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文檔簡介
1、<p><b> 本科畢業(yè)論文</b></p><p><b> ?。?0 屆)</b></p><p> 半導(dǎo)體廠水資源回收系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 所在學(xué)院 </p><p> 專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及其自動化
2、 </p><p> 學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p> 指導(dǎo)教師 職稱 </p><p> 完成日期 年 月 </p><p><b> 摘 要</b></p>
3、<p> 【摘要】本設(shè)計結(jié)合國內(nèi)外對于水回收系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向,設(shè)計出一套針對于半導(dǎo)體廠雨水以及生活用水的一套回收處理系統(tǒng)。</p><p> 半導(dǎo)體廠水資源回收系統(tǒng)的主要作用是在如今國內(nèi)水資源緊缺的大背景下,針對半導(dǎo)體廠這樣用水較多的工廠企業(yè)設(shè)計出一套水資源回收系統(tǒng),以適應(yīng)資源越來越緊缺的當(dāng)今社會。設(shè)計主要包括通過改造廠房實現(xiàn)雨水收集,以及改造管道將生活用水回收匯總,將這些水資源通過一定的
4、過濾凈化使其達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn),在工廠日常生活中能夠再次使用。其中廢水過濾也是本次設(shè)計中非常重要的一個環(huán)節(jié),其中涉及過濾所要用到的設(shè)備,工藝,材料等。設(shè)計的具體內(nèi)容還包括管道的尺寸,分布,廠方的改造,總的規(guī)劃圖,以及整個設(shè)計中所用到的機械設(shè)備的選用,安裝,圖紙等。所設(shè)計的水資源回收系統(tǒng)主要應(yīng)用于綠地灌溉,場地清洗,廁所用水等方面,實現(xiàn)水資源的節(jié)約。</p><p> 半導(dǎo)體廠水資源的回收系統(tǒng)設(shè)計旨在節(jié)約珍貴的水資源,
5、另外也為工廠每年節(jié)約大量的水費。</p><p> 【關(guān)鍵詞】水資源回收;改造;設(shè)備</p><p> ABSTRACT:The issue for water recycling system based on the domestic research status as well as the concrete situation of the domestic semicond
6、uctor factory , devise a set of water recycling system for rain and daily waste water.</p><p> The function of this issue is designing a water recycling system for the semiconductor factory who usually have
7、 a vast demand for water under the background of the shortage for water in China.The devise includes the roof of factory transforming and pipes transforming for water collecting.Decontaminate the waste water to meet the
8、certain standard,after that,the water will be reused in daily life. The devise of waste water filter is a critical part which involves the devices,processes and material</p><p> Semiconductor factory water
9、recycling system is devised to conserve the precious water, also for conserving a large amount of money for the factory.</p><p> KEYWORDS:water recycling;transforming;equipment.</p><p><b>
10、; 目錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p><b> 目錄III</b></p><p><b> 1緒論1</b></p><p> 1.1研究背景與意義1</p><p> 1.2
11、雨水管理的必要性和趨勢1</p><p> 1.3水資源回收系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p> 1.3.1澳大利亞雨水罐2</p><p> 1.3.2臺灣地區(qū)學(xué)校雨水回收系統(tǒng)2</p><p> 1.4本次關(guān)于半導(dǎo)體廠的雨水回收系統(tǒng)設(shè)計3</p><p><b> 2方案分析
12、5</b></p><p> 2.1設(shè)計思路5</p><p> 2.2面積計算5</p><p> 2.2.1廠房計算5</p><p> 2.2.2工廠面積與劃分6</p><p> 2.3可收集水量計算6</p><p> 2.3.1自然降雨量
13、6</p><p> 2.3.2生活用水量6</p><p> 2.4再生水標(biāo)準(zhǔn)7</p><p> 2.4.1再生水源要求7</p><p> 2.4.2再生水檢測7</p><p> 3雨水收集系統(tǒng)設(shè)計9</p><p> 3.1廠房屋頂布置9</
14、p><p> 3.1.1廠房屋頂出水口布置9</p><p> 3.1.2廠房屋頂改造10</p><p> 3.2排水管道的計算11</p><p> 3.2.1管道平面布置要求11</p><p> 3.2.2管道走向11</p><p> 3.2.3設(shè)計數(shù)據(jù)
15、12</p><p> 3.2.4計算13</p><p> 3.3污水管道安裝15</p><p> 3.3.1污水管道的埋設(shè)深度15</p><p> 3.3.2污水管道的銜接16</p><p> 4污水過濾系統(tǒng)17</p><p> 4.1水凈化流程1
16、7</p><p> 4.2砂濾器18</p><p> 4.2.1濾料的選擇18</p><p> 4.2.2砂濾器工作結(jié)構(gòu)19</p><p> 4.2.3砂濾器工作原理20</p><p> 4.2.4砂濾器尺寸20</p><p><b> 4.
