毕业设计(论文)-天府新区空港开发区中水回用工程设计.docx

西南交通大学本科毕业设计西 南 交 通 大 学本科毕业设计天府新区空港开发区中水回用工程设计ENGINEERING DESIGN FOR REUSING OF RECLAIMED WATER IN KONGGANG DEVELOPMENT ZONE OF TIANFU NEW AREA 年 级: 2011级 学 号: 姓 名: 专 业: 环境工程 指导老师: 2015年6月 院 系 专 业 年 级 姓 名 题 目 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日第V页西南交通大学本科毕业设计毕业设计（论文）任务书班 级 环境3班 学生姓名 学 号 发题日期：2014 年12 月 26 日 完成日期： 06 月 11 日题 目 天府新区空港开发区中水回用工程设计 1、本论文的目的、意义 天府新区空港开发区主导为新能源产业，其重点发展光伏、风电与核电装备，是天府新区空港高技术产业功能区非常的重要工业园区。自从成立天府新区以来，其用水问题一直困扰并制约着天府新区的发展，天府新区的开发和发展展的水资源及水环境问题日益突出，日后将由什么地方为如此庞大需水量的地法提供用水，在当下已成为了制约天府新区快速发展主要因素之一，我们迫切的需要对其重点进行分析研究，从而寻求相应解决办法。为此针对天府新区空港开发区用水特点及中水回用所需达到的效果，综合调研、试验等方法，提出合理的回用技术方案，达到解决天府新区空港开发区供水瓶颈和排水去向的难题迫在眉睫。同时也为天府新区其它园区中水回用工程提供借鉴。 2、学生应完成的任务 针对该论文选题，学生需要完成的任务主要为以下几个方面：a.查阅分析该领域国内外的相关研究成果，在此基础上拟定本论文工作的工作内容和拟解决的关键问题。b.按照本科生论文工作要求，在查阅的国外文献中完成字符为10000字符的英文翻译。c.实地踏勘调查天府新区川新工业园，在充分了解中水回用工艺技术后，结合工业园特点，设计中水回用工艺。d.按照要求撰写毕业论文，完成论文的答辩工作。 3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分 论文工作准备和工作计划制定 (1周) 第二部分 论文现场踏勘和资料搜集 (2周) 第三部分 国内外文献查阅和外文翻译 (2周)第四部分 中水回用工艺设计 (6周) 第五部分 毕业论文撰写及图纸绘制 (4周)评阅及答辩 论文评阅及准备答辩 (1周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日西南交通大学本科毕业设计摘 要随着社会经济的不断发展，人口数量的逐渐增加，工业化也日益扩大。因用水量的增加，污水量也逐渐增多。水资源紧缺和水污染问题成为了越发的重要，因此中水回用应运而生。其不仅能为自来水的单一供给提供补充作用，还能解决污水排向自然水体造成环境破坏的问题。所以中水回用是当今可持续发展战略中的一项重要任务。中水回用处理出水一般用于景观用水、城市杂用水、工业用水、和农田灌溉用水，随当地具体情况而异。在此次设计中，考虑到天府新区空港开发区的实际，处理后的中水全部回用到工业中，作为冷却水和洗涤水。本次设计处理水源来自天府新区空港开发区新建污水处理厂二级处理出水。水质达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）中一级A级标准，水量为27.2万t/d。中水水回用处理出水需满足城市污水再生利用工业用水水质(GB/T 19923-2005)的规定。按中水回用率80%计算，处理水量为22万t/d。经过分析探讨，本次设计所要处理的主要任务为降低锰含量，综合考虑处理的可靠性、稳定性，以及建设和运行成本等因素，最终选用两级曝气加锰砂过滤作为除锰工艺。其原理如下：一级曝气主要向水中充氧，到锰砂过滤时，在锰砂的催化作用下，将水中的二价锰催化氧化成高价锰化合物。生成的高价锰化合物又能对二价锰的氧化起催化作用。同时其表面具有吸附作用,将锰的化合物吸附在表面，最后在反冲洗中随冲洗水被去除。二级曝气过滤原理同一级曝气过滤，增设二级曝气过滤后，出水水质中锰的含量在0.1mg/L以下，达到要求的标准。同时结合实际情况，选用二氧化氯消毒作为消毒方式。 最后通过经济技术分析，得出本次中水回用工程具有经济可行性，同时具有巨大的环境效益和社会效益。关键词：中水回用；工业用水；两级曝气；锰砂过滤西南交通大学本科毕业设计AbstractWith the development of society and economy, there comes the gradual increasing of population quantity and the gradual expansion of industrialization, peoples demand for water is also growing. The shortage of water resources and the problem of water pollution become more and more important, so the reusing of reclaimed water come into