论文总字数：29848字

摘 要

关键词：城镇污水再生，A²/O，反渗透

DESIGN OF SMALL SCALE SEWAGE PLANT

WITH RECLAIMED WATER TECHNOLOGY

IN TAIHU REGION

032117 XIAO KE

Supervised by WU LEI

Abstract：According to the Twelfth Five-year Plan and Water Pollution Prevention Plan, the use of reclaimed water from municipal sewage water tends to be popular in the future. However, limited number of this kind of sewage disposal plants which utilize reclaimed water as drinking water exist in China.

As a hypothesis wich is refered from NEWater process of Singapore, this paper aims at designing a small scale sewage plant equipped with reclaimed water technology among the traditional process in Tai Lake region. Designed inflow water quality is supposed on the basic of the characteristics of town sewage in Tai Lake region. The plant mainly involves A2O process and RO technology. Since the effluent quality from RO resembles the pure water, mixture with the effluent of tap-water is necessary to increase the hardness.

KEY WORDS: reclaimed water, A²/O, RO

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 污水回用的历史和现状

1.3 目前的污水回用技术

1.3.1 以物理化学处理为核心的工艺

1.3.2 以生物处理技术为核心的工艺

1.3.3 以膜分离技术为核心的工艺

1.3.4 以膜生物法技术为核心的工艺

1.4 我国目前在污水回用领域的问题

1.4.1 在宣传认识上存在的问题

1.4.2 在技术开发上存在的问题

1.4.3 在规划管理上存在的问题

1.4.4 在价格体系上存在的问题

1.5 我国污水回用领域的发展

第二章 工艺选择

2.1原始设计数据

2.2设计回用水水质

2.3 工艺选择

第三章 污水处理厂方案设计

3.1总图布置

3.2 工艺设计

3.2.1 粗格栅

3.2.1.1 设计参数

3.2.1.2 设计计算

3.2.2 细格栅

3.2.2.1 设计参数

3.2.2.2 设计计算

3.2.3 旋流沉砂池

3.2.3.1 旋流沉砂池选型

3.2.4 A²/O工艺

3.2.4.1设计进水水质

3.2.4.2设计参数

3.2.4.3 厌氧池

3.2.4.4 缺氧池

3.2.4.5 好氧池

3.2.4.6 需氧量计算

3.2.4.7 剩余污泥量计算

3.2.5 二沉池

3.2.5.1 设计要求

3.2.5.2 设计计算

3.2.6 机械絮凝池

3.2.7 斜板沉淀池

3.2.7.1 设计注意事项

3.2.7.2 设计计算

3.2.8 反渗透系统

3.2.8.1 预处理的目的

3.2.8.2 预处理工艺选用

3.2.8.3 反渗透系统配置特点

3.2.8.4 反渗透工艺设计

3.2.8.5 设备选择

3.2.9 加氯消毒池

3.2.9.1 设计计算

3.2.10 污水提升泵房

3.2.10.1 设计要求

3.2.10.2 设计参数

3.2.10.3 设计计算

3.2.10.4 水泵选型

3.2.11 污泥系统计算

3.2.11.1 污泥泵房

3.2.11.2 污泥均质池

3.2.11.3 污泥脱水间

3.2.12 管道设计

3.2.12.1 污水管道设计

3.2.12.2 污泥管道设计

3.2.12.3 通风管道设计

3.2.13 高程布置

3.2.13.1 高程布置的一般规定

3.2.13.2 设计计算

3.2.13.3 高程设计

第四章 工程投资概算

4.1 主要构筑物清单

4.2 主要设备投资概算

第五章 结论

致谢

参考文献

第一章 绪论

1.1 引言

我国的污水再生利用将成为城镇污水处理的新方向。在国家“十二五”《城镇污水处理及再生利用设施建设规划》中已明确要求到2015年，我国再生水利用率要提高五个百分点，规划期结束时再生水利用率须提高到15%以上，而根据2013的不完全统计显示，污水再生利用率仅为12%，可见“十二五”期间再生水的市场潜力；由国家财政部、水利部、农业部、国土资源部以及国家林业局于2013年12月2日颁布的《国家生态文明先行示范区建设方案（试行）》也明确提出了关于示范区的回用水率的要求；2015年4月16日出台的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）将在污水处理、工业废水、全面控制污染物排放等多方面进行强力监管并启动严格问责制，总投资将达到2万亿元，这无疑将推动污水治理的发展。

此外，根据第八届环境技术产业论坛资料显示，我国城市污水处理率已达到87%，县城污水处理率接近80%，但是建制镇的污水处理率不到30%。建制镇的未处理污水量大于城市与县城的总和。因此，对于小城镇污水处理设施的建设与发展是提高我国污水处理率的最有效突破点。

太湖流域作为我国三大淡水湖泊之一，是我国重要的饮用水源地之一，但近年来随着经济的快速发展，太湖的污染日益严重，已经威胁到我国太湖周边城镇的饮用水安全。太湖流域经济发达，城镇化速度快，中小城镇居多，为满足“十二五”规划与“水十条”的要求，太湖流域地区小城镇的污水处理与再生回用设施的建设刻不容缓。