17、3水泵21</b></p><p><b> 5總結(jié)24</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)25</b></p><p> 致謝錯誤!未定義書簽。</p><p> 附錄錯誤!未定義書簽。</p><p><b> 緒論&
18、lt;/b></p><p><b> 研究背景與意義</b></p><p> 我國水資源約28124億立方米,按13億人口計算,人均占有量約為世界平均的1/4[1],美國國際環(huán)境與開發(fā)研究所1986年版的《世界資源》把我國列為世界13個貧水國之一[2]。為保證我國人口,經(jīng)濟(jì),社會,環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,除必須的進(jìn)行節(jié)水,污染控制,進(jìn)行污水處理之外還必須研究各省市
19、地區(qū)用水節(jié)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀,研究調(diào)整用水結(jié)構(gòu),優(yōu)化用水結(jié)構(gòu)的方法,尋求符合各地方實際情況的節(jié)水方針。另一方面[3],半導(dǎo)體制造業(yè)已經(jīng)成為了我國支柱產(chǎn)業(yè)之一,也是用水量非常大的一個制造業(yè),其用水主要包括生產(chǎn)用水以及生活用水[4],若能合理安排計劃,可以使這個行業(yè)節(jié)約大量用水,如能成功運行,可以讓各個行業(yè)都得益與其中[5]。對于水資源回收,相對缺水的澳洲地區(qū)在這方便發(fā)展較早,尤其是分布在澳洲村鎮(zhèn)的大大小小雨水貯存罐使得澳洲這個缺水地區(qū)每年通過使用處
20、理過的雨水得到大量收益。</p><p> 雨水管理的必要性和趨勢</p><p> 城市化前,雨水落到天然的土地時,大多數(shù)的雨水直接滲入地面,然后慢慢地滲透到地下水或溪流及江河中,其中一部分滲入地面的雨水會通過植物蒸發(fā)掉,僅有大20%的雨水直接從地面流入河道中[6]。著城市住宅、商業(yè)及工業(yè)的發(fā)展,城市建設(shè)的增多,人工鋪裝地面增多,導(dǎo)致了大量的地面被不透水地面如屋面、停車場及公路等所覆
21、蓋。當(dāng)雨水降落到這些下墊面時,大多數(shù)的雨水迅速流入排水溝,然后排入附近的溪流及江河中,下墊面徑流量增加到80%[7]??沙掷m(xù)城市排水系統(tǒng)是西歐國家為可持續(xù)的城市發(fā)展探索出的一種方法,通過設(shè)計的手法,對城市排水系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮,同時引入可持續(xù)發(fā)展的概念和措施。傳統(tǒng)的地表水(雨水)處理和排放一般分別考慮水的流量、水的質(zhì)量和環(huán)境的舒適(娛樂性)。將這三個因素綜合考慮解決地表水(雨水)的排水問題就稱之為可持續(xù)城市排水系統(tǒng)(Sustainable U
22、rban Drainage System,簡稱SUDS)[8]。該系統(tǒng)比傳統(tǒng)的排水處理系統(tǒng)更具有可持續(xù)性,因為該系統(tǒng)的目標(biāo)以環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)性為前提。采取這種方法能夠適當(dāng)擴展當(dāng)前某些地區(qū)即將飽和的排水系統(tǒng),使它們繼續(xù)發(fā)揮作用,允許新的開發(fā)建設(shè),特別是城市建成</p><p> 水資源回收系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p><b> 澳大利亞雨水罐</b></p&g
23、t;<p> 雨水罐是澳大利亞這道獨特風(fēng)景線中的全部組成部分,然而向這個世界展示真正澳大利亞的是在悉尼運會的開幕式上,期間展示了數(shù)百個鍍鋅的鐵水罐。這些水罐在澳大利亞鄉(xiāng)村多年來起到了重要作用,澳洲處于缺水地區(qū),暴雨較多,海水回收成本較高,自然而然的,雨水收集成了一種節(jié)約用水的有效方式,可用于農(nóng)作物灌溉,花園灌溉,消防,道路清洗等方面。 </p><p> 但是,也有一些關(guān)于儲水罐容量的一些爭論
24、,很多人認(rèn)為即使在酸雨區(qū),水罐也可以成為飲用水的重要來源。2001年澳大利亞統(tǒng)計局調(diào)查發(fā)現(xiàn),百分之八十三的家庭認(rèn)為他們的水罐儲存量足夠他們的使用。大眾認(rèn)為雨水能夠安全飲用。在大多數(shù)澳大利亞地區(qū),較低的飲用雨水發(fā)病率非常清晰地證明了屋頂水罐和集水系統(tǒng)可以有效地獲得幾乎沒有味道和氣味的水資源[10]。</p><p> 臺灣地區(qū)學(xué)校雨水回收系統(tǒng)</p><p> 另一方面較有代表性的是臺灣
25、地區(qū)的臺北縣平溪國小的水資源回收系統(tǒng),它們通過在教室頂部安裝集水裝置,收集雨水,然后通過有效的分布使用雨水運用于學(xué)校的花園灌溉,道路清洗等方面,使得學(xué)校的水費大大減少[11],并為整個社會節(jié)約用水起到了表率作用,這是一種非常有代表性的設(shè)計。這個雨水回收利用系統(tǒng)包括:集水區(qū)域、導(dǎo)管系統(tǒng)、初級雨水處理系統(tǒng)、儲水設(shè)備四個部分。雨水自斜屋頂?shù)燃畢^(qū)域流下由天溝截流,順流而下的樹葉及附著于上的蟲卵等雜質(zhì)盡量不要進(jìn)入儲水池中,第一道防線可于天溝上放
