以濑户内海地区为首的许多 “水再生工厂” 4 1 ；1 9 8 5 年东京污水处理厂生产的中水恢复了一条已经干枯的小 河，收到了良好的生态环境效益。 美国也是世界上采用污水再生利用最早的国家之一，7 0 年代初开始大规模建 设污水处理厂，随后即开始回用污水。目前，有3 5 7 个城市回用污水，再生回用 点5 3 6 个，全国城市污水回用总量约为9 4 1 0 9 i t l 3 年，其中包括：污灌用水、景观 用水、工艺用水、工业冷却水，锅炉补充水以及回灌地下水和娱乐养鱼用水等多 种用途。如佛罗里达州的圣彼得斯堡，1 9 7 8 年开展中水回用可向7 0 0 0 多户家庭 提供生活杂用水：圣迭戈市每天有1 8 5 万m 3 中水深处理后作为饮用水使用； 伯利恒铡铁厂每天将4 x 1 0 5 m 3 中水用于： 业生产和工艺冷却水；1 9 9 2 年美国国 家环保局制定的水再生利用导则中列举了大量的示范工程，并制定了相应的政策， 法规和标准，以便更好的推广此项节水措施1 5 l 。尽管美国2 0 世纪7 0 年代初以来 3 0 余年，总用水量增加了1 4 倍，但总取水量反而减少了，中水利用使美国这 一工业和农业大国的水资源利用取得了骄人的成绩。 除日本和美国外，俄罗斯、西欧各国、以色列、印度、南非和纳米比亚的污 水回用事业也很普遍。莫斯科市东南区有3 6 家工厂用污水总量达5 5 x 1 0 51 y 1 3 d ； 南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水制造厂，南非的约翰内斯堡每天有 0 9 4 x 1 0 5m 3 饮用水来自再生水工厂；纳米比亚于1 9 6 8 年建成了世界上第一个再生 重庆大学硕十学位论文 水工厂，同产水量6 2 0 0 m 3 ，水质达到世界卫生组织和美国环保标准。以色列作为 缺水国家，充分意识到中水利用的意义，早在6 0 年代便把污水回用列为一项国家 政策，至1 9 8 7 年，以色列全国已有2 1 0 个市政污水回用工程，城市污水回用率达 7 2 j ，其中水和节水技术走在世界前列。 随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国水资源供求问题越来越严 重，我国是世界上人口最多的国家，人均水资源十分有限( 7 】，并且分布不均。人均 水资源仅为世界平均水平的1 4 ，南北水资源分配严重不均，我国6 6 9 个城市，4 0 0 个城市常年供水不足，其中有1 1 0 个城市严重缺水，年缺水量6 0 亿m 3 。2 0 0 0 年 的诸多大城市的水荒，给人们敲响了警钟，迫使人们必须寻找除自来水以外第二 水源，从“十五”计划开始，污水回用被正式写入文件，变成城市第二水源。 水资源的危机严重地威胁我国社会可持续发展。我国从“六五”开始进行城市污 水回用发方面的研究工作。1 9 9 2 年我国第一个污水回用示范工程在大连市投产运 行。浚工程以污水处理厂二级出水为水源，增建深度处理设施和输入管道，日处 理量为1 万吨，再生水主要用作工厂冷却水，该工程建设投资3 5 0 万元，比从碧 水河引用等水量的水节省投资2 3 ；深度处理成本为o 1 5 元吨，比大连市自来水 成本低4 5 ，具有较好的经济效益( 8 】。几年来，国家有关部门相继对城市污水回用 工作提出要求。如：1 9 9 6 年2 月建设部发布了城市中水设施管理暂行办法，对 中水设施的建设提出了明确要求；1 9 9 2 年中国工程建设标准化协会颁布了中水 设施规范；1 9 9 6 年1 2 月，建设部、经贸委、国家纪委印发的节水型城市目标 导则，提出城市中水回用率芝6 0 的目标要求。