校园生态校园校园生活污水处理与回用工艺设计.docx
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校园生态校园校园生活污水处理与回用工艺设计
【关键字】校园
唐山学院
毕业设计
设计题目：
生态校园生活污水处理与回用工艺设计
系别：
环境与化学工程系
班级：
11环境工程
（2）班
姓 名：
赵孟颖
指导教师：
钟倩倩
2015年6月5日
生态校园生活污水处理与回用工艺设计
摘要
本设计为生态校园生活污水处理与回用。
校园生活污水的主要特点是水质水量波动大，污水可生化性好。
校园生活污水处理与回用的目的是通过各种技术去除水中的污染物，实现污水的再生利用，缓解城市用水紧张的现状，增加学校的经济效益。
本设计采用CASS工艺处理校园生活污水，主要介绍了国内外校园中水回用的现状和发展趋势、校园生活污水处理与回用的常用工艺。
着重介绍了CASS工艺的原理、运行方式、工艺流程及其设计计算。
关键词：
CASS工艺校园生活污水中水回用设计计算
EcologicalCampusSewageTreatmentandRecyclingProcessDesign
Abstract
Thedesignfortheeco-campussewagetreatmentandreuse.Themainfeaturesofcampuslifesewagewaterqualityandquantityoflargefluctuations,thebiodegradabilityofwastewaterisgood.Treatmentandreuseofsewagecampuslifepurposeistoremovepollutantsinwaterthroughavarietyoftechniquestoachievetherecyclingofwastewatertoeasethetensionofurbanwatersituation,increaseeconomicschool.ThisdesignusesCASSprocesstodealwithcampusdomesticsewage.Itdescribesthecurrentsituationanddevelopmenttrendofthedomesticcampuswaterreuse,treatmentandreuseofcommonprocessessewagecampuslife.ItfocusesontheprincipleofCASSprocess,operationmode,processanddesigncalculations.
Keywords:
CASSprocess;campuslifesewage;waterreuse;designcalculation
1引言
1.1研究的背景与意义
“人以食为天，食以水为先”，水是生命之源，是一切生物赖以生存的重要物质，是工农生产、经济发展和环境改善必不可少的宝贵自然资源。
我国的水资源存在两大主要问题：
一是水资源短缺。
我国水资源总量约占世界总量的6%，约2.8万亿立方米。
由于我国人口众多，当前人均水资源占有量为2500立方米，约为世界人均占有量的25%，是世界人均水资源贫乏的国家之一。
二是水污染严重。
据监测，全国废污水排放量与日俱增，由1980年的315亿吨增加到2002年的631亿吨，而且在持续增加中。
海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长江和珠江7大江河水系均受到不同程度的污染。
多数城市地下水也受到了一定程度的污染，并且有逐年增加的趋势。
万里海疆形势也不容乐观，赤潮年年发生。
日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，严重威胁到了人类的生产、生活及动植物的生长繁殖。