26、置沖洞板或煤渣(質(zhì)輕又有孔隙可透水)等攔截樹葉垃圾,第二道防線可于排水管上加設(shè)處理水質(zhì)的過濾器(目前市面上已有大小型的過濾器,若回收水只用于一般雜用水(沖廁、澆灌植栽等),建議只用物理性之過濾器,比較好維護(hù)也比較安全),經(jīng)過這兩道防線后大部分的雜質(zhì)已被攔截,水體較清潔可有效延長整套雨水回收系統(tǒng)的壽命(延長設(shè)備的生命周期)及用水安全。</p><p> 為了這兩道防線的長期效果,必須于入水口及過濾器設(shè)置清除攔截下
27、來的雜質(zhì)的維護(hù)工作點,或于天溝附近開設(shè)人孔,或于排水管開設(shè)清潔口,并定期清除雜質(zhì)(為達(dá)教育效果,最好設(shè)計成可由學(xué)生進(jìn)行清潔工作)。雨水進(jìn)入儲水池,水由高處落下,必會將水池中的水沖動翻攪,原沉在水底的雜質(zhì)又被翻攪得整池的水都渾濁了,所以可加設(shè)減低位能的柔水設(shè)計,保持水體的清潔;而水中的雜質(zhì)大部分沉于水底,少部分較輕的雜質(zhì)則浮于水面,所以可以將第二次過濾器掛在浮球上,使之常保持在水面下十公分處,永遠(yuǎn)都抽到水體中最干凈的水,延長抽水機的壽命。
28、若要利用重力將儲存的雨水送到各處去使用,可以將較小的儲水池設(shè)立在各樓層,再平行分送出去使用;或者利用抽水機將設(shè)立在地下大型的儲水池(可用筏基代替)的水,抽到屋頂?shù)挠晁畠Σ?,再利用重力分送出去使用。通常,我們都會想到利用雨水來沖廁,此時,就必須考慮到雨水用完時的補充水源,免得因為久沒下雨廁所無水可沖[12]。</p><p> 圖1-1 臺北縣平溪國小的水資源回收系統(tǒng)[12]</p><p&g
29、t; 本次關(guān)于半導(dǎo)體廠的雨水回收系統(tǒng)設(shè)計</p><p> 本次設(shè)計主要針對水資源的收集方式的設(shè)計,廠房的管道排布以及水資源過濾清洗裝置的設(shè)計。首先,水資源的方式受到很多地區(qū)的廠房屋頂雨水收集裝置啟發(fā),對廠房加以改造,利用廠房面積大的特點使得雨水得到有效回收而不是流入地里浪費,其中雨水的過濾處理最為重要,通過處理使其達(dá)到實用的要求[13]。其次,廠房的管道排布設(shè)計也很重要,是管道得到合理排布,達(dá)到用料省,布局
30、合理的預(yù)期效果,使得水資源物盡其用,有效地分布至各個位置,設(shè)計方面主要根據(jù)水量預(yù)計大小設(shè)計出適意的管道長度,直徑,壓力。最后,過濾清洗裝置的設(shè)計主要根據(jù)預(yù)期得道的用水質(zhì)量包括水色,沉淀物比例等來確定設(shè)備的選用,以及過濾方式與濾料。</p><p> 為達(dá)到預(yù)期效果,本文參閱了大量給水排水書籍以及水凈化的相關(guān)書籍,得出了初步方案,論文首先進(jìn)行的是對一半導(dǎo)體廠廠房長寬高,占地面積等方面的計算,對于該廠所在地平均降水
31、量的查詢計算,以及對廠內(nèi)生活用水等各方面可收集到的水資源的預(yù)期收集量計算,還有處理后的水資源使用方向,計算回收水需要達(dá)到的清潔程度等等[14]。</p><p> 總的來說,設(shè)計的目的是以較低的成本設(shè)計出有效穩(wěn)定的系統(tǒng),使得水資源得到有效的循環(huán)利用,獲得一定的效益。</p><p><b> 方案分析</b></p><p><b&g
32、t; 設(shè)計思路</b></p><p> 首先計算出半導(dǎo)體廠房尺寸,主要包括屋頂表面積,整體占地面積。畫出工廠布局草圖,進(jìn)行前期規(guī)劃。然后查詢資料,測算出當(dāng)?shù)亟涤炅浚鶕?jù)廠房屋頂面積算出可收集到的雨水量,在根據(jù)工廠人數(shù)等因素估算出生活用水使用量。另一方面計算出回收水使用方面需要的清潔指數(shù),綜合以上因素以及成本要求選擇管道材料,長度,排布方式。</p><p><b&g
33、t; 面積計算</b></p><p><b> 廠房計算</b></p><p> 經(jīng)過實地考察,以寧波一家半導(dǎo)體廠為研究對象,計算出廠房的基本尺寸,一直廠房最大高度h1=20m,側(cè)面高度h2=16.5m,長l=105m,寬d=70m。</p><p> 經(jīng)過計算,廠房屋頂?shù)谋砻娣e為s=7392平方米。</p>
34、<p> 但是由于屋頂有傾斜角度,所以有效接受降雨的面積會稍小于實際面積,根據(jù)大概估算</p><p> 其中有效的可接受降雨面積為s2=7350平方米。</p><p> 此數(shù)據(jù)將在后面用于降雨的收集量計算,如果降雨流通順暢,沒有溢出或者滲漏,單位面積的降雨量和面積相乘可得到年降雨量的收集量[15]。</p><p><b> 圖2
35、-1 廠房結(jié)構(gòu)</b></p><p><b> 工廠面積與劃分</b></p><p> 由廠房介紹,工廠的總占地面積約為32畝,按一畝667平方米計算,總面積約為S=21344平方米。其中廠房占地面積S1=7350平方米,生活區(qū)占地面積S2=611平方米,</p><p> 綠地面積約為S3=1092平方米,除此以外還有辦
36、公室,倉庫等地區(qū)不計入計算。</p><p><b> 可收集水量計算</b></p><p><b> 自然降雨量</b></p><p> 寧波地處東南沿海,屬國內(nèi)降水將多地區(qū),每年梅雨季節(jié)和夏季七月份為降雨將多的時段,近幾年臺風(fēng)頻繁,加大了當(dāng)年降水量,根據(jù)寧波氣象網(wǎng)資料可知,寧波市去年年降水量為1400mm,其
