某大學中水處理設計實例
摘要：隨著水資源匱乏的日益突出，合理利用水資源及科學有效的節約用水已為人們所關注,建筑中水利用在業內一直被認為是節水的較好方式,特別是對于有豐富優質雜排水的建筑小區來說,節水效果及經濟意義就更為顯著.
關鍵詞：優質雜排水 水量平衡 工藝流程 最大出水負荷 反沖洗水量 調節容積 投藥
一.工程概況:
某大學學生宿舍區北臨校園體育場,西面為食堂,南接現有學生宿舍區,東側為校園休閑山體.建筑呈行列式布置.宿舍分一類宿舍和三類宿舍二大類,均為六層建筑,其中1#.2#.3#樓為一類宿舍,其內設單獨的衛生間,1#宿舍建筑面積7856.76m2,2#宿舍7856.78m2,3#宿舍6405.66m2,總建筑面積22119.18m2,共按2544人入住設計;4#.5#.6#樓為三類宿舍,其內設公共盥洗室和淋浴室,每棟建筑面積均為5447.67m2,總建筑面積16343m2,共按2736人入住設計.
食堂面向宿舍區,東面設置餐廳出入口,食堂共分四層,建筑面積為5461.40m2.
因本工程位于某市郊區,周圍為自然山體,市政給水資源不是很豐富,本著節約水資源出發,本工程考慮收集1~6號宿舍樓的淋浴廢水和盥洗廢水(并考慮與前.后期生活廢水合并)作為中水源水,經中水處理站處理后用于小區內沖廁用水.
二.水量平衡計算:
水量平衡計算表
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水量平衡圖
由上表及圖所示,本工程選用優質雜排水作為中水原水是可行的,其中水原水量設為：Qpy=350 m3/d,并采用自來水作中水補充水源.
三.中水處理工藝計算:
(一) 中水處理工藝流程方案選擇:因本工程中水原水為淋浴排水與盥洗排水組成的優質雜排水,所以采用以物化處理為主的工藝流程.
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系統處理流程圖
經過此工藝流程處理后的水質標準: BOD5<20,CODmn<30,SS<10
(二) 各種水水質標準
優質雜排水水質標準:BOD5:100,CODmn:80,SS:100,ABS:11.
生活雜用水水質標準: :BOD5:10,CODmn:50,SS:10,.
(三) 中水處理設施處理能力:設中水處理設施運行時間采用24小時連續運行.
q=Qpy/t
q-設施處理能力（m3/h）
Qpy___經過水量平衡計算后的中水原水量（m3/d）(350)
t-中水設施每日設計運行時間（h）(24).
q= Qpy/t=350/24=14.58 m3/h.
(四) 格柵的設置:本工程格柵設于格柵井內,且格柵條空隙寬度為8mm (采用一道格柵),其傾角采用750.
(五) 調節池計算:本工程工藝處理設施運行時間為24小時連續運行,調節池有效容積計算如下:
Vs= Qpy*C
Vs-調節池有效容積, m3
Qpy-中水日處理水量，m3（350）
C-_調節池有效容積占日處理量的百分數%(40%)
Vs= Qpy*C=350*0.4=140 m3
調節池高設為H=3.5 m,有效水深設為H1=3.2 m,則調節池有效面積為:
F= Vs/ H1=140/3.2=43.75 m2
調節池采用距形,則其BxL =6x7.5,則其面積為:6*7.5=45 m2>43.75 m2
滿足要求.
并考慮在池底設置水下曝氣器.
(六) 毛發聚集器的設置:本工程毛發聚集器設于污水泵吸水管上,毛發聚集器要求如下:
1.過濾網的有效過水面積等于連接管截面面積的2.5倍.
2.過濾網的孔徑為3mm.