1.2 污水回用的历史和现状

城市污水的再生回用工艺的研发和实施已经历经五十多年，根据回用水的使用途径，大概可以分为以下几个方面: （1）城市杂用（2）农业灌溉（3）部分工业企业（4）地下回灌和（5）生活饮用等。

美国是世界上最早开展污水回用的国家之一。在20世纪60年代初已经开始大规模建设污水处理厂，随后开始进行污水回用。到1980年美国已有357个城市实现污水回用，再生回用点536个。污水主要回用于包括灌溉、景观、工艺、冷却水、锅炉补水、回灌地下和娱乐养鱼等多种用途，回用总量达94×10⁸m³/a，其中用于灌溉达58×10⁸ m³/a，占回用总量的60%；回用于工业达28×108 m³/a，占回用总量的30%，其它方面的回用水量不足10%。^[1]

日本污水回用技术开发也较早。在20世纪70年代已初具规模，1990年日本已建成1369座水工程项目，东京江东区污水回用量达到13×10⁵ m³/d，城北区达到24×10⁵ m³/d，它们中的80%回用于工业用水。截止1997 年，日本共有1475套供建筑物、建筑物群、居民小区的冲厕或其他非生活饮用的杂用水净化设施，回用水量为0.71×10⁸m³/a。^[2]在日本大阪名为“21世纪杰出计划”中，有规划提到：2013年前，回用水率要到到30%，到2030年，回用率要达到100%。^[17]

前苏联的莫斯科在20世纪80年代有36个工厂利用处理后的城镇污水，回用水量大约为55×10⁵m³/d。^[3]

新加坡是严重的缺水国家，1963年的干旱曾引发新加坡长达十余月的供水困难，令当地居民忍受每天长达12小时的供水限制，令缺水之殇刻骨铭心。因此，在20世纪70年代时新加坡开始了污水再生利用的尝试，但因受限于技术经济条件而以失败告终。20世纪末，膜技术的发展为新加坡的污水再生利用带来了新的契机。新加坡以膜技术为核心，成功将反渗透技术应用于海水淡化和污水再生领域。并成功打造了属于自己的核心品牌——NEWater工艺，并使之走向世界。现在的新加坡已成为全球范围内极具影响力和号召力的水务枢纽，新加坡水奖已经成为代表水界最高荣誉的奖项之一，新加坡水周也成为世界上最具影响力的水业盛典。^[4]

与国外相比，我国的污水回用技术起步较晚，但近十年的发展较为迅速。以北京高碑店污水厂和天津卫纪庄子污水厂为代表，我国已建立了一系列的污水回用工程。在“十二五”规划中，全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划投资近4300亿元，其中304亿元用于再生水设施建设。预计新增再生水利用规模26760000m³/d，污水回用率提高5%。^[5]截止2013年我国的污水回用率约为12%，虽然有一定提升，但和发达国家相比仍有20%以上的差距。

1.3 目前的污水回用技术

现在的污水回用技术总体可分为两大类，一类是传统工艺的组合应用，另一类是加上膜技术的组合应用。其中，传统工艺有：混凝沉淀、过滤、生物滤池、活性炭吸附、杀菌处理单元的改进和组合；膜技术有：MBR、MF、UF、NF、RO的组合。

根据工艺的处理方法原理，又主要可以分为以下四类：以物理化学处理为核心的工艺、以生物处理技术为核心的工艺、以膜分离技术为核心的工艺以及以膜生物法技术为核心的工艺。

1.3.1 以物理化学处理为核心的工艺

此类工艺以城镇污水二级出水为处理对象，以过滤和吸附作为主要的技术手段。具有技术成熟、处理效果稳定、出水水质好等优点。缺点是工艺流程较长，占地面积较大，基建费用较高，运行管理麻烦等。我国早期部分城市污水处理厂的再生工程采用此类工艺。^[6]典型工艺流程见图1-1，该工艺出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

图1-1 物化处理典型工艺流程

1.3.2 以生物处理技术为核心的工艺

此类工艺以生物处理法为主体，利用微生物自身可对有机物、含氮化合物、含磷化合物等物质进行分解吸收来产生能量、营养物质的特性，培养出某些特定的微生物。利用这种特性处理污水中的污染物质，达到净化水质的目的。主要由生物处理单元（如生物接触氧化、曝气生物滤池等）、消毒等组成。处理后的水能满足农业灌溉、简单工业用水以及城市杂用水的水质要求。该工艺流程的优点是技术成熟、运行稳定、管理方便、流程短、基建费用较第一类工艺低，但处理水质低于第一类工艺。其中以曝气生物滤池为核心的处理工艺流程见图1-2，该工艺适用于COD和BOD较高的水质条件，出水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。

