某大学中水处理设计实例
摘要：随着水资源匮乏的日益突出，合理利用水资源及科学有效的节约用水已为人们所关注,建筑中水利用在业内一直被认为是节水的较好方式,特别是对于有丰富优质杂排水的建筑小区来说,节水效果及经济意义就更为显著.
关键词：优质杂排水 水量平衡 工艺流程 最大出水负荷 反冲洗水量 调节容积 投药
一.工程概况:
某大学学生宿舍区北临校园体育场,西面为食堂,南接现有学生宿舍区,东侧为校园休闲山体.建筑呈行列式布置.宿舍分一类宿舍和三类宿舍二大类,均为六层建筑,其中1#.2#.3#楼为一类宿舍,其内设单独的卫生间,1#宿舍建筑面积7856.76m2,2#宿舍7856.78m2,3#宿舍6405.66m2,总建筑面积22119.18m2,共按2544人入住设计;4#.5#.6#楼为三类宿舍,其内设公共盥洗室和淋浴室,每栋建筑面积均为5447.67m2,总建筑面积16343m2,共按2736人入住设计.
食堂面向宿舍区,东面设置餐厅出入口,食堂共分四层,建筑面积为5461.40m2.
因本工程位于某市郊区,周围为自然山体,市政给水资源不是很丰富,本着节约水资源出发,本工程考虑收集1~6号宿舍楼的淋浴废水和盥洗废水(并考虑与前.后期生活废水合并)作为中水源水,经中水处理站处理后用于小区内冲厕用水.
二.水量平衡计算:
水量平衡计算表
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水量平衡图
由上表及图所示,本工程选用优质杂排水作为中水原水是可行的,其中水原水量设为：Qpy=350 m3/d,并采用自来水作中水补充水源.
三.中水处理工艺计算:
(一) 中水处理工艺流程方案选择:因本工程中水原水为淋浴排水与盥洗排水组成的优质杂排水,所以采用以物化处理为主的工艺流程.
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系统处理流程图
经过此工艺流程处理后的水质标准: BOD5<20,CODmn<30,SS<10
(二) 各种水水质标准
优质杂排水水质标准:BOD5:100,CODmn:80,SS:100,ABS:11.
生活杂用水水质标准: :BOD5:10,CODmn:50,SS:10,.
(三) 中水处理设施处理能力:设中水处理设施运行时间采用24小时连续运行.
q=Qpy/t
q-设施处理能力（m3/h）
Qpy___经过水量平衡计算后的中水原水量（m3/d）(350)
t-中水设施每日设计运行时间（h）(24).
q= Qpy/t=350/24=14.58 m3/h.
(四) 格栅的设置:本工程格栅设于格栅井内,且格栅条空隙宽度为8mm (采用一道格栅),其倾角采用750.
(五) 调节池计算:本工程工艺处理设施运行时间为24小时连续运行,调节池有效容积计算如下:
Vs= Qpy*C
Vs-调节池有效容积, m3
Qpy-中水日处理水量，m3（350）
C-_调节池有效容积占日处理量的百分数%(40%)
Vs= Qpy*C=350*0.4=140 m3
调节池高设为H=3.5 m,有效水深设为H1=3.2 m,则调节池有效面积为:
F= Vs/ H1=140/3.2=43.75 m2
调节池采用距形,则其BxL =6x7.5,则其面积为:6*7.5=45 m2>43.75 m2
满足要求.
并考虑在池底设置水下曝气器.
(六) 毛发聚集器的设置:本工程毛发聚集器设于污水泵吸水管上,毛发聚集器要求如下:
1.过滤网的有效过水面积等于连接管截面面积的2.5倍.
2.过滤网的孔径为3mm.
(七) 沉淀池计算:
1.本工程采用斜管沉淀池,其设计参数如下:
表面负荷:U0=2m3/ m2.h, 斜管长ι=1m, 斜管倾角θ=600
斜管管径d=100mm, 保护超高为h1=0.3m, 清水区高度为：h2=0.7m,
配水区高度为: h3=1.0m, 积泥区高度为: h4=0.53m,最大出水负荷<1.70L/S. m.
2.表面负荷计算: U0=2m3/ m2.h=0.56mm/s.
3.流量计算：Q=350 m3/d=14.58 m3/ h.=4.05L/S
4.清水区面积：F=Q/ U0=14.58/2=7.3 m2
5.沉淀池尺寸:采用距形池,其长度为宽的2倍,即L=2B,
则:2B2=7.3,得出B=1.9 m,取2 m
则:L=2*B=2*2=4 m
则:F=4*2=8 m2>7.3 m2满足要求.
6.净出水口面积计算:为了配水均匀,进水布置在4 m长的一侧.在2 m宽度中扣除0.3 m无效长度,则净出水口面积:
F’=(B-0.2)*L/K
K-斜管结构系数. 1.03
F’=(B-0.2)*L/K=(2-0.2)*4/1.03=6.99 m2
7.沉淀池高度计算:
斜管高度: h5=L*Sin600=1*0.87 m
则池高：H= h1+ h2+ h3+ h4+ h5
=0.3+0.7+1+0.53+0.87=3.4 m.
8.核算:以沉淀池出水负荷来核算..
Qf=Q /L=4.05/4=1.01L/S.m<1.70L/S.m满足要求.
8.其它:排泥采用穿孔管,出水采用堰口出水方式.
9.斜管沉淀池布置示意图如下:
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(八)中间水池:中间水池容积取调节池容积的11%,则中间水池容积V=0.11*140=15.4 m3,取中间水池高H=1.5 m,保护超高为0.3 m
则中间水池面积:F=.V/H=15.4/1.2=12.8 m2
中间水池平面尺寸边长为:L=12.81/2=3.6 m.
