某住宅小区中水净化工艺设计方案

1、住宅小区中水净化工艺设计摘 要我国面临着严重的水资源短缺和水环境污染问题。日益严重的水量型和水质型缺水不仅严重困扰着人民的生活，也成为影响和制约我国经济可持续发展的主要因素之一。随着人口的增长和房地产事业的发展，城市住宅小区的用水量和污水排放量越来越大，建立住宅小区中水回用系统，将居民生活污水经集流、水处理后回用于小区的冲厕、绿化等，既可以大幅度减少小区周围水环境的污染负荷，又可开辟可靠、稳定的第二水源，因而具有重大的研究和应用价值。目前，我国大多数城镇住宅小区建设中水系统的条件已基本具备，并日趋完善。随着城镇住宅小区的规模化以及水处理技术的发展，中水系统的投资和运行费用将大幅度降低；小区物业

2、管理的兴起和完善也为小区中水系统的投资回报奠定了基础。本文通过对多种中水净化工艺进行综合比较，采用“生物接触氧化法混凝沉淀”作为主体工艺对住宅小区杂排水进行处理，并对小区地埋式中水净化站进行设计计算。出水水质可达到国家生活杂用水水质标准(CJ/T48-1999)。关键词：杂排水，生物接触氧化法，混凝沉淀，中水回用Design on Reclaimed Water Treatment Processfor Residential areaAbstractKey Words: gray water，biological contact oxidation，coagulation and preci

3、pitation，reclaimed water reuse目录中文摘要英文摘要1引言11.1研究背景1我国的水资源状况1解决水资源紧缺的途径11.2国内外中水回用发展情况1国外中水回用发展情况1国内中水回用发展情况21.3住宅小区中水回用3相关术语3中水回用的目的及意义3小区中水回用的要求42住宅小区中水净化方案的确定52.1设计内容简介52.2中水处理流程52.3生物处理工艺比较6稳定塘6污水土地处理系统6 A2 / O 工艺6 CASS工艺6膜生物反应器(MBR)6生物接触氧化法(BCO工艺)62.4小结73水量平衡83.1水量平衡计算8中水原水水量的计算8中水处理量的计算83.2水量平

4、衡图94处理构筑物的设计计算104.1溢流井104.2细格栅10设计要求10设计计算11设备选型124.3隔油池124.4毛发聚集器134.5曝气调节池13设计依据13设计计算13仪器设备144.6生物接触氧化池14设计计算14填料与曝气设备154.7水力循环澄清池16设计计算16药剂与设备214.8重力式无阀滤池21已知条件21设计计算224.9消毒25设计依据25设备选型254.10中水池26设计依据26设计计算264.11污泥浓缩池26设计参数26设计计算274.12污泥脱水27储泥池27污泥脱水285投资估算295.1主要建、构筑物说明29溢流井29细格栅槽29隔油池29曝气调节池29

5、生物接触氧化池29水力循环澄清池29重力式无阀滤池29中水池30污泥浓缩池30储泥池305.2投资估算30土建工程30主要设备及材料31工程造价明细表325.3电气控制系统325.4施工运行过程中的环境保护326结论33致谢34参考文献351.1研究背景我国的水资源状况众所周知，水资源紧缺已经成为世界性问题。我国也同样面临水资源短缺的现实。我国的地域特征决定了我国的水资源具有总量丰富、人均占有量相对不足、时空分布不均衡等特点。我国是一个水资源匮乏的国家，虽然总体上水资源量有2.8×1012m3，居世界第6位，但由于人口众多，人均水资源占有量不到2400m3，只有世界人均占有量的1/4

6、，居世界第110位，是13个贫水国之一1。到2030年，我国人口将达到16亿，人均水资源量将下降到1700 m3，形势十分严峻。据有关资料显示，我国有80%的城市由于工业生产发展和人口增加等原因导致不同程度的缺水，缺水总量每年达1200亿m3。不仅如此，我国的污水排放量每年递增约14亿m32。日益严重的水量型和水质型水资源短缺不仅严重困扰人民生活的基本需求和生活质量，也成为影响和制约我国经济可持续发展的主要因素之一。解决水资源紧缺的途径为了解决水危机，世界各国各地区都在采取积极有效的措施，旨在“开源节流”。我国解决水资源短缺的途径主要有：使用节水卫生器具；实行清洁生产(如，工业冷却水循环使用)

7、；污水灌溉；海水淡化；远距离输水(如，引滦济青、南水北调等工程)；以及中水回用工程等。其中，使用节水卫生器具和实行清洁生产的“节流”量有限；随着城市污水中重金属等有毒物质含量日益增加，污水灌溉严重威胁农作物的生长和安全食用、地下水的安全饮用；海水淡化和远距离输水虽然取得了“开源”的成效，但成本很高，且以破坏生态环境作为高昂代价。在各种措施中，最为行之有效的途径之一就是“中水回用”。中水回用是提高水资源利用效率、缓解水资源紧张的有效途径和直接措施，是实现水资源持续利用战略的重要组成部分。1.2国内外中水回用发展情况国外中水回用发展情况中水回用起源于日本，经过10多年的开发利用，它在美国、日本等发