图1-2 曝气生物滤池处理工艺流程图

在国家“水专项”研究课题——城市污水处理厂高品质再生水生产工艺技术研究中，针对北京市城市水环境的水污染特征，初步形成了北方特大型城市高品质再生水集成工艺技术，通过持久运行维护管理机制的建立，最终将为形成良性循环的城市河湖水生态系统提供优质稳定的再生水。工艺流程见图1-3，该工艺适用于TN较高的地区，除TN指标外，其他指标均满足地表水Ⅳ类水标准。^[7]

图1-3 优质稳定再生水工艺流程图

1.3.3 以膜分离技术为核心的工艺

膜分离技术包含微滤、超滤、电渗析、纳滤、反渗透、气体渗透和渗透汽化等，其用于污水处理，具有出水水质好、效率高、占地小、剩余污泥量少、结构紧凑、易于自动控制和运行管理的显著优点。二级出水经反渗透膜技术处理后可回用于高压锅炉或者回注于地下作为间接生活饮用水。

我国对于传统的微滤、超滤、反渗透组合膜分离技术运用较少，主要原因是投资大，国内技术不成熟，引进技术受限制较多。国外较典型的工程有澳大利亚昆士兰Western Corridor水循环项目，规模为18.2万m³/d，工艺流程图见图1-4；^[8]美国加州Orange水厂，规模5.7万m³/d，工艺流程图见图1-5；^[9]新加坡NEWater工艺，见图1-6。^[10]以上各工艺出水基本都能达到饮用水标准。

图1-4 Western Corridor水循环项目流程图

图1-5 美国加州Orange水厂流程图

图1-6 NEWater工艺流程图

1.3.4 以膜生物法技术为核心的工艺

通常提到的膜生物反应器实际上是三类反应器的总称： ①曝气膜生物反应器(Aeration Membrane Bioreactor, AMBR) ;②萃取膜生物反应器(Extractive Membrane Bioreactor, EMBR) ;③固液分离型膜生物反应器(Solid/Liquid Separation Membrane Bioreactor, SLSMBR,简称MBR)。其中固液分离型膜生物反应器是在水处理领域中研究得最为广泛深入的一类膜生物反应器， 是一种用膜分离过程取代传统活性污泥法及接触氧化法中二次沉淀池的水处理技术。

MBR污水处理系统由生物降解与膜过滤两部分组成。与常规的活性污泥工艺相比有诸多优势。膜过滤系统有着强大的固液分离能力，即使出现污泥膨胀的情况，也不会影响出水水质；反应器小巧、结构紧凑，因此可灵活地应用于对现有污水处理场的改造和升级；系统剩余污泥产量较少，如果采用内置式更不需要污泥回流；能够实现更好的处理性能，产水质量更高。但是MBR技术同时也存在设施设备费用偏高、膜污染及膜的使用寿命较短等问题。^[11]

1.4 我国目前在污水回用领域的问题

1.4.1 在宣传认识上存在的问题

在宣传认识上，对我国乃至全球水资源紧缺和环境污染严重的严峻形势认识不足，重视不够，在城市节约用水和城市污水回用的可行性、重要性以及在技术成熟、应用效果好的城市污水回用示范工程的经验宣传的力度和广度不够，致使人们对城市污水经深度处理后再回用存在心理上的障碍从而持怀疑的态度，同时目前人们的节水观念淡薄，从而没有从战略高度树立起城市污水回用的超前理念。

1.4.2 在技术开发上存在的问题

在技术开发上，我国目前对城市污水回用技术的研究与应用还没有超越传统的生物与化学处理范畴，城市污水回收、处理及再生利用的方法、技术及设施等方面还不够先进和科学， 因此，城市污水处理率偏低， 也很难使城市污水回用成为稳定的城市水资源。同时， 城市污水回用技术资金和建设资金筹措渠道不畅，影响了城市供水、节水、排水和污水净化等环节的建设。

1.4.3 在规划管理上存在的问题

在规划管理上，长期以来，由于城市水资源管理工作中存在责、权、利不清，管理体制不顺，政策不到位，有关的法规、制度尚不健全，缺少配套的技术方针、技术政策， 缺乏系统、科学的管理办法等弊端，从而造成我国在实施城市污水回用技术研究、应用和发展方面缺乏长远、详细和完善的规划，不能根据城市污水的实际状况统筹、科学地规划城市污水处理厂的设置从而城市污水进行处理并供用户使用。

1.4.4 在价格体系上存在的问题

在价格体系上， 我国自来水水价长期偏低， 自来水长期作为一种福利商品向社会供应， 其水价由政府控制，失去了它应有的价值。由于自来水水价背离了价值规律，市场机制没有形成，失去了经济杠杆的调控作用。过低的自来水水价，助长了人们浪费的潜在意识，使水资源浪费难以杜绝，也使城市污水再生资源缺乏竞争力，不利于水资源的管理和水资源的可持续开发利用。^[15]

1.5 我国污水回用领域的发展

再生水作为城镇第二水源，是提高水资源综合利用率、缓解水资源短缺、减轻水体污染的有效途径之一。世界各国无不重视再生水的利用，再生水已成为城市水源的重要组成部分。再生水与海水淡化和远距离调水相比成本较低，是缓解水资源短缺的有效途径，也是实现水资源可持续利用的重要环节。

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