being. Not only can it provide a supplementary role in a single tap water supply, but deal with the problem of sewage discharging to natural water body with environmental pollution. So reclaimed water reuse is an important task in the current sustainable development strategy.After being treated, the reclaimed water is usually used for industrial water, urban miscellaneous water, urban landscape water and irrigation water, which varies from the specific situation. And considering the actual situation of Konggang development zone of Tianfu New area, the reclaimed water after being treated in this design will all be used for induastry, as the cooling water and wash water.The inflow of this design is from the secondary effluent of the new sewage treatment plant in Konggang development zone of Tianfu new area. The water has reached a standard A-level in the first grade standard of Pollutant discharge standard for urban sewage treatment plant (GB18919-2002), and it is 272000m3/d. The reclaimed water being treated needs to meet the standard of Urban recycling of industrial water quality. The amount of treated water is 220000m3/d according to the reusing rate 80%.This main task of this design is decreasing the amount of Mn after the analysis and discussing. Considering the reliability, stability, construction, operation and other processing factors, the two stage aeration manganese sand filtration method is chosen as the manganese removal process. The principle is stated as follows: aeration is mainly filled to water in the first aeration, and translate the manganese dioxide in the water into high manganese compounds by catalytic oxidation with the catalysis of manganese sand when being into the manganese sand filtration period. The generated high manganese compounds can also catalyze the oxidation of the two valence manganese. At the same time, there is adsorption on the surface easily adsorbing the manganese and they are finally removed by water in the anti rinse process. The second stage aeration filtration principle with the first level aeration filtration. The amount of Mn in the effluent quality after the second aeration filtration is below 0.1mg/L, which will reach the related standard. Meanwhile, combining with the specific circumstances, the