中水回用技术是解决水资源问题的途径之一。
中水又成再生水，因其水质介于上水和下水之间而被称为中水。
主要是指生活污水、雨水等城市污水经过深度处理后得到的可利用水。
中水回用技术之将生活污水集中处理后达到一定的标准回用于绿化浇灌、洗车、道路清洁、厕所冲洗等，从而达到节约用水的目的。
随着社会的进步，知识成为发展社会的基础，而学校则是学习知识的重要场所。
良好的校园环境会增加学生的学习热情，促进学生更好地吸收知识，获得更多的知识。
社会在进步，人们的思想也在进步，越来越多的家长选择将孩子送入学校接受教育。
据统计，2006年全国在校大学生达到1400万人，大多数高校人均用水量在200-300L/d。
高校规模仍在持续增加，高校已然成为城市用水大户，增加了城市供水危机，加大了城市污水处理厂的处理压力因此，在校园内树立节水意识，实施中水回用系统，实现污水资源化至关重要。
1.2国内外研究现状
中水回用技术经过半个世纪的发展日趋成熟，在国外已经广泛使用。
据了解，日本的中水的回用历史最为悠久，中水一词也起源于日本。
在日本、美国、以色列等发达国家，均以本国度、区域特点确定出适合其国情的中水回用技术，使中水回用技术越来越完善，其中水被普遍应用于洗车、农田灌溉、道路清洗、厕所冲洗等方面。
在中国，中水回用技术也有了一定的规模，在深圳、北京、天津、太原等城市都开展了中水回用工程的运行并取得了显著效果。
我国很多的水处理企业也相继成立。
但还存在技术落后、资金投入少等很多问题。
我国中水回用技术研究开始于1985年，80年代初在北京、大连、西安等大城市开展了污水回用实验研究，90年代完成了几个典型的回用工程。
进入21世纪国内很多城市污水处理厂才相继投入使用中水回用工程。
自1997年清华大学首次提出了创建绿色大学的办学理念，“生态校园”的概念开始在全国各地流传。
部分高校在生态校园和可持续发展的前提下，已经展开或正拟建中水回用工程[1]，如表1-1。
表1-1部分高校中水工程参数
高校中水工程
原水
主要工艺
运行规模/m3/d
运行成本/元/m3
山东师范大学
洗浴废水、洗涤废水
生物接触氧化法
480
0.57
东北财经大学
卫生间、洗衣房排水
曝气生物滤池
360
0.97
中国医科大学附属第一医院
综合污水
两段式曝气生物接触氧化
1300
0.365
北京联合大学
洗浴排水、盥洗排水
一体化处理设备（以生物接触氧化为主）
80
2.93
从上表可知：
（1）中水回用的原水取自学生的日常生活，一般为厨房与衣物洗涤、澡堂洗浴、卫生间冲洗等过程排放的污水；
（2）目前高校采用的处理工艺一般以生物处理优先，工艺流程简单，运行规模不大；（3）实施或拟建中水回用工程的学校大部分分布在北方；（4）不同工艺处理的污水水质、水量及其运行成本均存在差异。
1.3中水回用技术发展前景
就目前形势来看，中水回用行业的发展前途是良好的。
首先，由于人口的不断增加，对水量的需求越来越大，水资源越来越紧张。
这种情况下，开发新的水源是必要的，而中水回用存在很多优点，已经被认作是一种重要水源；其次，干旱、地震等自然灾害使水资源急剧减少，中水回用被认为是解决气候变化导致水资源短缺问题的一种可能解决方案；再次，人性的贪婪使水污染日趋严重，这种贪婪也促使环保政策日趋严格，而中水回用成为应对环保政策的一种方案；最后就是经济所需，对很多工业用户来说，生产会耗费大量的水使成本增加很多，使用中水回用技术会降低成本，带来很大的收益。
总之，中水回用技术发展前景是良好的，是不可阻挡的。
1.4校园生活污水处理与回用存在的问题
目前很多高校在中水回用方面做着积极的努力，取得了一些显著的成果。
但是与发达国家相比还存在着很多的问题：
（1）中水回用技术不完善：
由于中国引进中水回用技术较晚，即使对校园生活污水有了一定的研究成果和实例，但总体上较发达国家还比较落后，主要体现在运行管理复杂、成本高。
（2）经济问题：
