校园污水处理与回用研究

洛阳理工学院毕业设计（论文）

校园污水处理与回用研究

摘 要

洛阳理工学院王城校中水处理站进水主要来源于学生和教职工日常洗漱和衣物洗涤以及浴室盥洗等过程排放的污水。根据污水进水水质和污水处理的排放标准要求，污水处理工艺要求能除碳、脱氮、除磷和去除污水中悬浮污染物，学校选择了膜生物反应器（MBR)处理工艺，该工艺具有占地面积小，投资省，操作控制和维护管理简单，自动化程度高等特点。本设计采用了混凝剂处理工艺来处理污水，主要采用市面购买的的聚合氯化铝（PAC）混凝剂，以及由赤泥做成的混凝剂，分别监测其对污水的处理效果，并与学校MBR处理工艺处理污水的效果进行分析比较。根据分析结果可得知，校方选择的MBR处理工艺处理效果更佳。

关键词:MBR；污水回用；PAC；赤泥；

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Research on the treatment and reuse of swege from campus

ABSTRACT

Swege of Luoyang Institute of Technology School’s Wangcheng water treatment plant influent mainly from students and staff daily washing and clothes washing and bathroom toiletries and other processes of sewage. According to water quality and sewage effluent discharge standards, the sewage treatment process requires energy in addition to carbon, nitrogen, phosphorus and suspended pollutants in sewage removal, the school chose membrane bioreactor (MBR) treatment process, the process has small footprint, low investment, simple operation control and maintenance management, high degree of automation. This design uses a coagulant to handle sewage . Such as the PAC coagulant bought from the market and coagulant made from the red mud. They both will be used to handle the Polluted water , then monitor their effects on sewage treatment. At last to compare with the school MBR sewage treatment process and make the result. According to the analysis results that the school selected MBR treatment process better.

KEY WORDS: MBR，wastewater reuse，PAC，red mud，

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目 录

前 言 ................................................................................................ 1 第1章 校园污水处理站概况 ........................................................... 2

1.1 校园污水处理中心概述 ....................................................... 2

1.1.1 位置概况 ..................................................................... 2 1.1.2 处理水质 ..................................................................... 2 1.1.3 构筑物 ......................................................................... 2 1.2 设计原则、依据 ................................................................... 2

1.2.1 设计原则 ..................................................................... 2 1.2.2 设计依据 ..................................................................... 3 1.3 处理工艺流程及特点 ............................................................. 3

1.3.1 校园中水处理站处理工艺的选择 .............................. 3 1.3.2 污水处理工艺说明 ..................................................... 4 1.4 污水水质及排放要求 ......................................................... 5

1.4.1 校园中水处理站进出水取样 ...................................... 5 1.4.2 污水水质分析 ............................................................. 5 1.浊度的测定 ................................................................ 5 2.CODCr的测定 ............................................................. 6 1.4.3 排放要求 .................................................................... 9 1.5 校园污水回用 ..................................................................... 10

1.5.1 污水回用概况 ........................................................... 10 1.5.2 校园污水回用的意义 ............................................... 10

第2章 利用赤泥制备混凝剂 ......................................................... 11

2.1 赤泥制备混凝剂的意义 ..................................................... 11 2.2 制备原理 ............................................................................. 11 2.3 制备混凝剂 ......................................................................... 12

2.3.1 制备方法 ................................................................... 12 2.3.2 制备步骤 ................................................................... 12

第3章 赤泥制备的混凝剂混凝效果分析 ...................................... 13

III

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3.1 校园中水处理站进出水取样 .............................................. 13

3.1.1 混凝剂投加量的确定 ............................................... 13 3.1.2 测定自制赤泥混凝剂对污水CODCr去除率 ............ 14 3.2 自制赤泥混凝剂的混凝效果分析 ...................................... 15

3.2.1 水质分析比较 ........................................................... 15 3.2.2 自制赤泥混凝剂处理效果分析比较 ........................ 16

第4章 市售的PAC混凝效果分析 ................................................ 17

4.1 PAC混凝实验 ..................................................................... 17

4.1.1 PAC混凝原理 ............................................................ 17 4.1.2 PAC混凝试验 ............................................................ 17 4.2 PAC混凝剂处理效果分析 .................................................. 18

4.2.1 分析原理 ................................................................... 18 4.2.2 水质分析比较 ........................................................... 18 4.2.3 PAC处理效果分析比较 ............................................ 19 4.3 活性炭吸附实验 ................................................................. 20

4.3.1 活性炭吸附机理 ....................................................... 20 4.3.2 活性炭吸附实验 ....................................................... 20 4.3.3 活性炭吸附处理效果分析比较 ................................ 21

第5章 各种处理工艺分析比较 ..................................................... 22

5.1 各处理工艺处理效果对比 ................................................. 22

5.1.1 各处理工艺处理效果汇总 ........................................ 22 5.1.2 各处理工艺处理效果分析 ........................................ 22 5.2 经济效益分析 ..................................................................... 22

5.2.1 校园中水站经济现状 ............................................... 22 5.2.2 校园中水站经济效益分析 ........................................ 23

结 论 .............................................................................................. 24 谢 辞 ................................................................................................ 25 参考文献 .......................................................................................... 26 附 录 .................................................................................................. 外文资料翻译 ................................................... 错误！未定义书签。

