城市污水回用深度处理设施设计计算（第三版）

本书介绍了城市污水回用的途径、深度处理的工艺和要求，主要以计算例题的形式具体阐述了城市污水回用深度处理各单元工艺设施的设计计算内容、方法和步骤。全书共九章，内容包括城市污水回用深度处理的要求及工艺，脱氮除磷设施，混凝设施，沉淀、澄清、气浮设施，过滤设施，活性炭吸附及软化装置，膜分离装置，消毒，国内外部分已建城市污水深度处理回用工程实例。
本书具有较强的针对性和可操作性，可供给水排水、环境工程等领域的工程技术人员参考，也可供高等学校给水排水、环境工程等相关专业师生参阅。

前言
近年来，随着经济的快速发展和人口的不断增涨，水资源短缺和水环境污染已成了全球面临的重大水安全问题。若与雨水和海水相比，城镇产生的污水量大且稳定，水质可控，就近可取，是可靠的第二水源。其再生利用潜力巨大、经济可行，也是解决缺水和水污染问题的双赢途径。
2021年1月，我国在国家发展改革委联合九部门印发的《关于推进污水资源化利用的指导意见》中，明确了我国污水再生利用的发展目标、重要任务和重点工程，标志着污水再生利用上升为国家行动计划。“十四五”期间和未来15年，我国再生水利用将会得到快速发展。
《城市污水回用深度处理设施设计计算》（第二版）出版至今已有6年多时间，应当进一步更新丰富内容，使其使用参考价值与时俱进。此次再版，其增新删旧的主要内容如下。
① 对第一章的内容进行了更新修改。
② 增加了几种新型深度处理单元技术的计算例题。
③ 更新和补充了附录中的几个重要水质标准。
④ 对不常用设施的计算例题进行了删减。
⑤ 对第九章的实例进行了增减。
⑥ 对书中的设计综合例题进行了全部验算改正。
城镇污水的深度处理工艺一般包括脱氮除磷（活性污泥法、生物膜法），澄清（絮凝、沉淀、气浮、过滤），软化除盐（离子交换、ED、UF、RO），吸附（粒状或粉状活性炭），消毒（氯及其衍生物、紫外线、臭氧和高级氧化）等。本书列出各处理单元设施的设计计算例题共78个。本书可供给水排水工程、环境工程等专业的工程技术人员及高等学校相关专业师生使用参考。
本书由太原理工大学崔玉川主编，张弛副主编，参与编写的人员有陈琳、王树峰、付世沫、王红涛等。在此对本书第二版的第二主编陈宏平表示感谢。
由于编写时间紧张，资料有限，书中难免会有不足及缺憾，敬请读者指教！

编者
2023年8月



第一版前言
我国是一个缺水的国家，人均水资源占有量不足世界人均值的1/4，被联合国粮农组织列为13个缺水国之一。20世纪80年代以来，随着我国经济的迅速发展，以及人民生活水平的提高，一方面使城市需水量大大增加，供需矛盾日益突出；另一方面污废水的排放量与日俱增，既污染了水环境，又浪费了水资源。因此，实施污水回用的城市污水资源化方略，既可解决缺水问题，又可合理利用水资源，既可节约用水，又有利于环境保护，是水资源可持续利用以保证城市建设和经济建设可持续发展的重要举措之一。
本书首先介绍了城市污水回用的途径、深度处理的工艺和要求，之后主要以计算例题的形式具体阐述了城市污水回用深度处理各单元工艺设施(设备、装置和构筑物)的设计计算内容、方法和步骤。内容包括混凝、沉淀(澄清、气浮)、过滤、消毒，以及活性炭吸附、离子交换、膜分离技术(电渗析、反渗透、超滤)、臭氧氧化和脱氮除磷等单元处理设施的设计计算例题共90个。本书可供给水排水、环境工程等专业的工程技术人员和大专院校师生使用或参考。
本书由崔玉川主编，各章的编写分工为：第一章、第二章、第四章、第八章由崔玉川、张东伟编写；第三章、第七章由张东伟编写；第五章、第六章由杨崇豪编写。
由于我国尚未颁布有关详尽的法规性设计文件，加上我们的水平有限，书中难免会有不足和缺憾，恳请读者指正。