chlorine dioxide disinfection is chosen as the disinfection method.Finally ,through economic technology analysis, the conclusion come to that this engineering of reusing of reclaimed water has economic feasibility as well as huge environmental benefits and social benefits.key words：reclaimed water reuse; industrial water; two-stage aeration; anganese sand filtration第VII页西南交通大学本科毕业设计目 录第1章 绪论11.1 设计背景11.2 中水及中水回用11.3 设计意义21.3.1 中水回用的必要性21.3.2 天府新区水环境现状及中水回用的必要性21.4 设计目的41.5 中水系统41.6 中水回用水源来源及主要特征41.6.1 小区内建筑杂排水951.6.2 城市（镇）污水处理厂出水51.6.3 相对洁净的工业排水51.6.4 雨水51.7 中水回用工艺61.7.1 主要工艺流程61.7.2 国内外典型中水回用工艺应用实例6第2 章 设计任务和思路102.1 中水处理原则102.2 水质分析及工艺思考102.2.1 天府新区空港开发区概况102.2.2 中水回用系统及进水水质确定112.2.3 中水处理水量122.2.4 中水回用工艺选择原则122.2.5 设计依据122.2.6 中水回用方案确定132.2.7 各工艺比较选择152.3 中水回用工艺确定192.3.1 中水处理核心工艺192.3.2 处理思路及工艺流程19第3章 设计计算书203.1 调节池203.2 提升泵的选择213.3 曝气池设计223.3.1 曝气方式比选223.3.2 曝气池设计计算223.4 砂滤池设计233.4.1 滤池选型233.4.2 滤池的设计计算263.5 洗砂水沉淀池323.6 消毒池323.6.1 消毒剂的投加323.6.2消毒池尺寸设计333.7 清水池343.8 平面布置343.8.1 平面布置原则343.8.2 平面布置353.9 高程布置363.9.1 高程布置原则363.9.2 构筑物高程布置设计36第4章 技术经济分析394.1 工程投资方法394.1.1 编制范围394.2.2 编制依据394.2.3 编制方法404.3 工程投资预算414.3.1 基建使用费414.3.2 设备及安装费用414.3.3 其他费用424.3.4 工程总投资434.4 经济技术分析434.4.1 生产成本核算434.4.2 吨水成本及效益计算454.5 经济效益分析454.5.1 税金454.5.2 投资利润率464.5.3 净现值464.5.4 内部收益率464.5.5 投资回收期474.5.6 经济效益分析结论474.6 环境效益484.7 社会效益48结 论49致 谢51参考文献52第X页西南交通大学本科毕业设计第1章 绪论1.1 设计背景随着社会和经济的迅速发展，人口数量不断增多，工业化以及城市规模的日益扩大，人类和社会对水的需求也急剧增加。由于用水量的增多，生活污水工业废水也随之而增加。在全球环境不断的恶化下，社会发展带来的巨大污染使得河流污染问题十分严峻。水是一种极其宝贵的资源，由于其不可替代性，故而成为社会可持续发展的一个重要支柱。由中国水资源公报和中国统计年鉴可知，近年来，我国水资源总量在2.8万亿m3左右，位居世界第6位，而人均水资源量仅为2000m3/人左右，约为世界人均水量的25%。在全国600多个城市中，常年供水不足的有近400个，其中严重缺水的有100多个城市，日缺水量高达1600万m31。可见中国缺水已经成为不争的事实。除此之外，我国水资源的分布不均也体现在时空上，南北地区各个季节的降雨量差距甚大，不同地域位置也有类似情况，以致严重制约了社会和经济的快速发展以及人们生活水平的提高。加之粗放型的经营管理和使用机制，让宝贵的水资源未得到充分的利用2，人们长期以来缺乏科学的用水观念以及水的对人类的重要性和紧迫性，造成了水资源的严重浪费。因此，节约用水就当前状况显得尤其重要。在我国，有相当一部分的自来水被用来进行道路浇洒、厕所冲洗、市政绿化、锅炉冷却等。将优质水用在此类方面难免让人觉得有些浪费，若能采用中水回用代替自来水完成这些项目，则将使我们的水资源得到合理的利用。1.2 中水及中水回用 “中水”一词是从日本发源而来，其因得名对应于给水和排水的含义，指把人们在生活生产中用过的优质杂排水（不包括粪便和厨房排水），经集流再生处理后能达到相关标准的水。其水质处于生活饮用水水质以及允许排放的污水水质之间，在处理之后能够进行某方面的使用 3。中水回用指城市污水或者生活污水经过污水处理厂的处理后，作为城市给水，回用到工业、回用到生活杂用、城市景观和农业等方面中去。中水回用是污水资源化的直接措施，通过有效利用水资源达到解决城市水资源短缺的目的，并同时协调水资源与水环境的关系，促进水资源的可持续循环利用。1.3 设计意义1.3.1 中水回用的必要性在水资源极具短缺的今天，中水回用是解决节约用水、治理污水两大难题的重要途径，具有重要的意义。