小型家庭污水回用装置.docx
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小型家庭污水回用装置
小型家用污废水处理
回用装置
团队负责人：
______惠家祥______
团队成员：
__陈佑燃许晶晶____
二〇一三年四月
1.项目简介及可行性
1.1项目概况
1.1.1项目名称
小型家用污废水处理回用装置
1.1.2项目性质
创新、简便、实用
1.1.3项目主管单位：
西安工程大学
西安工程大学是一所以工为主、纺织服装为特色、多学科协调发展、具有较强办学实力的普通高等学校。
1.1.4项目实施单位：
环境与化学工程学院
1.1.5项目实施团队
给水排水工程专业大三学生2名，在污水处理方面有一定的专业基础；建筑环境与设备工程专业大三学生1名，在管道及设备方面有一定的专业基础。
此外，项目实施团队对本项目充满热情及信心。
1.1.6项目建设规模及目标
能够让小型家用污废水处理回用技术在城镇及农村得到广泛应用，从而缓解水资源短缺的状况。
1.2项目建设背景
中国是一个水资源匮乏的国家，人均水资源的占有量仅为世界平均水平的1/3到1/4，城市水资源问题对中国社会经济可持续发展产生的“瓶颈”效应已经愈来愈明显。
全国668个城市中有400多个城市供水不足，108个城市严重缺水。
随着现代工业的迅速发展，城市化进程加快，群众生活水平的提高，城市用水量不断增加，水污染日益严重。
因此，有效处理生活污废水，尤其是城市家庭污废水，实现污废水回用，将会大大地减少城市用水压力，从而达到水资源的持续利用。
1.3项目可行性研究主要结论
1.3.1项目产品市场前景
世界任何国家的经济发展，都会推向社会进步、促进工农业生产能力得到提高，使人民生活得到进一步改善，但是也随之带来不同程序的环境污染。
因此，经济与环境保护协调发展变得刻不容缓。
我国虽然已建成污水处理厂一百多座，但在某一个城市本身的处理率不高，也就是污水处理的量不够。
目前大城市已着手进行污水处理厂建设的规划工作，但在中小城市，特别是在西北部中小城市还没有将污水处理的规划建设纳人城市发展的议程。
对于小型家用污废水处理回用技术，装置处理分为两部分，一部分是污水过滤，一部分是滤料冲洗操作简单。
滤料是一种轻质滤料，有很强的过滤能力，市场供应充足，且价格昂贵。
不会给中小城市的生活污水处理造成较大的资金问题。
1.3.2项目原料供应
滤料价格便宜，市场供应充足。
1.3.3项目技术保障
项目团队有给水排水工程专业老师，在小型家用污废水处理回用装置上会拥有专业的指导。
1.3.4项目社会效益
目前，解决水资源短缺问题，已成为人类面临的较为重要的问题之一。
世界上已有几种先进的生活污水处理设备，有不利于维修，设备出现故障后，不方便检修与更换；对环境适应性弱，冬天防冻、夏天防洪，北方需要埋入较深，并做保温处理等缺点等。
因此本项目的的普及将会带来巨大的经济效益和社会效益。
1.3.5项目处理设备的优点：
小型家用污废水处理回用装置具有经济性、功能性和环境协调性等基本特性，其优势在于：
（1）只有过滤过程，自动化，操作简单。
（2）整个装置所占面积小。
（3）整个装置一般不需专人管理，只需隔一段时间清理污泥。
（4）滤料价格便宜、供应充足。
（5）泡沫滤珠滤料重量轻、比表面积大、吸附能力强
（6）净化程度高，出水水质好。
（7）操作简单，投资少，能耗低。
（8）采用污水由下而上的方法，滤料冲洗简便，减少能耗，提高处理效率。
1.4项目建设必要性
1.4.1家庭生活污水调查及分析
1、城市家庭生活用水水量调查
