广州旭日电器污水处理中水回用的设计毕业设计论文

PAGEFoshan本科生毕业设计广州旭日电器污水处理中水回用的设计学院：环境与土木建筑学院专业：学号：学生姓名：指导教师：二〇一三年六月PAGEIV摘要本设计针对广州旭日电器有限公司厂区工业废水处理工程的回用水部份而进行的，该公司日处理量为20m3/d，回用水质执行《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）标准。采用的是技术可行、经济合理的“砂虑+活性炭过滤+超滤+离子交换”工艺流程。经过工艺计算和成本估算，该组合工艺能够满足厂方的回用水质要求，运行成本较低，关键词：超滤；离子交换；中水回用；

IndustrialWastewaterTreatmentStationDesignofGuangzhoumorningsunElectricApplianceCo.,LTD.ProjectLIU-ChenAbstractThedesignforGuangzhouXuriElectricApplianceCo.,Ltdindustrialwastewatertreatmentengineeringofreusewaterportion,thecompany'sdailyprocessingcapacityof30m3/d,reusewaterqualityimplementationof"drinkingwaterhealthstandards"(GB5749-2006)standard.Usingthetechnologyisfeasible,economicalandreasonable"sandfilterandactivatedcarbonfiltrationandultrafiltrationandionexchangeprocess.".Aftertheevaluationprocesscalculationandcost,thecombinedprocesscanmeetthequalityrequirementsofreuse,lowoperationcost,economicbenefitsandenvironmentalbenefitsfromtheviewisbetterchoice.Keywords:ultrafiltration;ionexchange;waterreuse;

目录TOC\o"1-3"\h\u1引言 12概述 12.1中水回用概述 12.2工程概述 12.3设计依据 22.4设计原则 22.5设计水质、水量 23处理工艺流程的确定 34超滤前处理 35超滤 45.1超滤的基本理论 45.1.1超滤原理 45.1.2超滤的特点 45.2超滤膜 45.3超滤组件 55.3.1管式膜组件 55.3.2板框式膜组件 55.3.3毛细管式膜组件 65.3.4螺旋卷式膜组件 65.3.5中空纤维式超滤装置 75.3.6几钟超滤膜组件的比较 76中间水箱 77离子交换 77.1基本原理 77.1.1离子交换平衡 77.1.2离子交换速度 87.2离子交换剂 87.2.1离子交换剂结构与分类 87.2.2离子交换树脂的性能 87.3离子交换树脂的选择 107.4离子交换树脂再生 107.5离子交换设备 118管线布置 129工程投资概算 129.1估算范围及编制依据 129.2废水处理主要设备及构筑物费用估算表 1210总结 14参考文献 15致谢 16PAGE161引言如今，城市化进程、城市工业、城市住宅人口等等都在快速发展壮大，人民的生活水平迅速提高，及近期世界各国经济的高速发展，各种用水需求量也随着不断增长。遗憾的是地球上淡水资源总量却是十分有限，还有很大一部分位于地球两极，可供人类使用的是少之又少。不但如此，这有限的淡水资源有很多还不断地受到人类的肆意开采而被严重污染。这使得城镇水资源供需矛盾越发突出，更加明显，从而造成世界上几乎各个国家都将会面临“水资源危机”[1]。因此，人们越来越重视水资源的保护，更有很多人一直努力与废水的回收再利用研究。中水回用首选是可靠的可以重复利用的第二水资源，而且一直是研究的重点。一些发达国家已经实现了中水回用，并且规模很大，也已显示并获得了明显的经济效益，并且城市污水已被开辟为第二淡水资源。我国也看到了这一切，近几十年来，中水回用的重点一直都放在工业废水上，目前工业废水的回用率已达70%以上。随着社会经济发展和人们环保意识的不断提高，中水回用会逐渐扩展到缺水城市的其他行业。旭日电器污水处理站设计是一个完整的环保工程项目。本项目包括废水二级处理设计和中水回用设计两大环节，本毕业设计是负责中水回用中的超滤和离子交换两个处理单元。SS、pH、CODcr和金属离子，这些是该污水处理站主要处理的污染物。2概述2.1中水回用概述中水回用的种类（按照处理程度分）：（1）：将污水进行深度处理使其达到可以饮用的程度:；（2）：将污水处理达到符合回用的标准，但未达到饮用的程度。中水一般都作为城市给水，回用于农业、工业、市政工程以及生活杂用等方面。中水回用的工艺有石英砂过滤、活性炭过滤、微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、离子交换等。后者的用水要求较低，一般经过二级处理达到排放标准后接着采取石英砂过滤和活性炭过滤基本能够达到后者的回用水要求。前者必需在前期处理达到排放标准后采取超滤、纳滤、反渗透、电渗析、离子交换等较高级的工艺。水的净化与纯化包括从水中去除悬浮物、细菌、病毒、无机物、农药、有机物和溶解气体等，在这方面，膜分离技术发挥了其独特的作用[5]。