37、中包括雨水,臺風(fēng),降雪,霜凍等一系列自然降水,此類水資源特點在于污染程度地,含雜質(zhì)較少,回收成本低。</p><p> 廠房降水收集量v1=7350*1.4=10290立方米=10290t</p><p><b> 生活用水量</b></p><p> 表2-1部分生活用水定額[16]</p><p> 工廠總共
38、工人在200人左右,主要用水為淋浴用水,每人次100-200L,除此以外還有廠房用水,按工業(yè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),每人10-15L.主要包括地面沖洗用水,廠房清洗用水等,平均用水量按155L/日計算,每年工廠用水量為</p><p> V2=155*200*365=11315000L</p><p> 其中可回收用水量按40/100計算,其中包括洗手池用水,洗浴用水等清潔程度較高的水資源。<
39、/p><p> V3=11315000*0.4=4526000L=4526t</p><p> 則總可回收的水量為10290+4526=14816t</p><p><b> 再生水標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p><b> 再生水源要求</b></p><p> 再生水水
40、源應(yīng)取自建筑的生活排水和其他可以利用的水源,包括:1)生活污水或市政排水;2)城市污水處理廠出水;3)處理達(dá)標(biāo)的工業(yè)排水。水質(zhì)應(yīng)符合《污水排入下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》、《生物處理構(gòu)筑物進(jìn)水中有害物質(zhì)允許濃度》和《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求。再生水源應(yīng)以生活污水為主,盡量減少工業(yè)廢水所占比重[17]。對于使用再生水的工業(yè)用戶,其排水如對再生水源水質(zhì)有較大影響時,不宜再作為再生水水源。放射性和醫(yī)用污水不適合作為再生水。綜上所述,自然降雨和生活用水適合
41、再生回收。</p><p><b> 再生水檢測</b></p><p> 表2-2 再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[17]</p><p> 如圖,是再生水對于生活用水的一些標(biāo)準(zhǔn),包括應(yīng)用于不同方面的各種指標(biāo)要求,單位為mg/L.本次設(shè)計再生水的主要用途為沖廁,道路清洗,綠地灌溉幾方面,由圖標(biāo)可知,道路清洗,消防所需求的水質(zhì)最高,以此為標(biāo)準(zhǔn),是我們對回
42、收到的水資源所需要達(dá)到的水質(zhì)。對于再生水的檢測地點包括用水地的進(jìn)水口與出水口,水的色度、濁度、嗅、PH值、總硬度等參數(shù)都是用于衡量再生水質(zhì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。各個水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測方法是依照《生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》(CJ/T3020-93)、《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)、《水污染物排放總量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 92—2002)確定[17]。</p><p><b> 雨水收集系統(tǒng)設(shè)
43、計</b></p><p><b> 廠房屋頂布置</b></p><p><b> 廠房屋頂出水口布置</b></p><p> 圖3-1 廠房屋頂布局</p><p> 從該工廠所在地可知,該工廠地勢平坦,無明顯分水線,廠方左右前后均對稱,屋頂有一定角度傾斜,根據(jù)該地形條件確
44、定雨水走向,擬采用分散出水口的雨水管道布置形式,按照就近排入原則,雨水出水口分別排布在屋頂左右兩側(cè),便于雨水能以最短的距離靠重力排出雨水。</p><p> 由于廠房較大,于雨水交叉口的匯水點,低洼地段設(shè)置出水口,以便及時排除雨水,避免造成排水不暢形成積水。所以擬計劃設(shè)置8個出水口于兩側(cè)。從經(jīng)濟(jì)方面考慮,管段不宜過長,從養(yǎng)護(hù)方面考慮,設(shè)計管段劃分不宜過短。出水管道的材料才用PVC管,這種材料的管道輕便,成本低廉
45、,容易拆卸維護(hù)。以半開的形式安裝于廠房屋頂,橫向安裝在屋頂邊緣,使雨水從廠房屋頂落下后匯集于管道,再通過管道向下排放。</p><p><b> 圖3-2 排水管</b></p><p><b> 廠房屋頂改造</b></p><p><b> 圖3-3 屋頂改造</b></p>
46、<p> 如圖,為了防止屋頂降雨流速過快,直接從邊緣快速落到地面,或者降雨過多,排水管難以排水等國方面困難,廠房屋頂需要進(jìn)行一定改造。具體方法是在屋頂邊緣開設(shè)方形小孔0.5*1m,數(shù)量盡量多,方向沿著屋頂走向,開設(shè)一排即可,排水槽置于開孔的下方。這樣做的目的是造成降雨的流速減慢,因為雨水遇到開孔后,不會馬上落下,而會言開口四周邊緣流動,當(dāng)積雨到達(dá)一定程度后,雨水才會沿開孔落下,這樣使雨水能在開孔周圍匯集,增大雨水下落的面積,