（1）、选择三户典型城市家庭作为研究对象，对每户的日总用水量、日排水量及各类型用水量进行调查统计（见表1）。
从表1可看出，三户平均日总用水量为230.32L/人·d。
在各类用水量中，洗澡水和厕所用水所占的比例最大，分别为26.4%和27.1%；洗衣水和洗菜水次之，分别为17.2%和13.7%，而三户的平均日排水量为189.2L/人·d，这说明在城市家庭用水中，绝大部分用水只利用一次后便作为污水直接排出，未进行循环利用。
（2）以城镇家庭作为研究对象，考察得出：
居民用水量居前三位的分别是洗衣、洗澡和厨房用水，且这三项用水占所有生活用水比重超过八成。
多数居民认为洗衣用水占生活用水比重最多，达39.5%，洗澡次之，达28.0%，厨房用水第三，达19.1%。
2、中国各省市区的用水量调查
中国各省市区的用水量标准不同，下表为2012年中国各省市区的人均生活用水量（升/日）。
表22012年中国各省市区的人均生活用水量
省市区
人均用水量
省市区
人均用水量
省市区
人均用水量
广东
308
广西
304
湖南
303
上海
287
江苏
285
海南
285
北京
268
湖北
261
福建
230
江西
224
安徽
214
陕西
209
宁夏
206
青海
193
河南
187
浙江
179
辽宁
177
四川
174
河北
163
新疆
158
西藏
157
云南
157
贵州
152
内蒙古
151
甘肃
149
吉林
143
山东
139
黑龙江
134
山西
132
天津
128
从表2可以看出城市每人每日排出的生活污水量为120—400L，其量与生活水平有密切关系。
3、城市家庭生活用水水质分析
（1）、随机抽取居民住宅区的生活污水10份，实验测得数据：
表3随机抽取居民住宅区的生活污水10份
水样
序号
肉眼可见物
臭和味
色度
浑浊度
（NTU）
菌落总数
（cfu/ml）
总大肠菌群
（MPN/100ml）
耐热大肠菌群
（MPN/100ml）
大肠埃希氏菌
（MPN/100ml）
1
微小颗粒
微臭
27
8.6
2400
32
17
10
2
小颗粒
有异味
38
7.4
810
9
4
2
3
细微颗粒
无
19
9.8
410
69
37
32
4
小絮颗粒
臭味
41
19.0
2900
130
69
52
5
小颗粒
有异味
33
4.5
640
84
45
37
6
细微颗粒
微臭
25
3.7
320
25
10
5
7
小颗粒
有异味
46
23.0
1900
110
59
35
8
细微物
无
23
11.0
580
41
29
9
9
悬浮物
有异味
37
7.9
1100
56
12
9
10
细微颗粒
无
20
18.0
990
62
8
5
（2）、典型的生活污水水质分析
表4典型的生活污水水质分析
序号
指标
浓度（mg/L）
高
中常
低
1
2
3
4
5
6
7
8
8
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
总固体（TS）
溶解性总固体
非挥发性
挥发性
悬浮物（SS）
非挥发性
挥发性
可沉降物
生化需氧量（BOD5）
溶解性
悬浮性
总有机碳（TOC）
化学需氧量（COD）
溶解性
悬浮性
可生物降解部分
溶解性
悬浮性
总氮（N）
有机氮
游离氮
亚硝酸盐
硝酸盐
总磷（P）
有机磷
无机磷
氯化物（Cl-）
碱度（CaCO3）
油脂
1200
850
525
325
350
75
275
20
400
200
200
290
1000
460
600
750
375
375
85
35
50
0
0
15
5