北京市人民政府( 1 9 8 7 ) 6 0 号文 批转了“北京市中水设施建发管理试行办法”，其中规定：新建的面积2 0 0 0 0 m 3 以上 的旅馆、饭店、公寓等，新建的面积3 0 0 0 0 m 3 以上的机关、科研单位、大专院校、 大型文化体育建筑，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；现有建筑前两项的可根据条件逐步配建中水设旌。这些标志 着我国中水回用工作，已经由自发变为有序、由自愿变为强制，进入了一个新的 发展时期 9 1 。同时随着优质供水价格的提高，污水回用： 程的经济效益日渐突出， 这将有力地调动人们建设污水回用工程的积极性。 1 3 我国中水回用的现实意义 我国是一个缺水国家，对于缺水的地区和城市而言，仅仅靠增加水量并不能 根本地解决缺水问题，相应地开展城市污水回用就显得比开发建设新水源更有利 于解决缺水问题。我国城市污水年排放量达到4 1 4 亿m 3 ，生活污水今年月益增多， 占整个城市污水排放的近5 0 0 以上，如果生活污水同用率达到3 0 ，就可以弥补 上全国的年缺水量即6 0 亿m 3 。全面实旅中水回用工作，可以减少自来水的供给， 重庆大学硕士学位论文1 绪论 可以从根本上缓解城市水资源的紧缺状况，也是解决缺水城市水危机的根本途径， 对缓解水资源危机将发挥重要的作用，具有重要的现实意义、具有巨大的经济效 益和环境效益。 根据我国水资源状况和人口、经济增长速度，依靠扩大水资源的开发利用难 以满足经济和社会发展用水需求。这就必须将水资源利用的方式从过去的开源为 主向开源与节流并重，以提高用水效率为核心的转变。因此，要求我们在寻找新 的水源的同时，也要考虑充分利用现有的水资源，提高水的重复利用率。在这种 情况下，实施污水处理后再利用，使其成为低质用水的第二水源，具有开源节流 实现水资源可持续开发的重要意义 1 0 】。 我国一些城市的中水回用的实践证明：利用中水不仅可以获取一部分主要集 中于城市的可利用的水资源量，还体现了“优质优用、低质低用”的节水原则；再者 利用中水所需要的投资及运行费用一般低于长距离引水所需的投资和费用，减轻 了投资压力：城市污水回用所取的水费还可以使水污染防治得到可靠的经济保障； 同时中水利用的发展，让实施者取得了经济效益，提高了全社会治理水污染的积 极性，客观上减少污水的排放，保护环境的综合性效益十分显著。 可以说，中水的利用是我困解决水资源缺乏和保护水生生态环境、减轻水污 染的有效途径，是实现社会经济i 叮持续发展、构建循环经济模式的重要举措。 总之，中水回用是4 r ( r e d u c e 、r e u s e 、r e c y c l e 、r e c o v e r y ) 战略的重要环节， 是保证社会、经济可持续发展的重要内容1 。他减少了污染物的排放总量，改善 了天然水体水质，美化了环境，减少了由于水质恶劣而引起生物疾病甚至基因突 变的机会。 1 4 国外中水设备发展现状 从2 0 世纪7 0 年代初美国开始大规模建设二级污水处理厂起，开展中水回 用。其中水设备技术成熟，达到了转换程序控制、连锁保护、自动冲洗、信息传 输、遥测遥控、数据处理、计算机控制以及自寻故障诊断、耐用性以及适应自动 化控制的技术程度l l “。 近邻日本于1 9 6 2 年就开始进行中水利用，2 0 世纪7 0 年代已初见成效，随 着技术的发展，其成本不断降低、水质不断提高：1 9 8 0 年一些公共和私人建筑 开始中水利用；1 9 9 1 年日本的“造水计划”实施使取水量不断减少，节水效果显 著，日本的石川岛播磨、三菱重工、月岛、目立、久保田、北辰等企业在中水设 各制造方面具有高效、节能、轻质高强、耐久性好、操作运转灵活可靠、机电一 体化的成熟技术和产品。 目前积极实旋中水利用的国家为数众多，国外中水生产技术和设备的研发 重庆大学硕士学位论文1 绪论 生产相当成熟，由于经济发展的水平较高，在膜技术方面和自动化程度方面都 达到了相当的高度。