MBR工艺处理某高校生活污水3万人并回用于校园绿化系统初步设计DOC.docx
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MBR工艺处理某高校生活污水3万人并回用于校园绿化系统初步设计DOC
黑龙江东方学院
毕业论文（设计）
题目：
三万人生态校园生活污水处理与回用工艺设计
学生姓名
刘凡
学号
12209112
专业
环境工程
班级
2012级
指导教师
学部
食品与环境工程
答辩日期
2016.05.07
黑龙江东方学院本科生毕业论文（设计）任务书
姓名
刘凡
学号
12209112
专业班级
环境工程
毕业论文（设计）题目：
三万人生态校园生活污水处理与回用工艺设计
毕业论文（设计）的立题依据
水是人类的生命之源。
水污染不仅危害人体健康、渔业和农业生产，还会对生态产生危害
产生危害，因此对污染水的处理是势在必行的。
在此立题基础上，查阅大量文献资料，对高校污水处理进行初步设计、方案确定和工艺设计，使出水达到《城市污水再利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）标准。
主要内容及要求
1.设计参数：
（1）设计原水为：
高校生活污水；
（2）原水水质参数；BOD=120mg/L,COD=210mg/L,SS=300mg/L；（3）出水水质，按《城市污水再利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）：
BOD≤10mg/L,COD≤50mg/L,SS≤20mg/L。
2.设计要求：
3张图，包括工艺流程图、平面布置图、剖面图
进度安排
2015年11月30日～2015年12月6日
选题
2015年12月7日～2015年12月13日
接受指导老师的指导
2015年12月14日～2015年12月18日
拟定论文大纲
2015年12月19日～2015年12月27日
搜集、查阅整理相关资料
2016年02月29日～2016年03月06日
初稿形成
2016年03月7日～2016年03月13日
初稿审定
2016年03月14日～2016年03月27日
第一次修改
2016年03月28日～2016年04月03日
第一次审定
2016年04月04日～2016年04月17日
第二次修改
2016年04月18日～2016年04月24日
定稿
2016年04月25日～2016年05月03日
论文评阅小组评审论文
2016年05月7日
毕业论文（设计）答辩
学生签字：
刘凡
指导教师签字：
年月日
三万人生态校园生活污水处理与回用工艺设计
摘 要
高等学校人口集中，用水量大，洗涤及盥洗用水、沐浴用水等排水的污染程度低，组分单一，因此，从排水收集、污水处理和中水回用等各个环节，高等学校校园都非常适合建立中水回用系统。
针对校园生活污水具有稳定、充足、污染较轻和收集、处理较容易的特点，采用膜生物反应器处理校园生活污水，对工程设计运行参数，如：
污水中的CODcr、膜通量、膜面积等和污染物去除机理进行探索，并进行了技术经济分析。
结果表明，出水COD指标为不高于50mg，氨氮指标为不高于16mg等均优于城市污水再生利用—城市杂用水质（GB/TI8920-2002）要求，可回用于浇洒道路，绿化，冲厕等。
MBR用于校园生活污水处理和回用在有效降低污染的同时，创造一定的节水经济效益。
关键词：
校园废水；膜生物反应器；回用
Designofwastewatertreatmentandreusetechnologyforthirtythousandpeopleintheecologicalcampus
Abstract
Higherconcentrationofpopulation,waterconsumption,washingandtoiletwater,showerwaterdrainagepollutionlevelslowsinglecomponent,fromdrainagecollection,sewagetreatmentandwaterreuseandotheraspectsofCampusareverysuitableforCreateawaterreusesystem.Forcampussewagewithastable,adequate,lesspollutingandcollecting,processingeasier,theuseofmembranebioreactorprocesscampussewage,engineeringdesignoperatingparameters,suchas:
theCODcrsewagemembraneflux,membraneareaandsoonandpollutantremovalmechanismtoexplorethetechnicalandeconomicanalysis.TheresultsshowedthattheeffluentCOD,ammoniaandotherindicatorsarebetterthanurbanrecycling-Citymiscellaneouswaterquality（GB/TI8920-2002）requirementscanbeusedtobackpouredtheroad,green,flushing.MBRforsewagetreatmentandreusetoreducepollutionatthesametime,tocreateacertainamountofwater-savingbenefitsofcampuslife.
