校院小区中水回用工程设计.doc

校院小区中水回用工程设计 1.前言 我国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的1/4。水源不足、水体污染和生态环境恶化已成为社会发展的主要制约因素。特别是经济的飞速发展与城市化进程的加快，缺水问题更为突出。对工业和生活污水进行处理所的得到的中水回用正是解决缺水问题的有效途径。 所谓“中水”是指水质介于上水与下水之间的水，主要指生活污水和部分工业废水经过处理后达到一定的水质标准，可以在一定范围内重复使用的杂用水。某学院中水回用工程于2002年4月动工。同年8月建成投入使用。该工程占地水处理系统250 m2，机房占地60 m2，采用PLC自控系统，总装机功率为15KW，日处理能力为200 m3，最大日水处理能力为480 m3，它将来自校区教学楼、实验楼、宿舍的生活污水经过深度处理并达到国家规定的生活杂用水标准后，用于校区绿化、洗车、冲厕、喷泉等，具有明显的经济效益和环境效益。2.废水状况及排放标准21 废水状况 根据对校区排水状况进行的调查，原水水质指标如下：表1进水水质(mg/L)参数CODcrBOD5SS溶解氧石油类细菌总数最大值672.0203.0819.52.68.03.9105最小值152.896.5350.50.17.01.9105平均值345.6143.3655.01.77.42.63.9105 本技术方案重点以学院教学楼生活污水、实验楼废水及环境监测中心站、环保科研所办公楼生活废水为处理原水，其中实验室废水约占废水排放量的510%. 处理水量：按200 m3/d 设计，其中废水三级深度处理按8.0 m3/h 设计。2.2 排放标准 执行国家污水综合排放标准GB8978-1996和杂用水水质标准 CJ25.1-89。3. 工艺过程和主要设备 31工艺过程 本设计采用多级平行并联方式布置工艺流程，各处理设施预留有串联接口和直排口，设计工艺流程见图-1。工艺流程简要说明： 一级处理：格栅与隔油沉淀 细格栅用以除去污水中较大颗粒的杂质，防止泵的阻塞和损伤，减轻负荷原水，经格栅除渣后，进入隔油沉砂池，进一步除去较小颗粒杂质及油污，然后经泵提升，进入调节沉淀池，污水经水质、水量调节后，进入二级处理设施。 二级处理： 二级处理设施采用絮凝沉降、生物接触氧化两套设施串联/并联处理共用方式：处理设施采用阀门控制，既可以单独进水，单级处理；也可以将絮凝沉降与生物接触氧化可通过管线串联。 絮凝沉降：隔油池出水经泵前加药，与来自实验楼的含金属离子的废水经过管道水力混合反应后，至沉淀池沉淀分离，沉淀分离出水至污水二级处理设施生物接触氧化进行处理。 生物接触氧化：调节池出水自流进入生物接触氧化池，采用罗次鼓风机供气，微孔软管曝气，在提供微生物生长所必须的溶解氧之外，还使上升的气泡及其产生的紊动水流清洗填料表面，阻止污泥聚集，保持水气通道稳定，设计气水比为151，污水经活性污泥好氧氧化化去除水中有机污染物后，至三级处理设施进行深度处理。 三级处理（污水深度处理）： 三级处理采用“臭氧消毒砂滤活性炭吸附”的处理工艺，接触氧化池出水由水泵送至活性炭吸附塔前由自动臭氧机消毒处理，污水深度处理后，出水达到设计处理要求后外排清水池，利用水泵-管道系统回用于学院绿化和车辆清洗。 污泥处理： 格栅栅渣、隔油沉砂池沉渣、调节池污泥等，直接排至干化场，干化后外运。