但这些工艺的设备费用、运行、维修成本也较高[2]。在工程上，应根据实际需要采用经济合理的中水回用工艺。2.2工程概述广州市旭日电器有限公司，主要生产热水器等电器产品。生产过程中用到大量的金属部件均需进行陶化、喷涂、清洗等处理，将会产生大量废水，根据厂方提供的原始资料对新建污水处理站进行规划设计。厂区内所排放的废水主要是喷涂前处理废水、铝件前处理废水、内胆清洗废水、生活废水以及少量的喷漆废水。主要污染物为SS、pH、CODcr和金属离子，上述污染成分若不进行有效治理，会给生态环境带来一系列危害。为了保护环境，该公司决定兴建一套废水处理设施，对生产废水进行处理，处理后出水达到广东省地方标准《水污染物排放限制》（DB44/26-2001）第二时段一级标准后排放，并对部分水进行深度回用处理回用水质执行《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）标准。2.3设计依据《中华人民共和国环境保护法》广东省地方标准《水污染物排放限制》（DB44/26-2001）《室外排水设计规范》(GBJ14-87)(1997)《建筑给水排水设计规范》(GBJ50015-2003)《给水排水结构设计规范》(GBJ69-84)《建筑施工厂场界噪声限值》(GB12523-90)国家及地区颁发的其他有关设计规范2.4设计原则严格贯彻执行国家环境保护的有关规定，确保处理后水质各项指标达到设计要求，达到相应的用水要求。结合工程条件和用水要求，谨慎合理选择设计方案，并尽量采用先进技术、新工艺、新设备、新材料，确保处理系统安全可靠的运行，处理水质稳定。2.5设计水质、水量a进水水质进水水质就是二级处理后排放的出水水质，具体水质见表2-1。根据厂方的生产要求，最终回用水设计流量为30m3/h。表2-1进水水质污染物PHCODcrBOD5SS色度石油类磷酸盐电导率水质指标6～9≤90≤20≤60≤40≤5.0≤0.5—污染物氨氮总磷总锰总铜总锌氟化物阴离子活性剂水质指标≤10—≤2.0≤2.0≤2.0≤10≤5.0上表中各指标单位：PH为无量纲，色度为倍，其余均为mg/L。b出水水质根据厂方要求，系统设计回用水水质指标要达到厂方生产工艺用水要求，执行《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）标准，具体水质见下表2-2。表2-2回用水质执行标准污染物PHCODMn氯化物浑浊度色度石油类磷酸盐电导率执行标准6.5～8.5≤5≤250≤3≤15≤0.3≤0.5≤200污染物总硬度铁锰铜锌氟化物阴离子活性剂执行标准≤450≤0.3≤0.1≤1.0≤1.0≤1.0≤0.3上表中各指标单位：PH为无量纲，色度为倍，电导率为uS/cm，浑浊度为NTU，其余均为mg/L。3处理工艺流程的确定根据厂方的用水水质需求，本设计采用石英砂过滤、活性炭过滤、超滤、离子交换组合工艺。工艺流程图如下：还原剂阻垢剂还原剂阻垢剂调节池砂滤器活性炭过滤调节池砂滤器活性炭过滤超滤中间水箱回用水池离子交换器超滤中间水箱回用水池离子交换器图3-1工艺流程图工艺流程主要构筑物简单说明：调节池：对水量和水质的调节，调节污水pH值、水温，有预曝气作用，还可用作事故排水。砂虑器：去除较大的颗粒固体悬浮物质，降低水的浊度，此作为活性炭过滤的前期处理工艺。活性炭过滤：活性炭过滤器的作用主要是去除大分子有机物、铁氧化物、胶体物质、余氯。这是因为有机物、余氯、铁氧化物易使离子交换树脂中毒，而余氯、阳离子表面活性剂等不但会使树脂中毒，还会破坏膜结构，使超滤膜失效。超滤：超滤微孔小于0.01微米，水分子和分子量小于300—500的溶质透过膜，而大于膜孔的微粒、大分子等由于筛分作用被截留，能彻底滤除水中的细菌、铁锈、胶体等有害物质。中间水池：中间水池主要作用是调节水量，为后续处理提供稳定水量。离子交换器：借助于固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换,以达到去除溶液中金属离子的目的,大大降低水的硬度。回用水池：储存回用水，以备使用。4超滤前处理超滤前处理包括保安过滤器过滤和还原剂、阻垢剂加药。加药系统主要有两个作用是阻垢剂和还原剂，阻垢剂可以有效防止超滤膜堵塞，延长超滤膜的使用寿命，可以有效预防超滤膜结垢。还原剂可以防止超滤膜被水中残留的微量氧化物质氧化。5超滤5.1超滤的基本理论5.1.1超滤原理超滤一般用来分离相对分子量大于500的溶液，分离溶质的相对分子质量上限大致为50万左右之一范围的物质主要是胶体、大分子化合物和悬浮物。从把物质从溶液中分离出来的过程看，反渗透和超滤基本一样。反渗透既能去除离子物质又能去除许多有机化合物。超滤不能去除低相对分子质量的盐类，但能有效去除大部分胶体，大分子化合物，热原和微生物。这些物质在中等质量分数是渗透压不大，所以超滤能在较低压力差条件下工作，它常用的工作压力为0.1—0.2MPa[3]。在超滤过程中，水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的。溶质仅在膜表面有限沉积，超滤速率衰减到一定程度而趋于平衡，且通过清洗可以恢复。超滤对大分子溶质的分离过程主要是：a.在膜表面及微孔内吸附（一次吸附）；b.在孔中停留而被去除（堵塞）；c.在膜面的机械截留（筛分）[3]。5.1.2超滤的特点a.过滤效果不受原水水质的影响b.能够去除耐氯的病菌c.超滤的浓缩液中只含有原来水中含有的那些物质d.比起其它的传统方式，超滤中沉淀物的量明显较少e.支架的紧凑结构提高了空间利用率，节省费用，也可在现有的厂房中，可以高度灵活的增加装置配备。