中水回用工程设计方案

中水回用工程设计方案

  1　总论
  1.1　概述
  联合国早在1977年2月就向全世界发出警告“水不久将成为一个重要的全球性危机”。如今，全世界面临水资源危机，产生的原因主要包括用水量急剧增加、水污染、水资源开发不合理、浪费严重等几个方面。随着社会的迅速发展和文明的不断进步，特别是人口的急剧增加，人类对水的依赖程度越来越高，世界用水量急剧增加。
  我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源量约为2200 m3，约为世界平均水平的四分之一。而且,我国用水浪费严重，水资源利用效率较低。目前,我国农业用水利用率仅为40%～50%，灌溉用水有效利用系数只有0.4左右。工业方面,工业用水重复利用率低,仅为20%～40%，单位产品用水定额高。城市生活用水方面，供水管网和卫生设备的漏水是形成浪费的主要原因，我国城市供水管网的漏水量约占全部供水量的10%左右。
  此外，我国产业结构不合理，高耗水量行业发展集中，生产管理水平低，生产用水浪费严重；人们思想认识模糊,缺乏危机感，节水意识差,城市生活用水、家庭用水浪费现象普遍；缺少全局控制,违反生态规律发展，出现掠夺式开发、浪费式利用、混乱式管理；水的重复利用率低,相关法律、制度不健全,都是我国水资源危机出现的原因。
  中水回用，是解决城市水资源危机的重要途径，也是协调城市水资源与水环境的根本出路，生活污水处理回用，既能减小对地下水的开采，又能给我们带来一定的经济效益。中水是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。因为它的水质指标低于生活饮用水的水质标准，但又高于允许排放的污水的水质标准，处于二者之间，所以叫做“中水”。   
  
  由于“水危机”的困扰，许多国家和地区积极着手巩固和加强节水意识以及研究城市废水再生与回用工作。城市污水回用就是将城市居民生活及生产中使用过的水经过处理后回用。有两种不同程度的回用：一种是将污水处理到可饮用的程度，而另一种则是将污水处理到非饮用的程度。对于前一种，因其投资较高、工艺复杂，非特缺水地区一般不常采用。多数国家则是将污水处理到非饮用的程度，在此引出了中水概念。中水也就是将人们在生活和生产中用过的优质杂排水(不含粪便和厨房排水)、杂排水(不含粪便污水)以及生活污(废)水经集流再生处理后回用，充当地面清洁、浇花、洗车、空调冷却、冲洗便器、消防等不与人体直接接触的杂用水。
  1.2　设计依据
  1、《室外排水设计规范》(GBJ14-87)；
  2、《生活杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）；
  3、《建筑给水排水设计规范》GBJ15-88；
  4、《建筑中水设计规范》GB50336-2002；
  5、《居民小区给水排水设计规范》（CECS57-94）；
  6、回用水标准符合国家《城市污水再生利用　景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）；
  7、建设方提供的有关生活污水水质、水量、布局、工程图纸等基础资料；
  8、其他相关标准及规范。
  1.3 设计原则
  1、中水处理回用工程以投资省，运转费用低，占地面积小为原则。
  2、处理系统先进，设备运行稳定可靠，维护简单、操作方便。
  3、污水处理系统不产生二次污染源污染环境。
  4、控制管理按处理工艺过程要求尽量考虑自控，降低运行操作的劳动强度，使污水处理站运行可靠、维护方便，提高污水处理站运行管理水平。
  
  
  2
  工艺设计
  2.1 设计水量水质及用水标准
  本项目洗浴污水排放量约65m3/d，本工程设计时考虑到因有调节池对水量的调节，后续构筑物的设计处理能力为3.0m3/h。污水处理后全部回用于绿化等，污水深度处理部分的处理能力为3.0m3/h。经取样和参考类似工程设计经验，确定设计水质表2-1。
  表2-1设计进出水水质
  