高校是不以盈利为目的的事业单位，有限的资金的应用于教学基础设施上，在中水回用上往往“有心无力”。
（3）国家没有关于中水回用相关的法律法规：
没有强有力的政策保证，相关部门缺乏相应的工作要求及有效的管理，使得中水回用技术不能连续有效的贯彻实施。
（4）自来水价格偏低：
中国城市自来水价格一直偏低，不仅导致水资源严重浪费，也导致中水回用缺乏市场竞争力，不能广泛应用。
1.5工程概况
某校区现有学生及教师4000人，生活污水标准现状值1m3/（人﹒d），生活污水排放系数为0.8，故该校区每天排放总生活污水量为4000×0.8×1=3200m3/d。
现规划建设一小型污水处理站，设计规模为3500m3/d。
污水水质指标参考城市污水水质确定排放要求，出水水质即达到《污水综合排放标准》GB8978-1996中一级标准，也达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》GB18918-2002中的一级B标准。
同时，考虑到中水回用，应满足《城市杂用水水质标准》（GB/T18920-2002）。
其主要水质见表1-2。
表1-2处理前后污水水质
COD（mg/L）
BOD5（mg/L）
SS（mg/L）
TP（mg/L）
NH3-N（mg/L）
pH
处理前
400
225
250
1.5
40
6.0-8.0
处理后
≤60
≤20
≤20
≤0.5
≤15
6.0-9.0
回用水质
≤50
≤10
≤10（5）
≤20（10）
6.5-9.0
注：
（）内表示用于洗车、扫除的中水水质要求，（）外表示用于厕所便器冲洗、城市绿化的中水水质要求。
气象及水文资料风向：
多年夏季主导风向为东南风。
水文：
陡河纵贯南北，属大陆性季风气候，全年气温变化剧烈，年平均气温11℃，极端最高气40.5℃，极端最低气温-28.2℃，年降水量625毫米。
地势东南高、西北地，平局海拔21.5米。
2工艺的选择
2.1校园生活污水的来源及特点
校园生活污水与一般城市生活污水性质类似，主要来源于学生与教师日常生活中厨房与衣物洗涤、澡堂洗浴、卫生间冲洗等过程排放的污水。
校园生活污水不包括各学院实验室排放出来的废水。
研究表明[2]：
校园生活污水中污染物浓度的高低取决于学生的生活规律，一般中午和午夜时分，各污染物浓度较高，清晨和傍晚稍低；冬季较高，春夏季较低。
由此可见校园生活污水的水质水量波动性较大，但存在规律性。
污水以有机物为主，BOD/COD=0.57>0.3，可生化性较好，其他有毒有害污染物一般不超标，处理难度较小。
氮磷的浓度偏高，选择工艺时应选择脱氮除磷效果良好的工艺。
2.2工艺流程的确定
生活污水的处理方法包括：
（1）物理处理法：
通过物理作用分离、回收废水中不溶解的成悬浮状态的污染物的废水处理方法，可分为中立分离法、离心分离法和筛滤截留法等。
（2）化学处理法：
通过化学反应和传质作用来分离、去除废水中呈溶解、胶体状态的污染物或将其转化为危害物质的废水处理方法。
包括：
混凝、中和、氧化还原、萃取、吸附、离子交换、反渗透等。
（3）生物处理法：
通过微生物的代谢作用，使废水中呈溶液、胶体以及微细悬浮状态的有机污染物，转化为稳定、无害的物质的废水处理方法。
可分为需氧生物处理和厌氧生物处理。
最常用的生物处理法是活性污泥法。
（4）生物接触氧化法：
是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法工艺。
校园生活污水中含有大量的有机物、氮磷元素和SS，不可直接排放。
如不经处理直接排放，会导致水体富营养化，植物、鱼虾等水生动植物大量死亡等严重影响。
根据规定，当BOD5/COD>0.3时易生化处理；当BOD5/COD>0.25是可生化处理；当BOD5/COD<0.25时难生化处理。
而校园生活污水BOD5/COD=0.57>0.3，可生化性强。
故可采用以生物化学方法为中心的处理系统。
中水回用即为污水的深度处理，其按处理方法一般分为3种类型：