IV

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前 言

水是维系人的生存、支持经济建设和维护社会发展的重要自然要素。但是随着现代化、工业化、城市化的推进，世界普遍面临着水资源短缺、水污染严重的挑战。

在中国尤其严重，世界缺水国家排名中，中国就位于前13名，全国大约有50%以上的城市存在着水资源短缺问题。然而，使水资源短缺问题更加棘手的主要还来源于水污染问题的恶化：我国各类水体普遍遭受污染，全国大部分的湖泊存在不同程度的富营养化问题；城市水域的污染问题更为严重，超过80%的城市区水域污染严重；南方城市总缺水量的超过半数是由于水体污染导致的；对我国118个大中城市的地下水调查显示，有115个城市地下水受到污染，其中重度污染约占40%。水体的使用功能由于水污染问题被大大降低，使水资源短缺问题更为严重。

我国水体污染主要来来源于：工业生产中超标排放的工业废水，以及城市化推进过程中城市污水的排放和集中处理工艺的推广和投产使用严重欠缺，大量生活污水未经处理、部分处理过污水水质达不到排放标准但最终都直接进入水体。工业废水近年来经过治理虽有所减少，但城市生活污水有增无减，占水质污染的一半以上。因此生活污水的处理工艺的研究、推广进而投产使用显得尤为棘手[1]。

本设计对洛阳理工学院王城校区中水站进行调查研究，了解到该中水站采用A/O+MBR+UV污水处理工艺，该工艺流程简单，运行控制方便，占地面积较小，出水水质达到国家二级排放标准，是目前应用较多的工艺。本次设计实验目的是：研究洛阳理工学院王城校区中水站进水的处理与回用。通过对校方现用A/O+MBR+UV污水处理工艺的调查研究，以及对实验室采用的混凝剂絮凝沉淀法处理工艺的研究，进行对比分析，以得出结论。

通过本次毕业设计，我们将经受一次较为全面、严格的工程设计训练，熟悉污水处理厂工艺设计过程，了解现代工程设计计算方法，培养分析解决问题的能力，树立高度的工作责任感。

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第1章 校园污水处理站概况

1.1 校园污水处理中心概述

1.1.1 位置概况

本污水处理站位于洛阳理工学院王城校区2号公寓西侧绿化带处。主要处理洛阳理工学院王城校区在校师生日常生活排放的洗漱污水以及学生公共浴池排放的洗浴污水。

1.1.2. 处理水质

本污水站处理规模及进水水质状况如表1-1

表1-1 污水站处理规模及进水水质状况

污水来源及种类 洗漱污水、洗浴污水 设计处理能力 pH 20.0m3/h，连续运行 6~9 SS ≦150 COD ≦450 BOD5 ≦150 NH3-N ≦35 进水水质（mg/L）pH除外

1.1.3 构筑物

主要构筑物包括粗格栅、精细格栅、调节池、缺氧池、好氧池、设备室等。

1.2 设计原则、依据

1.2.1 设计原则

（1）执行国家关于环境保护的政策，符合国家的有关法规、规范和标准。

（2）采用高效节能，易于管理，技术先进，成熟可靠的污水处理工艺。 （3）妥善处置污水处理过程中产生的栅渣、沉砂和污泥，避免对校区环境造成污染。

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（4）采用工艺应符合总体规划环境要求，节约占地面积。

1.2.2 设计依据

（1） 洛阳理工学院王城校区提供的有关资料 （2） 《中华人民共和国环境保护法》 （3） 《中华人民共和国水污染防治法》

（4） 中华人民共和国国家标准《污水综合排放标准》 GB8978-1996 （5） 《给排水设计手册》及有关设计规范

（6） 建筑结构荷载规范 GBJ9－87 （7） 混凝土结构设计规范 GBJIO－89 （8） 建筑地基基础设计规范 GBJ7－89 （9） 建筑结构设计统一标准 GB68－84 （10） 电气设计遵照中华人民共和国国家标准

（11） 工业企业设计卫生标准 TJ36－79 （12） 建筑设计防火规范 GBJ16-87

1.3 处理工艺流程及特点

1.3.1 校园中水处理站处理工艺的选择

1. 洛阳理工学院王城校区中水处理站采用是A/O+MBR+UV消毒污水处理工艺。

2. 校区内生活污水与一般城市生活污水性质类似，主要来源于学生和教职工日常生活排放的洗漱污水和学校公共浴池排放的洗浴污水，含一定量的有机污染物和悬浮颗粒污染物。污水的可生化性强，易于好氧生化处理。根据污水进水水质和污水处理的排放标准要求，污水处理工艺要求能除碳、脱氮、除磷和去除污水中悬浮污染物。另外由于学校排出的污水量随学生作息时间的变化而变化，要求本系统对废水的排放量及有机负荷冲击有很好的缓冲能力，按设计的运行程序运行，不会出现污泥膨胀现象，系统工作稳定性良好。因此，校方选择了A/O+MBR+UV消毒污水处理工艺。