项目	CODCr(mg/L)	BOD5(mg/L)	SS(mg/L)	NH3-N(mg/L)	LAS(mg/L)
原水水质	250～350	150～200	150～220	20～30	5～8
设计水质	350	200	220	30	8
出水水质	≤50	≤10	≤5	≤5	≤0.5

  中水用于景观环境用水，其水质应符合《城市污水再生利用 景观环境用水水质》GB/T18921-2002的规定。中水用作城市杂用水，其水质应符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T 18920-2002的规定。见表2-2。
  
  
  表2-2 城市污水再生利用
  景观用水水质（GB/T18921 -2002）(mg/L)
  

序号	项目	观赏性景观环境用水			娱乐性景观环境用水
		河道类	湖泊类	水景类	河道类	湖泊类		水景类
1	基本要求	无漂浮物，无令人不愉快的嗅和味
2	PH（无量纲）	6.0~9.0
3	五日生化需氧量   ≤	10	6		6
4	悬浮物 SS   ≤	20	10		——
5	浊度 （NTU)   ≤	——	——		5.0
6	溶解氧   ≥	1.5			2
7	总磷（以P计）   ≤	1.0	0.5		1.0	0.5
8	总氮   ≤	15.0			15
9	氨氮（以N计）   ≤	5.0			5
10	色度（度）   ≤	30.0			30
11	石油类   ≤	1.0			1.0
12	余氯b   ≥	0.05			0.05
13	阴离子表面活性剂 ≤	0.5			0.5
14	粪大肠菌群（个/L) ≤	10000		2000	500		不得检出
注1：对于需要通过管道输送再生水的非现场回用情况采用加氯消毒方式；而对于现场回用情况不限制消毒方式。   注2：若使用未经过除磷脱氮的再生水作为景观环境用水，鼓励使用本标准的各方在回用地点积极探索通过人工培养具有观赏价值水生植物的方法，使景观水体的氮磷满足表的要求，使再生水中的水生植物有经济合理的出路。
a   “——”表示对此项无要求；   b   接触实际不应低于30min的余氯。对于非加氯消毒方式无此项无要求。

  2.2 工艺选择
  中水回用处理一般包括预处理、主处理及深度处理三个阶段。其中预处理阶段主要有格栅和调节池两个处理单元，主要作用是去除污水中的固体杂质和均匀水质；主处理阶段是中水回用处理的关键，主要作用是去除污水的溶解性有机物；深度处理阶段主要以消毒处理为主，保证出水达到中水水标准。
  中水回用主处理技术主要包括生物法、物化法及膜分离法。其中生物处理法是利用水中微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物，包括好氧和厌氧微生物处理，一般采用多种工艺相结合的办法；物理化学处理法以混凝沉淀（气浮）技术及活性炭吸附相结合为基本方式，提高出水水质，但运行费用较高；膜处理技术一般采用超滤（微滤）或反渗透膜处理，其优点是SS去除率很高，占地面积少等优点。
  
  中水回用处理为达到最佳的处理效果，一般采用多种工艺相结合的办法。根据国内外中水回用处理技术的发展状况，相关专家学者总结出国内外常用的典型工艺流程，见表2-3。
  表2-3    中水回用处理典型处理流程
  

序号	处   理   流   程
1	格栅→调节池→混凝沉淀（气浮）→化学氧化→消毒
2	格栅→调节池→一级生化处理→过滤→消毒
3	格栅→调节池→一级生化处理→沉淀→二级生化处理→沉淀→过滤→消毒
4	格栅→调节池→絮凝沉淀（气浮）→过滤→活性炭→消毒
5	格栅→调节池→一级生化处理→混凝沉淀→过滤→活性炭→消毒
6	格栅→调节池→一级生化处理→二级生化处理→混凝沉淀→过滤→消毒
7	格栅→调节池→絮凝沉淀→膜处理→消毒
8	格栅→调节池→生化处理→膜处理→消毒