8、达国家得到了广泛的应用，并显示出明显的经济效益，已成为城市水资源的重要组成部分。美国是世界上进行污水再生利用最早的国家之一，20世纪70年代初开始大规模污水处理厂建设，1979年美国有357个城市回用污水，有污水回用点536个，涉及城市回用、娱乐回用、环境回用、工业回用等方面。全国城市污水回用总量约为9.4×108m3/a，其中灌溉用水占总用水量的62%，工业用水占总用水量的31.5%，5%用于地下回灌，1.5%用于娱乐、渔业等3。日本的水资源虽较丰富，但人均水资源占有量仍低于世界平均水平。节约用水一直受到全社会的关注。日本从1962年就开始回用的实践，促进了当时的工业复兴。到20世

9、纪80年代中期，日本的城市污水回用量就达6.3×107m3/d。日本的双管供水系统比较普遍(其一为饮用水系统，另一为再生水系统，即中水道系统)，中水道的再生水一般用于冲洗厕所，浇灌城市绿地及消防。日本在政策上鼓励中水回用，日本政府制定了奖励政策，通过减免税金、提供融资和补助金等手段大力加以推广中水回用技术。而且同时还要求新建的政府机关、学校、企业办公楼以及会馆、公园、运动场等公共建筑物必须设置中水道4。除日本、美国外，以色列、俄罗斯、西欧各国、印度、南非和纳米比亚的污水回用技术也很普遍，南非和纳米比亚等国甚至建起了饮用再生水制造工厂。中水回用已经成为世界上不少国家解决水资源不足的战略

10、性对策，在国外已有丰富的经验，值得我们学习和借鉴。国内中水回用发展情况我国从20世纪50年代起开始采用污水灌溉的方式回用污水，但真正将污水处理后回用于城市生活和工业生产，有20年左右的历史。我国的污水回用事业大致可分为三个阶段：1985年前的“六五”期间是起步阶段；19862000年的“七五”、“八五”、“九五”这15年是技术储备和示范工程引导阶段；2001年以“十五”纲要明确提出“污水处理回用”为标志，国家进入全面启动阶段。目前我国已投产的城市中水回用工程有近四十个，回用规模多为(110)×104m3/d，约为全国城市污水设计处理量的1%左右。中水回用可以说是最大规模最有效的节水措

11、施。前些年全国每年节水约10亿m3，而中水回用推算每年可增加城市供水几十亿m3。可见，我国城市中水回用事业将有巨大的发展空间和潜力4。随着国外中水技术的引进、国内中水试点工程的建设及中水处理设备的研制，我国的中水回用在北京、大连、深圳、天津等城市已有较多的成功应用。无论是城市污水处理后的深度处理技术，还是宾馆、酒店、大型建筑群、小区的中水处理技术，目前在国内外都是成熟的。因此，我国的中水回用在经济技术上都有很大的可行性。但是与西方发达国家相比，我国在中水回用领域仍处于落后状态，目前我国城市污水处理率不足20%。这主要是因为长期以来，水价过低和体制问题成为了我国中水回用市场进程中最大的拦路虎、绊

12、脚石。而解决这一问题的根本途径就是合理调整水价，改善中水回用局面，引入市场化运营机制，利用经济杠杆推动中水市场的持续发展。例如：在城市中水回用的建设过程中，逐步引入市场经济的机制，根据具体环境要求确定水处理程度，重视能耗低的水处理技术和污水资源化技术的应用，建立不同规模、多种形式的中水回用系统。改变中水回用的经营方式，面向产业化、市场化已刻不容缓。1.3住宅小区中水回用相关术语中水 (reclaimed water) 指各种排水经处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水5。中水系统 (reclaimed water system) 由中水原水的收集、储存、处理和中

13、水供给等工程设施组成的有机结合体，是建筑物或建筑小区的功能配套设施之一5。小区中水 (reclaimed water system for residential district) 在小区内建立的中水系统。小区主要指居住小区，也包括院校、机关大院等集中建筑区，统称建筑小区5。中水原水 (raw-water of reclaimed water) 作为中水水源而未经处理的水5。中水设施 (installation of reclaimed water) 是指中水原水的收集、处理，中水的供给、使用及其配套的检测、计量等全套构筑物、设备、器材5。水量平衡 (water balance) 对原水水量