47、讓雨水能夠更有效的收集。</p><p><b> 排水管道的計算</b></p><p> 雨水管道系統(tǒng)設(shè)計的基本要求是能通暢及時地排走廠區(qū)匯水面積內(nèi)的暴雨徑流量。為此在設(shè)計前, 應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究, 踏勘地形, 了解排水走向, 搜集當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計基礎(chǔ)資料, 作為選擇設(shè)計方案及設(shè)計計算的依據(jù)。</p><p><b> 管道平
48、面布置要求</b></p><p> (1) 充分利用地形, 就近排入水體。雨水管道應(yīng)盡量利用自然地形坡度以最短的距離重力流排入附近的池塘、河流、湖泊等水體中。只有當(dāng)水體位置較遠(yuǎn)且地形比較平坦或地形不利的情況下, 才需要設(shè)置雨水泵站。這時, 應(yīng)可能使通過雨水泵站的流量最小, 以節(jié)省泵站的工程造價和經(jīng)常運轉(zhuǎn)費用[18]。一般情況下, 當(dāng)?shù)匦纹露容^大時, 雨水干管宜布置在低處。當(dāng)?shù)匦纹教箷r, 雨水干管宜
49、布置在排水流域中間, 以便盡可能擴大重力流排除雨水的范圍。當(dāng)管道排入池溏或小河時, 由于出水口的構(gòu)造比較簡單, 造價不高, 且就近排放, 管線較短, 管徑也較小。雨水干管宜采用分散出水口式的管道布置形式, 這在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上都是合理的。</p><p> (2) 結(jié)合建筑物分布、道路雨水口分布、地形起伏、出水口位置以及地下構(gòu)筑物分布等具體情況合理布置雨水干管。雨水管道應(yīng)平行道路敷設(shè), 且宜布置在人行道或草坪地帶下,
50、 而不宜布置在干道下, 以免維修管道時, 破壞路面。雨水管道的豎向布置應(yīng)考慮與其它地下構(gòu)筑物在相交處的相互協(xié)調(diào)。</p><p> (3) 雨水口的布置應(yīng)使雨水不致漫過屋頂, 因此一般在雨水交叉口的匯水點、低洼處應(yīng)設(shè)置雨水口。其間距一般為20~30m 左右。</p><p> (4) 管渠的確定, 雨水管渠采用明渠或暗管應(yīng)結(jié)合具體條件確定。在廠區(qū), 由于建筑密度較高, 交通量較大, 采
51、用明渠雖可降低工程造價,也易清理疏通, 但會給生產(chǎn)和生活帶來許多不便, 同時容易繁殖蚊蠅, 可能污染環(huán)境, 所以一般應(yīng)采用暗管。但在廠內(nèi)偏僻的區(qū)域, 或傍丘陵山區(qū), 為防止山洪水的危害, 可在這一區(qū)域設(shè)置明渠, 以節(jié)省工程費用, 降低造價。設(shè)置的明渠排水坡度和施工質(zhì)量要滿足不積水[18]。</p><p><b> 管道走向</b></p><p> 管道走向如圖
52、所示,從廠房和生活區(qū)出來的管道一律沿墻邊安置,污水管道以綠色標(biāo)記,在廠區(qū)內(nèi)埋入地下,直線走向,通入污水處理區(qū)。經(jīng)過污水處理后,出水管以白線標(biāo)記,從水池出來后經(jīng)過分水管,一根通往綠地,一根通往生活區(qū)。如生活區(qū)繪圖所示,每個房間設(shè)置一水箱,回收水與正常供水都進(jìn)入水箱,通過水箱供水,運用于沖廁,清洗。另一方面,改造污水口,使洗手池,地面排水口匯集于一處,進(jìn)入污水管流出。</p><p> 圖3-4 廁所管道走向<
53、;/p><p><b> 設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p> 為使雨水管道正常工作, 避免發(fā)生淤積、沖刷等現(xiàn)象, 對雨水管道水力計算應(yīng)考慮:</p><p> (1) 設(shè)計充滿度, 因雨水中僅含有泥砂等,不同于污水的性質(zhì), 故管道設(shè)計充滿度按滿流考慮。明渠則應(yīng)≥0.20m 的超高。</p><p> (2) 設(shè)計流速
54、, 為避免雨水所挾帶的泥砂在管道內(nèi)沉淀下來而堵塞管道, 《規(guī)范》規(guī)定: 滿流時管道內(nèi)最小流速應(yīng)≥0.75m/s ; 明渠內(nèi)最小流速應(yīng)≥0.40m/s。為防止管壁受到?jīng)_刷而損壞, 影響排水, 《規(guī)范》規(guī)定: 金屬管最大流速為10m/s ; 非金屬管最大流速為5m/s ; 漿砌塊石或漿砌磚明渠最大設(shè)計流速為3m/s。</p><p> (3) 設(shè)計管徑, 據(jù)《規(guī)范》規(guī)定: 廠區(qū)雨水管最小管徑為200mm ; 道路干
55、線下最小管徑為250mm ; 雨水口連接管最小管徑為200mm。在這里為了避免降雨高峰造成的雨水溢出,我們采用200mm的管徑,材料為PVC,這種材料安裝簡便,成本低廉,維護(hù)方便。</p><p> (4) 設(shè)計坡度, 根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定: 廠區(qū)雨水管最小坡度為3 ‰; 道路干線下最小坡度為34 ‰; 雨水口連接管最小坡度為10 ‰</p><p> (5) 設(shè)計斷面, 雨水管道中常用的