Keywords:
campuswastewater;membranebioreactor;reuse
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目 录
三万人生态校园生活污水处理与回用工艺设计
第1章膜生物反应器处理工艺
MBR（MembraneBioreactor）是膜分离技术与生物处理法的高效结合，其起源是用膜分离技术取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离。
膜生物反应器是一种新型的污水处理技术，自1966年美国的Dorr-oliver公司首次将MBR用于废水处理以来，短短几十年的发展，MBR已然在城市污水和工业废水的处理及中水回用方面占据了重要的地位，成为很有吸引力和竞争力的水处理工艺。
1.1MBR概念及工作原理
MBR主要有膜组件和生化反应器两部分组成，其工作原理如下：
MBR内，大量的微生物（活性污泥）与废水中的可降解有机物等充分接触，微生物通过氧化分解作用将有机污染物降解，同时自身得以生长、繁殖；膜组件通过机械筛分、截留等作用对废水和污泥混合液进行固液分离，从而得到澄清和消毒的出水[1]。
生化处理系统和膜组件的有机组合，不仅提高了系统的出水水质和运行的稳定性，还延长了大分子物质在生化反应器中的水力停留时间，使之得到最大限度的降解，并通过保持低污泥负荷减少了剩余污泥量。
1.2MBR的优点
这种工艺不仅有效地达到了泥水分离的目的，而且具有污水三级处理传统工艺不可比拟的优点[2]:
（1）高效地进行固液分离，其分离效果远好于传统的沉淀池，出水水质良好，出水悬浮物和浊度接近于零，可直接回用，实现了污水资源化。
（2）膜的高效截留作用，使微生物完全截留在生物反应器内，实现反应器水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）的完全分离，运行控制灵活稳定。
（3）由于MBR将传统污水处理的曝气池与二沉池合二为一，并取代了三级处理的全部工艺设施，因此可大幅减少占地面积，节省土建投资。
（4）利于硝化细菌的截留和繁殖，系统硝化效率高。
通过运行方式的改变亦可有脱氨和除磷功能。
（5）由于泥龄可以非常长，从而大大提高难降解有机物的降解效率。
（6）反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，剩余污泥产量极低，由于泥龄可无限长，理论上可实现零污泥排放。
（7）系统实现PLC控制，操作管理方便。
1.3MBR的分类
目前在水处理行业中，膜生物反应器投入大规模实际应用，膜生物反应器依据膜组件，及原理有不同的分类。
下面我们就来了解一下膜生物反应器分类[3]。
1.从功能上来讲，膜生物反应器分类有以下几种：
（1）膜分离生物反应器：
膜分离生物反应器用于污水处理中的固液分离。
（2）膜曝气生物反应器：
膜曝气生物反应器中膜被用于气体质量传递，通常是为好氧工艺供氧，可以实现生物反应器的无泡曝气，大大提高反应器的传氧效率。
（3）萃取膜生物反应器：
萃取膜生物反应器主要用于工业中优先污染物的处理，选择性透过膜被用于萃取特定的污染物。
2.按照膜组件与生化反应器的组合方式可将MBR分为以下三种类型：
分体式和一体式和复合式膜生物反应器。
（1）分体式MBR
分体式膜生物反应器把生物反应器与膜组件分开放置，膜生物反应器的混合液经增压后进入膜组件，在压力作用下混合液中的液体透过膜得到系统出水，活性污泥则被截留，并随浓缩液回流到生物反应器内。
如图1-1所示：
图1-1分置式MBR
（2）一体式MBR
一体式系统则直接将膜组件置于反应器内，通过的抽吸得到过滤液，膜表面清洗所需的错流由空气搅动产生，设置在膜的正下方，混合液随气流向上流动，在膜表面产生剪切力，以减少膜的污染。
一体式膜生物反应器工艺是污水生物处理技术与膜分离技术的有机结合。
如图1-2所示：
图1-2一体式MBR
（3）复合式MBR
复合式MBR是在一体式MBR基础上改造而成的，将膜组件置于生化反应器之中，通过重力或负压出水，同时在生化反应器中安装填料，形成符合式处理系统。
由于填料上附着生长着大量微生物，能够保证系统具有较高的处理效果，提高系统的抗冲击负荷能力，同时可以降低反应器内悬浮固体浓度，减少膜污染，提高膜通量。
