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:

　　长沙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.

　　因本工程位于长沙市郊区,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

序号	建筑物	人数	无中水冲厕用水定额	日用水量(m3/d)	中水冲厕用水定额	中水用水量(m3/d)	淋浴用水定额	盥洗用水定额	优质杂排水量(m3/d)	中水原水量(m3/d)
1	1号楼	912	200L/人.天	182.4	60L/人.天	65.664	60L/人.天	30L/人.天	82.08	65.664
2	2号楼	912	200L/人.天	182.4	60L/人.天	65.664	60L/人.天	30L/人.天	82.08	65.664
3	3号楼	720	200L/人.天	144	60L/人.天	51.84	60L/人.天	30L/人.天	64.80	51.84
4	4号楼	912	130L/人.天	118.56	50L/人.天	54.72	50L/人.天	25L/人.天	68.40	54.72
5	5号楼	912	130L/人.天	118.56	50L/人.天	54.72	50L/人.天	25L/人.天	68.40	54.72
6	6号楼	912	130L/人.天	118.56	50L/人.天	54.72	50L/人.天	25L/人.天	68.40	54.72
7	总计	5280		983.04		347.328			434.16	347.328

　　水量平衡图如下：

　　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：Q_py=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.

　　 工艺流程框图

　　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=Q_py/t

　　q____设施处理能力（m³/h）

　　Q_py___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= Q_py/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:

　　V_s= Q_py*C

　　V_s_____调节池有效容积, m³

　　Q_py____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%)

　　V_s= Q_py*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= V_s/ 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..

　　Q_f=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:

　　斜管沉淀池布置示意图

　　(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=12.8^1/2=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=Q_d.*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

　　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

　　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.