56、斷面型式大多為圓形, 但當(dāng)斷面尺寸較大時, 宜采用矩形、馬蹄形或其他型 。雨水明渠常用梯形斷面, 底寬不小于0.3m , 邊坡因土壤與護(hù)面材料而異, 用磚、石、混凝土鋪砌的邊坡為1∶1[19] 。</p><p><b> 計算</b></p><p> 污水管道系統(tǒng)的設(shè)計主要依賴其流量的計算,即污水管道及其附屬建筑通過的最大流量,一般以最大日最大時流量作為設(shè)計流
57、量,單位為L/s。在流量計算中,又分生活用水,工業(yè)用水以及農(nóng)業(yè)用水幾方面,本文所涉及的為工業(yè)生活用水計算[21]。</p><p> 其中Q為工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水設(shè)計流量L/s</p><p> A1為一般車間最大班職工人數(shù)</p><p> B1為一般車間職工生活污水定額,以25L/人計算</p><p> K1為一般車間生活
58、污水量時變化系數(shù),以3.0計</p><p> A2為熱車間和污染嚴(yán)重車間最大值班人數(shù)</p><p> B2為熱車間和污染嚴(yán)重車間職工生活污水量定額,以35L/人計</p><p> K2為熱車間和污染嚴(yán)重車間生活污水量時變化系數(shù)以2.5計</p><p> C1為一般車間最大班使用淋浴的職工人數(shù)</p><p&
59、gt; D1為一般車間的淋浴污水量定額以40L/人計</p><p> C2為熱車間和污染嚴(yán)重車間最大班使用淋浴的職工人數(shù)。</p><p> D2為熱車間和污染嚴(yán)重車間的淋浴污水定額量,以60L/人計</p><p> T為每天工作班工作時數(shù)</p><p> 以200人一般車間一天工作八小時算 Q=2.95L/s</p&g
60、t;<p> 流量計算完之后計算的是充滿度計算,在設(shè)計流量之下,污水在管道中的水深h與管道直徑D的比值h/D稱為設(shè)計充滿度,他表示污水在管中的充滿程度。如圖</p><p> 圖3-5 管道充滿度</p><p> 當(dāng)h/D=1時稱為滿流,h/D<1稱為不滿流。其最大設(shè)計充滿度規(guī)定如下</p><p> 表3-1 有關(guān)充滿度的規(guī)定<
61、/p><p> 因為才用200mm直徑的污水管,所以最大充滿度為0.60,這樣算的設(shè)定在于,管道使用過程中,時刻流量難以控制,雨水以及外來水可能會滲入管道之中,另外也是防止管道內(nèi)沉積的污泥會分解出有害氣體,造成危險,如此設(shè)計也便于管道內(nèi)養(yǎng)護(hù)管理。</p><p> 流速的設(shè)計也是一個重要因素,與設(shè)計流量,設(shè)計充滿度的水流平均速度稱為設(shè)計流速,設(shè)計流速過小,污水流動性緩慢,其中的懸浮物則易于
62、沉淀于內(nèi);若流速過快,會造成沉淀物對管壁的沖刷,,降低其使用壽命,污水管道在設(shè)計充滿度下最小設(shè)計流速為0.6m/s,含有大量沉淀物的最小流速為0.4m/s。在這里,根據(jù)實際使用情況,污水來源主要是清潔用水以及淋浴用水還有雨水,這種水源所含沉淀物較少,所以采用0.6m/s的最小設(shè)計流速。為了保證管道不被沖刷損壞,還應(yīng)設(shè)置最大流速,因為采用的PVC管,這種非金屬管的相對耐沖擊性較差,所以設(shè)置最大流速為5m/s[20]。</p>
63、<p> 最小設(shè)計坡度的計算,在污水管道設(shè)計中,通常與地面坡度一樣,但為了防止沉淀物堆積,需要一定的最小設(shè)計坡度,管道鋪置時需大于這一角度,以保證水流的暢通。根據(jù)<<室外排水設(shè)計規(guī)范>>中規(guī)定,200mm的管徑最小設(shè)計坡度為0.004。</p><p><b> 污水管道安裝</b></p><p><b> 污水管
64、道的埋設(shè)深度</b></p><p> 管道的造價很大程度由管道埋設(shè)深度影響,這也是污水管道設(shè)計的重要因素。埋設(shè)深度的意義在于覆土厚度:是指管道外壁頂部到地面的距離;埋設(shè)深度:是指管道內(nèi)壁底部到地面的距離。根據(jù)<<排水設(shè)計規(guī)范>>規(guī)定,無保溫措施的生活污水管或水溫與生活污水接近的工業(yè)廢水管道,管底可埋設(shè)在冰凍線以上0.15m。有保溫措施情況下的管道在冰凍線上的距離可以加大。為
65、防止管壁因地面負(fù)荷而破壞,除了提高管材強度外,重要的是保證管道有一定的覆土厚度。綜合各種因素,所采用的埋設(shè)深度為0.5m[21]。</p><p><b> 圖3-6 管道埋設(shè)</b></p><p><b> 污水管道的銜接</b></p><p> 在污水管道系統(tǒng)中,管道銜接非常重要,應(yīng)遵循以下原則:盡可能提高下
66、游管道的高程,以減小管道的深埋,降低造價;避免在上游管段中形成回水而造成淤積[22]。水面平接是最常見的銜接方式,使污水管上游管段終端和下游管道起端在設(shè)計充滿度條件下的水面相平,即上有管段終端于下游管段起端的水面標(biāo)高相同。一般用于上下游管徑相同的污水管連接。由于上游管段終水面變化較大,水面平接時在上游管段內(nèi)的實際水面標(biāo)高可能低于下游管段的實際水平面標(biāo)高,因此,在上游管段容易形成回水而造成沉淀淤積。 </p><p&g