10
200
200
150
720
500
300
200
220
55
165
10
200
100
100
160
400
150
250
300
150
150
40
15
25
0
0
8
3
5
100
100
100
350
250
145
105
200
20
80
5
100
50
50
80
250
100
150
200
100
100
20
8
12
0
0
4
4
3
60
50
50
结论：
生活污水中含有大量有机物，如纤维素、淀粉、糖类和脂肪蛋白质等；也常含有病原菌、病毒和寄生虫卵；无机盐类的氯化物、硫酸盐、磷酸盐、碳酸氢盐和钠、钾、钙、镁等。
总的特点是含氮、含硫和含磷高，在厌氧细菌作用下，易生恶臭物质。
1.5资金预算及效益分析及评价
1.5.1装置设计制作预算
（1）滤料：
0.7KG×22元/KG=15.4元
（2）管道：
铝塑管DN15:
1m×20元/m=20元
铝塑管DN20：
2m×22元/m=44元
PPR管DN20：
2m×10元/m=20元
（3）设备：
泵：
150元/个电机：
50元/个
（4）加工费：
100元
（5）其他费用：
100元
总费用：
499.4元
1.5.2经济效益分析与评价
1、直接经济效益显著
小型家用污废水处理回用装置使用后，将总结出一整套适合于家庭污废水处理的小型装置技术规程，对于我国生活用水循环利用的发展起到技术指导作用。
项目建设可做到节约成本，提高污水处理效率。
2、间接经济效益
小型家用污废水处理回用装置通过各种加工，不断开辟国内外市场，经济效益会更好。
污水通过处理，有害物质排放减少，从而减小环境压力，由此也可带来间接的经济效益。
1.5.3生态效益分析与评价
项目建设可以解决国内水资源短缺的问题，且减少有害物质的排放，所以新型家庭生活污水处理具有良好的生态效益。
1.5.4社会效益分析与评价
项目建设关系着广大家庭用水用户的利益，将直接和间接产生巨大的社会效益。
1、增强全民的节约意识。
尽管中国水资源短缺，部分地区水资源短缺尤为严重，但国民的节水意识并不强烈，水资源的浪费情况仍十分严重。
2、增强全民的科技意识。
通过对新型家庭生活污水处理技术的了解和掌握，提高全民的科技意识。
1.6总结
中国很多地区的水资源紧缺说明生活污水处理是刻不容缓的，而生活污水处理存在的各种问题以及各种已有生活污水处理技术存在的缺点，更说明了新型家庭生活污水处理技术是很有前景的。
2.项目实施
2.1项目装置
2.1.1装置结构
装置主要分为：
进水水箱、过滤器、高位水箱、泵及其它附属设施
1、污水收集箱：
为无盖，500×350×180立方水箱。
2、过滤器：
分为滤腔、圆形过水器、环形过水器和搅拌器。
滤腔高560mm，截面为直径170mm圆形，内部盛放300mm高滤料。
环形过水器外径170mm，内径150mm，厚10mm，表面均匀分布直径0.6mm小孔。
圆形过水器直径170mm，厚10mm，表面均匀分布直径0.6mm小孔。
搅拌器电机功率45W
3、高位水箱：
安装在过滤器上方。
4、泵及其他附属设施：
泵，型号SP4804，规格162×100×60，吸程1m，功率60W，流量4L/min，养成23m。
进水管DN15，出水管DN20，排污管DN20，每个水管安装电磁阀一个，进水管始末均安装格网。
2.1.2装置简图
2.1.3工作原理
装置采用过滤方法去除污物。
工作原理为过滤机理。
过滤机理分为迁移机理与粘附机理。
迁移机理：
被水流夹带的颗粒随着水流流线运动，就拦截、程佃、惯性、扩散和水动力作用等，脱离流线与滤粒表面接近，是完全的一种物理力学作用。