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1.3.2 污水处理工艺说明

污水重力流入格栅井后，分别经过平板粗格栅和机械精细格栅，除去大的悬浮物质和毛发，然后自流进入调节池。为防止废水中的悬浮物、颗粒物沉积池底，同时均化水质，调节池设置鼓风搅拌。

调节池污水经污水提升泵提升进入缺氧池，在缺氧池中机械搅拌装置的搅拌作用下，污水与缺氧池中的微生物充分接触。缺氧池处于缺氧状态，在此状态下，兼性异养菌、部分厌氧菌以污水中的有机物质为碳源，将好氧池回流硝化液中的硝态氮还原为氮气，同时将污水中的大分子复杂有机物降解为小分子有机物，从而降解污水中的氮类污染物质，提高污水的可生化性。

缺氧池出水自流进入到好氧池中。好氧池分4格，前3格设微型曝气器对污水进行曝气充氧和搅拌，最后一格为MBR池中MBR膜组件中的外围部分，MBR膜组件上设穿孔曝气管，一方面对污水进行曝气充氧，一方面防止悬浮物堵塞MBR膜组件。在好氧条件下，通过微生物的新陈代谢作用，污水中的有机物质被氧化降解，同时在适宜的条件下，亚硝化菌和硝化自养菌将污水中的氨氮氧化为硝态氮。为去除生成的硝态氮，好氧池的硝化液通过硝化液回流泵回流到缺氧池中进行反硝化脱氮。

好氧池污水通过MBR膜组件的节流作用实现固液分离。MBR膜的孔径极小，弄够截留住污水中的绝大部分悬浮物和大部分微生物。利用MBR膜抽吸泵产生的压差，MBR池污水透过MBR膜并进入紫外消毒器，通过紫外消毒器中紫外灯产生的紫外光对污水中带出的病原体进行灭活。

紫外消毒器出水压力进入MBR出水池进行观察，MBR出水池出水达标后重力流入清水池回用。

污水处理站粗格栅及精细格栅产生的栅渣定期外运。

污水处理站MBR池产生的剩余活性污泥通过硝化液回流泵定期排放至学校的生活污水管网。

三叶罗茨鼓风机（2用1备）主要用于调节池和MBR池的鼓风搅拌以及好氧池的曝气充氧。

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污水生化处理系统缺氧段反硝化作用产生的碱度不足以弥补好养段消化作用消耗的碱度，因此在地下设备室设置氢氧化钠投加装置。氢氧化钠溶液采用隔膜式计量泵投加，投加量由pH自控仪自动控制。投加系统设回流管，手动控制启停。氢氧化钠溶液由粉状氢氧化钠配制，配制浓度5%~10%。

MBR是一种新型高效的污水处理工艺，传统活性污泥法中的二沉池它由膜组件代替，大大提高了系统分离的能力，使系统出水的水质和容积负荷都得到了大幅度的提高[2]。MBR工艺具有去除水中SS、BOD5、脱氮、除磷功能。经技术经济比较，该处理工艺处具有工艺简单、操作方便、占地面积小、投资省和运行费用低的特点。

1.4 污水水质及排放要求

1.4.1 校园中水处理站进出水取样

经实地调查得知，进水口位于格栅池前段。格栅池位于绿化带的地下，由铁盖封盖掩蔽。采样时，在工作人员的协助下可直接打开格栅池上方盖子，用聚乙烯塑料小桶采集生活污水原水，倒入较大的聚乙烯塑料桶盖好桶盖，借助自行车尽快运往学校实验室进行各项目检测研究。

1.4.2 污水水质分析

1.浊度的测定 (一)测定原理及方法

（1）原理：浊度是表示水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度[3]。水中含有泥土，粉砂，微细有机物，无机物，浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水样呈现浑浊[4]。水的浊度大小不仅和水中存在的颗粒物的含量有关，而且和其粒径大小，形状，颗粒表面对光的散射特性有密切关系。测定浊度的方法有分光光度法，目视法和浊度计法。本实验采用浊度计法[5]。

（2）测定准备：

a.开启仪器右侧下方的电源开关，预热30分钟；

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b.用不落毛软布擦净试样瓶上的水迹和指印，如不易擦净可用清洁剂浸泡，然后再用清水冲洗干净；

c.准备好较零用的零浊度水及校准用的10NTU，100NTU福尔马肼标准溶液；

d.用一清洁的容器采集好具有代表性的样品。 （3）测定步骤：

a.将零浊度水倒入试样瓶内到刻度线，然后旋上瓶盖，并擦净瓶体的水迹、指印，同时应注意启放时不可用手直接拿瓶体，以免留上指印，影响测量精度。

b.当测量范围为0~20NTU时，应按下仪器右前侧的按钮开关，此时最小值为0.01NTU，当测量范围为20~200NTU是，应弹出仪器右前侧按扭开关，此时最小值为0.1NTU。

c.将装好的零浊度水试样瓶置入试样座内，并保证试样瓶的刻度线应对准试样座上的白色定位线，然后盖上遮光盖。 d.稍等读数稳定后调节旋钮，是显示为零

e.采用同样方法装置校准用的10NTU或100NTU标准溶液（根据量程来选择），并放入试样座内，调节校正钮，使显示为标准值。 f.重复c、d、e、步骤，保证零点及校正值正确可靠。 g.放入样品试样瓶，等读书稳定后即可记下水样的浊度值。

