李書沛 朱良文

1吉好地建筑設(shè)計(jì)武漢有限公司長(zhǎng)沙分公司（410001） 2湖南省硅酸鹽學(xué)會(huì)（410007）

0 引言

我國(guó)水資源短缺,水污染形勢(shì)卻日趨嚴(yán)峻，很多城市面臨水緊缺的問題，城市污水處理及回用已經(jīng)勢(shì)在必行。傳統(tǒng)集中式污水處理由于存在污水收集難、管網(wǎng)投資高、占地面積大和施工不便等突出問題，嚴(yán)重制約了污水處理率和COD減排量，因此分散式污水處理及回用集成技術(shù)已經(jīng)成為集中處理方式的一種有益而必需的補(bǔ)充措施。

1 系統(tǒng)概述

“中水”一詞是相對(duì)于上水〔給水〕、下水〔排水〕而言的。中水回用技術(shù)系指將小區(qū)居民生活廢〔污水〕（沐浴、盥洗、洗衣、廚房、廁所）集中處理后，達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)回用于小區(qū)的綠化澆灌、車輛沖洗、道路沖洗、家庭坐便器沖洗等，從而達(dá)到節(jié)約用水的目的。

中水也就是將人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中用過的優(yōu)質(zhì)雜排水(不含糞便和廚房排水)、雜排水(不含糞便污水)以及生活污(廢)水經(jīng)集流再生處理后回用，充當(dāng)?shù)孛媲鍧?、澆花、洗車、空調(diào)冷卻、沖洗便器、消防等不與人體直接接觸的雜用水。因其水質(zhì)指標(biāo)低于城市給水中飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但又高于污水允許排入地面水體排放標(biāo)準(zhǔn)，亦即其水質(zhì)居于生活飲用水水質(zhì)和允許排放污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間，故取名為“中水”。中水開發(fā)與回用技術(shù)近期得到了迅速發(fā)展，在美國(guó)、日本、印度、英國(guó)等國(guó)家(尤以日本為突出)得到了廣泛的應(yīng)用。這些國(guó)家均以本國(guó)度、區(qū)域的特點(diǎn)確定出適合其國(guó)情國(guó)力的中水回用技術(shù)，使中水回用技術(shù)越來越臻于完善。在我國(guó)，這一技術(shù)已受到各級(jí)政府及有關(guān)部門重視并對(duì)建筑中水回用做了大量理論研究和實(shí)踐工作，在全國(guó)許多城市如深圳、北京等開展了中水工程的運(yùn)行并取得了顯著的效果。

2 設(shè)計(jì)原則

1）針對(duì)項(xiàng)目情況做原水水質(zhì)預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)水質(zhì)狀況選用適當(dāng)?shù)奶幚砉に?確定水處理流程；采用先進(jìn)、高效、安全的處理工藝及設(shè)備，整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)潔，占地面積盡可能小。

2）系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使方案經(jīng)濟(jì)可行，運(yùn)行穩(wěn)定，水處理設(shè)施應(yīng)方便安裝及運(yùn)營(yíng)管理；系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低、后期維護(hù)費(fèi)用低；水處理設(shè)備在運(yùn)行上有較大靈活性和可調(diào)性,以適應(yīng)水質(zhì)水量的變化。

3 設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920）的標(biāo)準(zhǔn)。具體水質(zhì)參數(shù)見表1。

4 原水水質(zhì)分析

本項(xiàng)目水源為生活污水，由于生活污水中的污染物種類和濃度相對(duì)穩(wěn)定，因此在沒有具體水質(zhì)化驗(yàn)資料的情況下我們參考類似工程的水質(zhì)參數(shù)作為工藝設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)依據(jù)。根據(jù)以往的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，以沖廁所、盥洗、淋浴為主要來源的生活污水水質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 原水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

表3 出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

從原水水質(zhì)參數(shù)和處理后的水質(zhì)要求對(duì)比,通過水處理系統(tǒng)的處理,需要降低水中CODCr、BOD5、NH3-N、色度、濁度。