首先是水资源问题。我国的需水量随着社会和经济的发展不断提升但供水总量却不会有太多的变化，又因为我国人口基数本来就较大，又在人口不断增长的趋势下，人均用水量将会呈现一个不容乐观的形势。同样工业、农业方面对水的的需求也会不断上升。采用中水替代新鲜水来进行农田灌溉、厕所冲洗、道路冲刷、锅炉冷却，可以减少优质水的浪费，有效的解决水资源短缺问题。其次为水污染问题。社会和经济在发展的同时必然会带来一定的副产物水污染，将中水回用和污水处理结合起来可以有效的为水污染治理分担一定的任务。让污水处理厂的出水不再全部直接进入河流，而是进一步深度处理回用到相应且需要的位置，达到污水利用的目的。当中水回用规模较大时，其处理成本较低，尤其在用水量较大并且对水质要求较低的工业用水方面，中水回用有着巨大的优势和乐观的前景。此时采用中水回用的方式，因其低廉的水价可以节省一笔可观的用水费用，同时也可以节约大量自来水和地下水，以缓解城市用水的压力4。从“七五”到“十二五”，中央政府及有关部委作了大量的工作。在部分城市组织建立示范工程，组织开发各类中水回用工艺技术；制定并实施中水利用设计规范和有关技术标准；制定相关政策推动中水回用的发展。在“2011城市水业战略论坛”上提出我国将建立水资源管理平台，到“十二五”期间，我国的污水回用率很有可能达到10%。诸如此类，皆标志着我国城市污水的再生回用技术已经是基本上成熟，可以进行应用推广了5。1.3.2 天府新区水环境现状及中水回用的必要性天府新区总规划占地面积为1578平方公里，按照成都市气象观测资料2011年年均降水量1003.2毫米，年均蒸发量841.1毫米来计算，天府新区一年总的自然来水量为：15781000000(1003.2-841.1)1000=25579（万m3/年）。而实际上，至规划远期2030年，天府新区实际需水量将达到268661.9万m3/年，自然来水量约为需水量的9.5%，至规划远期，天府新区的用水量将会更大，完全不能满足天府新区用水需求，缺水形势较严峻，将对当地的经济发展和居民生活造成严重的影响，因此，对天府新区实行中水回用很有必要。据相关统计资料，我国人均水资源量在2013年只有2059.7m3，仅为人均水资源量世界人均水平的1/4，当年四川省人均水资源量为3052.9m3。这其中有四川全省水资源分布不均衡的特性，但也从侧面说明我国西南经济发展中心成都市的人均水资源量连全国人均水平的1/4都不到，已是缺水相当严重的情况，而需要容纳591万人口的天府新区，作为成都市未来经济发展的重心，其缺水形势更是不容乐观。中水回用能够从一定程度上缓解人均水资源量不足的问题，具有较大的研究必要性。在水污染方面，成都市河流众多，而属于长江一级支流流域的岷江和沱江是四川地区的主要河流，岷江在成都境内主要有府河和南河两条支流，是成都人民的母亲河，而沙河同属岷江水系，也是哺育成都人民的生命河。但近年来，随着成都经济加速发展，环境污染日渐严重，成都市境内河流水量不断减少，水污染也日趋恶化，成都市政府几经投入治理污水，但效果不佳，目前只有与府河、南河、沙河并列成都四大水系的江安河污染较少。随着污染的增多和水量的减少，成都地区水资源形势日益严峻。目前成都市的国控黄龙溪断面水质一直处于劣类状态，岷江在成都段容量已经十分的小了，并且环境容量在成都至眉山段内几乎没有。天府新区成立后即将需要的大量用水便成为了该区发展的重要制约因素。因此通过对各区污水处理厂所排放的污水展开深度处理，将其中的部分中水回用，不仅能减少污水排放，减少对岷江等成都重要河流的污染，同时还是能节约大量水资源。长期以来成都市委、市政府及有关部门高度重视成都市水环境保护工作，做出了众多政策措施，为成都市水环境保护和改善打下了良好基础，发挥了巨大作用，成效显著。但是随着社会经济的快速发展，特别是天府新区的建设，以及存在的新的区域环境问题凸现，迫切需要对天府新区的供水、排水进行科学研究，加强水环境保护和可持续开发利用。1.4 设计目的针对天府新区空港开发区新建的污水厂处理后达到城市污水排放标准的废水，按就近原则规划其中水回用的用途和用量，通过研究天府新区空港开发区的用水特点、回用用途及回用所需达到的效果，综合调研、试验等方法，提出合理的回用技术方案，建立合理的回用工艺，将现有污水按照一定的回用率回用于天府新区空港开发区使用。实施合理的中水回用技术，则可节约大量的水资源，并减少排放量，对保护成都河流水环境（保证其水资源量及水质）意义重大，而对于天府新区的空港开发区一样如此。削减大量污染物，有效改善水质问题；达到解决天府新区供水瓶颈和排水去向的难题。1.5 中水系统中水系统是多项工程的有机综合，包括水处理工程、排水工程、建筑环境工程和给水工程等的6。按中水供水范围中水系统可以分为三类：小区、城市（镇）和建筑中水系统。小区中水系统是指在一个相对较小的范围内存在的中水系统，其拥有管理集中、处理及运行费用较低的特点，供水水质比较稳定；城市（镇）中水系统指的是原水为城市污水处理厂二级处理的出水，在经过深度处理后来提供城市（镇）中水进行使用。其处理规模相对较大，运行费用相对较低；建筑中水系统是指对单独的一栋建筑物或相邻的几栋建筑物运行的中水系统，实施容易，规模较小，因此投资和处理运行费用相对较高7。1.6 中水回用水源来源及主要特征 中水水源根据需要处理的中水水量以及处理的难以程度加之经济技术比较来确定并优选出最适合的水源。