(二)测定仪器： WGZ-200浊度计

2. COD的测定

本实验采用重铬酸钾法测定COD[6]

（一）测定原理：

在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作催化剂，经沸腾回流后，以试亚铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。在酸性重铬酸钾条件下，芳烃及吡啶难以被氧化，其氧化率较低。在硫酸银催化作用下，直链脂肪族化合物可有效地被氧化。

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（二）试剂（除非另有说明，实验时所用试剂均为符合国家标准的分析纯试剂，试验用水均为蒸馏水或同等纯度的水。）

（1）硫酸银(Ag2SO4)，化学纯。

（2）重铬酸钾标准溶液[c(1/6K2Cr2O7)＝0.250mol／L]：

称取预先在120℃干燥2h基准或优级纯重铬酸钾12.258g溶于水中，移入1000mL容量瓶，稀释至标线，摇匀。

（3）试亚铁灵指示剂：称取1.485g一水合邻菲罗啉（C12H8N2·H2O,1,10-phenanthroline），0.695g七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)溶于50mL的水中，搅动至溶解，加水稀释至100mL，贮于棕色瓶子内。（4）硫酸银－硫酸试剂：

向500ml浓硫酸(2)中加入5g硫酸银(1).放置1—2天使之溶解，并混匀，使用前小心摇动。

（4）硫酸亚铁铵标准溶液{c[(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O]=0.1mol/L}: 称取39.5g六水合硫酸亚铁铵[(NH4)2Fe(SO4)2· 6H2O]于水中，边搅边缓慢加入20mL浓硫酸，待其溶液冷却后稀释至1000mL。每日临用前，必须用重铬酸钾标准溶液(2)准确标定。

标定方法：准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液置于锥形瓶中，用水稀释至约110mL，加入30mL浓硫酸，混匀，冷却后，加3滴(约0.15mL)试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵滴定溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色，即为终点。记录下硫酸亚铁铵的消耗量(mL)。 硫酸亚铁铵标准滴定溶液浓度的计算：

c[(NH4)2Fe(SO4)2?6H2O]?0.2500?10.00

V 式中：V--滴定时消耗硫酸亚铁铵溶液的毫升数。 （二）仪器

常用实验室仪器和下列仪器。

(1) 回流装置：带有24号标准磨口的250mL锥形瓶的全玻璃回流装置。回流冷凝管长度为300—500mm。若取样量在30mL以上，可采用带500 mL锥形瓶的全玻璃回流装置。

(2) 加热装置：电热板或变阻电炉。

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(3) 50mL酸式滴定管。 （三）步骤

（1）取20.00mL混合均匀的水样（或适量水样稀释至20.00mL）于250mL磨口锥形瓶中，准确加入10.00mL重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石，连接磨口回流冷凝管，从冷凝管上口慢慢加入30mL硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动磨口锥形瓶使溶液混匀，加热回流2h（自开始沸腾时计时） （2）冷却后，用90mL水冲洗冷凝管壁，取下磨口锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL，否则因酸度太大，滴定终点不明显。

（3）溶液再度冷却后，加3滴试亚铁灵指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。

（4）测定水样的同时，以20.00mL重蒸馏水，按同样操作步骤做空白试验。记录滴定空白溶液时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。 （5）CODcr计算：

以mg／L计的水样化学需氧量，计算公式如下：

（O2，mg/L）]?C[CODCr(V0?V1)?c?8?1000

V式中：C ——硫酸亚铁铵标准滴定溶液的浓度，mo1／L；

V0——空白试验所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL； V1——水样测定所消耗的硫酸亚铁铵标准滴定溶液的体积，mL； V －－水样的体积，mL；

注：a.对于COD值小于50mg／L的水样，应采用低浓度的重铬酸钾标准溶液氧化，加热回流以后，采用低浓度的硫酸亚铁铵标准溶液回滴。

b.该方法对未经稀释的水样其测定上限为700mg／L，超过此限时必须经稀释后测定。

c. 对于污染严重的水样。可选取所需体积1／10的试料和1／10的试剂，放入10×150mm硬质玻璃管中，摇匀后，用酒精灯加热至沸数分钟，观察溶液是否变成蓝绿色。如呈蓝绿色，应再适当少取试料，重复以上试验，直至溶液不变蓝绿色为止。从而确定待测水样适当的稀释倍数。

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d. 校核试验：每克邻苯二甲酸氢钾的理论COD为1.176g，所以溶解0.425g邻苯二甲酸氢钾（HOOCC6H4COOK）于重蒸馏水中，转入1000mL容量瓶，用重蒸馏水稀释至标线，使之成为500mg／L的COD标准溶液。用时新配。按测定水样提供的方法分析20.0mL邻苯二甲酸氢钾标准溶液的COD值，用以检验操作技术及试剂纯度。如果校核试验的结果大于该值的96％，即可认为实验步骤基本上是适宜的，否则，必须寻找失败的原因，重复实验，使之达到要求。

e.去干扰试验：无机还原性物质如亚硝酸盐、硫化物及二价铁盐将使结果增加，将其需氧量作为水样COD值的一部分是可以接受的。该实验的主要干扰物为氯化物，可加入硫酸汞部分地除去，经回流后,氯离子可与硫酸汞结合成可溶性的氯汞络合物。当氯离子含量超过1000mg／L时，COD的最低允许值为250mg／L，低于此值结果的准确度就不可靠。

