环境工程本科毕业论文解析.docx
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环境工程本科毕业论文解析
大学学生公寓洗漱废水回用分析与探讨
摘要：
随着高校的扩招，校区人员的增多，高校已经成为城市用水大户，水质成分简单，易于处理的特点，非常适合建设中水回用系统。
中水回收利用是污水资源化的一种重要方法，在高校区启用中水回用系统，对我国的环境保护、水资源保护、水污染防治、经济可持续发展都起到了至关重要的作用，具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
参考了国内外高校中水回用实例，本文利用序批式活性污泥工艺（SBR）处理甘肃农业大学18#学生公寓楼洗漱废水的工艺流程、特点、主要构筑物设计参数及主要的技术经济指标，在技术经济上做了可行性分析。
该工艺对洗漱废水中COD,BOD,SS有较高的去除率,处理后出水用于学生公寓冲厕,其水质符合中华人民共和国《生活杂用水水质标准》（GJ／T48--1999）回用水标准的要求。
该项技术由于设备形体小、工艺单一，原管道改变不大，因而便于改建施工。
关键词：
中水回用；洗漱废水；高校；公寓楼
WashingwastewaterreuseanalysisanddiscussionatGansuAgriculturalUniversity
—Takinganexampleofstudent，apartment18#buildings
WANGQiaofang
（MajorinEnvironmentalEngineeringintheCollegeofresourcesand
environmentalGansuAgriculturalUniversity，GansuLanzhou，730070）
Abstract：
Collegeexpansion,asaresultoftheincreasingnumberofschooldistrictpersonnel,thecampusofcollegesanduniversitieshasbecomeacitywaterconservationandwaterqualitycompositionissimple,easytohandleandsoon，verysuitableforbuildingwaterreusesystem.Waterrecyclingisanimportantmethodofsewagerecycletreatment,areatoenablewaterreusesystemincollegesanduniversitiesofourcountry'senvironmentalprotection,waterconservation,waterpollutionpreventionandsustainableeconomicdevelopmenthasplayedavitalrole,hasobviouseconomicbenefitsandsocialbenefitsandenvironmentalbenefits.Refertothewaterreuseinstancesofcollegesanduniversitiesathomeandabroad,thispaperusingsequencingbatchtypeactivatedsludgeprocess（SBR）18#atGansuAgriculturalUniversitystudentapartmentbuildingwashwastewatertreatmenttechnologicalprocess,characteristics,mainstructureandmaindesignparameters,technicalandeconomicindexesofthefeasibilityanalysisoneconomic.IntheprocessofwashingwastewaterCOD,BOD,SShavehigherremovalrateofflushingwaterusedinthestudentsapartmentafterprocessing,thewaterqualityconformstothelawofthePeople'sRepublicofChinaonthewaterqualitystandardoflifeofmixedwaterbackintothewater（GJ/T48-1999）standardrequirements.Thistechnologybecauseofthesingleformofequipmentandtechnology,theoriginalpipelinechangeisnotbig,soconvenientforconstruction.
Keywords:
Waterreuse;SBR;Washwastewater;Collegesanduniversities;Apartmentbuildings.