(九)本工程中水过滤采用石英砂压力过滤器过滤.
1. 设计参数:
滤速为:v=10m/h, 反冲洗强度：q=40L/ m2.s,反冲洗时间t=5min,
2.过滤器面积：F=Q/ v
式中：F-过滤器面积(m2)
Q-过滤器处理能力(m3/ h)( 接两倍日处理量计算29.16)
V-滤速(m/h)(8)
F=Q/ v=29.16/10=2.9 m2.
3.反冲洗水量: Q1= q*F*t=40*2.9*5*60=34800L=34.8m3,其反冲洗水由反冲泵从清水池中抽取供给.
4.过滤罐尺寸计算:采用两个过滤罐n=2.
(1)每罐过滤面积F1=F/n=2.9/2=1.45 m2
(2)每罐半径:R= (F1/3.14)1/2=(1.45/3.14) 1/2=0.68 m
(3)每个过滤罐直径:d=2*R=2*0.68=1.36 m,取1.4 m.
(十)清水池计算:清水池的调节容积按中水系统日用水量的35%计算.
则:V=Qd.*0.35=350*0.35=122.5 m3,设清水池高为:3.5m(其中超高保护高为0.3 m)
则清水池面积为:F=122.5/3.2=38 m2.
则清水池平面尺寸为:BXL=4X9.5 m.
(十一)混凝剂计算:
1.本工程中水混凝剂采用精制硫酸铝,其性质为:无水硫酸铝含量为:52%,
2.本工程助凝剂采用活化硅酸.
3.药液箱容积的计算:本工程混凝剂投药率为:20mg/L,采取每天制药一次.
则药液箱容积V=a*Q/(10*b*n)
式中：V ___药液箱容积, L
a-混凝剂投药率, mg/L (20)
Q-日处理水量, m3/d (350)
b -药液含量,一般采用20
n-每日配制药液次数,(1)
则:V=a*Q/(10*b*n)=20*350/(10*20*1)=35L
4. 本工程投药采用泵前投药方式,由孔口计量设备苗嘴流出的混凝剂药液投加在水泵吸水管上.采用孔口计量投药设备,如下图所示:
泵前投药示意图
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1-_药液箱 2-恒位箱 3-隔板 4-投药苗嘴 5-_漏斗 6-水封逄 7-水泵 8-水泵吸水管 9-_水泵出水管
(十二)消毒剂计算:
1.本工程消毒剂采用次氯配钠消毒剂,采用直流式次氯酸钠发生器.
2.次氯酸钠发生器的产量计算如下式:
W=24QD/T
式中：W-次氯酸钠发生器的有效氯产量,g/h
Q-被消毒水的最大日平均时流量, m3/ h(14.58)
D-水的设计加氯量, mg/L(20)
T-发生器的工作时间, h(10)
W=24QD/T=24*14.58*20/10=700g/h
3.食盐用量的计算如下式:
G=24QDS/1000
式中：G-_食盐用量,kg/d
Q-被消毒水的最大日平均时流量, m3/ h(14.58)
D-水的设计加氯量, mg/L(20)
S-生产单位质量有效氯所消耗的食盐量, kg/kg (3.5)
G=24QDS/1000=24*14.58*20*3.5/1000=24.5 kg/d
4.盐水槽的容积计算如下式:
Vs=100G/(n*N)
式中：Vs-_盐水槽的有效容积,L
G-__食盐用量,kg/d(24.5)
n -__稀盐水浓度,%(4)
N-__每日配制次数,(1)
Vs=100G/(n*N)=100*24.5/(4*1)=612.5 L
5.次氯酸钠贮液槽容积计算如下式(有效容积):
Act=QDt/C
式中：Act-_贮液槽的有效容积，L
C-__次氯酸钠溶液的有效氯浓度, g/ L(8)(或按产品说明书)
t-___贮液时间, h. t=24-T=24-10=14 h (T为发生器工作时间).
Q-被消毒水的最大日平均时流量, m3/ h(14.58)
D-水的设计加氯量, mg/L(20)
Act=QDt/C=14.58*20*14/8=510.3 L
6.稀盐水(4%)的配制:由溶盐池配制浓度15%左右的浓盐水,静止沉淀后,用比重计测定其浓度,再配制成4%浓度的需要量,启动盐水泵将一定体积的浓盐水送入盐水槽中,然后加入清水使其成为需要浓度的稀盐水.
7.配制612 L4%浓度的稀盐水所需浓盐水体积计算:
(1)浓盐水浓度计算如下式:
Cs=а*Ds-b
式中：Cs-_盐水的质量百分比浓度，%
Ds-_盐水的比重, kg/L(1.1)(应由实测数据为准)
а.b -_系数,常温下取а=151.7, b=151.83
Cs=а*Ds-b=151.7*1.1-151.83=15%
(2)配制612 L4%浓度的稀盐水所需浓盐水体积:V=4*612/15=163.2 L.
8. 本工程消毒液投放采用水射器投药方式,次氯酸钠消毒工艺流程见下图
次氯酸钠消毒工艺流程图
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| 1-溶盐池 2-塑料泵 3-盐水槽 4-次氯酸钠发生器5-次氯酸钠贮液槽 6-漏斗 7-水射器 8-管道混合器9-清水池 10-回用水泵 |
四.结束语
从本工程来看,对具有丰富优质杂排水的大型居住社区来说,从水量平衡及计算不难看出,其优质杂排水水量与中水用水量之间本身就可达到长期平衡关系,所需自来水补充水量很小,完全可达到自身循环,大大节约了水资源;且优质杂排水具有较好的原水水质,其处理流程采用完全成熟的传统处理工艺,具有较为丰富的设计.施工.管理经验,有利于降低中水的运行成本,提高中水工程建设的社会及经济效益.
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