(七) 沉淀池計算:
1.本工程采用斜管沉淀池,其設計參數如下:
表面負荷:U0=2m3/ m2.h, 斜管長ι=1m, 斜管傾角θ=600
斜管管徑d=100mm, 保護超高為h1=0.3m, 清水區高度為：h2=0.7m,
配水區高度為: h3=1.0m, 積泥區高度為: h4=0.53m,最大出水負荷<1.70L/S. m.
2.表面負荷計算: U0=2m3/ m2.h=0.56mm/s.
3.流量計算：Q=350 m3/d=14.58 m3/ h.=4.05L/S
4.清水區面積：F=Q/ U0=14.58/2=7.3 m2
5.沉淀池尺寸:采用距形池,其長度為寬的2倍,即L=2B,
則:2B2=7.3,得出B=1.9 m,取2 m
則:L=2*B=2*2=4 m
則:F=4*2=8 m2>7.3 m2滿足要求.
6.凈出水口面積計算:為了配水均勻,進水布置在4 m長的一側.在2 m寬度中扣除0.3 m無效長度,則凈出水口面積:
F’=(B-0.2)*L/K
K-斜管結構系數. 1.03
F’=(B-0.2)*L/K=(2-0.2)*4/1.03=6.99 m2
7.沉淀池高度計算:
斜管高度: h5=L*Sin600=1*0.87 m
則池高：H= h1+ h2+ h3+ h4+ h5
=0.3+0.7+1+0.53+0.87=3.4 m.
8.核算:以沉淀池出水負荷來核算..
Qf=Q /L=4.05/4=1.01L/S.m<1.70L/S.m滿足要求.
8.其它:排泥采用穿孔管,出水采用堰口出水方式.
9.斜管沉淀池布置示意圖如下:
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(八)中間水池:中間水池容積取調節池容積的11%,則中間水池容積V=0.11*140=15.4 m3,取中間水池高H=1.5 m,保護超高為0.3 m
則中間水池面積:F=.V/H=15.4/1.2=12.8 m2
中間水池平面尺寸邊長為:L=12.81/2=3.6 m.
(九)本工程中水過濾采用石英砂壓力過濾器過濾.
1. 設計參數:
濾速為:v=10m/h, 反沖洗強度：q=40L/ m2.s,反沖洗時間t=5min,
2.過濾器面積：F=Q/ v
式中：F-過濾器面積(m2)
Q-過濾器處理能力(m3/ h)( 接兩倍日處理量計算29.16)
V-濾速(m/h)(8)
F=Q/ v=29.16/10=2.9 m2.
3.反沖洗水量: Q1= q*F*t=40*2.9*5*60=34800L=34.8m3,其反沖洗水由反沖泵從清水池中抽取供給.
4.過濾罐尺寸計算:采用兩個過濾罐n=2.
(1)每罐過濾面積F1=F/n=2.9/2=1.45 m2
(2)每罐半徑:R= (F1/3.14)1/2=(1.45/3.14) 1/2=0.68 m
(3)每個過濾罐直徑:d=2*R=2*0.68=1.36 m,取1.4 m.
(十)清水池計算:清水池的調節容積按中水系統日用水量的35%計算.
則:V=Qd.*0.35=350*0.35=122.5 m3,設清水池高為:3.5m(其中超高保護高為0.3 m)
則清水池面積為:F=122.5/3.2=38 m2.
則清水池平面尺寸為:BXL=4X9.5 m.
(十一)混凝劑計算:
1.本工程中水混凝劑采用精制硫酸鋁,其性質為:無水硫酸鋁含量為:52%,
2.本工程助凝劑采用活化硅酸.
3.藥液箱容積的計算:本工程混凝劑投藥率為:20mg/L,采取每天制藥一次.