前言
水资源危机已经成为一个全球性能源问题。
如何合理开发利用水资源至关重要，面对日益严峻的水资源短缺问题，面对水资源污染严重等问题，全世界都在积极地探索新途径以获取足够的淡水资源，跨流域调水、海水淡化、污水回用和雨水蓄用是目前普遍受到重视的开源措施[1]，它们在一定程度上都能缓解水资源供需矛盾。
因此，水的再生与回用是环境保护、水污染防治的主要途径，是社会和经济可持续发展战略的重要环节，己经成为世界各国解决水问题的必选策略。
中水回用是指将生活污水、雨水、污水处理厂尾水、厂矿冷却水等城市污水，根据不同水质和用途要求，经过适当处理，用于地面清洁、浇花、空调冷却、洗车、冲洗便器、消防、景观等[2]。
随着我国高等教育的迅速发展及学生的不断扩招，高校已经成为城市的用水大户，且水质成分简单、易于处理等特点，非常适合建设中水回用系统。
因此，在高校中实现中水回用不但可以实现污水、废水资源化、缓解水资源不足和节省学校经济开支，还可以减少污染排放、减轻城市排水设施的负担和城市污水处理厂的负荷，具有明显的经济效益、社会效益和环境效益。
1.现状调查及分析
1.1废水来源
学校按功能不同主要分为教学区、办公区和学生公寓区。
教学区和办公区，主要用水为冲厕用水量，较少一部分用于洗手、清扫卫生。
学生公寓区，主要为洗漱（学生洗手、洗脸、洗头发、洗衣服）与冲厕用水。
洗漱废水水质较好，属于优质杂排水[3]。
我校学生公寓楼规划较为集中，便于洗漱废水收集，可大大降低处理费用，所以选择学生公寓区洗漱水作为中水水源。
1.2洗漱用水与冲厕废水差值
中水回用不仅要考虑水质还要考虑水量，为定量分析学生公寓区洗漱用水量和冲厕用水量的差值，女生8#楼三层厕所安装水表一块、男生12#楼六层洗漱池安装水表一块、女生18#楼十六层水房洗漱池、厕所各安装水表一块。
监测时间为2014/4/29—2014/5/13，8#楼、12#楼和18#楼水表数据获取分别在早上10:
50、11:
00和11:
10，抄记水表读数分别见表1、2和3。
表18#楼第三层冲厕用水量监测表
序号
1
2
3
4
5
6
7
用水量（m3）
2.4253
1.3869
1.0182
1.1613
1.9491
1.8628
1.3265
序号
8
9
10
11
12
13
14
用水量（m3）
3.0622
1.9681
2.7806
2.2106
2.163
1.4753
3.3602
第三层冲厕总用水量（m3）
28.1501
人均冲厕用水量（m3·人-1·天-1）
0.0152
表212#楼洗漱、冲厕用水量监测表
序号
1
2
3
4
5
6
7
洗漱用水量（m3）
2.122
1.396
1.466
0.918
2.267
1.762
2.701
每层总用水量（m3）
43.484
45.761
44.071
42.515
45.126
43.670
44.816
冲厕用水量（m3）
19.620
21.485
20.570
20.339
20.296
20.073
19.707
序号
8
9
10
11
12
13
14
洗漱用水量（m3）
0.55
3.478
1.492
2.286
1.237
0.916
2.699
每层总用水量（m3）
47.441
47.069
40.280
38.574
38.495
39.265
39.140
冲厕用水量（m3）
23.171
20.056
18.648
17.001
18.010
18.716
16.871
每层每个水房洗漱总用水量（m3）
25.290
每层每个水房冲厕总用水量（m3）
274.564
人均洗漱用水量（m3.人-1.天-1）
0.017
人均冲厕用水量（m3.人-1.天-1）
0.182
每层两个水房洗漱总用水量（m3）
50.580
每层两个水房冲厕总用水量（m3）
549.128
表318#楼洗漱、冲厕用水量监测表
序号
1
2
3
4
5
6
7
一侧洗漱用水量（m3）
1.120
0.260
0.572
1.746
0.983
1.082
0.254
每层总洗漱用水量（m3）
2.080
0.483
1.062
3.243
1.826
2.009
0.472