粘附机理：
当水中杂质颗粒迁移到滤料表面时，则在范德华引力和静电力相互作用下以及某些化学键和某些特殊化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤粒表面上原先粘附的颗粒上。
2.1.4装置设计参数计算
设计参数选择以处理洗涤废水为例。
普通滚筒洗衣机每次需注水15L至18L，洗衣周期为一次洗涤，4次漂洗，共需水75L至90L，用时30min。
1、综合考虑污水体积，设计污水收集箱尺寸500×350×180（V=31.5L），设计为无盖开放式，便于清理。
2、根据滤料设计允许流速为V0=20m/h，滤料孔隙率为50%，结合滤腔截面积与污水处理时间，得到流量Q=0.065L/S，过滤器截面积为A，则由Q=1/2×AV得：
结合出水水质，水头损失，滤层取L=300mm。
从处理效率出发，过滤器高度为H=600mm
3、由Q=0.065L/s,进水管流速取0.4m/s，则进水管
取整DN=15mm。
出水管、排水管取DN=20mm。
4、一次处理为90L，所以设计高位水箱尺寸500×500×360。
2.2项目建设的技术分析
2.2.1小型家用污废水处理回用技术介绍
小型家用污废水处理回用技术的工作步骤分为两步。
第一步为过滤：
启动装置，泵开始运转，此时打开电磁阀
污水经进水管通过格网被吸入滤腔下部的空间夹层内，并逐渐上升进入滤腔。
滤腔内有轻质泡沫滤珠滤料，会随着水位增加而上升。
当滤料上升至滤腔顶部，污水会在与滤料的接触中不断被过滤。
过滤之后的水通过楔形过水器及出水管进入水箱中，全部水过滤结束后进入滤料冲洗阶段。
第二步为滤料冲洗：
当污水处理完毕后，泵停止工作，关闭电磁阀
。
水箱向滤腔放水，当水充满滤腔后电磁阀
、
关闭。
启动电机，带动涡轮转动，滤腔中水形成涡流使滤料相互碰撞，对滤料进行冲洗。
5分钟后将电磁阀
打开，水进入排污管，当水排出80%后关闭电机，全部排出后关闭电磁阀
，滤料冲洗结束。
2.2.2滤料性能简介
可发性聚苯乙烯泡沫颗粒滤珠（EPS发泡塑料滤珠），系在悬浮聚苯乙烯树脂中加入石油液化气而发泡制成的珠状颗粒白色小球，属轻质滤料，密度比水轻得多。
若将其覆盖于压力综合净水器的上部，当浑浊度500mg/L原水经过这种泡沫塑料颗粒过滤层过滤后，出水浊度可降低到5mg/L,达到国家饮用水标准。
这种压力净水器，把水质净化中的混凝、澄清和过滤三道工序在一个容器内完成。
由于简化工艺流程，设备简单可靠，目前国内已经用于中小型净水设备。
泡沫滤珠滤料具有重量轻、比表面积大、吸附能力强、不破碎、孔隙率高、滤速快、脱污能力强、使用寿命长等优点。
装置滤料当中采用0.8mm至1.2mm规格。
表5性能参数表
滤料类型：
泡沫滤珠
适用对象：
水
用途：
水过滤
性能：
耐酸,耐碱,耐高温,耐低温,防水,防静电,其他
类型：
高效
品牌：
亿洋
吸附率：
100（％）
抗压力：
20（kgf）
密度：
20-30（g/cm3）
堆密度
80-100kg/m3
磨损率：
0.03
硬度：
不等
化学成分：
聚丙烯
盐酸可溶率：
3.0（%）
粒径
0.8－1.2mm
孔隙率：
50（%）
允许虑速
20m/h
2.2.3装置用电量与节水计算
一次处理90L污水，用时t1=23min，冲洗时间t2=5min，泵功率P1=60W，搅拌机功率P2=45W，则能耗：
W=P1t1+P2t2=96300J
则，处理一吨水耗能Wt=1070000J=0.3度。
装置每次冲洗及其他损耗约为10L水，所以修正后，处理一吨水0.34度。