（1）物理处理方法
膜滤法，是在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着膜表面流动，溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子从高压侧透过滤膜进入低压侧，并作为滤液排出；而溶液中的高分子物质、胶体颗粒等被截留，溶液被压缩并以浓缩形式排出。
该方法的特点为：
装置紧凑，占地面积小，操作简单，运行稳定，适用于水质波动大的情况。
（2）物理化学法
一般采用砂滤、活性炭吸附、混凝沉淀等方法，这种方法的特点为：
采用中空纤维超滤器进行处理，技术先进，占地面积小，运行管理简单，适用于污水水质变化较大的情况。
（3）生物处理法
一般采用活性污泥法、接触氧化法等方法。
可单独使用，也可组合使用。
常用的组合方法有：
接触氧化+生物滤池，生物滤池+活性炭吸附等。
这种方法的特点是：
剩余污泥量少，适应水力负荷变动能力强，维护管理简单，适用于有机物含量高的污水。
校园生活污水有机物含量较大，水质波动较大，且学校资金有限，综合选择物理化学方法。
下面介绍几种处理校园生活污水的常用方法：
（1）人工湿地法处理校园生活污水
人工湿地是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择适宜的位置，建造人们需要的湿地。
高拯民等指出：
湿地处理系统是指将污水有效控制地投配到经常处于饱和状态的土壤中，生长着沼泽水生植物的土地上，污水在沿一定方向流动，在此过程中在耐水植物和土壤联合作用下得到净化的一种土地处理系统。
人工湿地可有效地去除废水中有机物、SS和病原菌。
但人工湿地技术还不完善，存在很多的不足：
氮磷处理效率不稳定，系统供氧不足；占地面积大，水力负荷较小；堵塞问题和预期寿命问题未解决；运行状态、条件很难控制。
（2）氧化沟工艺处理校园生活污水
氧化沟工艺是活性污泥法的一种变形，在各地污水处理厂应用最广泛。
氧化沟又名氧化渠，利用循环是反应池作生物反应池，混合也在该反应池中一条闭合曝气条件下使用。
氧化沟一般由沟体、曝气设备、进出水装置、导流和混合设备组成，沟体呈环形，通常在延时曝气条件下使用。
其工艺流程简单，不需设置初沉池和二沉池，并可以有效地去除污水中的氮磷。
适用于中小型污水处理厂。
但其占地面积过大，存在污泥膨胀、污泥上浮、泡沫等问题。
不适用于校园生活污水的处理。
（3）SBR工艺及其变形工艺处理校园生活污水
传统SBR工艺是一种按间歇曝气方式运行的活性污泥法水处理技术，其技术的核心为SBR反应池，该池具有初沉、二沉、生物降解等功能，不需设置污泥回流系统。
SBR的变形工艺中CASS工艺在校园生活污水处理中应用最广泛。
CASS工艺可满足各种严格的出水水质要求，经其处理后的出水水质更接近于可回用的中水水质。
两者相比较，见表2-1。
SBR工艺
CASS工艺
原理
时间上的交替运行，只有一个SBR池，同时具有调节池、曝气池、沉淀池的功能运行过程分为进水、曝气、沉淀、滗水、闲置五个阶段
包括充水－曝气、充水－泥水分离、滗水、充水－闲置等四个阶段。
工艺有三个反应区：
生物选择区、缺氧区、好氧区
工艺特点
工艺简单，不设调节池、二沉池和污泥回流，占地小，基建、运行费用低，不易发生污泥膨胀，处理效果好，同时脱氮除磷
操作灵活，对水量水质变化适应性强，系统稳定性强，脱氮除磷效果良好，加强了反硝化、有机物吸附等作用
生物降解能力
处理COD的浓度可达到几百到几千毫克每升，去除率很高，可去除一些难降解有机物质
污水进入反应池可被混合液稀释到相对较低的浓度在曝气阶段有机物可得到完全降解
经济性
不需设置初沉池、二沉池、调节池，且占地面积小，氧转移率高，运行费用比传统活性污泥法低
建设费用低，无初沉池、二沉池；占地面积少；运行费用低，自动化程度高
运行方式
要保证运行的稳定性和处理效能，还要保证每个池充水的顺序连续性