如图1-3所示：
图1-3复合式MBR
3.按照膜生物反应器是否需氧：
可分为好氧和厌氧膜生物反应器
（1）好氧膜生物反应器[4]
好氧膜生物反应器一般用于城市和工业的处理，好氧MBR用于城市污水处理通常是为了使出水达到回用的目的，而用于处理工业的主要为了去除一些特别的污染物，如油脂类污染物。
（2）厌氧膜生物反应器
厌氧膜生物发生器中，通过膜的高效截留，不仅解决了厌氧污泥容易从膜生物反应器流失导致出水水质降低的问题，同时膜分离的作用还体现在对厌氧反应器的构造与处理效果的强化方面。
以UASB与膜单元相结合为例，厌氧膜生物反应器不再需要设计的三相分离器来实现固液气的分离；而对于两相厌氧MBR，由于膜分离的作用使产酸反应气中的产酸菌浓度增加，提高了水解发酵能力，同时膜将大分子有机物截留在产酸反应器中使水解发酵，因此保持较高的酸化率。
厌氧膜生物反应器厂用于高浓度有机分水的处理效果，由于膜生物反应器缺少曝气，为了使厌氧污泥处于悬浮状态，处理高浓度有机的厌氧膜生物反应器均采用分体式。
本设计采用一体化膜生物反应器处理某校园生活污水。
其工艺流程如图1-4所示：
图1-4MBR工艺流程图
污水经格栅去除较大的悬浮物和漂浮物后，进入调节池，经过调节池对水质及水量的调节后，由提升泵将水送入膜生物反应器。
利用反应器内存在的大量微物完成有机物降解和氨氮氧化，出水采用自吸泵间歇抽吸出水。
流经消毒池可用臭氧对其进行消毒，出水可以满足回用要求。
MBR反应器中既有高效生物作用，又可以利用膜的物理化学特性对污染物进行有效吸附留，通过二者有效结合去除污水中的有机物、NH3－N、细菌、病毒等污染物。
第2章污水处理工艺设计
2.1基础资料
2.1.1水量、水质资料
1.设计进、出水水质及排放标准
某高校在校师生人数约3万人，根据《给排水手册》人均日用水量200㎡/d，用水总量约6000m3/d。
污水站来水为学生宿舍洗漱废水及公共浴室废水，进水水质及出水水质标准见表2-1：
2.排放标准：
《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）；如图2-1所示：
表2-1进、出水水质表（单位mg/L）
指标
CODCr
BOD5
SS
NH3-N
TP
进水
≦210
≦120
≦300
≦20
≦6
出水
≦50
≦10
≦20
≦16
≦0.5
排放标准
50
10
20
20
0.5
2.1.2地质资料[5]
多年主导风向为东南风和西北风。
夏季主导风向为东南风。
冬季历年平均气温-14.2℃，春季历年平均气温5.1℃，年平均气温3.5℃，冻土层厚度达到200㎝。
2.1.3用地资料
站区征地面积为东西长80m，南北长50m的矩形区域，在校园内的一个角落。
校园内污水管采用DN800的钢筋混凝土管，管底标高为-3.00m。
主风向为西北风。
站区内采用排水制度为分流制，单独设雨水系统，由雨水井收集后直接排到污水渠中。
为了美化环境，站区内应大量绿化。
2.2设计计算
2.2.1格栅
格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料尺钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较大漂浮物和悬浮物，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。
按栅条净间隙，可分为粗格栅（50～100mm）、中格栅（10～40mm）、细格栅（1.5～10mm）三种[6]。
本设计是对校园学生宿舍洗漱废水及浴室废水进行处理，废水中主要含有毛发等纤维物质，所以选用转鼓细格栅。
转鼓式细格栅结构坚固，维修频率低，处理流量大，拦渣率高，不易堵塞，且为自清洁式，单次维修工作量较大。
如图2-2所示：
图2-2格栅水力计算简图
1设计说明：
栅条的断面主要根据过栅流速确定，过栅流速一般为0.6~1.0m/s，槽内流速0.5m/s左右，如果流速太大，不仅过栅水损失增加，还可能将已截留在栅上的栅渣冲过格栅，如果流速过小，栅槽内将发生沉淀。
此外，在选择格栅断面尺寸时，应注意设计过流能力只为格栅生产厂商提供的最大过流能力的80%，以留余地。