一侧冲厕用水量（m3）
2.457
1.608
0.829
1.240
1.633
0.957
2.863
每层总冲厕用水量（m3）
4.505
2.948
1.520
2.273
2.994
1.755
5.249
序号
8
9
10
11
12
13
14
一侧洗漱用水量（m3）
0.947
1.175
0.997
0.728
1.086
1.828
0.887
每层总洗漱用水量（m3）
1.759
2.182
1.852
1.352
2.017
3.395
1.647
一侧冲厕用水量（m3）
1.806
2.224
2.174
2.870
2.103
1.189
0.999
每层总冲厕用水量（m3）
3.311
4.077
3.986
5.262
3.856
2.180
1.832
人均洗漱用水量（m3.人-1.天-1）
0.015
人均冲厕用水量（m3.人-1.天-1）
0.027
18#楼洗漱总用水量（m3.天-1）
32.040
18#楼冲厕总用水量（m3.天-1）
57.672
为方便对比8#、12#和18#学生公寓楼的洗漱废水和冲厕废水差值，把表1、2和3的数据重新整理见表4。
18#学生公寓楼厕所是脚踏延时自闭蹲式坐便器，而8#和12#学生公寓楼厕所是通槽式，流量按人数计直到水箱水满放水。
为直观确定哪种厕所更节水，做相应柱状图见图一。
表4学生公寓区人均洗漱、冲厕用水量统计表
公寓楼
人均洗漱用水量（m3.人-1.天-1）
人均冲厕用水量（m3.人-1.天-1）
8#
无数据
0.0152
12#
0.017
0.018
18#
0.015
0.027
图1学生公寓区人均冲厕用水量
由以上图表可以看出，冲厕用水量大于洗漱用水量，8#学生公寓楼人均冲厕用水量最低，12#学生公寓楼人均冲厕用水量最高，18#学生公寓楼人均冲厕量介于其之间。
学生公寓楼8#和18#比较，厕所通槽式的比脚踏延时自闭蹲式坐便器节水。
18#学生公寓楼人均洗漱用水量比冲厕用水量少1.8倍。
12#学生公寓楼厕所虽是通槽式，但人均冲厕用水量明显较高，主要是因为水龙头和主要管道漏水比较严重，漏水情况见表5。
鉴于12#学生公寓楼由于漏水导致数据失真，仅以18#学生公寓楼为例设计中水回用系统。
表5宿舍区漏水比率统计表
序号
地点
比例
平均值
1
7#
1.67%
6.34%
2
16#
2.27%
3
15#
3.95%
4
9#
4.38%
5
10#
4.38%
6
8#
5.56%
7
17#
6.82%
8
18#
7.01%
9
6#
7.27%
10
13#
8.89%
11
11#
9.44%
12
14#
9.72%
13
12#
11.11%
图2学生公寓区各建筑物漏水情况
1.3设计水量及水质
由数据监测表表3获得，18#楼人均洗漱用水量0.015（m3·人-1·天-1），人均冲厕用水量为0.027（m3·人-1·天-1），共有学生2136人，每天总的洗漱用水量、冲厕用水量分别为32.04m3、57.672m3。
，设计水量为58m3/d，可回用洗漱废水32m3/d，剩余26m3/d由自来水补充。
进水水质参考生活污水水质标准，回用水应满足中华人民共和国《生活杂用水水质标准》（GJ/T48--1999）中的回用水标准[11]。
补充自来水前后进出水水质分别见表6、表7。
表6设计进出水水质
项目
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
SS（mg/L）
原水水质
355
210
200
设计水质
305
200
190
出水水质
≤50
≤10
≤10
表7设计进出水水质
项目
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
SS（mg/L）
原水水质
195
110
110
设计水质
145
100
100
出水水质
≤50
≤10
≤10
2.设计说明书
2.1设计任务
①校园中水回用处理方案比选
②校园中水回用流程确定
③校园中水回用构筑物设计计算
校园中水回用系统经济效益、环境效益和社会效益评估
2.2设计原则