5 設(shè)計(jì)工藝流程

由于生活污水中的主要污染物為 CODCr、BOD5、NH3-N、色度、濁度，我們采用生化處理的方式來去除水中的 CODCr、BOD5、NH3-N 及部分色度，通過浮選過濾以及超濾膜分離的方式來去除水中的濁度、色度、大腸桿菌以及部分細(xì)菌、處理后的水再做消毒處理后進(jìn)行回用或者達(dá)標(biāo)排放。

水處理工藝流程如圖1所示∶

表1 處理后出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

6 設(shè)計(jì)水量及設(shè)備選型

6.1 設(shè)計(jì)水量

本項(xiàng)目的處理水量為1 000 m3/d,根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況將中水處理中均分于項(xiàng)目的3個(gè)區(qū)域內(nèi)，即3個(gè)中水處理站，每個(gè)中水處理站的處理水量為340 m3/d,每天的運(yùn)行時(shí)間h=24 h,則其循環(huán)流量15.0 m3/h。

6.2 設(shè)備選型

每個(gè)中水處理站選用1臺(tái)一體化中水回用水處理設(shè)備作為主設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備的參數(shù)∶外形尺寸為7.5 m×8.0 m×3.5 m，處理流量為∶15～16 m3/h，功率為∶8.5 KW。

潛水加壓泵選用2臺(tái)50WQ15-7-0.75型潛水泵（一用一備），參數(shù)為 Q=15 m3/h，H=7 m，N=0.75 KW。

6.3 輔助設(shè)施及機(jī)房說明

1）格柵

在污、廢水收集管道和調(diào)節(jié)池之間設(shè)置細(xì)格柵孔徑為3～5 mm。格柵設(shè)計(jì)成一個(gè)方形的籃子，垂直對(duì)著一組地面檢修蓋板，當(dāng)格柵需要清理時(shí)可以打開蓋板,將格柵籃提出地面清理。格柵籃尺寸為0.5 m×0.5 m×0.5 m，采用不銹鋼絲網(wǎng)。

2）調(diào)節(jié)池

調(diào)節(jié)池容積為140 m3（按日處理水量的40%確定），鋼筋混凝土澆筑，尺寸為 8 m×6 m×3.5 m（深），注∶其實(shí)際尺寸可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)做相應(yīng)的調(diào)整。

3）清水池

清水池的容積按日處理水量的30%計(jì)算，則清水池的容積為42 m3。尺寸為4 m×4 m×3.5 m（深），注∶其實(shí)際尺寸可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)做相應(yīng)的調(diào)整。

4）中水站的具體位置

中水站應(yīng)該布置在學(xué)院三個(gè)區(qū)域的下風(fēng)向。

6.4 設(shè)備原理

一體化中水回用設(shè)備內(nèi)集成了水處理單元、曝氣設(shè)備、超濾膜組件、消毒器、配電控制箱。生活污水進(jìn)入水處理設(shè)備后先進(jìn)入由高效生態(tài)基組成的處理單元內(nèi)完成一級(jí)接觸氧化處理、該單元由高效生態(tài)基和曝氣系統(tǒng)組成，能培育生物量大、種群豐富的微生物群，包括厭氧和好氧微生物種群，通過微生物的作用，使污染物得以快速降解。經(jīng)第一級(jí)接觸氧化處理后再進(jìn)入曝氣生物濾池進(jìn)行第二級(jí)接觸氧化處理，進(jìn)一步降低污染物含量，降低水的濁度，處理后的水進(jìn)入第三級(jí)浮選過濾器內(nèi)，通過浮選過濾去除粒徑較大的雜質(zhì)，降低水的濁度，經(jīng)浮選過濾后的水中還存在大量的細(xì)菌以及微小顆粒，再通過超濾膜組件分離過程，處理后的水質(zhì)各指標(biāo)已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)處理后的水進(jìn)行消毒處理后進(jìn)入清水池內(nèi)。

6.5 設(shè)備內(nèi)各處理單元功能介紹

1）生態(tài)基接觸氧化區(qū)功能介紹

集中式中水處理設(shè)備內(nèi)第一個(gè)處理環(huán)節(jié)為高效生態(tài)基接觸氧化處理過程，這個(gè)過程是通過生態(tài)基接觸氧化區(qū)來完成的。生態(tài)基利用材料的特殊性，使其成為高效的微生物載體。通過“自然優(yōu)選法”使不同環(huán)境中發(fā)展出適宜的微生物群落。包括藻類、菌類、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等。這些微生物之間形成良好的共生、競(jìng)爭(zhēng)、捕食等種間關(guān)系，使生物膜不斷更新，增強(qiáng)活性。生態(tài)基上面附著的微生物通過其代謝作用,高效地去除水中的各種微生物。通過第一個(gè)環(huán)節(jié)的處理各污染指標(biāo)去除比例見表4。