f.测定结果一般保留三位有效数字，对COD值小的水样，当计算出COD值小于10mg／L时，应表示为“COD＜10mg／L”。

g.在特殊情况下，需要测定的水样体积在10.0mL到50.0mL之间，试剂的体积或重量要按表1-2作相应的调整。

表1-2取水样体积和实际用量

取水样体积/mL 0.2500mol/L1/6K2Cr2O7 标准溶液 体积/mL 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 15 30 45 60 75 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0.2500 70 140 210 280 350 H2SO4-Ag2SO4 HgSO4溶液体积/mL 质量/g （NH4）2Fe（SO4）2 标准溶液浓度 （mol·L-1） 滴定前总体积/mL

1.4.3 排放要求

污水处理站处理出水达到中华人民共和国国家标准《污水综合排放标准》GB8978-1996中的一级标准，如表1-3

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表1-3污水综合排放标准一级标准

名称 指标≤60 （mg/L） ≤20 ≤15 ≤0.5 ≤20 6-9 CODCr BOD5 NH3-N T-P SS pH

1.5 校园中水回用

1.5.1 中水回用概况

水资源短缺是当今世界面临的一个严峻问题，污水的处理和回用是我们首先需要面对的一大挑战，要保证水资源的可持续利用，中水回用的研究和技术推广势在必行。目前，国内外对于中水回用有以下几种途径：（1）回用于农田灌溉；（2）作为冷却水和工厂低质用水的补充用水，回用于工业企业；（3）市政居民小区杂用，如城市绿地灌溉，街道、车辆景观冲洗用水，厕所冲洗，消防用水等；（4）排放到缓流水体，补充地上和地下水源等[7]。

洛阳理工学院王城校区部分生活污水进入中水站，经A/O+MBR+UV消毒污水处理工艺处理过后，达到了《污水综合排放标准》GB8978-1996中的一级标准，中水部分作为校园公寓楼内厕所冲厕用水，剩余部分流入校园内人工河湖中作为景观水。

1.5.2 校园中水回用的意义

中水回用在当前水资源短缺的形势下具有重大意义。

在生产生活中并不是所有用水和用水场所都需要优质水，很多用水只需满足一定水质要求便可，例如工业、农业灌溉、环卫、地面冲洗，厕所冲洗，景观水补给等对水质要求都不高，用中水代替清洁水直接有效的减少了校内清洁水的用量，节省了很大一笔开支[8]；同时对于环境的保护和资源的节约都做出了很大的贡献，如果中水回用在世界上普及，那么我们的环境将得到很大程度的改善；而且中水处理带来的经济效益，也对污水处理走向市场起到了推动的作用[9]。

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第2章 利用赤泥制备混凝剂

2.1赤泥制备混凝剂的意义

赤泥是铝工业生产中最重要的废渣，国内生产氧化铝的方法主要是拜尔法、烧结法和联合法。拜尔法每年生产1吨氧化铝产生1～1.5吨赤泥。我国作为第四大氧化铝生产国，每年排放数百万吨赤泥，大量赤泥废渣被堆放在废渣场，占用了大量土地，造成了土地资源的浪费，同时严重污染了环境[10]。如能对这些赤泥加以利用则可变废为宝。但氧化铝生产中不同的生产方法得到的赤泥 ,其化学成分和物相组成均存在差异 ,因此其综合回收与利用的方法也不尽相同。赤泥按生产方法可分为烧结法赤泥、 联合法赤泥和拜尔法赤泥。拜尔法赤泥中主要含有钙水化石榴石、 铝硅酸钠、 赤铁矿、 针铁矿以及锐钛矿和未反应的一水硬铝石[11],而烧结法或者联合法赤泥含有大量的硅酸二钙及碳酸钙,另含一定数量的铁酸盐、 钙钛矿以及少量的 K - Na的铝酸盐等[12]。由于我国铝土矿系一水硬铝石型铝土矿 ,且中低品位铝土矿占 80%以上 ,因此烧结法赤泥和联合法赤泥在我国占 90%

[13]

。赤泥中含有大量的氧化铝、 氧化钠以及其他有价金属 ,尤其是拜

尔法赤泥中含有 25%以上的氧化铝和 10%左右的氧化钠。 如果不对赤泥进行回收处理 ,不仅会污染环境 ,而且还是一种资源的浪费。

2.2 制备原理

赤泥经焙烧后,以γ-Al2O3形态存在的氧化铝具有较高的活性,能与盐酸起反应,控制适宜的反应条件就能形成具有一定碱化度的聚合氯化铝[14]。利用赤泥制备混凝剂主要包括赤泥的焙烧、酸浸和聚合。

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2.2 制备混凝剂方法和步骤

2.2.1 制备方法

通过高温使原始赤泥活化，后加入盐酸酸浸，在所生成的溶液中加入调整盐基度，过滤后所得滤液即为最终产品[15]。

2.2.2 制备步骤[16]