格栅条间隙拟定8.00mm。
2设计参数
设计流量：
①日平均流量：
Q平=6000m³/d=250m³/h=0.0694m³/s=69.4L/s
总变化系数：
Kz=2.7/Q平0.11=2.7/69.40.11=1.7
②最大日流量
Qmax=Kz·Q平=1.7×0.0694m³/s=0.1180m³/s
栅条净间隙b＝10.00mm
栅前流速V＝0.4m/s
过栅流速0.6m/s
栅前部分长度：
0.5m
格栅倾角：
ɑ＝35度
单位栅渣量：
W1＝0.05m3栅渣/1000m3污水
确定栅前水深，根据最优水力断面公式
计算得：
=0.77m
=0.385m
所以栅前槽宽约为0.5m，栅前水深h=0.4m。
3格栅设计计算：
说明：
—最大设计流量，m³/s。
α—格栅倾角，（度）
h—栅前水深，m
V—污水的过栅流速，m/s。
（1）栅条间隙数（n）为：
（2）槽有效宽度：
（B）
设计采用Φ10圆钢为栅条，即要S＝0.01m。
B=S（n-1）+bn=0.01×（46-1）+0.01×46=0.91m
（3）栅后槽总高度H
通过格栅的水头损失h2
h0—计算水头损失
k—格栅受污物堵塞使水头损失的倍数（一般取3）。
ع—阻力系数，其数值与格栅栅条的断面几何形状有关，对于圆形断面
取h1=0.3m
所以：
栅后槽总高度H
h1—栅前渠超高，一般取0.3m。
（4）栅槽总长度L
L1—进水渠宽，m；
L2—栅槽与出水渠连接处渐窄部分长度，m；
B1—进水渠宽，m；
a1—进水渐宽部分的展开角一般取20度。
（5）栅渣量计算
对于栅条间距b=8.0㎜的细格栅，对于城市污水，每单位体积污水拦截污物为W1=0.05立方米/1000立方米。
每日栅渣量为：
截污量小于0.4m3/d，宜采用人工清栅。
2.2.2调节池
调节水质水量，防止对后续处理系统造成冲击，确保后续处理系统连续稳定运行。
1设计参数
水力停留时间T=6h；
设计流量：
Q=6000m³/d=250m³/h=0.0694m³/s
2设计计算
（1）调节池有效容积:
V=QT=250×6=1500m
（2）调节池水面面积
取池子总高度H=5.5m，其中超高0.5m，有效水深h=5m，则池面积为
A=V/h=1500/5=300m
调节池的尺寸
池长取L=15m，池宽取B=12m，则池子总尺寸为
2.2.3提升泵
污水提升泵系统是污水处理工程的一个重要环节，其设备提升泵是污水处理系统的主要耗能设备之一，能耗约占整个设备耗电量的30%～39%。
提升泵的高效运行与否，对污水处理厂的运行效率与运行成本有着重要的影响[7]。
泵的选型
对于校园污水其流量是变化的，对于变化流量场合，根据实际运行的工程，取流量：
本设计选用LW型立式排污泵2台，一台工作，一台备用。
其技术参数如下：
流量：
8～2600m3/h;
扬程：
5～60m;
功率：
0.75～250KW；
转速：
580～2900r/min;
口径：
25～500mm;
温度范围：
≦60℃。
2.2.4集水池
由于本设计中选用一台污水泵工作，所以污水泵的设计流量为：
0.0405m3/s。
集水池的设计容积不应小于一台提升泵5min的出水量，取为T为30min的出量。
则集水池容积：
取集水池的有效水深H=0.002m
集水池的面积：
集水池的尺寸：
采用宽度为2m，则集水池的长度为5m。
集水池的保护水深为0.3m，实际水深为0.002+0.3≈0.3m。
2.2.5MBR池
1.液中膜膜支架技术参数，如图2-3所示：
表2-3液中膜膜支架技术参数[8]
名称
特性参数
材质
聚氯乙烯
膜孔平均直径
0.4µm
过滤方式
重力过滤/吸引过滤
最大过滤压力
重力过滤：
12KP；吸引过滤：
20KP
耐化学药品性
耐酸耐碱性强（PH值2～12）
膜支架尺寸（510型）
宽×高×厚=490mm×1000mm×6mm
膜支架有效面积
0.8m²/张
膜通量
0.4～0.6m³/m².d
2.膜组件型号及规格，如图2-4,2-5所示：
表2-4膜组件型号
膜组件类型
膜组件支架张数（n）张/组
膜组件面积（m²/组）
ES（AS，FF）100
100
80
ES（AS，FF）175
150
120
ES（AS，FF）200
200