表4 第一個(gè)環(huán)節(jié)處理各污染指標(biāo)去除比例

2）曝氣生物濾池區(qū)功能介紹

經(jīng)過第一環(huán)節(jié)接觸氧化后，水中仍然存在一部分 CODCr、BOD5、NH3-N，為了減小污染物的含量，還需進(jìn)一步采取接觸氧化方式來除去水中的有機(jī)物及氨氮，第二部采用曝氣生物濾池。

曝氣生物濾池工藝是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種特殊形式，其基本原理是∶在濾池中裝填一定量粒徑較小的顆粒狀濾料，濾料表面附著生長(zhǎng)生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。污水流經(jīng)時(shí)，污染物、溶解氧及其它物質(zhì)首先經(jīng)過液相擴(kuò)散到生物膜表面及內(nèi)部，利用濾料上高濃度生物膜的強(qiáng)氧化降解能力對(duì)污水進(jìn)行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時(shí)，因污水流經(jīng)時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物。通過該環(huán)節(jié)處理后水中的 CODCr、BOD5、NH3-N，色度，濁度已大部分去除，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)的浮選過濾及超濾環(huán)節(jié)。改處理過程中各污染物的去除率見表5。

3）浮選過濾區(qū)功能介紹

經(jīng)過前兩個(gè)環(huán)節(jié)的處理后，生活污水可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，即《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 8978-1996，規(guī)定的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。如需達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)，還需對(duì)處理后的水進(jìn)行進(jìn)一步的處理。而浮選過濾功能就是為達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)做深度處理的預(yù)處理環(huán)節(jié)。為了減少下一環(huán)節(jié)（超濾膜分離環(huán)節(jié)）中超濾膜的反沖洗時(shí)間，以及延長(zhǎng)超濾膜的使用壽命，經(jīng)過生化處理后的水再進(jìn)入超濾分離單元之前需增加精濾環(huán)節(jié)，浮選過濾區(qū)是用來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的。

表5 第二個(gè)環(huán)節(jié)處理各污染指標(biāo)去除比例

浮選過濾區(qū)采用由七層天然礦石組成的復(fù)合濾料，具有過濾精度高的特點(diǎn)，采用重力式無閥濾池原理，可實(shí)現(xiàn)濾料的自動(dòng)反沖洗過程。具有使用壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)方便、運(yùn)行費(fèi)用低的特點(diǎn)。

4）超濾膜分離單元功能介紹

超濾膜是利用納米級(jí)的物理孔徑對(duì)料液中的物質(zhì)進(jìn)行分離、凈化、純化和濃縮；主要功能是祛除液體中的懸浮物、膠體、微生物、細(xì)菌、病毒、大分子有機(jī)物、脫色、除油；降解液體的濁度。COD和BOD超濾主要去除原水中的懸浮物、膠體、色度、濁度、有機(jī)物、細(xì)菌和大腸桿菌等雜質(zhì)。超濾膜技術(shù)已經(jīng)用于海水淡化、中水回用、反滲透系統(tǒng)的預(yù)處理、冷凝水處理和超純水制備中，該技術(shù)與常規(guī)預(yù)處理相比，具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，投入少，產(chǎn)量高，無需連續(xù)加藥，穩(wěn)定性高，需勞動(dòng)力少，占地面積小，自動(dòng)化程度高，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

超濾系統(tǒng)的主要處理單元為超濾裝置。超濾膜分離技術(shù)具有占地面積小、出水水質(zhì)好、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。本系統(tǒng)采用超濾膜作為本分離系統(tǒng)的核心處理部件,超濾膜采用材質(zhì)為改性PVC的中空纖維，其表面活化層致密，支撐層為雙排指狀結(jié)構(gòu)，故拉伸強(qiáng)度高、跨膜壓差小、抗污染、使用壽命長(zhǎng)，且能長(zhǎng)期保證產(chǎn)水水質(zhì)，對(duì)膠體、懸浮顆粒、色度、濁度、細(xì)菌、大分子有機(jī)物具有良好的分離能力。