斜管沉淀池污泥5%回流至生物接触氧化池，其余排至污泥干化场，干化场干化后污泥外运或填埋处理。32 主要水处理构筑物 根据该学院地形特点，主要中水处理与回用设备及构筑物顺地势建设在山坡脚的池边。主要构筑物见表2。表2 主要水处理构筑物一览表设备名称设计参数结构尺寸数量(座)备注人工格栅Qmax=20m3/ hL=2.4m;B=0.8m1钢筋混凝土斜管隔油池Q = 8 m3/h；停留时间t = 30 min；表面负荷：0.3 m3/m2h宽2.2m*长5.2m*高3.2 m;其中斜管高为0.5 m; 斜管体积5.5m31斜管采用PVC管材自制矩形调节沉淀池Q=16m3/h；调节时间t=4h；V1=64m3 B=3.2m h2=3.2m L=6.4m1钢筋混凝土生物接触氧化池Q=12m3/h；BOD5值 La = 240 mg/L；容积负荷 M = 1200 gBOD5/m3d；气水比 Do = 10； t=2 hV=52 m3；有效水深h1=4.0m；单池尺寸L=2.6m;B=2.2m;池填料层高度h5=1.0m，m=3层2直流式鼓风曝气,填料采用纤维软性填料。矩形升流式斜管沉淀池12 m3/h；表面负荷 q1.8 m3/(m2h) t=40 min进水SS值 C1=240 mg/l；出水SS值 C2=12 mg/l面积F=6.6 m2; 池宽B=2.2m;池长L=3.0m;斜管区上部水深h2=0.5m斜管区高度h3=0.8m污泥停留时间T=2日; 池总高 H = 3.6 m1采用PVC,填料孔径D=150mm清水池停留时间t=12h容积60 m31钢筋混凝土33 中水回用处理工艺的出水水质 中水回用系统于2002年9月正式运转，在3个月的时间内，出水水质分析按照水和废水监测分析方法指南（下册）进行。见表3。表3出水水质(mg/L)参数CODcrBOD5SS石油类细菌总数(个/l)最大值16.82.817.20.310最小值8.41.47.60.210平均值12.52.210.30.2510杂用水标准501010/100处理效率%96.498.598.496.699.9 由表2可见，系统稳定后，出水中CODcr15 mg/L，BOD53 mg/L，其水质完全达到生活杂用水水质标准（CJ25.1-89）标准，不仅可回用于水洗厕所用水、空调冷却水，还可回用于汽车等冲洗用水、洒水、扫地用水以及水池喷水。3.3中水回用系统的自控设计 中水回用系统的控制全部集成在电控柜中。各设备的运行由电控柜中的PLC 控制，如格栅、集水井和干化池的水位情况通过浮球液位计传送到PLC，通过PLC 控制泵的动作。泵与风机均有热过载和空开过载保护，所有潜水泵均有漏电保护。风机、移送泵、自吸泵均为1用1备。电控柜上包括系统中设备的列表，直接可以看到相应设备的当前工作状态，并可以对设备现有状态进行改变；还可以看到当前所有设备的累计工作时间、各水池的水位、系统运行期间出现的报警等等。 五、中水回用处理工艺运行成本分析 本项目总占地面积约 520 m2，总造价 67.5万 元，其中土建总造价41.7 万元，设备总造价 25.2 元。本项目直接运转费用分析见表-3。表-3 水处理实验平台运转费用分析表(1)工人工资(800元/月，共2人)1600 元/月(2)水费（1。