1. 高温灼烧：将原始赤泥放入600℃的马弗炉里灼烧1个小时。 2. 盐酸酸浸：用所焙烧的赤泥在盐酸浓度3mol/L，液固比（10ml/g），的情况下酸浸3h。

3. 得到混凝剂后，用中速过滤取其滤液，后在80℃恒温水浴锅中加热3h即得初级产品。

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第3章 赤泥制备的混凝剂混凝效果分析

3.1 混凝实验

3.1.1 混凝剂投加量的确定 1. 最佳投药量确定 （1）确定原水浊度

用6个1000ml烧杯分别注入600ml原水，置实验搅拌机平台上，分别编号为1—6。

（2）确定形成矾花所用的最小混凝剂量

通过慢速100 r/s搅拌烧杯中600ml水，并每次增加0.1ml混凝剂投加量，反应时间约为1min，直至出现矾花为止，这时的混凝剂量作为形成矾花的最小投加量。

（3）确定实验的混凝剂最佳投加量

根据形成矾花最小混凝剂投加量，取其1，1.5，2 , 2.5，3 , 3.5倍作为1—6号烧杯混凝剂投加量，并把混凝剂准确加入到1—6号烧杯中。如所测数据呈单调变化，无法找出最佳投加量，则根据结果改变投加量做重复实验，直到找出最佳投加量。

（4）启动搅拌器，快速搅拌半分钟，转速为300r/min ；中速搅拌10min，转速为100r/min；慢速搅拌10min，转速为60r/min。

（5）关闭搅拌机，提起搅拌轴，把烧杯放到试验台上，静置沉淀20min后，用50ml注射针筒抽出烧杯中的上清液（约100ml）放入100ml比色管中，立即用浊度仪测定浊度（每个水样测二次）。 2. 实验数据记录

（1）原水浊度：156.3 单位：ntu （2）自制赤泥混凝剂浓度10%

（称取10g自制混凝剂溶于90mL水中，搅拌均匀备用）

（3）自观察可知，当投加7mL自制混凝剂时开始形成矾花，确定最小投加量为7mL/600mL水样。

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（4）确定最佳投加量数据记录如表3-1

表3-1 最佳投加量数据记录

编号 投药倍数 投加量/mL 浊度/ntu 去除率/% 1 1 7 37.3 76.13 2 1.5 10.5 25.3 83.82 3 2 14 16.13 89.68 4 2.5 17.5 6.47 95.86 5 3 21 4.31 97.24 6 3.5 24.5 1.91 98.78

根据编号1-6号的实验数据，可知去除率随赤泥混凝剂投加量的增加而增大，无法找出最佳投加量，故增加7-12号做重复实验，记录如表3-2

表3-2最佳投加量补充实验数据记录

编号 倍数 投加量/mL 浊度/ntu 去除率% 7 4 28 1.78 98.89 8 4.5 31.5 4.72 96.98 9 5 35 5.04 96.77 10 5.5 38.5 3.59 97.70 11 6 42 6.62 95.76 12 6.5 45.5 8.79 94.38

综上可知，自制赤泥混凝剂的最佳投加量为28mL/600mL水样

3.1.2 测定自制赤泥混凝剂对污水CODCr去除率

1. 选取自制赤泥混凝剂混凝实验中最佳投加量条件下的水样的上清液，作为经自制赤泥混凝剂处理后的水样。

抽取该上清液，采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定经自制赤泥混凝剂处理后的水样CODCr，计算去除率。

3.2 自制赤泥混凝剂的混凝效果分析

3.2.1 水质分析比较

1.中水站进水水质

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采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定中水站进水的水质如下表3-4

表3-4 中水站进水水质

项目 进水 浊度 136.3 CODCr 211.7

2.中水站出水水质

采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定中水站出水的水质如下表3-5

表3-5 中水站进水水质

项目 出水 浊度 1.43 CODCr 40.6

3.经自制赤泥混凝剂处理后的水样水质

采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定经自制赤泥混凝剂处理后的水样水质如下表3-6

表3-6经自制赤泥混凝剂处理后的水样水质 项目 经自制赤泥混凝剂处理后水样 浊度 1.78 CODCr 94

4.分析汇总比较如表3-7

表3-7 数据分析汇总

项目 CODCr 浊度 浊度去除率 CODCr去除率 进水 211.7 136.3 —— —— 中水站出水 40.6 1.43 99.0% 80.8% 经自制赤泥混凝剂处理后水样 94 1.78 98.7% 55.6%

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3.2.2 自制赤泥混凝剂处理效果分析比较

1. 由3.1实验数据，可知在自制赤泥混凝剂的最小投加量为7mL/600mL,最佳投加量为28mL/600mL，在自制赤泥混凝剂最佳投加量条件下，对污水的浊度去除率能达到98.7%，对CODCr的去除率能达到55.6%。

2. 经以上水质分析结果，可以很明显得出结论，自制赤泥混凝剂对校园污水的浊度去除率与校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺相比差距不大，但是对于CODCr的处理效果，PAC混凝剂远远比不上校方采用的处理工艺效果好。

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第4章 市面购买的PAC混凝效果分析

4.1 PAC混凝实验

4.1.1 PAC混凝原理

聚合氯化铝简称：聚铝，英文名称PAC；颜色呈黄色或淡黄色、深褐色、深灰色树脂状固体。有较强的架桥吸附性能，在水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程。投加到水中后，PAC通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。