f.超滤可以实现全自动化工业连续生产。g.由于超滤几乎能完全滤去形成覆盖层的物质，所以可以在后续的膜净化步骤中增加面积负荷，因而减小后续净化装置的规模。5.2超滤膜超滤膜多数为不对称膜，其基本性能主要包括膜的分离性能和物化稳定性。膜的稳定性主要指膜的耐压实性、耐高温性、耐溶剂清洗、耐PH及耐生物降解等性能。表示超滤膜分离性能的参数主要包括膜的分离率、切割分子量和膜的纯水渗透率。分离率越高，切割相对分子质量范围越窄越好。测定膜分离率常用的试剂为蛋白质、聚乙二醇类[3]。目前商品化的超滤膜主要有醋酸纤维素膜（CA）、聚砜膜（PS）、聚砜酰胺膜（PSA）、聚丙烯腈膜（PAN）、聚偏氟乙烯膜（PVDF）、聚醚砜膜（PES）等。醋酸纤维素超滤膜的特点是可以通过改变制膜工艺条件，制得切割相对分子质量为1000—50000变化范围较大的各种醋酸纤维素超滤膜。聚砜膜是目前国内使用较多的超滤膜材料。聚砜分子中的砜基使聚合物具有优良的抗氧化性能和稳定性，分子中所有的键都不易水解，使聚合物可耐酸、耐碱。芳香聚酰胺具有较高的水通量、低的切割相对分子质量、良好的机械性能和热稳定性，缺点是耐氯性差、有时耐污染性差。聚偏氟乙烯膜具有良好的溶剂相容性；聚醚砜膜的孔径分布谱图比聚砜要狭窄；聚丙烯腈膜有较好的亲水性和耐污性[5]。5.3超滤组件膜组件的主要类型有管式、板框式、螺旋式、毛细管式、中空纤维及槽式等。5.3.1管式膜组件管式膜组件的结构如图5-1。管式膜在超滤系统中使用的较为普遍，主要是因为管式系统对进料液有较强的抗污能力，能通过调节膜表面流速有效地控制浓差极化，膜被污染后易采用海绵球或其他物理化学清洗。其缺点是投资及运行费用都较高，膜装填密不高（<300m2/m3）。图5-1内压管式膜组件示意图5.3.2板框式膜组件板框式膜组件的结构图如图5-2。板框式膜组件的突出优点是操作灵活，，可以简单地增加膜的层数实现增大处理量；组装简单、坚固，对压力变动和现场作业的可靠性较大；每两片膜之间的渗透物都是被单独引出来的，可以通过关闭个别膜来消除操作中的故障，而不必使整个组件停止运行。缺点是板框式膜组件中需要个别密封的数目太多，因此装置越大对各零部件的加工精度要求也越高，尽管组件结构简单，但成本较高；装填密度仅能达到100～400m2/m3。图5-2板框式膜组件示意图[4]5.3.3毛细管式膜组件毛细管式膜组件的结构如图5-3。毛细管式膜组件由直径0.5～2.5mm的毛细管膜组成。将数根毛细管超滤膜平行置于耐压容器中，两端用环氧树脂灌封。料液流动方式为轴流式。毛细管组件分为内压和外压两种。膜采用纤维纺丝工艺制成，由于毛细管没有支撑材料，因而投资费用较低，便于进行反冲洗，但操作压力受到限制，膜装填密度大（600～1200m2/m3），进料液需经过有效的预处理[3]。图5-3毛细管式膜组件示意图[3]5.3.4螺旋卷式膜组件螺旋卷式膜组件结构（图5-4）与反渗透相似。卷式超滤组件的投资及运行费用都较低，但由于超滤的处理对象除部份用于水质净化，多数用于高分子、胶体等物质的分离浓缩，而卷式结构限制膜表面流速较低，其结构简单、造价低廉、装填密度较高（可达1000m2/m3），而该装置难以有效控制浓差极化和膜面易污染，因此限制了卷式超滤膜组件的应用范围。图5-4卷式膜组件结构示意图[4]5.3.5中空纤维式超滤装置中空纤维式超滤装置优点：单位体积内有效膜面积最大，工作效率最高，占地面积小。中空纤维无须支撑物。缺点：膜的清洗较困难，只能用水力冲洗或化学清洗，不能用机械清洗，另外，中空纤维膜损坏后要更换整个组件。5.3.6几钟超滤膜组件的比较表5-1几种超滤膜组件比较[3]组件型式膜比表面积（m2/m3）投资费用运行费用流速控制就地清洗情况中空纤维式1000～1500高高好好管式25～50高高好好板框式400～600高低中等差卷式800～1000最低低差差毛细管式600～1200低低好中等6中间水箱系统配置了中间水箱，容积是10立方米，盛装超滤系统的产水，起到缓冲和调节水量的作用，保证升压泵的安全稳定运行。中间水箱的水主要是供给超滤反洗水和离子交换反洗水，超滤膜要定时小反洗、大反洗和化学清洗，中间水箱必须有足够的容积提供足够的超滤产水。离子交换树脂也要定期反冲，才能保证离子交换器正常工作，反洗水都是来自中间水箱。7离子交换7.1基本原理7.1.1离子交换平衡离子交换是一个可逆过程，以A型树脂交换溶液中的B离子为例，动态平衡反应可用下式表示：ZBRA+ZAB↔ZBRB+ZBA上式自左向右正向进行时为交换反应，而自右向左方向时为再生反应，离子交换对不同组分显示出的不同平衡特性，是离子交换的基础。7.1.2离子交换速度离子交换过程可以分为五个连续的步骤：①电解质离子由溶液向树脂表面扩散，穿过液膜至树脂表面；②电解质离子进入树脂内部的交联网孔，并在孔内扩散至某一活性基团位置；③电解质离子与交换剂上可交换离子进行离子交换反应；④交换下来的离子从树脂结构内部向外扩散；⑤交换下来的离子扩散穿过液膜进入水流主体。因上述第③步速度很快，而第①②④⑤步即离子扩散的速度一般较慢，故离子交换过程主要取决于离子扩散速度。第②④步是离子交剂内部的孔道，即孔道扩散，第①⑤步为液膜扩散。树脂的交联度越大，网孔越小，孔隙度越小，则内扩散越慢。大孔树脂的内孔扩散速度比凝胶树脂快得多。树脂颗粒越小，由于扩散距离缩短和液膜扩散的表面积增大，使扩散速度越快。研究指出，液膜扩散速度与粒径成反比，内孔扩散速度与粒径的高次方成反比。但颗粒不宜太小，否则会增加水流阻力，且在反洗时易流失。