10元/t，每天用清水2 t）66 元/月(3)电费（0.55元/kwh，运行装机容量约7kw1200 元/月(4)药剂费(0.46元/m3废水，192m3/d)2649 元/月(5)折旧（按照15年计算）4000元/月（6）共计9515元/月(6)回用水160m3/日（0.8元/t）折合144元/日4320元/月成本0325 元/m3 本工程项目的突出特点是工艺单元齐全、操作稳定、生物处理效果好、耐冲击负荷能力强、可达标排放并回用于绿化、冲厕、建筑用水和洗车等，既满足了校园污水处理、中试和工程治理实践的要求。又具有明显的社会效益、环境效益和一定的经济效益。10 结论 校园中水回用工程采用MBR工艺。自2002年9月投入运行以来，运行状态良好，出水水质CODcr平均12.5 mg/L，BOD5平均2.2 mg/L，SS=10.3 mg/L，其水质完全达到生活杂用水水质标准（CJ25.1-89）。 设计规模为200m3/d的中水回用系统运行成本为0.325元/ m3，应用于实验楼、道路冲洗、绿化等处是经济可行的。 斜板沉淀池在一体化氧化沟中的作用氧化沟由于其构造简单和运行管理简便已发展成为污水生物处理的主要方法之一。为了适应防止水体富营养化的要求，经过适当的调整和改造，氧化沟在去除污水中有机污染物的同时，还可完成生物脱氮和除磷13，因此氧化沟被各国广泛采用。一体化氧化沟(Integrated Oxidation Ditch)是将沉淀池与氧化沟合建，无单独的污泥回流系统，基建投资和运行费用均较低，并在一定程度上弥补了传统氧化沟占地大的缺点。由于污泥回流及时，减少了污泥膨胀的可能。氧化沟内多水深2 m，目前也有深达34.6 m的。为了避免污泥沉积到沟底，沟内混合液的循环流速0.3 m/s，通常为0.30.5 m/s4。这就使得沟内循环的混合液具有较高的动能。由于受氧化沟结构和运行方式的限制，与氧化沟合建的沉淀池应满足：沉淀池与氧化沟的容积比尽可能小；削减进入沉淀区混合液的能量，以保证高效沉淀。目前应用较多的有BMTS式和船式5、6，斜板沉淀池由于池深浅、占地少、固液分离效果好，也已在一体化氧化沟中广泛应用。 1试验装置氧化沟主体和斜板沉淀池模型均用有机玻璃制作。污水由高位水箱经转子流量计流入氧化沟中，并迅速与沟内原有混合液混合。经多次循环处理后，与进水等量的混合液在沉淀池内固液分离，经出水堰排出(见图1)。由于试验模型较小，没有适当规格的曝气转刷可以安装，所以在氧化沟的一端转弯处设一台搅拌机推动混合液在沟内循环流动(转速在100250 r/min之间调节)。搅拌桨的型式类似于曝气转碟，在平面圆盘上固定6片桨板。鉴于搅拌机的供氧能力有限，在进水口前设置一充氧泵。氧化沟模型长为0.8 m，设有沉淀池的廊道宽为0.1 m，另一廊道宽为0.07 m，有效水深为0.3 m，有效容积为41 L。试验中采用斜板沉淀池作为沟内合建的沉淀池。其迎水面制成坡形，防止沟内混合液在沉淀池前由于截面突缩出现旋涡流。在斜板底部设置双层穿孔板作为过渡区，以消耗混合液上升时挟带的动能。沉淀池出水堰口为锯齿型，保证出水均匀和各个斜板间布水均匀、负荷相等。沉淀池底部长为0.20 m，宽为0.05 m ，距沟底0.05 m，侧面廊道宽为0.05 m。沉淀池容积占氧化沟总容积的6.13%。试验历时9个月，污水取自哈尔滨市马家沟河，水质情况(如表1)为典型的城市污水。处理水量为0.67.8 L/h，原水温度基本随季节而变(1027 )，污泥浓度为22.8 g/L，MLVSS为1.41.9 g/L。