4.1.2 PAC混凝试验

1. 投加量的确定

（1） 用3.1.1节中混凝剂最小投加量的确定方法找出PAC的最小投加量，以及PAC的最佳投加量。 （2） 实验数据的记录

① PAC 浓度10%（10gPAC固体溶于90mL蒸馏水中配制而成） ② 最小投加量0.8mL ③ 测得原水浊度108.9

④ 第一组测定实验记录如表4-1

表4-1最佳投加量实验数据记录

PAC投加量 /mL 浊度 0.2 58.6 0.4 42.9 0.8 28.9 1.2 20.9 1.6 7.35 2.0 5.47

⑤ 由于随着PAC的投加量的增加浊度逐渐减小，无法找到最佳投加量，所以进行了第二组补充实验，记录如表4-2

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表4-2 最佳投加量补充实验数据记录

PAC投加量 /mL 浊度 2.0 5.12 2.4 4.23 2.8 5.18 3.2 5.41 3.6 5.75 4.0 6.82

（3） 实验结论

结合两组实验测定的数据，确定PAC的最佳投加量为2.4mL/600mL。

2. 测定PAC混凝剂对污水CODCr去除率

选取PAC混凝实验中最佳投加量条件下的水样的上清液，作为经PAC处理后的水样。

抽取该上清液，采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定经PAC处理后的水样CODCr，计算去除率。

4.2 PAC混凝剂处理效果分析比较

4.2.1 分析原理

PAC混凝效果分析主要是比较中水站出水水质和进水经过PAC混凝处理后的水样水质，通过实验分别测得其浊度以及CODCr值，进行比较分析，进而得出结论。

4.2.2 水质分析比较

4.中水站进水水质

采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定中水站进水的水质如下表4-4

表4-4 中水站进水水质

项目 进水 浊度 128.6 CODCr 208.9

5.中水站出水水质

采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定中水站出水的水

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质如下表4-5

表4-5中水站出水水质

项目 出水 浊度 1.04 CODCr 33.3

6.经PAC处理后的水样水质

采用第一章1.4.2小节中浊度和CODCr的测定方法，测定经PAC处理后的水样水质如下表4-6

表4-6 经PAC处理后的水样水质 项目 经PAC处理后的水样 浊度 4.23 CODCr 125.8

3.分析汇总比较如表4-7

表4-7分析汇总

项目 CODCr 浊度 浊度去除率 CODCr去除率 进水 208.9 108.6 —— —— 中水站出水 33.3 1.04 99.2% 84.5% 经PAC处理后水样 125.8 4.23 96.1% 39.8%

4.2.3 PAC处理效果分析比较

经以上水质分析结果，可以很明显得出结论，PAC混凝剂对校园污水的浊度去除率与校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺相比差距不大，但是对于CODCr的处理效果，PAC混凝剂远远比不上校方采用的处理工艺效果好。

4.3 活性炭吸附试验

4.3.1活性炭吸附机理

活性炭表面的物理吸附性能主要与活性炭比表面积和孔结构有关。活

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性炭孔壁的总表面积一般高达500-1700 m2/ g , 与其他吸附材料相比, 具有小微孔(半径为<0.02nm)特别发达的特征, 这也是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因[16]。粉末活性炭对降低受污染源水的色度、挥发酚、臭和味等有很好的作用, 对COD也有较好的去除效果[17]。

4.3.2 活性炭吸附实验

1. 实验目的

由4.2.2小节得知PAC混凝剂对污水CODCr的处理效果不佳，为改善处理工艺，增加一道污水处理工艺——活性炭吸附。

2. 实验步骤

（1） 活性炭的最佳用量的确定

a. 取校园中水站进水1000mL，按照PAC最佳投加量向水样中投加10%的PAC混凝剂4mL，按照混凝试验步骤进行处理。

b. 待水样经PAC混凝处理后，各别取处理后的上清液150mL于编号为1，2, 3, 4，5号的磨口锥形瓶中，分别加入0.1g, 0.2g, 0.3g, 0.4g, 0.5g活性炭。

c. 将1-5号瓶置于振荡仪上振荡40min。 d. 静置30min，分别测定水样上清液浊度。 （2） 实验结果如下表4-8 组别 活性炭投加量/mg 浊度/ntu 5.12 1.31 表4-8

（3）测定活性炭对污水CODCr去除率

a. 由以上（2）实验处理结果可知，活性炭最佳用量为0.2g/150mL。 b. 选取（2）实验中活性炭最佳用量条件下的水样的上清液，作为经活性炭吸附处理后的水样，抽取该上清液，采用第一章1.4.2小节中浊度

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1 100 2 200 3 300 4 400 5 500 2.43 3.51 3.63 洛阳理工学院毕业设计（论文）

和CODCr的测定方法，测定经PAC处理后的水样CODCr，计算去除率。

c. 实验数据记录 组别 COD 浊度 浊度去除率 COD去除率

4.3.3 活性炭吸附处理效果分析比较

经以上水质分析结果，可以很明显得出结论，经PAC混凝剂初步处理过的校园污水再经活性炭吸附处理，对浊度去除率与校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺相比差距不大；对CODCr的处理效果，PAC+活性炭吸附处理效果虽距离校方采用的处理工艺效果有一定差距，但是差距不是很大，可以考虑采用此法对校园污水进行处理。