溶液离子浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度越大，扩散速度越快。一般来说，在树脂再生时，浓度大于0.1mol/L，整个交换速度偏向受内孔扩散控制；而在交换制水时，浓度小于0.003mol/L,过程偏向受膜扩散控制。提高水温能使离子的动能增加，水的黏度减小，液膜变薄，这些都有利于离子扩散。交换过程中的搅拌或流速提高，使液膜变薄，能加快液膜扩散，但不影响内孔扩散。被交换离子的电荷数和水合离子的半径越大，内孔扩散速度越慢。7.2离子交换剂7.2.1离子交换剂结构与分类表7-1离子交换剂分类[5]名称无机有机天然合成碳质合成海绿砂合成沸石磺化煤阳离子交换树脂阴离子交换树脂其他强酸性弱酸性强碱性弱碱性活性基团钠交换基团阳离子交换基团磺酸基—SO3H羟基酸—COOH季铵基—CH2SHAr（OH）2—NR2+COOHⅠ型Ⅱ型—N（CH3）37.2.2离子交换树脂的性能a物理性能外观：常用的凝胶型离子交换树脂为透明或半透明球体，大孔树脂为乳白色或不透明球体，颜色有黄、白、赤褐等。优良的树脂圆球率高，无裂纹，颜色均匀，无杂质。粒度：一般为0.3～1.2mm，有效粒径为0.36～0.61mm，均匀系数为1.22～1.66。树脂粒度对交换速度、水流阻力和反洗有很大影响。粒度大，交换速度慢，交换容量低；粒度小。水流阻力大；粒度不均匀，小颗粒夹在大颗粒空隙中，会增大水流阻力，也不利于反洗。因此粒度要适当，分布要均匀。密度：树脂的密度一般用含水状态下的湿式密度和湿真密度表示。各种商品树脂的湿式密度为0.6～0.86g/ml，湿真密度一般为1.04～1.3g/ml。含水率：含水率一般为每克湿树脂所含水分的百分比。含水率主要取决于树脂的交联度、活性基团的类型和数量等，交联度越小，孔隙率越大，含水率也越大。一般为50%左右。溶胀性：树脂由于吸水或转型等条件改变，而引起的体积变化称溶胀性。溶胀是由于活性基团遇水而电离出的离子起水合作用而生成水合离子，从而使交联网孔胀大所致。孔隙度和比表面积：目前使用的D00114～20系列树脂，其平均孔径为10～15.4mm，孔隙度为0.09～0.21ml/g，比表面积为16～36.4m2/g（干）。凝胶树脂的比表面积不到1m交联度：在商品树脂中，交联度通常为8%～12%。交联度对树脂的许多性能具有决定性的影响。交联度越大，树脂机械强度越大，在水中越不易膨胀。交联度的改变引起树脂交换容量、含水率、溶胀度、机械强度等性能的改变。机械强度：反映树脂保持颗粒完整性能力。树脂在使用中受到冲击、碰撞、摩擦以及溶胀作用，会发生破粹。因此，树脂应有足够的强度，要求树脂的年消耗量<3%～7%。耐热性：各种树脂均有一定的工作温度范围，超过上限，树脂会发生热分解，低至0℃，树脂内水分冻结，使颗粒破碎。通常控制树脂的贮藏和使用温度在5～40℃。导电性：干树脂不导电，湿树脂因有解质离的离子可以导电。b化学性质交换容量：交换容量是指一定树脂中所含交换基团或可交换离子的摩尔数，以每kg（或ml）湿树脂的摩尔数表示。交换容量可分为全交换容量和工作交换容量。酸碱性：H型和OH型在水中电离后，表现出酸碱性。强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容量基本上与溶液的PH值无关。强碱性树脂在水中PH值低时不电离或仅有部份电离，只有在碱性溶液中才会有较高的交换能力。弱碱性树脂则相反，各种树脂在使用时都有适当的PH值范围，见表7-2。表7-2各种类型树脂有效PH值范围树脂类型强酸阳树脂弱酸阳树脂强碱阴树脂弱碱阴树脂有效PH值范围1～145～141～120～7选择性：树脂对水中某种能优化交换的性能为选择性，它是决定离子交换法处理效率的一个重要因素，本质上取决于交换离子与活性基团中固定离子的亲和力大小。在常温和稀溶液中，离子价数越高，选择性越好；原子序数越大，即离子水合半径越小，选择性越好。7.3离子交换树脂的选择选择树脂时应综合考虑原水水质、处理要求、交换工艺以及投资和运行费用等因素。应选择交换容量大的树脂，单位设备体积交换的离子多，一个交换周期的制水量大。一般同类型骨架组分的离子交换树脂，弱型树脂比强型树脂的交换容量大，但弱型树脂的机械强度一般较差。另外，同类型的树脂的交换容量，一般随着交联度变小而增大，但树脂的机械强度则会稍有降低，这导致树脂会过早地消耗。因此，对水处理用的离子交换树脂。在尽可能选择有较高交换容量的同时，还要考虑树脂有足够的机械强度。要根据原水中要去除离子的性质来选择树脂。对于只需要去除水中交换吸附能力较强的阳离子（如Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2）时，不管是强酸性阳树脂，还是弱酸性阳树脂，它们均由较强的交换能力，但因为弱酸性树脂的交换容量大于强酸性树脂，而用酸再生阳离子交换树脂时，由选择顺序可知，以再生弱酸性阳树脂最容易。例如在软化水处理中，若水中碳酸盐的硬度较大，则选用弱酸性阳树脂较为经济、合理。若必须去除原水中的吸附性较弱的阳离子（如Na+、K+）和阴离子时，则必须选用强酸性和强碱性树脂。对于高硬度或高含盐量的原水处理，在选用强酸性或强碱性树脂处理前，应先通过弱酸性或弱碱性树脂处理，这样选用树脂在水处理实践中是经济合理的，若原水中含有较多的有机物时，则当选用抗氧化性好，且强度较高的大孔树脂[5]。当分离无机阳离子或有机碱性物质时，宜选用阳树脂；分离无机阴离子或有机酸时，宜选用阴树脂；对氨基酸等两性物质的分离，即可选用阳树脂，也可选用阴树脂；对某些贵金属和有毒金属离子可选用螯合树脂交换回收；对有机物，宜选用低交联度的大孔树脂，当去除交换性弱的离子时，必须选用强树脂。