則藥液箱容積V=a*Q/(10*b*n)
式中：V ___藥液箱容積, L
a-混凝劑投藥率, mg/L (20)
Q-日處理水量, m3/d (350)
b -藥液含量,一般采用20
n-每日配制藥液次數,(1)
則:V=a*Q/(10*b*n)=20*350/(10*20*1)=35L
4. 本工程投藥采用泵前投藥方式,由孔口計量設備苗嘴流出的混凝劑藥液投加在水泵吸水管上.采用孔口計量投藥設備,如下圖所示:
泵前投藥示意圖
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1-_藥液箱 2-恒位箱 3-隔板 4-投藥苗嘴 5-_漏斗 6-水封逄 7-水泵 8-水泵吸水管 9-_水泵出水管
(十二)消毒劑計算:
1.本工程消毒劑采用次氯配鈉消毒劑,采用直流式次氯酸鈉發生器.
2.次氯酸鈉發生器的產量計算如下式:
W=24QD/T
式中：W-次氯酸鈉發生器的有效氯產量,g/h
Q-被消毒水的最大日平均時流量, m3/ h(14.58)
D-水的設計加氯量, mg/L(20)
T-發生器的工作時間, h(10)
W=24QD/T=24*14.58*20/10=700g/h
3.食鹽用量的計算如下式:
G=24QDS/1000
式中：G-_食鹽用量,kg/d
Q-被消毒水的最大日平均時流量, m3/ h(14.58)
D-水的設計加氯量, mg/L(20)
S-生產單位質量有效氯所消耗的食鹽量, kg/kg (3.5)
G=24QDS/1000=24*14.58*20*3.5/1000=24.5 kg/d
4.鹽水槽的容積計算如下式:
Vs=100G/(n*N)
式中：Vs-_鹽水槽的有效容積,L
G-__食鹽用量,kg/d(24.5)
n -__稀鹽水濃度,%(4)
N-__每日配制次數,(1)
Vs=100G/(n*N)=100*24.5/(4*1)=612.5 L
5.次氯酸鈉貯液槽容積計算如下式(有效容積):
Act=QDt/C
式中：Act-_貯液槽的有效容積，L
C-__次氯酸鈉溶液的有效氯濃度, g/ L(8)(或按產品說明書)
t-___貯液時間, h. t=24-T=24-10=14 h (T為發生器工作時間).
Q-被消毒水的最大日平均時流量, m3/ h(14.58)
D-水的設計加氯量, mg/L(20)
Act=QDt/C=14.58*20*14/8=510.3 L
6.稀鹽水(4%)的配制:由溶鹽池配制濃度15%左右的濃鹽水,靜止沉淀后,用比重計測定其濃度,再配制成4%濃度的需要量,啟動鹽水泵將一定體積的濃鹽水送入鹽水槽中,然后加入清水使其成為需要濃度的稀鹽水.
7.配制612 L4%濃度的稀鹽水所需濃鹽水體積計算:
(1)濃鹽水濃度計算如下式:
Cs=а*Ds-b
式中：Cs-_鹽水的質量百分比濃度，%
Ds-_鹽水的比重, kg/L(1.1)(應由實測數據為準)
а.b -_系數,常溫下取а=151.7, b=151.83
Cs=а*Ds-b=151.7*1.1-151.83=15%
(2)配制612 L4%濃度的稀鹽水所需濃鹽水體積:V=4*612/15=163.2 L.
8. 本工程消毒液投放采用水射器投藥方式,次氯酸鈉消毒工藝流程見下圖
次氯酸鈉消毒工藝流程圖
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| 1-溶鹽池 2-塑料泵 3-鹽水槽 4-次氯酸鈉發生器5-次氯酸鈉貯液槽 6-漏斗 7-水射器 8-管道混合器9-清水池 10-回用水泵 |
四.結束語
從本工程來看,對具有豐富優質雜排水的大型居住社區來說,從水量平衡及計算不難看出,其優質雜排水水量與中水用水量之間本身就可達到長期平衡關系,所需自來水補充水量很小,完全可達到自身循環,大大節約了水資源;且優質雜排水具有較好的原水水質,其處理流程采用完全成熟的傳統處理工藝,具有較為豐富的設計.施工.管理經驗,有利于降低中水的運行成本,提高中水工程建設的社會及經濟效益.
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