160
表2-5膜组件规格
型号
长（mm）
宽（mm）
高（mm）
干重（kg）
最大重量（kg）
ES100
1830
510
2000
440
870
ES150
2180
510
2000
650
1300
ES200
2800
510
2000
880
1760
3.膜组件的设计要点
（1）不同膜组件单排池体平面尺寸要求，如图2-6所示：
表2-6不同膜组件单排池体平面尺寸要求
膜组件型号
池宽（mm）
池长（mm）
ES100
2300～2500
（1000～1300）×n+300
ES150
3300～3800
ES200
4300～4500
（2）池深要求
ES型膜组件可以适应2.50～3.50m的水深，当鼓风机压力允许的情况下，可以加大有效水深，对膜组件无影响。
4.膜组件的选型
（1）膜通量（
）
概念：
单位时间内通过单位膜面积的水量（单位：
m3/m2.d）
膜通量的选择与污泥过滤性能、污水水质及运行的环境条件有关，一般
情况下为：
0.4～0.6m3/m2.d
本设计取
为0.6m3/m2.d
（2）膜支架有效面积S:
0.8m²/张
（3）膜支架张数计算（按每天24小时运行计算）
（1）膜组件的选型：
ES200n0=200
选型原则：
a:
每个单元应选同类型
b:
双排布置时，选择双数组件对称布置；单排布置时，单排膜组件数不超过10组。
N=n÷n0=12500÷200≈63组
（2）考虑到灵活运行，膜装置分7个池设计，每个池设9组膜组件。
2.膜生物反应器（MBR）池有效容积计算：
（1）反应器处理污水的设计参数应由实验确定。
膜生物反应器不同于一般活性污泥的特点是反应池中的污泥浓度高，可达8000～20000mgMLSS/L。
因此其容积负荷较高，而相应的污泥负荷较低，污泥龄长。
在无实验数据时，可按表2-7选取。
表2-7膜生物反应器污水处理技术参数
项目
污泥负荷Fw（kg/kg.d）
MLSS（g/d）
容积负荷Fv（kg/m³.d）
处理效率（%）
原污水水质（BODmg/l）
城镇污水回用
0.2～0.4
2.0～8.0
0.4～0.9
95～98
100～500
杂排水中水处理
0.1～0.2
1.0～4.0
0.2～0.5
90～95
50~150
综合生活污水回用
0.1～0.2
2.0～8.0
0.4～0.9
95～98
100~500
高浓度有机废水处理
0.2～0.5
4.0～18
0.5～2.0
98～99
500~5000
（2）膜反应池容积的计算
反应器的容积可按容积负荷计算[9]：
式中：
V—反应器的有效容积（m³）
L0—反应器进水的BOD（mg/l）
Q—反应器设计处理水流量（m³/h）
—反应器的BOD容积负荷（kg/kg/d）；本设计取
＝0.6（kg/m³.d）
则V=24L0Q/1000FV=24×120×250/1000×0.6=1200m³
一个系列的平面布置尺寸为：
4.5×12m，池深为3.5m，有效水深为3.1m
膜生物反应器有效容积：
V总=12×3.5×4.5×7=1323m
膜生物反应器总容积：
V效=12×3.1×4.5×7=1171.8m³
尺寸布置：
12m×3.5m×4.5m
平面图布置如图2-8所示：
图2-8膜反应池平面布置图
2.2.6消毒池
本设计选用紫外消毒
紫外消毒最早应用于美国，我国研究、应用紫外消毒技术进行污水处理者为数不多。
天津大学顾平等用紫外线来消毒纪庄子污水处理厂的深度处理出水，经过静态和动态实验，结果表明，消毒后可满足回用水的要求[10]。
1紫外线消毒的特点
紫外线消毒具有以下优点[11]：
（1）物理消毒、无二次污染，对环境、生态和人类无害；
（2）运行、维护简单方便；（3）使用安全，无需储存、运输及使用任何有毒、腐蚀性化学物品；（3）与化学消毒相比，紫外消毒性能稳定不受环境条件的影响，对微生物作用的广谱性，运行成本第；（4）紫外消毒接触时间短，一般只要1～5s；（5）开放式渠道、无需接触池，占地面积少；所有设备均可在室外安装运行、无需房屋建筑。
2紫外线消毒的机理
消毒使用的紫外线是C波紫外线，其波长范围是200～275nm,
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