当水中多种离子共存时，可利用交换性能的差别进行多级回收，如不回收，可用阴阳树脂混床处理。要考虑原水中杂质成分，如有机物较多要去除的离子半径较大，应选用交联网孔较大的树脂。要根据出水水质要求来选择树脂。如果只需要部份除盐，可以选用强酸性阳树脂和弱碱性阴树脂配合使用。对于必须完全脱盐的纯水或离纯水系统，要选用强阳树脂和强阴树脂配合使用。7.4离子交换树脂再生再生剂品种：再生剂品种直接影响再生效果与再生成本，以强酸阳离子交换树脂为例，盐酸的再生效果优于硫酸，但盐酸的单价高于硫酸。盐酸再生剂的价格高，再生效果好，腐蚀性强，对防腐蚀要求高，具有挥发性，运输和贮存比较困难。硫酸再生剂的价格便宜，再生效果差，有生成CaSO4的可能，用于逆流再生较为困难，易于采取防腐蚀措施，不能清楚树脂的铁污染，需定期用盐酸清洗树脂。再生剂纯度：再生剂的纯度对离子交换树脂的再生效果及再生后出水水质有较大的影响，再生液的纯度高、树脂的再生度亦高，再生后出水水质好再生剂用量：再生剂用量的大小直接影响再生后树脂的工作交换容量和水处理成本，一般情况下再生剂用量越多，树脂的工作交换容量越大，但再生剂用量增加到一定值后，工作交换容量提高得越来越小。因此必须根据出水水质要求和水处理系统的具体情况，按照树脂的工艺性能或通过投产前的调试，确定合适的再生条件和再生剂量。合适的再生剂用量是指能保证树脂的工作能力，又不致使大量再生液再生废液排走的经济合理的再生剂用量。再生剂的用量与离子交换树脂的性质有关，一般强树脂的再生剂比耗高于弱树脂，例如实际运行表明弱酸树脂的再生剂比耗小于1.2，弱碱树脂的再生剂比耗小于1.6。再生液浓度：当再生剂用量一定是，再生液浓度（在一定范围内）愈大树脂再生程度也愈高，但过高的再生液浓度使再生液体积减少，不易均匀接触和维持足够的接触时间。再生液浓度与再生方式有关，一般顺流再生固定床和混合床所用的再生液浓度高于逆流再生固定床的再生液浓度，推荐的再生液浓度见表7-3。表7-3推荐的再生液浓度[5]再生方式强酸阳离子交换树脂强碱阴离子交换树脂混合床钠型氢型强酸树脂强碱树脂再生剂品种食盐盐酸烧碱盐酸烧碱顺流再生液浓度（%）5～82～42～354逆流再生液浓度（%）5～81.5～31～3再生液温度：再生液温度影响再生过程中树脂内扩散及膜扩散速度，故再生液温度对再生效率有一定的影响，但再生液温度又不能高于树脂允许的最高使用温度否则将影响树脂的使用寿命。强酸阳离子交换树脂用盐酸再生时一般不需加热，当需要清除数值中的铁离子及其氧化物时，可将盐酸再生液温度提高到40℃。强碱阴离子交换树脂以烧碱作再生液的温度，对吸附氯根、硫酸根、重碳酸跟的树脂再生效率无显著影响，但对于硅酸的再生效率和再生后树脂层的二氧化硅泄漏量有较大的影响。再生流速：再生液流速影响再生剂与树脂接触的时间，在再生剂用量和浓度一定的条件下，再生液流速与再生时间成反比，再生液流速影响树脂层中被再生出离子的排代速度和再生液的利用效率，因此再生效果与再生液流速有直接关系。逆流再生的再生液流速应以不导致树脂层扰动为前提，一般再生液流速为4～8m/h。再生时间不应少于30min。7.5离子交换设备工业常用的离子交换设备主要有固定床、移动床，尤以固定床使用为最多，包括单床、多床、复床、混床。固定床离子交换设备的优点是工作时树脂呈静止状态，溶液流动，树脂使用寿命可达20年左右，固定床工艺应用时间较长，工艺和技术都比较成熟，而且对水质的适应性强，树脂的损耗也比较小。固定床离子交换设备的缺点是：由于采用循环操作，树脂利用率低；流速受到限制，产量低；树脂床层保持静止状态，因此床层阻力大，动力消耗大；通常是多塔串联操作，因此阀门多、管线复杂，控制系统复杂，辅助设施多，占地面积大，维修不方便；如果遇到树脂中毒，更换树脂，投资巨大。移动床是指交换器中的交换剂层在运行中是不断移动的，即定期地排出一部分已失效的树脂和补进等量再生好的新鲜树脂。被排出失效树脂的再生过程，是在另一专用设备中进行的。因为在移动床系统中，交换和再生过程是分别在专用的设备中同时进行，所以供水基本上是连续的。这种设备的特点是:树脂床层呈密实状态作活塞式移动,基本无轴向返混,实现了浓相(指树脂相)逆流接触,连续或半连续操作,因而其传质效率高、生产能力大、树脂投入量少、易于实现自动控制。树脂利用率高，损耗率大。在相同出力的情况下，移动床所需树脂比固定床的少；出水水质稳定，但对进水水质和水量变化的适应性较差；因移动床中水的流速高，交换剂层低，所以设备小，设备全部投资与固定床相比约可节省30%左右，但对自动化程度要求高，且再生剂比耗普遍偏高。8管线布置管的平面布置：在各处理构筑物之间应有连通管，还应有使各处理构筑物独立运行的管。当某一处理构筑物因故停止工作时，使其后接接处理构筑物，仍能保持正常的运行，污水厂应设超越全部或部分处理构筑物的、直接排放水体的超越管。此外，还应设给水管、空气管、消化气管、蒸汽管及输配电线路等，这些管线有的敷设在地下，但大部分在地上，对它们的安排，既要便于施工和维护管理，也要紧凑、少占用地[7]。辅助建筑物：废水处理站的辅助建筑物有值班室、控制室、水质分析化验室、配电室、机修间等等，其建筑面积按具体情况而定，辅助建筑物之间往返距离应短而方便，安全，配电室应设于耗电量大的构筑物附近，以保证良好的工作条件，化验室应与处理构筑物保持适当距离，并应位于处理构筑物夏季主风向所在的上风中处。9工程投资概算9.1估算范围及编制依据工程投资估算范围包括污水处理工程、污泥处理工程、其他附属建筑工程、公用工程等，另外包括供电线路、临时道路等。