中水站进水 208.9 128.6 —— —— 中水站出水 33.3 1.04 99.2% 84.1% 活性炭吸附处理上清液 39.7 1.31 99.0% 81.0% 21

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第5章 各种处理工艺分析比较

5.1 各处理工艺处理效果对比

5.1.1 各处理工艺处理效果汇总

见表5-1

表5-1各处理工艺处理效果汇总

项目 A/O+MBR+UV消毒处理工艺 自制赤泥混凝剂处理工艺 PAC混凝剂处理工艺 PAC+活性炭吸附处理工艺 浊度去除率 99.1% 98.7% 96.1% 99.0% CODCr的去除率 82.7% 55.6% 36.8% 81.0%

5.1.2 各处理工艺处理效果分析

根据各工艺效果汇总表5-1，可以得知，学校采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺对于浊度和CODCr的去除效果最佳，其次是PAC+活性炭吸附处理工艺，而于实验室自制赤泥混凝剂的处理污水的效果欠佳，建议今后可以尝试使用自制赤泥混凝剂+活性炭吸附处理工艺来处理污水，但由于时间限制，本次毕业设计没有设计该处理工艺的研究。

鉴于以上分析，建议推广使用校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺来处理校园污水。

5.2 经济效益分析

5.2.1 校园中水站经济现状

查阅相关中水站工程资料，可知校方工程总造价为185.76万元，其中土建总造价约80.0万元，设备总造价80.4万元，技术费用为19.25万元。工程运行费用（包括能耗，人员工资，运行成本）为5.4万元／月[17]。

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5.2.2 校园中水站经济效益分析

1. 直接经济效益：

可回用处理后水为1600m3／d ，节约清水费为292000元／a 。 2. 间接经济效益：

校园污水处理工程可为学校提供实验实习基地，每年为在校学生提供污水 处理工艺研究平台，每年可解决约10名在校学生的毕业设计问题，可节约设计费用为4000元／a，实习领队教师出差补助约2000元／a、学生参观见习费用约2000元／a ；若对社会开放，实习见习场所则预计可获得5000元／a的经济效益[18]。

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结 论

经过本次毕业设计分析，校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺对于浊度和CODCr的去除效果最佳。

其次是PAC+活性炭吸附处理工艺，该工艺与校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺的处理效果相差不是很大，但是操作较为复杂，对于活性炭的使用和回用需要更为复杂的工序，运行成本过高。

而实验室自制赤泥混凝剂的处理污水的效果欠佳，建议今后可以尝试使用自制赤泥混凝剂+活性炭吸附处理工艺来处理污水，赤泥成本较低，且对赤泥的回收利用对保护环境和可持续发展具有重大意义，但由于时间限制，本次毕业设计没有设计该处理工艺的研究。

鉴于以上分析，建议推广使用校方采用的A/O+MBR+UV消毒处理工艺来处理校园污水[19]。

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谢 辞

毕业设计到此算是接近了尾声，回顾这次设计过程，经历了很多，也收获了很多。在实验室里驻扎了近两个月的时间，从开始的预实验，到正式实验研究，再到最后的收尾，一路走来，有太多想要感谢的人。

首先，必然要感谢我们的导师姚珺老师，整个设计的过程中，都是多亏老师的帮助和指导，才得以顺利的完成每一部分。姚老师总是不辞辛苦的每天检查我们的实验数据并及时给我们指导反馈，对我们的实验总是一丝不苟，严肃认真，但是老师对我们又格外的亲切宽容，我们在实验中时常遇到一些难以解决的问题，找不到头绪，不知道实验该如何做下去的时候，老师都会很和蔼地帮我们解决疑惑，耐心指导我们多次实验，和我们一起分析失败原因，找出不足，改善实验方案，鼓励我们继续前进走向成功。在写论文期间，姚老师也总是严谨认真的批改我们的稿子，一遍遍不厌其烦的帮我们找出不足并指导我们改进，以保证我们论文的质量。姚老师这样做事认真严谨，一丝不苟的态度将一直都是我们学习的好榜样！

在此，由衷的对老师说一声，谢谢您！

同时，还要感谢我的几位实验搭档，我们一起在实验室做实验那么久，每天检测的水样都要去学校中水站收集，沉重的井盖很难掀开，硕大的塑料桶总是装的满满的，多亏了我的这两个搭档，我们才能顺利的把水样运回实验室；实验过程中，不免有很多需要等待的时间，大家相互关心照顾，轮流值班来替换他人吃饭休息，有他们在，我们大家总能在欢声笑语中度过，实验变得轻松愉快了很多。在一起做实验的这些日子，我们都将作为一段美好的回忆来珍藏。我的朋友们，谢谢你们！

最后，还要感谢我们实验室四楼的同学和老师们，我们有几次实验室里电炉、水浴锅突然坏掉，多亏了他们慷慨的将正常工作的仪器借给我们，我们的实验才得以顺利进行,谢谢!

再次感谢所有给过我们帮助的人，谢谢你们！

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洛阳理工学院毕业设计论文

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