水质与污泥指标采用标准方法检测。表1马家沟河污水水质项目数值pH6.07.2SS(mg/L)60160CODCr(mg/L)258.9407.5BOD5(mg/L)100.3144.8NH3-N(mg/L)18.230.5TKN(mg/L)23.841.2TP(mg/L)4.58.62斜板沉淀池内流态与固液分离效果斜板沉淀池内的流态如图2所示，共分为4个区：主流区、过渡区、斜板区和清水区。2.1主流区主流区即位于沉淀池底部的氧化沟混合液的流动区，其主要作用是传输待分离的混合液进入沉淀池，沉淀后的污泥又经此进入氧化沟中随混合液继续循环。为防止氧化沟内混合液中污泥沉积，其混合液平均流速取0.35 m/s。设有沉淀池的廊道的过水断面面积为0.03m2；在沉淀池处，由于其占据一定的断面，因此过水断面面积减小至0.0175m2。根据物料平衡原理，沉淀池底部主流区内混合液的平均流速为0.6 m/s。此时水流除水平流速外，还有上、下、左、右的脉动分速，且伴有小的涡流体，属紊流状态，在一定程度可使密度不同的水流较好地混合。为使颗粒沉淀，在进入沉淀池斜板区之前必须降低雷诺数以利于颗粒的沉降。2.2过渡区位于斜板下部的双层穿孔板的作用是消能和调整流态，称为过渡区。当混合液流径过渡区时，由于穿孔板的阻力和孔径的放大，向上的流速降低和水流本身旋转产生的涡流使混合液的能量迅速降低。斜板沉淀池作为二沉池的表面负荷一般为46 m3/(m2h)，相应的斜板区内水流上升速度也为1.111.67 mm/s。过渡区消能作用可以用主流区和斜板区的动能比值表示：E主流E斜板=0.60 m/s21.11 mm/s2=2.9105由上式可知，过渡区将混合液的能量衰减了5个数量级。若拆除过渡区双层穿孔板，不能消除混合液进入斜板区带有的较大动能，污泥严重上翻，固液分离效果极差，出水中SS高达300 mg/L。过渡区的作用还包括均匀进水和作为污泥回流的通道起着双向传输的作用。由于进水不均匀会使部分斜板负荷高而其他斜板负荷低，造成局部积泥、出水SS升高。沉淀池底部主流区内混合液的平均流速为0.6 m/s，是独立设置在斜板沉淀池底部过渡区中水流速度(1025 mm/s)的2050倍，因此双层穿孔板对保证配水均匀是必不可少的。2.3斜板区斜板区是污泥与水分离的实际区域，即工作区。污泥絮凝体在这里形成并在重力作用下沉降到斜板上，澄清后的污水进入清水区。在过渡区形成的污泥颗粒絮凝体在不断上升的水流带动下进入斜板沉淀区，在斜板上与重力平衡时形成的动态污泥悬浮层相遇，使不断上涌的混合液中污泥颗粒被捕获和过滤。悬浮污泥层的厚度是变化的，当厚度达到一定程度时，重力足以抵抗摩擦力，污泥层就会下沉到氧化沟中进入主流区。此后，从斜板上下滑的污泥层又会逐渐积累，再滑落至氧化沟内周而复始。相对于过渡区对上升水流的阻力而言，悬浮污泥层的动态变化对整个污泥沉降过程没有太大的影响，试验结果也证明了这一点。从理论上讲，沉淀池的出水效率在很大程度上由混合液的上升流速和污泥沉速决定，只有当污泥沉速大于上升流速时，沉淀才能发生。但由于动态污泥悬浮层的存在，水中的颗粒有充分的机会和活性污泥悬浮层的颗粒碰撞凝聚，其沉速远远大于同条件下的静态沉速，从而可以提高上升水流速度或产水量。斜板间的污水流动状态理论上应为层流，其雷诺数为15。从图2可以看出，斜板之间的流动状态并不是完全的层流，从过渡区上升的旋涡流还需要一段时间和距离才能扩散和稳定，因此只能说斜板区的中、上部水流处于层流状态。