14、、处理量与中水用量和自来水补水量进行计算、调整，使其达到供与用的平衡和一致5。杂排水 (gray water) 民用建筑中除粪便污水外的各种排水，如冷却排水、游泳池排水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水等5。中水回用的目的及意义住宅小区中水系统就是将住宅小区中人们生活或生产活动中排放的生活污水、冷却水等经集流、水处理后再回用于住宅小区。经再生处理后的水可作冲洗便器、浇洒街道、绿化水景、洗车、空调冷却、消防等方面用水，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6。随着我国房地产事业的蓬勃发展，城市住宅小区的用水量和污水排放量越来越大，而在人们使用过的生活污水中，污染杂质仅占0.1

15、%，绝大部分是可再利用的清水。城市供水量的80%90%变为生活污水排入下水道，是一种很大的资源浪费，至少有70%的污水（相当于城市供水量的一半以上）可处理后安全回用7。由于住宅小区位置分散，如果全部生活污水依靠城市污水厂处理，收集与传送难度较大。事实上，住宅小区冲厕、洗车、绿化、水景等引起的用水对水质的要求并不高，如若采用小区中水系统，则不仅可以满足上述用途对水质、水量的要求，而且预计住宅小区用水量可节省30%40%，排水量可减少35%50%，能够产生良好的社会效益和环境效益。住宅小区中水系统还具有实施方便，不影响市政道路，回用管道短，投资小等优点，对中水回用的推广大有益处。此外，通过污水处理

16、回用，可大幅度减少水体环境的污染负荷，开辟可靠、稳定的第二水源，因而具有重大的研究和应用价值。在住宅小区达到设立中水系统的经济性取决于小区的规模。当小区的人口达到1万或中水用量达到750m3/d时，设立中水系统比传统供水经济合算。住宅小区的中水如能和附近的污水处理厂进行有效的结合起来，更能发挥中水的经济效益。目前，我国大多数城镇住宅小区建设中水系统的条件已基本具备，并日趋完善。居民区排水量较大、杂用水需求量也大，水量易平衡，对中水系统的设计和平稳运行十分有利。随着城镇住宅小区的规模化以及水处理技术的发展，中水系统的投资和运行费用将大幅度降低；小区物业管理的兴起和完善也为小区中水系统的投资回报奠

17、定了基础6。小区中水回用的要求中水回用必须满足三个要求：水质合格；水量足够；经济合算。水源是保证小区供水的前提条件，中水回用对水源的要求为：有一定的水量且稳定可靠，可以满足中水供应的要求；原水易于收集，减少集流系统的投资费用；污染较轻，易于处理和回用，投资费和运行管理较低；处理过程中不产生严重的污染；原水本身和回用水对水体、中水用水器无害；节约水资源效果明显，减少小区用水费用和排污费用；具有社会效益、环境效益、经济效益，利于小区的建设8。中水水质应满足以下要求：不影响人体健康；对环境质量不影响；使用者维护无不良影响；不影响产品质量；为使用者接受；技术可行；经济合理，水价水竞争力；对使用者要进行

18、安全教育。详细指标见表1.1。表1.1生活杂用水水质标准(CJ/T481999)项目冲厕、绿化洗车、扫除pH色度(度)3030气味无不快感觉无不快感觉一浊度(度)1050总碱度(以CaCO3计) mg/L450450溶解性固体 mg/L12001000BOD5 mg/L1010CODCr mg/L5050氯化物 mg/L350300NH3N(以N计) mg/L2010阴离子表面活性剂 mg/L1.0他0.5铁 mg/L 0.40.4锰 mg/L0.10.1游离余氯 mg/L管网末端0.2管网末端0.2总大肠杆菌群数 (个/L)332住宅小区中水净化方案的确定2.1设计内容简介本次设计的主要内容

19、是为西北地区某一5万人的新建住宅小区设计一个地埋式的中水净化站，处理后出水用于小区住户的冲厕、绿化。小区总占地面积约70公顷，住宅用地面积约占28%，道路面积约占12%，绿化面积约占35%，剩余25%用于修建停车场、超市等小区配套服务设施的预留空地。该新建小区采用双排水管网，实行部分集流、部分回用。中水水源选用含溶解性有机物和LAS较低的杂排水，粪便污水和雨水经收集后排入市政排水管网。根据建筑中水设计规范(GB503362002)确定原水水质指标为：CODCr:200mg/L，BOD:130mg/L，SS:110mg/L，阴离子表面活性剂(LAS):9mg/L，pH:7-8。处理后出水水质要求

20、达到我国生活杂用水水质标准(CJ/T481999)。2.2中水处理流程中水回用的目的不同，水质标准和深度处理的工艺也不同。中水回用需要多种工艺的有机组合，从而使中水系统具有多样化特点。无论采取哪种处理工艺，首先都应经过预处理和初级处理，其后续处理一般分三类：先生化后物化再消毒；物化和消毒；物理处理和消毒。住宅小区中水处理采用何种工艺，应根据中水水源的水质水量和用水要求，经过水量平衡并通过实验确定，同时考虑投资、运行管理和设备情况进行技术经济分析，优选方案。也可采用我国建筑中水设计规范(CECS3091)推荐的流程5：表2.1典型中水处理流程水质类质处理流程优质杂排水优质杂排水水质好，宜采用流程