67、t;<b> 污水過濾系統(tǒng)</b></p><p><b> 水凈化流程</b></p><p> 根據(jù)工廠可收集到的水資源分析可知,主要水來源有屋頂降水收集,這類水經(jīng)過屋頂包含一定的雜志沉淀物,清潔程度一般;另一類水來自工廠生活區(qū)的生活用水,這一類水包括洗浴用水,清潔用水,這一類用水包含較多的毛發(fā),清潔程度較差,混濁[23]。</p
68、><p> 根據(jù)以上狀況,我們需要一套合理的水清潔流程讓過濾后的水資源能夠滿足使用,主要用于廁所用水,消防用水,地面清潔以及花園灌溉。如圖</p><p> 圖4-1 污水處理系統(tǒng)</p><p> 整個過濾系統(tǒng)由金屬過濾網(wǎng)開始進(jìn)行初次過濾,通過金屬過濾網(wǎng)能把大顆粒沉淀物以及雜志過濾掉,可以有效的防止管道以及后續(xù)設(shè)備被堵塞,需要定期清洗更換。通過金屬過濾網(wǎng)后污水進(jìn)
69、入污水池,污水在這里匯總,污水池設(shè)有溢流閥,防止污水過多溢出造成不必要的污染。污水池的容積油污水供應(yīng)量而定。污水從污水池中出來后首先經(jīng)過一道毛發(fā)過濾器,該裝置主要用于過濾淋浴時所產(chǎn)生毛發(fā),如果不經(jīng)處理,管道容易被毛發(fā)所堵塞。毛發(fā)過濾器也需要定期清洗更換。污水通過毛發(fā)過濾器后需要通過水泵增加水壓將污水送入砂濾器,再進(jìn)入砂濾器之前還要加入明礬,以增強混凝作用和過濾效果。污水進(jìn)如混合池后充分進(jìn)行反應(yīng),過濾掉大量混濁物,水質(zhì)得到很大改善,混濁程
70、度降低。在進(jìn)入砂濾器進(jìn)行二次過濾,使水質(zhì)得到進(jìn)一步凈化,如果考慮降低成本可省去這一步驟,污水出來以后最后再加入次氯酸鈉進(jìn)行最后的處理,當(dāng)反應(yīng)充分后,在生水基本能滿足生活用水的使用要求。進(jìn)入水箱后再通過水泵增壓供給。</p><p><b> 砂濾器</b></p><p><b> 濾料的選擇</b></p><p>
71、 砂濾器采用石英砂為原料,石英砂是以天然石英礦床為原料,經(jīng)開采,水洗,篩分等加工而成,外形呈多棱形球狀的白色晶體,無雜質(zhì),抗壓耐磨,機械強度高,化學(xué)性能穩(wěn)定,截污能力大,使用周期長,經(jīng)濟(jì)效益極好[24]。</p><p> 圖4-2 石英砂參數(shù)[24]</p><p> 石英砂濾料起到過濾作用,就像水經(jīng)過砂石滲透到地下一樣,將水中的那些懸浮的物阻攔下來,主要針對那些細(xì)微的懸浮物。 石
72、英砂作為過濾料的應(yīng)用:石英砂是與過濾容器結(jié)合,用于截留水中懸浮物膠體等顆粒雜質(zhì),從而起到過濾作用。 如果是用在污水處理中的話,一般用普通石英砂,用三五年都沒問題,只要防止石英砂流失就行,被污染了不要緊,因為污水處理中,污泥可以進(jìn)行好氧或者厭氧呼吸,將污水中的污染物降解。</p><p><b> 砂濾器工作結(jié)構(gòu)</b></p><p> 圖4-3 砂濾器結(jié)構(gòu)<
73、;/p><p> 綜合考慮了污水特點,流程特點,成本等因素,這里我采用自動旋流集污式砂濾器, 這是由反沖洗進(jìn)水閥,出水閥,進(jìn)水閥,反沖洗出水閥,罐體,集污筒,集污管,排污閥,初濾出水閥等組成的砂濾器,砂濾料置于罐體內(nèi),罐體的中部焊接有切向進(jìn)入的進(jìn)水管,罐體的中心有集污管, 集污管的外面有集污筒,罐體上部有反沖洗出水管,反沖洗出水管上裝有反沖洗出水閥,罐體下部有三通管,三通管的兩邊裝有反沖洗進(jìn)水閥和初濾出水閥,罐體下
74、部有出水管。</p><p> 自動旋流集污式砂濾器水處理系統(tǒng)為多種部件構(gòu)成的組合裝置。其由絮凝加藥裝置,過濾系統(tǒng)管路,自動旋流集污式砂濾器本體,風(fēng)機反沖裝置和電控系統(tǒng)等組成[24]。</p><p><b> 砂濾器工作原理</b></p><p> 待過濾水(一般為經(jīng)過混凝處理的水)由進(jìn)水管進(jìn)入,出水閥打開,過濾后的水由出水口排出,進(jìn)
75、水管是沿切向設(shè)置的,罐體內(nèi)水流成旋轉(zhuǎn)狀態(tài),固體懸浮顆粒匯集與中心由集污筒再匯集,經(jīng)集污管由排污閥排出,所以大量的固體懸浮顆粒不經(jīng)砂濾料過濾就得以去除,從而大大地延長了反沖洗的周期,隨著過濾時間的延長,砂濾料逐步被堵塞,進(jìn)出水口的壓力差增大,至設(shè)定值時自動發(fā)出信號,砂濾料開始反沖洗,打開反沖洗進(jìn)水閥,打開反沖洗出水閥,關(guān)閉排污閥,關(guān)閉進(jìn)水閥,關(guān)閉初濾出水閥,反沖洗水由反沖洗出水閥排出,從而完成了濾料的反沖洗。</p><
76、;p> 由于旋流的作用有效的克服了筒體與砂濾料接觸部位過濾精度差的問題,提高了過濾精度。</p><p><b> 砂濾器的主要特點:</b></p><p> 1、過濾周期長:旋流進(jìn)水,大量的固體懸浮顆粒不經(jīng)砂濾料過濾就得以去除,從而大大地延長了反沖洗的周期。</p><p> 2、過濾精度高:由于采用旋流進(jìn)水,大量的小的固體懸
77、浮顆粒聚集在過濾器中心,從集污管排出,有效的克服了筒體與砂濾料接觸部位過濾精度差的問題,提高了過濾精度。</p><p> 3、初濾水量少:大量的小的固體懸浮顆粒從集污管排出,減小了過濾器的負(fù)荷,從而減少了初濾水量,同時提高了過濾器的產(chǎn)水量。</p><p><b> 砂濾器尺寸</b></p><p> 由砂濾器公稱直徑?jīng)Q定其各個部分的