边进水边曝气，沉淀过程不停止进水和污泥回流系统，这是区别于SBR工艺的一大特点
表2-1SBR工艺与CASS工艺的比较
（4）MBR工艺处理校园生活污水
MBR工艺在校园生活污水处理的应用上也较为广泛，又称膜生物反应器，是一种活性污泥法与膜分离技术相结合的新型水处理技术。
主要由膜分离组件和生物反应器两部分组成。
膜-生物反应器是曝气膜-生物反应器、萃取膜-生物反应器和固液分离型膜-生物反应器三类反应器的总称。
与许多传统的生物水处理工艺相比，MBR工艺出水水质优质稳定，其出水可以直接作为非饮用水进行回用，剩余污泥产量少，污泥处理费用低，占地面积小，可去除氨氮及难降解有机物，操作方便，便于改造、扩建，但膜造价高，容易产生二次污染，能耗高。
（5）生物接触氧化法处理校园生活污水
生物接触氧化法是从生物膜法中衍生的一种，即在生物接触氧化池内装有适宜的填料，利用填料上产生的生物膜和供应的氧气，通过生物氧化作用氧化分解废水中的有机物，达到净化目的。
具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。
目前我国已建立中水回用系统的高校（中央民族大学、大连东软学生公寓等）都是运用的生物接触氧化法。
其净化效率高，处理所需时间短，适应性强，无需污泥回流，没有污泥膨胀等问题，可去除硫化氢等有毒有害物质，运行管理方便。
但容易出现堵塞现象。
本设计最终的目的是将校园生活污水处理后回用。
研究表明，CASS工艺较其他工艺更适用于该设计处理校园生活污水。
其占地面积小，投资省，便于自动化控制，工艺简单，适合于应用在学校。
经CASS池处理后的出水水质更接近中水回用的水质要求，容易达到回用标准。
且CASS工艺可以满足各种严格的进水水质。
总之，CASS工艺更适用于本次的设计工程。
其工艺流程图见图1-2。
图1-2CASS工艺流程图
污水进入格栅，拦截污水中的漂浮物或悬浮物。
再由提升泵提升进入进沉砂池，通过砂水分离器去除污水中的砂粒状悬浮固体SS，经沉砂池处理后进入到调节池，对污水的水质水量、温度、pH等进行调节，流入工艺核心CASS反应池，主要是去除污水中的有机物、氮磷及可降解的悬浮颗粒，处理后水质达到污染物综合排放标准。
为达到回用目的，污水经CASS反应池进入中间水池，贮存调节CASS池排出的水量。
然后排入网格絮凝沉淀池，在混凝剂的作用下，使原水中的胶体及细微颗粒物相互凝结在一起，形成絮状物，并去除。
再进入均粒滤料滤池，在滤料的作用下去除水中未处理的SS。
最后排入回用水池，投加消毒剂，根据回用水池中清水的水质确定清水的用途。
CASS反应池中产生的污泥排入污泥浓缩池浓缩，然后排入脱水机房，脱水压缩为泥饼外运，压缩出的污水排入格栅间进水口，从新进行处理。
3工艺流程中的构筑物设计计算
3.1格栅的设计计算
格栅是由一组平行的金属柵条或筛网制成，安装在污水渠道上、泵房集水井的进口处或污水厂的端部，用以截留较大的悬浮物或漂浮物[4-6]。
一般分为粗、中、细三道格栅，格栅的作用是拦截污水中的悬浮物或漂浮物，以便保护后续构筑物。
污水厂常见的格栅有高链式、回转式、阶梯式、内进式鼓形格栅等。
最大设计流量Qmax=3500m3/d,总变化系数Kz=1.8
（1）栅条的间隙数n（个）
式中：
Qmax——最大设计流量，m3/s，Qmax=0.04m3/s；
α——格栅倾角，（°）,取ɑ=60°；
b——栅条间隙，m，取b=0.01m；
h——栅前水深，m，取h=0.4m；
v——过栅流速，m/s，取v=0.6m/s；
格栅设两组，一用一备。
n=
=15.51个
取n=16个
（2）栅槽宽度B（m）
B=S（n-1）+bn
式中：
S——栅条宽度，m，设S=0.01m;
B=0.01×（16-1）+0.01×16=0.31m
（3）通过格栅的水头损失h1（m）
h1=h0k
式中：
h0——计算水头损失，m；
k——系数，格栅受悬浮物堵塞时水头损失增大倍数，一般取3；