21、较短的物理化学处理工艺：原水格栅调节池混凝沉淀或气浮过滤消毒中水杂排水杂排水水质与优质杂排水水质相比，污染物的含量要略高一些，因此，处理难度也相应加大了。一般采用生化物化组合工艺进行处理：原水格栅调节池一级生物处理沉淀过滤消毒中水生活污水生活污水成分复杂，污染物浓度高，宜用二段生物处理和物化处理相结合的工艺流程：原水格栅调节池一段生物处理沉淀二段生物处理沉淀混凝反应过滤消毒中水此外，规范中还指出，当有厨房排水等含油排水进入原水系统时，应经过隔油处理。2.3生物处理工艺比较污水处理系统是小区中水回用工程的关键，9101112对住宅小区排水不均匀的情况更具有实际意义13。工程实践证明，BCO法对于

22、进水BOD5浓度在100250mg/L且表面活性剂含量较高的污水具有很好的处理效果。2.4小结综上所述，根据本次设计原水水质特点，决定采用“生物接触氧化(BCO工艺)混凝沉淀”作为主体处理工艺。参考表2.1中杂排水所对应的处理流程，得出完整的处理工艺流程如下：图2.1工艺流程图 3水量平衡水量平衡计算是中水设计的重要步骤，它是合理用水的需要，也是中水系统合理运行的需要。建筑中水的原水取于建筑排水，中水用于建筑杂用，上水补其不足，要使其互相协调，必须对各种水量进行计算和调整。要使集水、处理、供水集于一体的中水系统协调地运行，也需要各种水量间保持合理的关系。水量平衡就是将设计的建筑或建筑群的给水量

23、、污水废水排水量、中水原水量、贮存调节量、处理量、处理设备耗水量、中水调节贮存量、中水用量、自来水补给量等进行计算和协调，使其达到平衡，并把计算和协调的结果用图线和数字表示出来，即水量平衡图5。水量平衡图虽无定式，但从中应能明显看出设计范围内各种水量的来龙去脉，水量多少及其相互关系，水的合理分配及综合利用情况，是系统工程设计及量化管理所必须做的工作和必备的资料。实践表明，中水工程不能坚持有效运行的一个重要原因，就是水量不平衡。因此，应充分重视这一项工作。3.1水量平衡计算中水原水水量的计算该新建小区居民人均日用水量拟定为150L/(人·d)，根据建筑中水设计规范(GB50336200

24、2)确定各种用水量占给水量的百分比如下：表3.1各种用水量占给水量的百分数用途洗澡洗漱洗衣冲厕厨房绿化总计比例%15111230257100水量L/(人·d)22.516.5184537.510.5150由上表可知，小区日用水总量Qd = 50000×150×10-3 = 7500(m3/d)由于小区选用杂排水作为中水水源，故按照日用水量定额分配比例法8可得小区中水原水水量为Q = c·b·Qd = 0.85×(1-0.3-0.07) ×7500 = 4016.25(m3/d)式中c折减系数，取0.85；b取自中水原水的给水

25、项目占总水量的百分比，见表3.1；Qd日用水总量，m3/d。中水处理量的计算a.中水用量小区中水用于冲厕和绿化，按其占用水量的百分比计算如下：冲厕用水量q1 = 1.2·b·Qd = 1.2×0.3×7500 = 2700(m3/d)式中1.2考虑漏损的附加系数。绿化用水量q2 = 0.07 Qd = 0.07×7500 = 525(m3/d)中水用水总量Qz = q1+q2 = 2700+525 = 3225(m3/d)b.中水处理量Q1 = (1+n) ·Qz = (1+0.12) ×3225 = 3612(m3/d)式

26、中n中水处理设施自耗水系数，一般取10%15%。c.比较可集流中水原水与中水处理量 =× 100% = × 100% = 11.2%式中考虑集流水量和中水用水量不稳定的安全系数，一般取10%15%14。溢流量Q2 = Q-Q2 = 4016.25-3612 = 404.25(m3/d)中水原水回收率 = = 0.764 = 76.4%>75%，符合建筑中水设计规范(GB503362002)对于原水回收率的要求。3.2水量平衡图水量平衡图见图3.1。图3.1水量平衡图 4处理构筑物的设计计算4.1溢流井根据水量平衡计算结果可知，中水原水溢流量为404.25m3/d，故在