主要技術(shù)參數(shù)∶

采用錯(cuò)流過濾、頻繁反洗的全自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行方式。

微生物細(xì)菌去除率∶99.99%

懸浮物去除率∶100%

產(chǎn)水水質(zhì)∶濁度≤0.3NTU，SDI≤3

微生物、細(xì)菌、大腸桿菌、病原體（祛除率）＞99.99%

BOD≤5 mg/L

COD≤30 mg/L

操作溫度∶5～45 ℃

設(shè)計(jì)壓力∶≤0.2 MPa

中空纖維表面活化層孔隙率高，故纖維單位面積產(chǎn)水量大；

中空纖維強(qiáng)度高,采用自動(dòng)頻繁反向沖洗工藝，使組件可在錯(cuò)流過濾狀態(tài)下工作，化學(xué)清洗同期大大延長(zhǎng)。

5）曝氣系統(tǒng)功能介紹

集中式設(shè)備內(nèi)部的曝氣系統(tǒng)主要是用來給生態(tài)基接觸氧化區(qū)和曝氣生物濾池提供微生物生長(zhǎng)繁殖所需的氧氣的。曝氣系統(tǒng)由羅茨鼓風(fēng)機(jī)和微孔曝氣盤組成。系統(tǒng)具有空氣利用率高，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低的特點(diǎn)。

6）紫外線消毒系統(tǒng)功能介紹

系統(tǒng)內(nèi)部集成了紫外線消毒系統(tǒng)，用來為處理后的水做進(jìn)一步的消毒處理，紫外線消毒系統(tǒng)采用進(jìn)口紫外線頂管及配件，可通過設(shè)備內(nèi)的自動(dòng)投藥系統(tǒng)對(duì)處理后的水進(jìn)行消毒。

注∶為了保證處理后的水有一定的余氯，在設(shè)備出水處會(huì)根據(jù)實(shí)際水量利用自動(dòng)加藥系統(tǒng)投加一定量的氯的制劑。

表6 系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用表

7 運(yùn)行成本分析

污水處理站的運(yùn)行成本包括電費(fèi)及人工費(fèi)，其詳細(xì)的費(fèi)用如表7所示。

即中水處理的噸水成本為0.732 6元。

8 設(shè)計(jì)工藝的特點(diǎn)

1）采用高效安全的處理工藝及設(shè)備，整個(gè)工藝流程簡(jiǎn)潔，占地面積盡可能小。處理間環(huán)境衛(wèi)生條件好，處理過程無異味產(chǎn)生。

2）水處理設(shè)備在運(yùn)行上有較大靈活性和可調(diào)性，以適應(yīng)水質(zhì)水量的變化。

3）水處理設(shè)施應(yīng)方便安裝及運(yùn)營(yíng)管理。

4）整體設(shè)計(jì)考慮操作管理及設(shè)備維修便利等因素，并注意設(shè)備減振，降噪等方面的問題。

5）電器控制元件安裝可靠,設(shè)備自動(dòng)化程度高，并設(shè)有報(bào)警裝置及漏電、短路保護(hù)裝置。

6）處理間采用地下式，對(duì)周邊環(huán)境影響小，方便操作。設(shè)施安全、可靠，經(jīng)濟(jì)。

9 結(jié)語

近年來中水作為一種既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用的水資源開發(fā)方式，把中水作為重要水資源加以收集利用，可以節(jié)省生活用水，減少水費(fèi)和排污費(fèi)，改善所在區(qū)域生態(tài)環(huán)境。它既是解決城市水資源危機(jī)的重要途徑,也是協(xié)調(diào)城市水資源與水環(huán)境的根本出路。中水的處理回用，既能減小對(duì)地下水的開采，又能給我們帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GB/T18920－2002,城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)[S].

[2]GB50014-2006,室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB50015-2003（2009）,建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JB/T2932-1999,水處理設(shè)備技術(shù)條件[S].

[5]GB/T18921-2002,城市污水再生利用 景觀環(huán)境用水水質(zhì)[S].