西安市水价3元/t,电费0.6元/度，每处理一吨污水可节约费用如下：
3-0.34×0.6=2.8元
2.3项目建设的实施
项目研究针对目前家庭净水产品装置的使用现状，重点根据不同家庭使用情况，进行个性化具有节水特点的净水新产品的开发和研究。
2.3.1资料收集与现场调查
通过对家庭生活用水情况的资料收集和现场调查，对部分典型用户进行测定分析，掌握一般家庭生活用水的水质水量特征及污染负荷。
2.3.2适用工艺处理技术分析
结合家庭收入状况及发展水平，提出适合当地的生活废水处理循环利用技术，进行多方案对比，对工艺设计参数、投资、运行成本等进行分析研究并综合评估，确定合理可行的工艺方案。
2.3.3处理技术及装置实验室模拟研究
研制试验模型，通过实验室试验对处理工艺的适用性和可靠性进行验证，对前期提出的设计参数进行验证与修正，在优化方案的同时，对试验模型进行改进，使之更适用于家庭使用，达到节水节能的目的。
2.3.4处理技术成套图纸绘制
根据前期调查分析和实验室研究结果提出具体的工艺设计参数，并绘制工程设计图纸。
2.4项目建设推广
2.4.1意义
我国水资源紧缺，但水资源的浪费仍十分严重。
节能节水，人人有责，与我们的生活息息相关就是居民用水。
目前在家庭节水中，主要是进行了较为广泛的普及性宣传教育，提倡人们养成良好的节水习惯。
同时，也研发出部分家庭节水装置，主要在厨房水龙头和洗面池水龙头的节水装置（水流控制装置及感应式的节水装置）、淋浴花洒和洗浴水龙头的节水装置、节水马桶等。
其中家庭用水中，净水装置产生的废水以及水的循环利用，尚未产生适合我国城镇家庭生活用水的节水工艺设计。
本研究使生活废水再利用，将洗浴洗涤废水通过装置处理，用于冲洗马桶、拖地等，预定的节水目标可达到家庭用水总量的40%-60%。
如实现城乡居民家庭的普遍化使用，水的利用率将大幅度提高，从而达节到能节水的目的，同时可以减缓水资源短缺状况。
2.4.2项目与居民住宅的结合
本项目主要针对家庭生活污水的处理，旨在减缓国家水资源的短缺状况。
2.4.3项目与企业的结合
1、与员工宿舍、食堂的结合
如今，随着经济的发展，伴随众多企业的崛起，跨地区就业变得越来越普遍。
所以，企业在给员工提供职业的同时，也需要提供员工宿舍和食堂，生活用水的大量使用则无可避免。
为了避免造成水资源浪费，企业员工宿舍和食堂的生活污水需要处理，从而达到水资源的重复利用。
2、与企业工业废水的结合
小型家用污废水处理回用技术不仅可以处理居民的生活污水，还可处理与之相似的工业废水，使其达到国家排放标准。
本项目此次研究的装置占地面积小，如有需要，还可扩大其装置。
3.结论
小型家用污废水处理回用技术是吸取现有生活污水处理工艺的缺点，在装置以及滤料等方面全面研究的处理工艺，用来针对生活污水的处理。
本工艺的装置处理分为两部分，一部分是污水过滤，一部分是滤料冲洗。
污水进入滤腔内与滤料接触从而被过滤，自下而上的处理方法可使污水与滤料更好的均匀接触，简化冲洗方式，节约冲洗水量减少能耗。
滤料的选择也不同于现有生活污水处理设备，可发性聚苯乙烯泡沫颗粒滤珠（EPS发泡塑料滤珠）是一种轻质滤料，有很强的过滤能力，市场供应充足，且价格并不昂贵。
本工艺有占地面积小等优点，适合城镇及农村居住地的生活污水处理，且因整体装置价格较为便宜，可普及化使用，从而解决目前只有部分城市工厂拥有污水处理的现状，减缓国家水资源短缺的状况。
总体来说，在家庭生活污水处理并未普及的前提下，小型家用污废水处理回用技术前景很好，占据市场的机会很大。
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