过渡区上升旋涡流对斜板的冲击影响与混合液的能量及分布的均匀性有关。混合液通过悬浮污泥层类似于絮凝沉淀过程，而混合液的上升流速与污泥的体积浓度有关。上升流速越大，体积浓度越小，悬浮污泥层厚度相应增大。当上升流速接近于自由沉速时，体积浓度接近于零，悬浮污泥层消失。反之，当上升流速越小，悬浮层体积浓度越大。因此水量越大，上升流速越大，过渡区的上升旋涡流对斜板的冲击影响与混合液的能量也越大，斜板底端的紊流区域增加，悬浮污泥层厚度相应增大。当达到某极限值时，出水SS猛增，斜板顶部污泥开始上翻，此极限即是斜板沉淀池的污泥穿透临界点。混合液冲击能量和沉淀池水力停留时间与出水SS的关系，如图3所示。由图3可知，随着停留时间缩短，出水SS逐渐增大。但当水力停留时间30 min时，出水中的SS38 mg/L；当水力停留时间30 min时，出水中的SS值猛增至6998 mg/L。试验表明，可将水力停留时间=30 min作为该斜板沉淀池的污泥穿透临界点。2.4清水区清水区能够分隔沉淀工作区与出水堰区域，使斜板区的沉降过程不受出水水流影响。锯齿形溢流堰比普通水平堰更易加工也更易保证出水均匀。3影响沉淀效果的因素3.1斜板倾斜角度试验中改变沉淀池的斜板倾斜角度，利用出水的SS值来判断出较佳的斜板倾斜角度。表2为倾斜角与出水中SS的关系。由试验数据可知，斜板呈65和70倾角时，出水水质较好。表2斜板倾斜角与出水中SS的关系斜板倾角()5560657075出水SS(mg/L)4038342337沉淀池的固液分离过程包括污泥颗粒在斜板区的沉降和絮凝体沿斜板的下滑回落到氧化沟中。在斜板区污泥颗粒受到的作用力有：自身重力、混合液的冲击力、斜板的弹力和摩擦力。污泥颗粒在斜板区沉降过程决定于混合液沿垂直向上方向的冲击力和污泥颗粒的重力之差。因此斜板倾角较大时，冲击力较大，不利于颗粒沉淀。絮凝体沿斜板的下滑过程则是自身重力、混合液的冲击力沿斜板方向的分力和摩擦力的共同作用结果。污泥絮体的粘性比颗粒状泥沙及其絮凝体大，加之斜板区的污泥浓度高，故斜板倾角较小时，其自身重力沿斜板方向的分量不足以抵消其他力沿该方向的合力而不能向下滑动。3.2沉淀池的位置与外形在氧化沟内由于受到弯道的影响，在直流段两端及沟的内外侧和沟中间的混合液流速都是不均匀的，在不改变氧化沟的进水量及沉淀池表面负荷的前提下，将沉淀池置于氧化沟直流段的中后段外侧，污泥沉淀效果最好。氧化沟设置沉淀池后，该段过水断面的流态发生了变化，在沉淀池的底部前端混合液的流动发生了突缩变化，在沉淀池后端混合液的流动发生了突扩的变化。因此，在沉淀池前后的混合液流动紊动程度较大，属于紊流。另外，在沉淀池的底部混合液的过流断面变小、流速变大，如果过流断面过小，则此处混合液的流动成为急流。当急流不能维持在临界水深以下时，则混合液在流过沉淀池的底部后，便向超过临界水深的缓流进行突变，将产生水跃。此外，水头损失与速度有关，当急流的速度大于缓流的速度而底坡不足以克服急流的磨擦损失时，急流也将以水跃的形式转变为缓流。因此，为了减小突缩和突扩形成沟内旋涡区和影响污泥沉降，将沉淀池的迎水面挡板制成船头型，缩小沉淀池的外宽，使氧化沟内的混合液能同时从沉淀池的底部和侧面流动。另外在生产应用中，将氧化沟的横断面在沉淀区一段加宽或加深也是一种可取方案。在实际应用中，氧化沟的结构通常根据场地、曝气设