  表中第1、4和7是以物理化学处理为主的处理流程，处理方法主要有混凝沉淀或气浮、化学氧化法（二氧化氯、臭氧、次氯酸钠、氯、碘化钾等）、活性炭吸附法。具有流程简单、占地少、设备密闭性好、无臭味、易管理的特点。第2、3、5和6是以生化处理为主的处理流程。以优质杂排水和杂排水为中水水源时，采用生化处理的目的是去除水中的洗涤剂。过去常采用生物转盘法，因室内臭味问题一直未能解决，所以成功实例不多，目前，多采用接触生物膜法。以生活排水为中水水源，采用二级生化处理时，多采用A/O法和A2/O。第8为物化与生化处理相结合的处理流程。其中，第7和8流程中含有滤膜装置，具有装置小型简单、可以间断运行和无污泥的特点。
  随着中水回用处理技术的不断发展，越来越多的新技术被广泛应用，其中以臭氧氧化消毒技术及连续超滤技术表现得最为突出。O3作为高效的无二次污染的氧化剂，是常用氧化剂中氧化能力最强的（O3>ClO2>Cl2>NH2Cl），其氧化能力是氯的2倍，杀菌能力是氯的数百倍，能够氧化分解水中的有机物，氧化去除无机还原物质，能极迅速地杀灭水中的细菌、藻类、病原体等。
  本工程即采用生化处理、连续超滤、催化氧化及活性炭吸附等主要工艺，经过有机合理的组合，以期达到最佳的处理效果，满足回用要求。
  2.3 工艺流程
  根据处理的废水水量、水质及处理要求，本方案采用生化处理与物化处理相结合的工艺思路。
  2.4
  流程说明
  2.4.1
  污水收集
  排放污水在污水调节池中收集均质，调节池前端设置隔栅井。
  2.4.2
  毛发捕集
  本工程毛发聚集器设于污水泵吸水管上，毛发聚集器要求如下：1、过滤网的有效过水面积等于连接管截面面积的2.5倍；2、过滤网的孔径为3mm。
  2.4.3
  A2/O系统
  采用A2/O工艺，即废水先经厌氧兼氧处理，然后进入好氧处理。这样的流程可以提高废水中有机污染物的生物可降解性，运行得当还能达到脱氮效果。A2/O池出水在二沉池内进行分离，污泥一部分回流至厌氧池、兼氧池及好氧池，剩余生化污泥接入污泥池。
  二沉池出水进入中间水池，以备后续过滤氧化反应。
  2.4.4
  过滤系统
  生化出水首先经过砂滤罐，罐内置石英砂。该装置主要用于去除出水中较细小的固体颗粒和其它悬浮在水中的微小杂质。本工艺采用新型的高效滤料，此滤料由多种介质混合加工而成，具有强度高、过滤流速高、反冲洗方便和效果稳定可靠等特点，从而使其对进水的过滤净化功能大大增强，提高了出水的水质状况。
  砂滤出水在中间水箱中收集，经过提升泵提升至精密过滤器，之后进入超滤系统，超滤系统截流废水中所有的微小悬浮物及微生物等。
  2.4.5
  氧化消毒系统
  经过砂滤的废水进入高级催化氧化系统，臭氧气由臭氧发生器产生，反应过程加入催化剂双氧水，高级氧化过程几乎去除掉污水中所有细菌及有机物等，确保出水符合回用水标准。
  2.4.5
  活性炭吸附系统
  吸附法常用来去除水中的有机物、胶体物质、微生物等。而活性炭是目前水处理中最为常用的吸附剂，其处理效果好、占地面积小、管理方便、又可再生。同时，对某些金属及其化合物也有很强的吸附能力。本装置并非单纯的采用活性炭吸附，而是将活性炭进行了一种特殊处理，加大了活性炭的吸附容量，从而加强了活性炭的吸附效果，使出水水质更加提高。
  活性炭吸附出水在回用水池中收集待用。供水采用变频泵组。
  2.4.6
  废尾气处理系统
  生化系统产生废气经过引风机收集，进入气相氧化塔，塔内通入臭氧，氧化后接入风管排放。
  2.5
  主要建、构筑物尺寸及设计参数
  2.5.1　调节池
  用于排出污水的收集均质，设计停留时间48小时。平面尺寸4.0m×8.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积128m3。内设穿孔曝气管，用于废水的气力搅拌，池底设置集水井，配置潜水式排污泵两台，Q=3.0m3/h，H=10.0m，一用一备，用于废水的提升。
  2.5.2　A2/O池
  A2/O生化池设计停留时间84小时，其中厌氧池停留时间30小时，平面尺寸4.0m×5.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积80m3，池内置弹性立体填料，用于厌氧微生物的生长；兼氧池停留时间45小时，平面尺寸6.0m×5.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积120m3，池内置弹性立体填料及穿孔曝气管，为兼氧微生物提供生长住所及所需氧源。好氧池停留时间24小时，平面尺寸3.0m×5.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积60m3，池内置弹性立体填料及微孔曝气器，为好氧微生物提供生长场所及所需氧源。
  生化系统氧气源由风机提供，采用罗茨风机两台，Q=1.30m3/min，ΔP=49mkPa，
  2.5.3　二沉池及污泥池
  二沉池平面尺寸3.0m×3.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，表面负荷0.3m3/m2·h。二沉池底部设泥斗。污泥池平面尺寸3.0m×3.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，底部设泥斗，设置潜水式排污泵两台，Q=3.0m3/h，H=10.0m，一用一备，用于污泥的回流及剩余污泥输送。
  2.5.4　中间水池
  污水经过生化处理，二沉池出水进入中间水池，中间水池平面尺寸3.0m×5.0m，有效水深4.0m，总深4.5m，有效容积60m3。设置中间水泵，Q=3.0m3/h，H=15.0m，将中间水池清水打入砂滤系统。
  2.5.5　回用水池
  回用水池用于处理后中水的储存待用，设置变频泵组。
  2.5.6　综合机房
  综合机房设于地下室，内设风机房、电控室及设备室等。
  2.6
  主要设备
  