本设计依据《广东省市政工程费用定额》，及《广东省市政工程费用定额的补充规定》中给水工程费率，套用《全国市政工程预算定额广东省市政工程单位估价表》中的定额基价，并对基价进行调整，调整系数为15.34%。土方工程记取地区材料基价系数，按《广东省市政工程费用定额》中土石方工程费率计算。构筑物所用的材料的价格根据市场现在价格，经调查分析综合测算确定，钢筋混凝土估算价（综合价）2000元每立方米；砖混结构1000元每立方米；所需设备、材料价按市价，安装费按设备、材料价17%；锯材2250元每吨；中粗砂85元每吨。管材出厂价格按铸铁管3300元每吨，钢管4500元每吨。国内设备按厂家出厂价格另加运杂费用，引进设备按到岸价另加国内运杂费。9.2废水处理主要设备及构筑物费用估算表依据现行市场价格以及通过对比，本设计方案设备费用选取见下表9-1。表9-1主要处理设备费用估算表序号名称主要技术参数数量价格（元）型号规格性能参数1超滤过滤器UF-25000型运行压力0.25mpa；Φ125mm×1126mm中空纤维滤芯；304不锈钢；滤芯材质：PAN11000002超滤进水泵IH100-80-160Q=100m3/h，H=32m，P=15kw21200×23超滤反洗泵IS80-65-160Q=50m3/h，H=32m，P=7.5kw2700×24保安过滤器运行压力0.1mpa，规格Φ230mm×1000mm；过滤量：2m3/；PP材质；滤芯规格：5um30”，21支116005加药罐500L，PE2100×26加药泵IFZ-25-8型Q=2.5m3/h，H=10m，P=0.25kw14507药剂搅拌器MXY型桨叶0.4m，搅拌轴长0.6m，0.4kw14508中间水箱15m3，PE13009电气控制柜含PLC,控制编程等1500010阳离子交换器Φ1.4m，3.7m高，碳钢Q27512500011阴离子交换器Φ1.4m，3.8m高，碳钢Q27512500012阳离子交换树脂001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，体积2.76m32000013阴离子交换树脂201×7强碱性I型苯乙烯系阴离子交换树脂2.6m32000014离子交换水泵IS80-65-160Q=50m3/h，H=32m，P=7.5kw2500×215耐腐蚀泵PF（FS）40-32-125Q=10m3/h，H=15m，P=2.2kw2800×216PVC管DN8040m60017PVC管DN6015m20018手动蝶阀DN8016100×1619气动蝶阀FBPX(D642X)-6DN808500×820压力表YBF-103<5mpa，径向安装4500×421流量计YC-xbyc05<0.9Mpa,4500×4合计213600结合主要构筑物费用估算结果以及主要设备估算结果，经估算得出投资费用总概算，具体见表9-2。表9-2投资费用总概算表序号名称总价（万元）备注1土建费52设备材料费223设备运输费2.2（2）×5%4设计费1.98（1）×3%+（2）×3%5安装费3.52(2)×8%6调试费1.98（1）×3%+（2）×3%7工程税金11.25（1+2+3+4+5）×3.41%8流动资金18.48（1+2+3+4+5+6）×4%合计66.41万元10总结本工程设计的目的是为了治理旭日电器的废水以及部份生产用水，保护水环境。中水回用的设施投入运行后，可按厂方的生产要求制备出纯度较高的中水，中水出水达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）标准。本设计所选的工艺技术成熟，运行稳定性能好，出水水质好，操作方便，自动化程度高，设备性能稳定，易于管理。其效益体现在环境效益和社会效益。本设计体现了方案的可靠性、工艺的合理性以及经济的可行性。

参考文献：[1]卢衫．住宅小区中水回用系统的设计研究[J]．天津大学，2006.[2]许振良.膜法水处理技术（第一版）[M].化学工业出版社，2001.[3]魏先勋.环境工程设计手册（修订版）[M].湖南科技出版社,2002.[4]北京市环境保护科学研究院.三废处理工程技术手册（废水篇）[M].化学工业出版社，2000[5]邹家庆.工业废水处理技术[M].化学工业出版社，2003.[6]北京市政设计院.给水排水设计手册.(第四册).[M].中国建筑工业出版社，1986[7]周嘉昕.中水回用技术介绍及分析[J].山西建筑，2007,33（1）.[8]张自杰.排水工程下册(第三版）[M].中国建筑工业出版社,1996.[9]于玲.污水的生物处理工艺[J].河北化工，2009,32（11）.[10]胡亨魁.水污染控制工程[M].武汉理工大学出版社，2003.[11]高廷耀，顾国维，周琪.水污染控制工程（第三版）[M].高等教育出版社，2007.[12]唐受印，戴友芝.水处理工程师手册[M].化学工业出版社，2000.[13]王绍文.环保设备材料手册[M].冶金工业出版社，2000.[14]张自杰．环境工程手册水污染(防治卷)[M]．高等教育出版社，1996.[15]MarcinkowskyE.PhilipsKA.Hyperfiltrationstudies（Ⅳ）Saltrejectionbydynamicallyformedhydrousoxidemembrane.[J].AmChemSoc，1966，88.[16]TomStephenson，SimonJudd，BruceJefferson，ete.Membranebioreactorforwastewatertreatmenttechnology[M]．北京：化学工业出版社，2003.