78、具體尺寸,包括進(jìn)水口,出水口,排氣口等部分的尺寸。本次設(shè)計根據(jù)用水量較小的特點選用500mm公稱直徑的砂濾器。則有</p><p> 表4-1 砂濾器尺寸</p><p><b> 水泵</b></p><p> 水泵是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來輸送液體包括水、油、酸堿
79、液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。衡量水泵性能的技術(shù)參數(shù)有流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等;根據(jù)不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量;葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量,有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。</p><p> 本次設(shè)計主要針對常規(guī)污水壓力提升,所以采用離心泵,就是根據(jù)離心力原理設(shè)計的,高速
80、旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片帶動水轉(zhuǎn)動,將水甩出,從而達(dá)到輸送的目的。其組成部分主要包括葉輪(核心部分,高速轉(zhuǎn)動,輸出能量),泵殼(主要起支撐作用),泵軸(借聯(lián)軸器和電動機相連接,把電動機的轉(zhuǎn)矩傳輸?shù)饺~輪處,使機械能傳輸過去),軸承,密封環(huán),平衡裝置等。</p><p><b> 圖4-4 水泵結(jié)構(gòu)</b></p><p> 根據(jù)實際使用情況,本次設(shè)計采用臥式泵,即軸與水平面相
81、平行的水泵??紤]到供水高度低于100米,所以采用低壓泵即可滿足需求。由于供水量相對較小,采用單側(cè)進(jìn)水,又稱單吸離心泵,如圖,葉輪上只有一個進(jìn)水口。除此以外,還需要計算離心泵的安裝高度Hg。根據(jù)20度的水溫作為標(biāo)準(zhǔn),參考安裝高度為頁面以上4.2米[25]。以下為離心泵使用要求:保持驅(qū)動機轉(zhuǎn)向與泵的轉(zhuǎn)向相同;各固定部位沒有松動,潤滑部位加入適當(dāng)規(guī)格的適量潤滑油;需要預(yù)潤滑的部位應(yīng)滿足要求;各指示儀表工作正常,靈活準(zhǔn)確;禁止無水運行,禁止過低
82、流速運行;當(dāng)工作需要預(yù)熱時應(yīng)先預(yù)熱。</p><p> 選用離心泵前,需要對其工作功率進(jìn)行估算:</p><p> P=p*H*Q*g/K/3600</p><p> 其中p為傳送液體的密度kg/m3</p><p><b> H為液體揚程</b></p><p> Q為液體流量m3/h
83、</p><p><b> K為水泵效率</b></p><p> Q=2.95L/s=10.8m3/h</p><p><b> H=30m</b></p><p> P=1000*30*9.8*10.8/0.8/3600=1.102kw</p><p> 考慮到
84、輸水量較小,所以采用功率中等偏小的水泵,暫定為1.5kw的離心泵,以某公司生產(chǎn)的50-32-125型號的水泵為例,確定其尺寸。如表,單位mm</p><p><b> 表4-2 水泵尺寸</b></p><p><b> 總結(jié)</b></p><p> 就目前而言,當(dāng)前雨水管理系統(tǒng)已被世界許多國家特別是發(fā)達(dá)國家所重視
85、,雨水收集系統(tǒng)只是雨水管理體系中的一小部分,除此以外還有:雨水治理系統(tǒng),雨水滲透系統(tǒng),雨水滯留系統(tǒng),雨水回用系統(tǒng)等。但目前國內(nèi)對一方面的研究以及市場開拓程度還很低,歸根結(jié)底在于整套系統(tǒng)前期投資較大,而且不適用于降雨稀缺的地區(qū),而且維護(hù)成本也比較高。但可以肯定的是,當(dāng)系統(tǒng)運行到一定年數(shù)后,所節(jié)約下來的水費將大于前期的成本投入,特別像是半導(dǎo)體廠這樣的耗水較多的企業(yè)。之所以選用半導(dǎo)體作為研究對象,正是因為其工業(yè)以及生活用水都比較大,是一個較好
86、提倡節(jié)約用水的地點。若實際運行能收到較好成效,在各個行業(yè)內(nèi)也具有一定的推廣作用[26]。</p><p> 本次設(shè)計有許多的不足之處,因為本課題設(shè)計了大量與建功土木相關(guān)的專業(yè)知識,雖然參閱了大量書籍,但由于能力有限,在繪圖之處還存有許多不足,以及機械的選用,管道排布等方面缺少實踐經(jīng)驗已經(jīng)試驗機會,以致多方面設(shè)計得不夠詳細(xì)。包括許多現(xiàn)有的現(xiàn)有成果都未能有效參閱借鑒。</p><p> 圖
87、5-1 水回收系統(tǒng)概念圖[8]</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 鄭一.中國水資源報告[J].ShangHai Economy,2010.06 36-38. </p><p> 黃昌碩,耿雷華,王立群,王淑云,卞錦宇.中國水資源及水生態(tài)安全評價[J].人民黃河,第32卷 第三期 2010年3月 14-16.
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