g——重力加速度，m/s2，取g=9.8m/s2；
ξ——阻力系数，与栅条断面形状有关，采用锐边矩形栅条断面，
β=2.42；
=
（4）栅后槽总高度H（m）
H=h+h1+h2
式中：
h2——栅前渠道超高，m，一般取0.3m；
H=0.4+0.12+0.3=0.82m
（5）进水渠道渐宽部分长度L1（m）
式中：
B1——进水渠宽，m，取0.175m；
ɑ1——渐宽部分展开角度，（°），取20°；
（6）出水渠道渐窄部分长度L2（m）
（7）栅槽总长度L（m）
H1=h+h2
式中：
H1——栅前渠道深，m；
（8）每日栅渣量W（m3/d）
式中：
W1——栅渣量，m3/103m3污水，取取0.1～0.01,粗格栅用小值，细格栅用大值，本设计取0.05m3/103m3污水；
（可采用人工清渣）
3.2提升泵的设计计算
污水泵房一般有机器间、集水池、格栅等组成。
集水池中安装有格栅、吸水管。
污水提升泵则位于机器间，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，对污水处理长的运行效率与运行成本有着重要的影响。
本设计采用潜水泵。
由于厂区地形、地质的限制及各构筑物的高程不同，必须在前处理出加提升泵将污水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力流。
提升泵的主要作用就是提升污水厂污水，保证污水能在后续构筑物内顺利流动。
最大设计流量Qmax=3500m3/d=145.8m3/h=0.04m3/s
（1）扬程的估算
H≥h1+h2+h3+h4
式中：
h1——吸水管水头损失，m；
h2——水管水头损失，m；
h3——水位差，m，取2.5m；
h4——自由水头，m，取1m；
、
——吸水管、出水管沿程损失，m；
（2）计算h1
直管部分长12m，选用DN200mm管径，v=1.3m/s，1000i=4.21[17]。
设存在一个拦污网，ξ=0.1；一个电动蝶阀，ξ=0.1；一个渐缩管，ξ=0.2；90°弯管一个，ξ=0.5，则
（3）计算h2
直管部分长15m，选用DN200mm管径，v=1.6m/s，1000i=7.53。
设存在电动蝶阀一个，ξ=0.1m；单向阀一个，ξ=0.1；90°弯头两个，ξ=0.67×2=1.34；渐扩管一个，ξ=0.2；异径丁字管一个，ξ=1.84×2=3.68，则
所以H≥0.21+0.82+2.5+1.0=4.53m
根据水泵的扬程和流量，采用一用一备，选择QY250-5-5.5型水泵，其基本参数如表3-1。
表3-1QY250-5-5.5型水泵的基本参数
扬程m
流量m3/h
转速r/min
电动机功率KW
出水口径mm
效率%
重量Kg
5
250
2860
5.5
200
57.4
190
3.3调节池的设计计算
校园生活污水的水质水量波动性较大，为保证后续构筑物的正常运行，需对生活污水的水量和水质进行调节。
其主要作用就是均和水质、存盈补缺。
调节池内有搅拌、混合装置，使调节池出水水质均匀，防止污染物沉淀。
水力停留时间T=6h，最大设计流量Qmax=3500m3/d=145.8m3/h=0.04m3/s
（1）调节池容积V
V=QmaxT=145.8×6=874.8m3
（2）调节池的尺寸
采用方形调节池，取调节池有效水深h=5m，超高为0.5m,且池长与池宽相等。
则调节池表面积
池长
取13m
在池底设置集水坑，水池底以i=0.01的坡度坡向集水坑。
（3）搅拌
采用专用搅拌设备进行搅拌。
根据调节池的有效容积，搅拌机功率一般按1m3污水4-8W进行选择。
该设计按1m3污水5W进行计算，则搅拌机的总功率为874.8×5=4374W。
选择三台潜水搅拌机，分别安装在进水端及中间部位，单台搅
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