①执行国家关于环境保护的政策，符合国家及地方的有关法规、规范和标准；
②采用先进可靠的处理工艺，确保经过处理后的污水能达到回用水标准；
③采用成熟、高效、优质的设备，并设计较好的自控水平，以方便运行管理；
④妥善处理中水回用系统中产生的污泥固体物，以免造成二次污染；
⑤综合考虑环境，经济和社会效益，在保证出水达标的前提下尽量减少工程投资和运行费用；
2.3设计依据
①《排水工程》（第四版）教材（下册）
②中华人民共和国《生活杂用水水质标准》（GJ／T48--1999）中的回用水标准[4]
③《给水排水设计手册》第一、五、九、十一和十二册[5]
2.4工艺比选
针对不同的水源水量水质、回用用途，为达到中水回用标准通常采用不同的处理工艺。
查阅大量资料，常见的三种污水生物处理工艺为传统活性污泥法、SBR法和生物接触氧化法。
下面对传统活性污泥法、SBR法和生物接触氧化法进行比较，以便确定污水的处理工艺。
2.4.1传统活性污泥法的特点
传统活性污泥法又称普通活性污泥法或推流式活性污泥法，是最早成功应用的运行方式，其他活性污泥法都是在其基础上发展而来的。
曝气池呈长方形，混合液流态为推流式，污水和回流污泥一起从曝气池的首端进入，在曝气和水力条件的推动下，混合液均衡地向后流动，最后从尾端排出，前段液流和后段液流不发生混合。
①工艺成熟，管理运行经验丰富；
②曝气时间长，吸附量大，去除效率高90%~95%；
③运行可靠，出水水质稳定；
④污泥颗粒大，易沉降；
⑤不适宜水质变化大的水质；
⑥对氮，磷的处理程度不高；
⑦污泥需要厌氧消化，可以回收部分能源；
2.4.2SBR法的方案特点
SBR是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。
它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉池等功能于一池，无污泥回流系统。
尤其适用于间歇排放和流量变化较大的场合。
①处理流程简单，构筑物少，可不设沉淀池；
②处理效果好，不仅能去除有机物，还能有效地进行生物脱氮；
③占地面积小，造价低；
④污泥沉降效果好；
⑤自动化程度高，基建投资大；
⑥适合于中小型污水处理厂；
2.4.3生物接触氧化法的方案特点
生物接触氧化法是从生物膜法派生出来的一种废水生物处理法，即在生物接触氧化池内装填一定数量的填料，利用栖附在填料上的生物膜和充分供应的氧气，通过生物氧化作用，将废水中的有机物氧化分解，达到净化目的。
①容积负荷高，占地相对较小；
②抗冲击负荷，可间歇运行；
③无污泥膨胀问题；
④布水、曝气不易均匀，易出现死区；
⑤适用于处理综合排水，出水水质较为稳定，运行费用相对较小；
⑥流程较为复杂，需定期反洗，产水率低；
2.5工艺选择
由于现在使用的是无磷洗衣粉，所以洗漱废水中的磷是很少的，主要成分有COD、BOD、细菌总数和大肠菌群数等。
学校连续用水时间较短，寒暑假期间学生公寓不得留宿，无洗漱废水回用。
因此在工艺选择时，尽量选择可间歇运行，污泥量较少并易于管理的工艺，所以本设计选择SBR法处理洗漱废水。
2.6工艺流程
2.7主要构筑物及设备技术参数
2.7.1贮水池
贮水池：
1座，2.5m×2.0m×3.3m，全地下钢混结构。
贮水池是封闭的，池体保护高度0.3m，有效容积15m3。
2.7.2SBR池
SBR池:
4座，3.0mx1.5mx1.5m（单池），采用超高0.5m,全地下刚混结构，单池有效容积4.5m3，池内最低水位0.11m,排泥量0.31m3,反应池供气量0.2m3/h。
鼓风机房出来的空气供气干管，在相邻两SBR池的隔墙上设两根供气支管，为4个SBR池供气。
全池共16个扩散器，每个扩散器的服务面积为4.5m2/4个=1.125m2/个。
鼓风机房要给SBR池供气，选用3L50型罗茨风机2台，1备1用。
空气流量范围每分钟0.5-3.64立方米，配套电机1.5kW。
2.7.3水泵
根据最大时流量和建筑物高度确定水泵型号，选用D/DG/DF/DM/MD/DY水泵2台，1备1用。
3.设计计算书
3.1贮水池
3.1.1设计说明
贮水池的选择为了保证后续处理构筑物或设备的正常运行，需对洗漱废水的水量和水质进行调节，常用的水量调节池进水为重力流。