已有系列化的中水设备进入国际市场，随着我国中水利用 的开展，国外的先进设备也进入中困内地，推动了医【内中水利用的发展，但其 价格昂贵在国内中水利用中只能起到示范的作用，难以广泛使用。 1 5 国内中水过滤消毒设备的发展现状 我国开展中水利用研究从2 0 世纪9 0 年代开始，1 9 9 2 年在大连得到实施。“八 五”攻关解决了低温、低c n 比生物除磷脱氮技术难题，推进了北京、天津等 1 0 余个城市的中水利用事业；但目前从我国的总体情况来看中水利用进展缓慢， 2 0 0 3 年全国废污水排放总量4 6 0 0 亿吨，中水生产规模在2 1 1 0 4 m 3 d ，约为污 水处理总量的l ，其中主要问题是思想认识不足、资金投入不够、中水生产技 术还需发展；根据上海水务杂志2 0 0 1 1 “城市中水回用中几个值得重视的问 题”( 周妙秋刘正美) 报道“至1 9 9 6 年仝删已有近1 8 0 多套巾水处理设施，但因种 种原因，当时设旌运行率并不高，如深圳市2 9 套中水设施，只有2 套设施得以勉 强坚持运行；北京1 2 0 套中水设施，保持运行的仅6 0 套 1 ”。”说明我国中水生产 设备的质量和技术可靠性较差，存在的问题较多。 通过调查研究我们发现，日前我国中水设备运行状况不佳的问题结症在于过 滤设备和消毒设备卜。在过滤工艺中，其中部分设备采用的低技术水平的过滤塔 或过滤床 “ ，多数使用散状滤料，如硅藻、无烟煤、石英砂等，这些散状滤料在 过滤中被水中杂质附着达到饱和，进行反冲沈清污时会沸腾、漂移、流失一部分， 为了保持水质的稳定，需要定期补充滤料；存在着较多的人工操作，劳动强度大， 容易损坏仪器仪表，自动化程度低，运行稳定性较差，增加了设备的管理难度【l 。 这种设备对于管理住宅小区的物业公司而言，需要专业技术人员管理，维修难度 大增加了管理难度和费用。 还有些采用新过滤材料，如纤维束滤料或其他膜分离技术的过滤设备，水质 好且稳定，但其清污工艺十分复杂，需要高强度的水和空气清洗，在膜污染严重 时还需要化学清洗，能耗高，设备复杂，增加了中水生产运行成本，使用寿命较 短，一旦膜材料被微生物不可逆附着，就面临设备大修 1 “，解决了水质的稳定 性问题，但没有克服维修难度较大的问题。南昌大学环境工程系教授万金保等人 2 0 0 4 年3 月3 日发表在中国给水排水专业杂志上的“降低膜生物反应器中膜污 染的研究一文中，用实验数据说明了膜技术在克服膜自身污染上是一个难题，强 调膜技术在实际推广应用一直受到膜污染问题的困扰，如何解决污染问题是摆在 从事m b r 研究工作者面前的难题。可见膜材料被微生物不可逆附着是造成的设 备大修事故的主要原因，膜材料的高价格成本和维修费用是膜分离技术过滤设备 蘑庆大学硕士学位埝文1 绪论 推广的障碍。 在杀菌消毒工艺上，现有中水消毒技术多使用化学方式，如臭氧、：二氧化氯， 液氯等杀菌技术，其技术和设备存在着操作烦琐，能耗较大，需要人对剂量进行 监控，有不安全因素，未完全实现自动化的缺陷。并且杀菌消毒工艺和过滤工艺 设备一一直是分离为两套设施，增加了管理难度，加_ 人了投资和管理成本；这些设 备问题都制约了中水利用的发展速度 1 7 】。 1 6 本课题研究的目的、意义和主要内容 住宅小区中水净化中，过滤和消毒t 艺是中水利用的两道主要工艺。日前 困内大量使用是的采用散状滤料的过滤设备，这种过滤设备没有解决滤料在清 污时发生损失的问题，导致了滤层逐渐减薄，水质逐渐下降，同时滤料的添加 又是一项繁重的工作，加火了设备维修的工作量，导致中水的生产成本增加和 设备工作的稳定性差。还有部分是引进国外膜过滤技术的过滤设备，采用微滤 膜、超滤膜作为滤芯，容易发生膜中毒，在清污时需要用水、空气清洗工序外， 还要定期聚用化学清洗才能使滤芯再生，能耗高、管理难度大，增加了巾水利 用的投资和运行成本。 