中水回用系统研究设计与工程中的实际应用

2012-08-07李书沛朱良文

河南建材 2012年6期

李书沛朱良文

1吉好地建筑设计武汉有限公司长沙分公司（410001） 2湖南省硅酸盐学会（410007）

0 引言

我国水资源短缺,水污染形势却日趋严峻，很多城市面临水紧缺的问题，城市污水处理及回用已经势在必行。传统集中式污水处理由于存在污水收集难、管网投资高、占地面积大和施工不便等突出问题，严重制约了污水处理率和COD减排量，因此分散式污水处理及回用集成技术已经成为集中处理方式的一种有益而必需的补充措施。

1 系统概述

“中水”一词是相对于上水〔给水〕、下水〔排水〕而言的。中水回用技术系指将小区居民生活废〔污水〕（沐浴、盥洗、洗衣、厨房、厕所）集中处理后，达到一定的标准回用于小区的绿化浇灌、车辆冲洗、道路冲洗、家庭坐便器冲洗等，从而达到节约用水的目的。

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。因其水质指标低于城市给水中饮用水水质标准，但又高于污水允许排入地面水体排放标准，亦即其水质居于生活饮用水水质和允许排放污水水质标准之间，故取名为“中水”。中水开发与回用技术近期得到了迅速发展，在美国、日本、印度、英国等国家(尤以日本为突出)得到了广泛的应用。这些国家均以本国度、区域的特点确定出适合其国情国力的中水回用技术，使中水回用技术越来越臻于完善。在我国，这一技术已受到各级政府及有关部门重视并对建筑中水回用做了大量理论研究和实践工作，在全国许多城市如深圳、北京等开展了中水工程的运行并取得了显著的效果。

2 设计原则

1）针对项目情况做原水水质预测，并根据预测水质状况选用适当的处理工艺,确定水处理流程；采用先进、高效、安全的处理工艺及设备，整个工艺流程简洁，占地面积尽可能小。

2）系统进行最优化设计，使方案经济可行，运行稳定，水处理设施应方便安装及运营管理；系统运行费用低、后期维护费用低；水处理设备在运行上有较大灵活性和可调性,以适应水质水量的变化。

3 设计出水水质标准

本项目设计出水水质达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920）的标准。具体水质参数见表1。

4 原水水质分析

本项目水源为生活污水，由于生活污水中的污染物种类和浓度相对稳定，因此在没有具体水质化验资料的情况下我们参考类似工程的水质参数作为工艺设计的设计依据。根据以往的实际工程经验，以冲厕所、盥洗、淋浴为主要来源的生活污水水质参数见表2。

表2 原水水质标准

表3 出水水质标准

从原水水质参数和处理后的水质要求对比,通过水处理系统的处理,需要降低水中CODCr、BOD5、NH3-N、色度、浊度。

5 设计工艺流程

由于生活污水中的主要污染物为 CODCr、BOD5、NH3-N、色度、浊度，我们采用生化处理的方式来去除水中的 CODCr、BOD5、NH3-N 及部分色度，通过浮选过滤以及超滤膜分离的方式来去除水中的浊度、色度、大肠杆菌以及部分细菌、处理后的水再做消毒处理后进行回用或者达标排放。

水处理工艺流程如图1所示∶

表1 处理后出水水质标准

6 设计水量及设备选型

6.1 设计水量

本项目的处理水量为1 000 m3/d,根据项目的实际情况将中水处理中均分于项目的3个区域内，即3个中水处理站，每个中水处理站的处理水量为340 m3/d,每天的运行时间h=24 h,则其循环流量15.0 m3/h。

6.2 设备选型

每个中水处理站选用1台一体化中水回用水处理设备作为主设备，每台设备的参数∶外形尺寸为7.5 m×8.0 m×3.5 m，处理流量为∶15～16 m3/h，功率为∶8.5 KW。

潜水加压泵选用2台50WQ15-7-0.75型潜水泵（一用一备），参数为 Q=15 m3/h，H=7 m，N=0.75 KW。

6.3 辅助设施及机房说明

1）格栅

在污、废水收集管道和调节池之间设置细格栅孔径为3～5 mm。格栅设计成一个方形的篮子，垂直对着一组地面检修盖板，当格栅需要清理时可以打开盖板,将格栅篮提出地面清理。格栅篮尺寸为0.5 m×0.5 m×0.5 m，采用不锈钢丝网。