27、原水进入处理设施之前需设置溢流井。根据原水水量特点及细格栅对栅前流速的要求，确定溢流井的大致尺寸为：长×宽×高 = 1.5×1.5×1.9 = 4.275(m3)溢流井各部分尺寸详见下图：图4.1溢流井溢流井直通地面，方便检修。在溢流井进水管口处设置ZMQF型方形进水闸门，闸门的开启和关闭受曝气调节池中UDA电极式液位控制器的控制，以保证在每日用水高峰期时多余的原水能够及时排入市政管网。表4.1ZMQF型闸门主要性能参数规格最大工作水头/m工作介质安装状态正常水压状态闸框距边壁距离/mm闸框距井底距离/mm正向反向ZMQF600×600103水

28、或污水铅垂状态正面进水3001004.2细格栅设计要求因杂排水水质较好，故只设一道细格栅。栅条间距应小于10mm，过栅流速一般选用0.61.0m/s，水头损失一般为0.080.15m，栅前水深不小于0.5m，污水在栅前渠道内的流速一般控制在0.40.8m/s，倾角不小于60°14。设计计算中水的日平均处理量为Q1 = 3612m3/d，取小时变化系数Kn = 2.815，则最大设计流量Qmax = = = 421.4(m3/h) = 0.117(m3/s)a.栅槽宽度n = = = 45(个)B = S(n1)+en = 0.01×(451)+0.008×45 =

29、 0.8(m)式中Qmax最大设计流量，m3/s； 格栅倾角，60°；经验系数； e 栅条净间隙，8mm； h 栅前水深，0.5m； v 过栅流速，0.6m/s； n 格栅间隙数； S 栅条宽度，m； B 栅槽宽度，m； b.过栅水头损失h0 = = 3.26××sin60° = 0.05(m) h1 = k·h0 = 3×0.05 = 0.15(m)式中阻力系数，与栅条断面形状有关，=，当为矩形断面时，= 2.42；计算得，= 3.2616；g 重力加速度，9.81m/s2；k 系数，格栅受污物堵塞后，水头损失增大的倍数，一般k =

30、 3；h0 计算水头损失，m；h1 过栅水头损失，m；c.栅槽总高度为避免造成栅前涌水，故将栅后槽底下降h1作为补偿H = h+ h1+h2 = 0.5+0.15+0.3 = 0.95(m)式中H 栅槽总高度，m；h 栅前水深，m；h2 栅前渠道超高，m，一般用0.3m。d.栅槽总长度栅前水深与栅前流速的关系为：v1 =，若取栅前流速v1 = 0.5m/s，则可得进水渠道宽B1 = 0.47m。l1 = = = 0.45(m)l2 = = = 0.23(m)H1 = h+h1 = 0.5+0.3 = 0.8(m)L = l1+ l2+1.0+0.5+ = 0.45+0.23+1.0+0.5+

31、= 2.6(m)式中B 栅槽宽度，m；B1 进水渠道宽度，m；进水渠展开角，一般用20°； l1 = 进水渠道渐宽部分长度，m；l2 = 栅槽与出水渠连接渠的渐缩长度，m；H1 栅前槽高，m；L 栅槽总长度，m。e.每日栅渣量W = = = 0.56(m3/d)式中W 每日栅渣量，m3/d；W1 栅渣量(m3/103m3污水)，取0.116；K总 生活污水流量总变化系数，取1.8016。设备选型由于W>0.2 m3/d，所以宜采用机械清渣。设计选用JT型阶梯式机械格栅除污机，设备参数如表4.2所示：表4.2JT型阶梯式机械格栅除污机设备参数型号设备宽度B(mm)电机功率(Kw)

32、栅条间隙(mm)JT-8008000.758安装角度()井宽(mm)井深(mm)6086030004.3隔油池杂排水中含有的少量油脂会对后续生物处理造成不利影响，因此在预处理阶段需进行简单隔油17。由于处理水量较小，故采用已有标准图(S217-8-6)的小型隔油池即可满足要求。池内水流流速不大于0.005m/s，停留时间在0.51.0min。小型隔油池的各部分尺寸见附图3。池中的废油和少量沉淀物可采用人工定期清除的方式在小区排水低峰期进行清除，周期为57d。4.4毛发聚集器在原水以洗浴水为主的中水工程中，毛发的有效去除对设施管理影响较大，为了不影响泵和其他设备的正常运行，在泵前一般设置毛发过滤

33、器。本次设计选用快开式毛发聚集器，该设备具有快开式顶盖、不锈钢提篮式过滤内胆，操作简单、清理方便、经济实用、安全可靠。其设备参数如表4.3所示：表4.3 快开式毛发聚集器设备参数型号主体规格接管口径最大流量主体高度耐压MF-450直径450DN150170m3/h750mm0.05MPa4.5曝气调节池设计依据中水的原水取自小区住宅楼排水，其水量随着季节、昼夜、节假日及使用情况的变化，每天每小时的排水量是很不均匀的。而处理设备则需要在均匀的水量负荷下运行，才能保障其处理效果和经济效果。这就需要在处理设施前设置中水原水调节池。本次设计决定采用曝气调节池。一方面，可对原水水量进行调节，以保障后续水