致谢首先我要衷心感谢黄德斌老师耐心认真指导。在设计过程中黄德斌老师多次给我们指出设计中存在的问题和错误,并且不厌其烦的讲解我们在设计过程中存在的疑问,仔细认真地为我们找出在设计时细节方面的不足,使我们的设计得以顺利进行和完善。在此对黄德斌老师表示深深的感谢!此外，还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下了环境工程专业知识的基础。感谢老师们为我们付出的辛勤劳动、关心与支持！最后，我还要感谢大学四年来与我一起度过的同学们，陪我度过大学四年美好的青春时光，感谢大家！！！PAGEFoshan毕业设计计算书广州旭日电器污水处理中水回用的设计学院：环境与土木建筑学院专业：09环境工程学号：2008754108学生姓名：刘辰指导教师：黄德斌（高级工程师）二〇一三年六月PAGEI目录1前言说明 12加药系统的设计与计算 13调节池的设 14保安过滤器 25超滤系统的设计与计算 25.1超滤膜组件的选择 25.2膜面积及膜组件数量的确定 35.3阻力损失计算及水泵的选择 36中间水箱的设计与计算 47离子交换器的设计与计算 57.1离子交换器主体结构设计及计算 57.2离子交换树脂再生设计及计算 77.3离子交换器操作简单说明 88回用水池的设计与计算 99各构筑物单元材料表 9PAGE101前言说明旭日电器有限公司污水处理站设计是一个完整的环保工程项目。本项目包括废水二级处理设计和中水回用设计两大环节，本毕业设计是负责中水回用中的超滤和离子交换两个处理单元。2加药系统的设计与计算药剂箱是由两个PE塑料桶构成，中间通过管道连接，外加一个搅拌器和加药计量泵，人工投加还原剂或阻垢剂到一个PE塑料桶中，进过搅拌器搅拌，然后打开连接管道的开关，药剂溶液进入另一个PE塑料桶中，由加药计量泵送入主管道。加药箱的水来自超滤水箱，是由超滤水箱重力压过来，不必使用水泵。加药系统示意图见下图2-1。图2-1加药系统示意图见下图阻垢剂的添加量根据实际情况，可按以下公式计算，U=[(Q×a×V)/(1000×r标×X)]×100%（2-1）式中：U—应加入阻垢剂液的体积，升(L)；

Q—反渗透给水流量，吨/小时(T/h)；

a—加药剂量，克/吨(ppm，g/T)；

V—加药箱有效容积，升(L)；

r标—阻垢剂液密度，公斤/升(kg/L)；

X—加药计量泵实际工作出力，升/小时(L/h)；

1000—单位换算系数，克/公斤(g/kg)。其中：Q=30T/h,a=100g/T,v=3.14x0.4x0.4x1.5X2=1500L,r=1.45kg/L推出：U=[30X100X1500/1000X1.45X5000]=0.62L3.调节池设计（1）：确定停留时间：调节池的水里停留时间经验值4-12h，一般取8，连续进水取4，间歇进水取12.（2）：根据处理量、停留时间确定调节池的有效容积。考虑缓冲系数1.2，最终确定调节池容积；（3）：根据调节池进水方式和地质情况确定高度或者深度：（4）：长宽的确定：根据场地、经济等因素4保安过滤器保安过滤器根据处理水量直接选型，本设计选用一下型号的保安过滤器：型号：YS２５-40"规格：Φ350mm×H1200mm处理能力：60m滤芯材质：PP滤芯滤芯规格：5微米30寸,21支工作压力：0~0.4MPa结构：不锈钢304结构5超滤系统的设计与计算5.1超滤膜组件的选择常用的超滤膜组件有管式、板框式、卷式、中空纤维式。管式膜组件投资费用高，运行费用也高，流速控制容易，膜清洗容易。板框式组件投资费用高，运行费用低，流动性较好，膜清洗难。卷式膜组件投资和运行费用低，但流速控制差，膜清洗容易。中空纤维式组件投资和运行费用低，流速控制好，膜清洗容易。根据本工程的水质，污染物含量很低，PH中性，选用普通的有机膜最合适。分析各类膜组件本工程选用中空纤维式膜组件，中空纤维式膜组件结构图见下图。本工程选用无锡超滤设备厂NUF中空纤维超滤膜，结构见图4-1。图4-1中空纤维膜组件结构图表4-2中空纤维超滤膜性能参数膜规格材质截留分子量透水速度L/m2h应用领域PAN聚丙烯腈40000-80000240超净水、矿泉水表4-3中空纤维超滤膜组件规格型号直径Φ（mm）长度（mm）膜面积（m2）M-612511268表4-3应用参数常规进水量300-700L/m2hPH值范围1.0-12.0短时余氯耐受浓度100ppm进水压力