  主要设备见表2-4。
  表2-4　主要设备表
  

序号	名   称	主要技术参数		数量	备注
		型号规格	性能参数
1	格栅	B=3~8mm		1
2	毛发聚集器			1
3	废水提升泵		Q=3.0m3/h，H=10.0m	2	潜水式
4	风机	HSR50	Q=1.30m3/min，ΔP=49mkPa	2
5	弹性填料	Φ150		250
6	穿孔曝气管			1
7	微孔曝气器	ZH215		50
8	污泥回流泵		Q=3.0m3/h，H=10.0m	2	潜水式
9	中间水泵		Q=3.0m3/h，H=10.0m	2	立式离心泵
10	砂滤罐	Φ0.8×2.5m	处理能力Q=3.0m3/h	2	钢防腐
11	中间水箱	PT5000L		1	PE
12	超滤系统	包含以下			非标、成套
①	进水泵		Q=3.0m3/h，H=20.0m	2
②	保安过滤器		处理能力Q=3.0m3/h	1
③	超滤膜组件	4040	处理能力Q=3.0m3/h	1
④	机架			1	钢防腐
⑤	清洗系统		化学清洗，反冲洗	1
⑥	控制系统			1
13	臭氧发生器		50g/h	1
14	高级氧化系统	包含以下		1
①	进水增压泵		Q=3.0m3/h，H=20.0m
②	氧化塔	Φ0.8×2.5m	处理能力Q=3.0m3/h		钢防腐
③	臭氧气混合器
15	自动加药系统	包含以下		1	非标、成套
①	药箱	PT200L		5
②	加药计量泵		酸碱、水处理药剂、催化剂等	6
③	PH计	3-2716（8750）		2
④	液位计等			3
16	活性炭吸附罐	Φ0.8×2.5m	处理能力Q=3.0m3/h	1	钢防腐
17	废气收集系统		收集能力Q=200m3/h	1	非标、成套
18	尾气氧化系统		处理能力Q=200m3/h	1	非标、成套
19	电气控制柜		含PLC,控制编程等	1	非标、成套

2.7

  预期处理效果