34、处理构筑物能够连续运行；另一方面，通过预曝气不仅可以防止污水在储存时腐化发臭、池内不产生沉淀，以兼性菌为主的微生物群体还可对污水进行预降解，有利于后续的生物处理。设计计算a.调节池调节容量建筑中水设计规范(GB503362002)指出，中水原水调节池的调节容量在缺乏中水处理量逐时变化曲线时，可按下列方法计算：连续运行时，原水调节池调节容量按日处理水量的35%50%计算，即相当于8.412.0倍平均时处理水量。根据国内外资料及医院污水处理的经验，认为这个计算是合理、安全的。中国环境科学研究院的研究也认为，该调节储量是充分而又可靠的5。根据本次设计原水水量的特点，决定调节池容量按日处理水量的35%

35、计，则 = 0.35Q1 = = 1264.2(m3)调节池有效水深通常取h1 = 4m，则池底面积为316.05m2。令长为18.6m，宽为17m，超高为0.3m。池底设穿孔管和集水坑，该部分最大水深为0.6m，坡度为i = 0.01(见图4.2)。b.调节池预曝气量Qq = Qh·b = 150.5×0.6 = 90.3(m3/h)式在 Qh 中水设施的处理能力，m3/h；b 曝气量负荷，m3/( m3·h)；一般为b = 0.60.9 m3/( m3·h)。图4.2曝气调节池示意图仪器设备a.曝气设备本次设计选取用三叶罗茨风机对调节池进行鼓风曝气，

36、能够达到省能降噪的预期效果。鼓风曝气需要安装曝气管、曝气头等附属装置。三叶罗茨风机的设备性能参数见表4.4：表4.4 三叶罗茨风机设备性能参数风机型号转速n升压p进口流量Q m3/min轴功率Kw配套电机噪音dB(A)整机重Kgr/minKpammH2O型号功率Kw3L13XD14509.810001.570.43Y802-40.7568.2112XD代表斜口45度结构b.液位控制器调节池设有UDA电极式液位控制器1台，联合溢流井中的进水闸门，共同用于控制原水进水量。c.原水泵为补偿后续处理设施及管路的水头损失，并使污水保持一定的流速，需设置提升泵。根据流量和高程计算，选用5台WQ型潜水排污泵

37、，4用1备。设备参数如表4.5：表4.5 WQ型潜水排污泵性能参数型号口径mm流量m3/h扬程m功率Kw转速r/min效率%80WQ40-15-480401542890574.6生物接触氧化池设计计算a.生物接触氧化池填料的容积V = = = 289(m3)式中V 填料的总有效容积，m3；Q1 中水日处理量，m3/d；S0 原水BOD5值，mg/L；Se 出水BOD5值，mg/L；Nw BOD-容积负荷，取1.5kgBOD5/( m3·d)。b.接触氧化池总面积A = = = 96.3(m2)式中A 接触氧化池总面积，m2；H 填料层高度，m，一般为3m。c.接触氧化池格数n = =

38、 = 4式中n 接触氧化池格数，一般n2；f 每格接触氧化池面积，m2，取f =25 m2。d.污水与填料的接触时间t = = = 2(h)式中 t 污水在填料层内的接触时间，h。e.接触氧化池的总高度 H0 = H+h1+h2+(m1)h3+h4 = 3+0.3+0.4+0+0.5 = 4.2(m)式中 H0 接触氧化池的总高度，m；h1 超高，m，取0.3m；h2 填料上部的稳定水层深，m，取0.4m；h3 填料层间隙高度，m，h3 = 0.20.3m；m 填料层数，取1；h4 配水区高度，m，当考虑不需要入内检修时，取h4 = 0.5m。f.曝气量曝气量定为50m3/kgBOD5，则每日

39、所需曝气量D = = = 21672(m3/d)填料与曝气设备a.填料本次设计选用弹性立体填料。弹性立体填料筛选取了聚烯烃类和聚酰胺中的几种耐腐、耐温、耐老化的优质品种，混合以亲水、吸附、抗热氧等助剂，采用特殊的拉丝条制毛工艺，将丝条穿插固着在耐腐、高强度的中心绳上制成。由于选材和工艺配方精良，刚柔适度，使丝条呈立体均匀排列辐射状态，填料在有效区域内能立体全方位均匀舒展满布，使气、水、生物膜得到充分混合接触。这些特征与现象是国内目前其他填料不可比拟的。弹性立体填料与硬性类蜂窝填料相比，孔隙可变性大，不堵塞；与软性类填料相比，材质寿命长，不粘连结团；与半软性填料相比，比表面积大、挂膜迅速、造价低