本课题的研究的目的，就是为了解决中水处理中过滤和消毒设备稳定性问题， 降低投资和运行成本，提高其自动化程度，为社会提供一种运行稳定、寿命长、 操作管理简便、维修方便、适合小区中水过滤和消毒的自动化设备；通过研究寻 找- - l b 新型过滤材料，掌握其技术参数，从而设定设备的运行模式。 研究内容： 研制可替代传统滤层和膜过滤技术的崮态复合过滤层 由丁传统滤层使用散状滤料，进行反冲洗清污时会沸腾、漂移、流失一部分， 为了保持水质的稳定，需要定期补充滤料；存在着需要比较多的人工操作；还容 易损坏自动化仪器仪表；实现全自动化比较困难的问题；固态复合过虑层必须解 决这些问题。 膜过滤技术对于中水过滤也存在膜中毒和清污困难的问题，固态复合滤层应 该在清污技术难度方面和抗中毒优于膜过滤技术。同时要求过滤材料的成本不高 于膜材料的成本。 系统过滤和清污自动控制装锭 解决电控元件组成的电控装置和压力传感器为主的信息感知装置，对过滤和 清污自动转换的可靠控制。 紫外线灯杀菌消毒系统 把光电杀菌技术应用于中水的杀菌消毒，提高了杀菌消毒设备的可靠性和自 重庆大学硕十学位论文1 绪论 动化水平，这是日前水消毒的发展方向。 1 7 关键技术及功能 研制一个中水过滤塔模型，进行小试试验，其关键技术如下： a 复合滤层： 由微孔陶瓷盲管和外套布袋组成的复合滤层，主要功能是完成污水过滤；技术 特性适合中水水质过滤条件要求；在清洗方面比现有的过滤材料更为容易和有效； 适合自动化擦制技术的实施。 b 自动控制装簧： 由压力传感器、电磁阀和中间继电器来实现过滤清污的自动转换，由电机过 荷保护装置实现事故保护。主要目的是实现过滤、清洗的自动转换和事故的 自动保护。 c 消毒装置： 由紫外线灯组成，完成中水的消毒和杀灭细菌。主要目的是实现消毒杀菌的 无人化管理过程。 1 8 创新点论述 ( a ) 创新点1 一新型复合滤层技术，在实验中我们主要研究了固体复合滤层， 它是由微孔陶瓷管和外套布袋组成，这种复合滤层的结构搭配合理，两种过滤材 料在性能巴相互补充，微孔陶瓷作为过滤的质量保证和布袋的骨架，使布袋在过 滤工作状态时，贴在其外表面纤维是处于收缩松弛状况，有利于延长布袋的使用 寿命，布袋形成的初滤层，其透过孔径在0 1 o 5um 之间，有效地阻挡微粒杂质 进入微孔陶瓷的微孔内，少量进入微孔的微粒杂质在反冲洗由于布袋处于膨胀状 态，纤维之间的孔径加火时也容易被冲走，实现了两种材料在性能上的优势互补。 这一创新技术属国内首创。 ( b ) 创新点2 一塔内光电杀菌消毒技术，把紫外灯和光电杀菌消毒设施设置在 过滤塔中，成为一体化设备解决了过滤塔内部微生物的生长对过滤层附着问题， 抑制细菌和藻类在中水短期贮存中的繁殖，保持水体的水质质量电子杀菌灭藻仪 和紫外线灯都属低耗、高效的杀菌手段，安全性和可靠性都优于臭氧和氯系消毒 设备，比后两者有更高的自动化优势 ( c ) 创新点3 一高度自动化控制技术，采用以压力控制为核心的机电控制，当过 滤水压增加到一定值时，压力控制仪表感知到这一信息并将其转换成电信号，去 完成水泵的丌闭和排污电磁阀的开闭，并由时间继电器设定好清污时间，达到清 污的目的，这一发展提升了叶i 水过滤设各的自动化水1 t ，降低了设备的运行成本。 重庆人学硕士学位论文1 绪论 1 9 试验方案的可行性 按照实验路径进行小试实验，描绘出模型的过滤压力随时问的变化曲线及实 验设备的反冲洗周期，并根据出水水质要求确定最佳过滤压力及反冲洗周期。 ( a ) 复合过滤层：微孔陶瓷应用于污水过滤是一种新兴技术，微孔陶瓷本身是 一种成型的固态过滤层，其孔径为1 0 2 0 微米，适合于中水过滤，有很好的自动 化配套条件，在实践中其微孔容易被堵塞和附着污物，为了克服这一缺陷，采用 添加外套布袋使污物不进入或少进入微孔内部，利用布袋的可扩张波动性来破坏 污物附着层减小清洗难度，同时延长了滤层的使用寿命，在理论上是可行的，通 过模拟实验可以对复合滤层的材质、厚度、微孔孔径、使用寿命都需要出水水质 的指标进行验证。 ( b ) 自身蓄压反弹加重力自动反冲洗过滤塔：依靠复合滤层的特性，采用塔身 空高和其上所积莆被压缩空气以及水的重力势能对滤层进行冲击式清洗，在理论 j ：也是可行的。先通过人工手动控制试验，确定最佳的过滤压力范围和适宜的反 冲洗压力，为设各的自动控制提供比较符合实际的控制参数。实现自动化的技术 方案是采用压力传感器，来感知因污物附着层增厚所产二生的压力信号，通过继电 器关闭出水阀，进水泵继续进水，以增加反冲压力，实现升压反冲，当压力表的 压力指数达到反冲压力，通过继电器打开过滤塔底部排污电磁阀，实现压力加重 力的自动反冲洗过程。其过滤压力范围和升压反冲洗压力参数需要通过实验来探 求。 ( c ) 消毒杀菌装置：用紫外灯控制水中藻类和细菌的生长繁殖，是近年“泛用 污水杀菌的电子技术；为了控制生产中水的细菌含量，同时抑制复合滤层的微生 物生长，在塔身外设置紫外灯用来抑制和杀灭细菌和微生物；这些技术手段是否 凑效，也需要通过实验和分析来验证。 重庆大学硕士学位论文 2 小区中水利用的可行性分析 2 小区中水利用的可行 生分析 小区中水回用是指小区生活污水或城镇污水，经处理出水水质标准达到生 活杂用水水质标准( c j 2 5 1 8 9 ) 水质的城镇生活污水，在一定的范罔内作为生 活杂用水使用的过程。我国水资源匮乏，全国6 0 0 多座城镇中，约8 0 不同程度 缺乏水资源，约1 0 0 个严重缺水，制约着工农业的发展。另一方面，全国城市日 排污水约1 1 0 8 m 3 , 大量水资源流失且污染环境。污水作为再生水资源，已列为我 国重要水资源之列。在日常生活用水中，厕所用水量约占总用水量的3 0 。在住 宅小区及大型公共建筑建立中水回用的中小系统，就近回收污水水资源，对缓解 城市供水紧张局面具有十分重要的价值【l ”。 2 1 小区中水回用的优点 ( 1 ) 小区中水回用的优点是充分利用小区污水处理设施( 区域中水水源可以 采用二级处理设旌的出水) ，即在原有的污水处理基础上，增加中水后处理设施和 工艺( 过滤和消毒) ，就可以达到中水水质标准，盘活了小区的环保投资。 ( 2 ) 小区中水回用彳i 需要与城市污水处理厂中水回用那样庞大的中水回用管 道系统，以及相应配套的城市规划。具有所需的管道短，就地取材，就近输送， 占地少等，具有小巧易为优点。 ( 3 ) 小区中水回用由于就近输送动力消耗较少，所需费用相对减少；如果 实现自动化，管理很方便，系统也可以顺利运行，并能保证出水稳定，必将大大 地降低中水利用的运行管理成本，充分体现中水回用的价格优势，将提高社会进 行中水利用的积极性，促进中水利用的发展。 2 2 小区中水回用的意义 从保障水资源供应的可靠性和改善人民生活质量的来讲，在缺水地区实施小 区中水是最经济、最可靠、见效最快的办法，具有立竿见影效果；小区污水水量 稳定，就近可取，进行二次利用，无论从经济上见效速度上，比远距离取水和集 中污水处理后再进行中水利用都来得合理和快速，所以首先应发展小区污水回用， 对于缓解缺水的现状具有积极的现实意义【”j 。 小区中水回用，实现双路供水是建设节水型城市的重要体现，小区中的冲厕 用水、绿化用水、洗车等方面都可以用中水代替，体现了水的优质优用、低质低 用的分质使用原则；这样不仅大人地提高了水的重复利用率，减少了城市发展对 自然水源的需求压力，对于目前市政污水管道不完善的地区，小区中水设施的建 霍庆大学硕士学位论文2 小区中水利用的可行性分析 设更具有节水和环保的双重意义。 实现小区中水回用缓解了水资源紧张形势，提高了人民生活质量；同时减少 了污水的排放总量，减轻了城市市政管网的负荷和城市周围水环境的污染压力， 保护了生态环境，缓解了城市污水处理压力，小区中水旧用将显示出其开源节流 与减轻污染的双重功能，生态意义十分重大。 实现小区中水l a i 用，有利