按照建筑中水设计规范，中水水源一般分为四种8：1.6.1 小区内建筑杂排水9（1）优质杂排水这部分水的有机物和悬浮物浓度相对而言较低，且水质好，比较容易处理。（2）杂排水建筑中出粪便污水以外的各种排水，也即优质排水和厨房排水的混合污水。（3）生活污水建筑物中的所以生活排水，如粪便污水、厨房排水和各种优质杂排水，均含较多的有机物、氮磷和细菌。1.6.2 城市（镇）污水处理厂出水城市（镇）污水处理厂的出水可以作为中水回用处理的水源，根据实际情况以及需求选取出水。一般采用的中水回用进水水质，须当达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB189182002）的一级A标，以满足中水回用水源的水质要求。相比小区内的建筑物杂排水，城市污水处理厂的出水更加适合作为中水回用的水源，在污水处理厂后建立中水回用系统，构成城市（镇）中水系统，对处理水量较大的项目非常实用。1.6.3 相对洁净的工业排水矿井废水、工业冷却水等，此类便是一些大型工厂等工业区中相对较洁净的水。其水质水量相对较好，经过一定的处理后就能满足中水回用标准，甚至能满足一般生活用水标准10。1.6.4 雨水雨水为一组比较好的天然淡水资源，将其收集并处理后可用作中水回用水源，该利用符合是一种符合自然水圈循环的较好的方式。对雨水进行深化处理后也可以预留作为补充水。1.7 中水回用工艺中水回用工程采用的中水工艺取决于中水用户（即回用对象）对水质的要求。一般污水处理厂的出水在经过深度处理后将用于市政杂用水、工业冷却水、景观用水、市政杂用水以及农业灌溉用水。国内城市经常使用的污水再生回用技术，包括了传统处理（混凝、沉淀、常规过滤）、生物处理、生物过滤、活性炭吸附、膜分离、消毒、土地处理等。处理的方法可分为以下几类：一是膜处理法，二是生物处理法，三是物理化学处理法。由于相对自来水来说，中水回用的水质要求并不很高，中水处理的工艺相对来说就比较接近。我国城市污水的再生回用处理技术和工艺流程根据净化原理，可分为物理化学处理技术、生物处理技术、和膜处理技术三种类型。1.7.1 主要工艺流程我国城市污水的再生回用处理技术和工艺流程，根据净化原理可分为以下3种类型：（1） 优质杂排水格栅调节池物化处理消毒中水（2） 污水处理厂二级处理出水调节池混凝、沉淀（澄清）过滤消毒中水（3） 综合生活污水格栅调节池生物处理沉淀过滤消毒中水1.7.2 国内外典型中水回用工艺应用实例（1）日本再生水利用工程实例日本从上世纪就开展了中水回用工程至今已有40年余年的历史。在日本，为居民小区、建筑物以及建筑物群的冲厕提供处理的污水净化设施有1475套，其中包括其他非生活饮用的杂用水，回水量为7.11010m3/a，占整个城市总供水量（1.651010m3/a）的0.4%。回用形式分为两类：一为闭路水循环系统，主要用途为冲厕；二为区域水循环系统，此系统同样其主要用途为冲厕11。表1-1列出了日本各地的典型再生水利用工程实例：表1-1 日本再生水利用工程实例工程处理流程江崎市工业回用 二级处理出水加氯杀毒回用东京港区某楼中水回用杂排水格网膜（R.O膜）处理活性炭吸附氯消毒冲厕东京千代田区某楼中水回用杂排水格栅油水分离曝气槽沉淀槽过滤槽氯消毒冲厕东京都江东地区工业回用 二级处理出水混凝沉淀活性炭加氯回用川崎市再生水用于景观水体二级处理出水好氧滤池活性炭吸附景观回用 臭氧氧化景观回用（2）福建某核电厂工程生活污水处理及回用工程12该工程中水回用规模为290m3/d，进水水质为：CODcr：450 mg/L ；BOD5：300 mg/L；SS：200 mg/L；NH3-N：30 mg/L，动植物油：20 mg/L；磷酸盐（以P计）：4 mg/L；pH：6.5-8.0。中水回用主要用于冲厕和施工临建区以及场前区的绿化，回用标准执行城市污水再生利用城市杂用水水质（GB/T18920-2002）中规定的冲厕用水标准，具体设计进出水水质见表1-2表1-2中水回用工程设计进出水水质 (mg/L)项目CODCrBOD5SSNH3-N动植物油磷酸盐进水45030020030204出水1010采用接触氧化法为主体，中水回用（回用到工业上）的具体工艺流程如下图1-1所示：多级接触氧化池缺氧池格栅调节池 进水 二沉池消毒池石英砂过滤器回用水池 出水 图1-1 中水回用处理工艺流程图生活污水首先达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级标准B级，满足排放标准部分再进一步进行中水处理，作为中水回用工程的原水先进入格栅，去除体积较大的悬浮物。然后是用调节池来调节水质水量，接着进入缺氧池进行脱氮除磷，在多级接触氧化吃进行硝化作用并去除有机物，再通过沉淀池沉淀污泥，最后进入消毒池进行消毒，在石英砂过滤器过滤到达回用水池，从此处出水来进行冲厕和绿化。（3）张家口市再生水回用工程13该工程地处于张家口市主城区里的污水处理厂的南面，该工程回用水主要回用于河北大唐国际张家口热电有限公司热电厂，用作冷却循环水，与其同步配套建设。一二期的水量总共达到60000 m3/d，其水质指标如下表1-3表1-3 张家口市主城区污水再生利用出水编号项目单位再生水厂出水水质1化学需氧量（COD）mg/L402生化需氧量（BOD5）mg/L53悬浮物（SS）mg/L104全铁mg/L0.35氯离子Cl