40、廉。表4.6 弹性立体填料主要技术参数规格单位串数(串/m3)单位重量(kg/m3)成膜重量(kg/m3)比表面积(m2/m3)150×0.45443.269310规格为线型填料外直径；单位串数为每平方米内可挂数。可以省去复杂的鼓风管路系统和阀门，还具有操作方便，安装快捷，成本低，曝气效果良好，叶轮无堵塞等优点。选用QSP型射流式水下曝气机4台，每格生物接触氧化池一台，安装方式为自耦式。设备性能参数如下表所示：表4.7 QSP型射流式水下曝气机性能参数型号功率(Kw)电流(A)电压(V)转速（r/min)QSP18.518.536.73801470频率(Hz)绝缘等级最大潜入深度(m

41、)进气量(m3/h)服务面积(m2)50F626012×104.7水力循环澄清池澄清池是有泥渣参与工作的、在一个池子内完成混凝和泥水分离作用的净水构筑物。本次设计采用水力循环澄清池，它具有构造简单、无机械搅拌设备等优点。在水力循环澄清池中，水的混合及泥渣的循环回流不是依靠机械进行搅拌和提升，而是利用水射器的作用，即利用进水管中水流的动力来完成的，所以，其最大的特点是没有转动部件。水力循环澄清池主要由进水水射器(喷嘴、喉管等)、絮凝室、分离室、排泥系统、出水系统等部分组成18。设计计算a.设计参数设计水量Q = 150.5m3/h，考虑5%的排泥耗水量，总进水量Q0 = 150.5&#

42、215;1.05 = 158(m3/h) = 0.0439(m3/s)回流比采用1:3设计循环总流量Q1 = 3Q0 = 3×158 = 474(m3/h) = 0.132(m3/s)喷嘴流速v0 = 7.5m/s喉管流速v1 = 2.5m/s第一絮凝室出口流速v2 = 0.06m/s第二絮凝室进水流速v3 = 0.04m/s清水区(分离室)上升流速v4 = 0.5m/s喉管混合时间t1 = 0.6sb.设计计算(1)水射器计算喷嘴直径d0 = = = 0.0864(m)，取d0 = 86mm设进水流速v = 1.5m/s，则进水管管径d = = = 0.193(m)，取d=200m

43、m设喷嘴收缩角为15°，则斜壁高 = ×cot15° = 210(mm) 喷嘴直段长度取80mm，则喷嘴管长 = 80210 = 290(mm)要求净作用水头hp = 0.06v02 = 0.06×7.52 = 3.4(m)(2)喉管喉管直径d1 = = = 0.259(m)，取d1 = 260mm实际喉管流速v1´= = = 2.49(m/s)喉管长度h1 = v1´·t1 = 2.49×0.6×103 = 1494(mm)，取h1 = 1500mm取喇叭口直径d5 = 3d1 = 3×260

44、 = 780mm喇叭口斜边采用45°倾角，则喇叭口高度 = ×tan45° = 260mm喷嘴与喉管的距离S = 2d0 = 2×86 = 172(mm)，并设调整装置 (3)第一絮凝室上口直径d2 = = = 1.67(m)，取d2 = 1.70m上口面积1 = = = 2.27(m2)实际出口流速v3´ = = = 0.058(m/s)若锥角取30°，则第一絮凝室高度为h2 = = = 2.69(m)取h2 = 2.70m(4)第二絮凝室第二絮凝室进口断面积2 = = = 3.3(m2)第二絮凝室直径(包括第一絮凝室) d3 =

45、= = 2.66(m)，取d3 = 2.60m实际进口断面积2´= 1 = 2.27 = 3.04(m2)实际进口断面流速v2´= = = 0.0434(m/s)第二絮凝室高度取h4 = 2.90m，其中第二絮凝室出口至第一絮凝室上口高度h5 = 2.5m，第一絮凝室上口水深h3 = 0.40m。第二絮凝室出口断面积3 = 式中d2´第二絮凝室出口处到第一絮室上口处的锥形筒直径，md2´ = = = 0.37(m)则，3 = = 5.20(m2)出口流速v5 = = = 0.025(m/s)(5)澄清池直径分离室面积4 = = = 87.8(m2) 澄清

46、池直径D = = = 10.9(m)实际上升流速v4´= = = 0.0005(m/s) = 0.5(mm/s)(6)澄清池的高度喷嘴与喉管间距0.17m，喷嘴距池底0.42m，喉管长1.50m，喉管喇叭口高度0.26m，第一絮凝室高度2.70m，第一絮凝室顶部水深0.4m，超高0.3m，则池体总高度为H = 0.17+0.42+1.50+0.26+2.70+0.4+0.3 = 5.75(m) (7)坡角池底直径采用D0 = 2.5m，池底坡角采用 = 45°，则池底斜壁部分高度H1 = tan = = 4.2(m)池子直壁部分高度为H2 = HH1 = 5.754.2 =