0.25-0.45mpa短时过氧化氢耐受浓度200ppm透膜压差0.21-0.40mpa反洗压力0.20mpa反洗通量240-340L/m2h最高操作温度40oC过滤类型内压组件外壳材料PVC组件端头材料PVC粘结材料环氧树脂组件进出口尺寸DN655.2膜面积及膜组件数量的确定S=Qp/F×1000(4-1)式中：S——所需膜面积总数，m2；；Qp——设计产水量，m3；F——超滤膜设计水通量，L/m2h。S=30/240×1000=125m膜面积S确定后，根据选择的超滤膜组件膜面积，确定组件个数：(4-2)式中：——所需膜组件的个数；——单根膜组件的面积，m2。=125/8=15.625取16。5.3阻力损失计算及水泵的选择中空纤维组件的水头损失(4-3)式中:——最小透膜压差，Pa；——液体密度，kg/m3；——重力加速度，m/s2；——水头损失，m；中空纤维组件的水头损失m；管道的沿程损失和局部损失相对较小，按2m产水口至中间水箱的高程有4m超滤部份的总的水头损失：=21.4+2+4=27.4m。最小流量：Q=0.3L/2h×82×16=38.4m3/h；超滤水泵的选择，按照设计要求，超滤水泵的流量不小于38.4m3/h,扬程不小于根据要求选择超滤水泵型号为：IH100-80-160型，Q=80m3/h，H=32m超滤反洗泵的选择，反洗压力为0.20mpa，m；管道的沿程损失和局部损失相对较小，按2m超滤反洗泵的扬程：H=20.4m+2m=反洗通量为240-340L/m2h，最小反洗水量：Q=0.24×8×16=30.7m3反洗泵型号为IS80-65-160H=32m，Q=50m3/h，图4-2超滤系统管道布置6中间水箱的设计与计算中间水箱容积计算，中间水箱主要提供超滤反洗用水和离子交换反洗用水。超滤反洗用水计算，超滤膜的反洗通量为240-340L/m2h

，取340L/m2h

；每根超滤膜的膜面积为8m2；反洗频率为20～60min一次，取20min；每次30～60s，取60s。即每小时反洗三次，共用时间3min。每小时超滤反洗用水量V=340L/m2h×8m2×16×0.05h×1m3/1000L离子交换反洗用水量计算，阳离子交换器的反洗速度为15m/h，阴离子交换器的反洗速度为10m/h，反洗时间为15min，每隔2天反洗一次。离子交换每次反洗水量V=3.14×（0.7m）2×（15+10）m/h×0.25h=9.6中间水箱至少满足一小时超滤反洗用水量或离子交换一次反洗用水量，即9.6m中间水箱的设计容积为10m3，直径2.0m，有效高度3m，见图5-1图5-1中间水箱示意图7离子交换器的设计与计算7.1离子交换器主体结构设计及计算选用的离子交换树脂的性能，见下表6-1表6-1离子交换树脂的性能项目201×7强碱性I型苯乙烯系阴离子交换树脂001×7强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂质量全交换容量mmol/g≥1.2≥2.5体积交换容量mmol/ml≥0.5≥1.0含水率%45～5045～50湿视密度g/ml0.77～0.870.77～0.87湿真密度g/ml1.25～1.291.25～1.29有效粒径mm0.71～0.900.71～0.90均一系数≤1.4≤1.4粒度%≥95.0≥95.0磨后圆球率%≥95.0≥95.0交换柱处理负荷计算：(6-1)式中：——处理负荷，mol/h；——处理水量，m3/h；——进水浓度，mol/m3；——出水浓度，mol/m3。根据进水水质估算，超滤产水总阳离子量0.85mmol/L，总阴离子量0.9mmol/L。阳离子负荷=30m3/h×（0.85mol/m30mol/m3）=25.5mol/h阴离子负荷=30m3/h×（0.92mol/m30mol/m3）=27.6mol/h所需树脂的总体积计算：(6-2)式中：——树脂总体积，m3；——树脂再生周期，h；E0——工作交换容量，mol/m3。阳离子树脂再生周期取100小时，阴离子树脂再生周期取50h。阳离子树脂的总体积：；取2.6m3。阴离子树脂的总体积：。离子交换柱直径计算：(6-3)式中：——离子交换柱直径，m；——处理液在柱内流速，m/h。处理液柱内流速取=20m/h，阳离子交换柱直径：阴离子交换柱直径：离子交换柱高度计算：(6-4)式中：——树脂层高度，m。阳离子交换树脂高度：；阴离子交换树脂高度：；(6-5)式中：——离子交换柱高度，m。——树脂清洗时膨胀率，可按40%—50%考α虑。阳离子交柱总高度=1.7（1+0.4）=2.4m；阴离子交换柱高度=1.8（1+0.4）=2.5m。=++++（6-6）式中：——离子交换树脂高度，m；——离子交换器上部高度，m；——反洗膨胀高度，m；——离子交换器底部高度，m；——支撑柱高度，m；阳离子交柱总高度=1.7m+0.2m+0.7m+0.48m+0.3m=3.38m阴离子交柱总高度=1.8m+0.1m+0.7m+0.48m+0.3m=3.38m离子交换水泵选择，离子交换的水泵主要考虑流量，能够满足流量大于设计流量30m3/h即可，离子交换水泵型号为IS80-65-160H=32m，Q=50m7.2离子交换树脂再生设计及计算树脂再生参数，见下表6-2表6-2树脂再生参考参数项目