贮水池既能调节水量也能均匀水质。
由于洗漱用水量少于冲厕用水量，使用自来水做补给水，洗漱用水量为每天32m3，补充自来水每天26m3。
3.1.2设计参数
Q1=32m3/d，Q2=26m3/d；
CODCr（mg/L）=355；
BOD5（mg/L）=210；
SS（mg/L）=200；
贮水池有效水深为2.0～5.0m，取h=3.0m；
贮水池停留时间4～8小时，取T=4h；
贮水池保护高度0.3～0.5m，取h′=0.3m；
设计流量Q总=58m3/d=2.4m3/h=0.6L/s；
设池底为正方形，即长宽尺寸相等；
3.1.3设计计算
⑴由于自来水的稀释作用，大大降低了污水浓度。
CODCr（mg/L）=195mg/L；BOD5（mg/L）=110mg/L；SS（mg/L）=110mg/L；
污水在贮水池停留之后对SS有一定的去除率，一般为30%，则
SS（mg/L）=77mg/L
⑵贮水池有效容积：
V（m3）=（1+k）×Qmax×T
最大时流量：
Qmax=k′×Q总
式中：
k——池子扩充系数，一般为10～20%，本设计池子扩充系数采用20%；
V——贮水池有效容积，m3
T——贮水池中污水停留时间，取5h；
k′——时变化系数，一般为1.3～1.6，取1.3；
贮水池有效容积为：
V=（1+k）×Qmax×T=（1+20%）×2.4×1.3×4=15m3
贮水池面积为：
A=V/h=15/3=5m2
式中:
V——贮水池的有效容积，m3；
A——贮水池面积，m2；
h——有效水深，m，取4.0m；
⑶设贮水池1 座，采用矩形池，池长取L=2.5m，池宽取B=2.0m 。
池体总高度：
H=h+h′=3+0.3=3.3m
式中：
H——贮水池总高，m；
h——有效水深，取3.0m；
h1——保护高度，m；
⑷贮水池总尺寸为：
L×B×H=2.5×2.0×3.3m3 =16.5m3
⑸自来水24小时一直流入贮水池，以便充分均匀水质。
可在18#楼楼底给水处接一流量为1m3/h的管道，设计为靠重力势能输水的管道，可以节省能耗。
参照管径/流速/流量对照表，确定管径为25DN，流速是0.6m/s。
3.2SBR池
3.2.1设计说明
本工序采取间歇进水，进水完成后进入反应工序开始曝气。
沉淀工序停止曝气，使混合液处于静止状态，活性污泥与水分离，由于本工序是静止沉淀，沉淀效果良好。
沉淀工序采取时间基本同二次沉淀池，一般为1.5～2.0h。
经过沉淀工序产生的上清液，作为处理水排放，一直到最低水位，在反应器内残留一部分活性污泥，作为种泥。
排放水完成后，反应器处于停滞状态，等待下一周期开始的阶段。
设SBR运行每一周期时间为6h，进水时间2.5h，反应时间1.0h，沉淀时间1.5h，排水时间1.0h。
3.2.1设计参数
设计参数：
CODBOD5SS
进水水质/（mg/L）19511577
出水水质/（mg/L）30108
设SBR运行每一周期时间为6h，进水时2.5h，反应时间1.0h，沉淀时间1.5h，排水时间1.0h。
根据运行周期时间安排和自动控制特点，SBR反应池设置4个。
根据经验取值，SBR处理污泥负荷设计为Ns=0.3
，设f=0.85，SVI=90（SVI在100以下沉降性良好）。
3.2.2设计计算
⑴SBR单池
周期数：
①污泥沉降体积为：
②每池的有效容积为：
+
=
+
=
③选定每池尺寸
采用超高0.5m，故全深为1.5m
④池内最低水位：
⑵排泥量及排泥系统
①SBR产泥量
SBR的剩余污泥主要来自微生物代谢的增值污泥，还有很少部分由进水悬浮物沉淀形成。
SBR生物代谢产泥量为
=
=
式中：
a——微生物代谢增系数，kgVSS/kgBOD
b——微生物自身氧化率，l/d
根据生活污泥性质，参考类似经验数据，设a=0.70，b=0.05,则有：
假定排泥含水率为P=99%，则排泥量为：
考虑一定安全系数，则每天排泥量为0.35m3/d。
由于产泥量较少，所以直接运走。
⑶需氧量及曝气系统
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