2）调节池

调节池容积为140 m3（按日处理水量的40%确定），钢筋混凝土浇筑，尺寸为 8 m×6 m×3.5 m（深），注∶其实际尺寸可根据现场做相应的调整。

3）清水池

清水池的容积按日处理水量的30%计算，则清水池的容积为42 m3。尺寸为4 m×4 m×3.5 m（深），注∶其实际尺寸可根据现场做相应的调整。

4）中水站的具体位置

中水站应该布置在学院三个区域的下风向。

6.4 设备原理

一体化中水回用设备内集成了水处理单元、曝气设备、超滤膜组件、消毒器、配电控制箱。生活污水进入水处理设备后先进入由高效生态基组成的处理单元内完成一级接触氧化处理、该单元由高效生态基和曝气系统组成，能培育生物量大、种群丰富的微生物群，包括厌氧和好氧微生物种群，通过微生物的作用，使污染物得以快速降解。经第一级接触氧化处理后再进入曝气生物滤池进行第二级接触氧化处理，进一步降低污染物含量，降低水的浊度，处理后的水进入第三级浮选过滤器内，通过浮选过滤去除粒径较大的杂质，降低水的浊度，经浮选过滤后的水中还存在大量的细菌以及微小颗粒，再通过超滤膜组件分离过程，处理后的水质各指标已达到标准要求，对处理后的水进行消毒处理后进入清水池内。

6.5 设备内各处理单元功能介绍

1）生态基接触氧化区功能介绍

集中式中水处理设备内第一个处理环节为高效生态基接触氧化处理过程，这个过程是通过生态基接触氧化区来完成的。生态基利用材料的特殊性，使其成为高效的微生物载体。通过“自然优选法”使不同环境中发展出适宜的微生物群落。包括藻类、菌类、原生动物和后生动物等。这些微生物之间形成良好的共生、竞争、捕食等种间关系，使生物膜不断更新，增强活性。生态基上面附着的微生物通过其代谢作用,高效地去除水中的各种微生物。通过第一个环节的处理各污染指标去除比例见表4。

表4 第一个环节处理各污染指标去除比例

2）曝气生物滤池区功能介绍

经过第一环节接触氧化后，水中仍然存在一部分 CODCr、BOD5、NH3-N，为了减小污染物的含量，还需进一步采取接触氧化方式来除去水中的有机物及氨氮，第二部采用曝气生物滤池。

曝气生物滤池工艺是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，其基本原理是∶在滤池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物。通过该环节处理后水中的 CODCr、BOD5、NH3-N，色度，浊度已大部分去除，进行下一环节的浮选过滤及超滤环节。改处理过程中各污染物的去除率见表5。

3）浮选过滤区功能介绍

经过前两个环节的处理后，生活污水可达到排放标准，即《中华人民共和国国家标准污水综合排放标准》GB 8978-1996，规定的一级排放标准。如需达到回用标准，还需对处理后的水进行进一步的处理。而浮选过滤功能就是为达到回用标准做深度处理的预处理环节。为了减少下一环节（超滤膜分离环节）中超滤膜的反冲洗时间，以及延长超滤膜的使用寿命，经过生化处理后的水再进入超滤分离单元之前需增加精滤环节，浮选过滤区是用来实现这个功能的。

表5 第二个环节处理各污染指标去除比例

浮选过滤区采用由七层天然矿石组成的复合滤料，具有过滤精度高的特点，采用重力式无阀滤池原理，可实现滤料的自动反冲洗过程。具有使用寿命长、操作维护方便、运行费用低的特点。

4）超滤膜分离单元功能介绍

超滤膜是利用纳米级的物理孔径对料液中的物质进行分离、净化、纯化和浓缩；主要功能是祛除液体中的悬浮物、胶体、微生物、细菌、病毒、大分子有机物、脱色、除油；降解液体的浊度。COD和BOD超滤主要去除原水中的悬浮物、胶体、色度、浊度、有机物、细菌和大肠杆菌等杂质。超滤膜技术已经用于海水淡化、中水回用、反渗透系统的预处理、冷凝水处理和超纯水制备中，该技术与常规预处理相比，具有标准化设计，投入少，产量高，无需连续加药，稳定性高，需劳动力少，占地面积小，自动化程度高，操作方便等优点。

超滤系统的主要处理单元为超滤装置。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等特点。本系统采用超滤膜作为本分离系统的核心处理部件,超滤膜采用材质为改性PVC的中空纤维，其表面活化层致密，支撑层为双排指状结构，故拉伸强度高、跨膜压差小、抗污染、使用寿命长，且能长期保证产水水质，对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力。

主要技术参数∶

采用错流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式。

微生物细菌去除率∶99.99%

悬浮物去除率∶100%

产水水质∶浊度≤0.3NTU，SDI≤3

微生物、细菌、大肠杆菌、病原体（祛除率）＞99.99%

BOD≤5 mg/L

COD≤30 mg/L

操作温度∶5～45 ℃

设计压力∶≤0.2 MPa

中空纤维表面活化层孔隙率高，故纤维单位面积产水量大；

中空纤维强度高,采用自动频繁反向冲洗工艺，使组件可在错流过滤状态下工作，化学清洗同期大大延长。