47、 1.55(m)(8)澄清池各部分容积及停留时间1)第一絮凝室容积V1 = (d12+ d22+ d1·d2) = = 2.40(m3) 2)第一絮凝室停留时间t2 = = = 18(s)3)第二絮凝室容积V2 = (d22+ d2´2+ d2·d2´) = = 11.73(m3)4)第二絮凝室停留时间t3 = = = 89(s) 5)分离室停留时间t4 = = = 5000(s)6)水在池内的净停留时间T´= t2+ t3+ t4 = 18+89+5000 =5107(s) = 85(min)7)澄清池总体积直壁部分体积V3 = D2

48、3;H2 = = 144.6(m3) 锥体部分体积V4 = = = 167.4(m3)池的总体积V = V3+V4 = 144.6+167.4 = 312(m3)8)总停留时间T = = = 1.97(h)(9)排泥设施计算泥渣室容积按澄清池总容积的1%计，即 V泥 = 0.01V = 0.01×312 = 3.12(m3)设置一个排泥斗，形状为倒立正四棱锥体，其锥底边长和锥高均为Z，则其体积为V泥 = Z3，可算得Z = 2.11(m) 排泥历时取t5 = 32s,排泥管中流速取v5 = 3m/s，则排泥管直径d5 = = = 0.203(m)，取d5= 200mm(10)进出水系

49、统计算 1)进水管进水管管径取d = 200mm，则管内流速v = = = 1.40(m/s)2)集水槽环形集水槽设在池壁外侧，采用淹没孔进水，流量超载系数取K = 1.3，则槽中流量q = = = 0.0285(m/s)槽宽b = 0.9·q0.4 = 0.9×0.02850.4 = 0.217(m)，取b = 0.22m孔眼轴线的淹没水深取50mm，超高取70mm。起点槽深= 0.75b+0.05+0.07 = 0.75×0.22+0.12 = 0.29(m)终点槽深= 1.25b+0.05+0.07 = 1.25×0.22+0.12 = 0.40(

50、m) 为加工和施工方便，采用等断面，即b = 0.22m，h = 0.40m。3)槽壁孔眼孔眼总面积 = = = = 464(cm2)式中流量系数，取0.62；h孔眼中心线以上水头，取0.05m孔眼直径采用20mm，单孔面积f = 3.14cm2 孔眼数n = = = 148 (个)孔眼流速v7 = = = 0.61(m/s)孔眼中心间距s = = = 0.12(m) 出水管管径采用d = 200mm。图4.3水力循环澄清池药剂与设备由于中水原水以洗浴废水为主，试验研究结果表明，选用聚合铝和聚合铁作混凝剂效果均良好19。本次设计选用聚合铝(PAC)混凝剂，并采用湿法投加。投药量定为5mg/L(

51、以Al2O3计)，如果配制浓度为5mg/ml的聚合铝溶液，则相当于1L待处理水中投加1mL聚合铝溶液。利用计量泵控制投药量，加药点设在靠近喷嘴的进水管上。配备4.8重力式无阀滤池无阀滤池是一种不设闸阀，不需真空设备，运行完全由水力自动控制的滤池。重力式无阀滤池通常与澄清池配套使用，特别是在高程上很适宜与水力循环澄清池配套使用。池体主要由5部分组成，即顶部的冲洗水箱、中部的过滤室、底部的集水室，以及进水装置和冲洗虹吸装置等18。本次设计采用无烟煤、石英砂双层滤料过滤，计算过程如下。已知条件a.设计水量净产水量150.5m3/h，滤池分两格，每格净产水量75.25 m3/h。滤池冲洗耗水量按净产水

52、量的4%计，则每格设计水量为Q = 75.25×1.04 = 78.26(m3/h) = 21.7(L/s)b.设计参数主要设计参数见表表4.8 参数名称单位数值滤速m/hv = 5平均冲洗强度L/(s·m2)q = 15冲洗历时mint = 5期终允许水头损失mH终 = 1.75设计计算a.滤池面积所需过滤面积= = = 15.65(m2) 连通渠考虑采用边长为0.36m的等腰直角三角形，其面积为 = = 0.0648(m2) 并考虑连通渠斜边部分混凝土壁厚80mm，则每边长 = 0.36+= 0.473(m)，面积为 F2 = ×0.473×0.47

53、3 = 0.112(m2)故要求滤池面积= = 15.65+4×0.112 = 16.1(m2) 滤池采用正方形，每边长L = = = 4.01(m)，取L = 4.05m滤池实际面积F = 4.05×4.05 = 16.40(m2)实际过滤面积F1 = 16.404×0.112 = 15.95(m2)b.滤池高度计算见表表4.9滤池高度计算项目单位采用值底部集水区高度m0.40滤板厚度m0.12承托层厚度m0.10无烟煤m0.30石英砂m0.40滤料层总厚度m0.70浑水区高度m0.38顶盖高度m0.40冲洗水箱高度(两格合用)=2.19(m)取2.20m超高m0.15滤池总高m4.45c.进水分配箱流速v分采用0.05m/s，则面积为F分 = = = 0.