编者
2003年1月



第二版前言
《城市污水回用深度处理设施设计计算》的第一版于2003年7月出版，至今已有12年时间了，我们感谢广大读者对本书的喜爱。
随着我国工农业生产的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，对水资源的需求量日益增加。而水资源严重短缺和自然水体污染程度日益加重，缺水已成为制约我国社会经济发展的重要因素之一。为了保证国民经济的可持续发展和改善生态环境，缓解城市发展与水资源短缺之间的矛盾，将城市污水处理厂的出水作为城市第二水源，实现城市污水资源化是解决这一问题的良策。
近些年来，由于城市污水资源化工程越来越多，污水回用处理技术不断开发创新，有关的设计规范及回用标准不断更新，本书第一版原有的内容已经不能很好地满足现在的使用要求。因此，结合城市污水处理技术的发展和应用情况编写本书的第二版，以使其内容与时俱进，为读者提供更好的学习参考书。
本书在保持第一版特点和风格的基础上，扩充、更新了一些工艺技术、设施和计算方法与例题，以及城市污水回用处理的工程案例。具体内容如下。
① 按照城市污水处理厂深度处理的流程特点，更新整合了本书的组成体系和章节顺序，将脱氮除磷设施置于第二章。删去了回用处理不多用的工艺技术和构筑物设施的设计计算例题。
② 按照最新室外排水设计规范（GB 50014—2006）的要求，对常用的脱氮除磷工艺设施进行了重新设计计算。并增加了曝气生物滤池、复合生物反应池、AB法工艺、SBR工艺、MBR工艺的设计计算例题。
③ 澄清处理部分增加了网格絮凝池、高密度沉淀池、机械刮泥沉淀池、涡凹气浮、溶气泵气浮、V形滤池、翻板滤池、转盘滤池的计算例题。
④ 水质软化部分增加了全自动软水器、石灰法软化及纳滤软化的计算例题。
⑤ 消毒部分增加了漂白粉、次氯酸钠和紫外线消毒的计算例题。
⑥ 汇集并更新了有关的水质标准。
⑦ 增设了一章“国内外部分已建城市污水深度处理回用工程实例”。
书中共列出污水深度处理的脱氮除磷(活性污泥法、生物膜法)、澄清(絮凝、沉淀、气浮、过滤)、软化除盐(离子交换、ED、UF、RO)、吸附和消毒(粒状与粉状活性炭吸附，氯及其衍生物、紫外线与臭氧消毒)的各处理单元设施的设计计算例题共77个。
本书由崔玉川、陈宏平主编，曹昉、付世沫、周茜参加了部分章节的编写。另外，吕秀彬、杨雅云、李谦等协助做了不少辅助性工作，天津膜天膜科技股份有限公司的孙超及其他设计、环保单位的同行提供了有关计算及工程应用资料，特致谢意！同时，对本书第一版的参编者张东伟和杨崇豪表示深深感谢。
本书可供从事给水排水工程、环境工程、资源与环境工程等相关专业的设计、研究、管理和设备制造的工程技术人员参考使用，也可供高等学校相关专业师生学习参考。
由于我们的水平有限，书中难免会有缺点和不妥之处，敬请读者批评指正。

编者
2015年6月

第一章城市污水回用深度处理的要求及工艺1
第一节城市污水资源化及回用途径1
一、城市污水资源化的内涵意义2
二、我国城市污水处理后的回用方向3
三、城市污水回用的发展概况5
第二节城市污水处理系统6
一、城市污水处理方法6
二、污水处理程度8
三、污水处理的产物11
第三节污水回用深度处理的要求12
一、回用水水质指标13
二、再生水分级14
三、回用水水质标准16
第四节城市污水回用深度处理工艺17
一、概述17
二、悬浮物的去除18
三、难降解有机物的去除19
四、溶解性无机盐的去除20
五、污水的消毒处理21
六、氮、磷的去除21
七、同步脱氮除磷系统23
八、城市污水回用深度处理的工艺选择与组合23

第二章脱氮除磷设施25
第一节城市污水脱氮除磷技术25
一、城市污水脱氮技术25
二、城市污水除磷技术概述32
三、同步脱氮除磷及其新技术概述36
四、污水生物法的类别及相应的工艺设施38
第二节活性污泥法脱氮除磷38
一、设计概述38
二、计算例题44
【例题2-1】活性污泥法合并硝化曝气池工艺的设计计算44
【例题2-2】氧化沟硝化工艺的设计计算56
【例题2-3】AB法硝化工艺的设计计算62
【例题2-4】经典SBR法硝化工艺的设计计算72
【例题2-5】MBR法硝化工艺的设计计算77
【例题2-6】A2O工艺的设计计算82
【例题2-7】氧化沟工艺脱氮除磷工艺的设计计算85
【例题2-8】SBR工艺脱氮除磷工艺的设计计算87
【例题2-9】MBR法脱氮除磷工艺的设计计算88
第三节生物膜法脱氮除磷91
一、设计概述91
二、计算例题93
【例题2-10】生物接触氧化法硝化工艺的设计计算93
【例题2-11】曝气生物滤池硝化工艺的设计计算97
【例题2-12】复合生物反应器工艺的设计计算100

第三章混凝设施103
第一节混凝剂的配制投加104
一、设计概述104
二、计算例题107
【例题3-1】药剂溶解池和溶液池的设计计算107
【例题3-2】压缩空气搅拌调制药液的设计计算108
【例题3-3】投药水射器的计算111
【例题3-4】药剂仓库的计算113
第二节混合设施114
一、设计概述115
二、计算例题117
【例题3-5】管式混合器的计算117
【例题3-6】桨板式机械混合池的计算118
第三节絮凝设施120
一、设计概述121
二、计算例题127
【例题3-7】廊道式水力旋流网格絮凝池的计算127
【例题3-8】栅条絮凝池的设计计算134
【例题3-9】网格絮凝池的设计计算138
【例题3-10】水平轴式等径叶轮机械絮凝池的设计计算141
【例题3-11】垂直轴式等径叶轮机械絮凝池的设计计算143
【例题3-12】自旋式微涡流絮凝池的计算147

第四章沉淀、澄清、气浮设施156
第一节沉淀池156
一、设计概述157
二、计算例题172
【例题4-1】按面积负荷计算平流式沉淀池172
【例题4-2】机械排泥平流式沉淀池的设计计算173
【例题4-3】辐流式沉淀池的设计计算174
【例题4-4】上向流斜管沉淀池的设计计算176
【例题4-5】高密度沉淀池的设计计算177
【例题4-6】侧向流倒V形斜板沉淀池的设计计算183
【例题4-7】水平管沉淀池的设计计算185
【例题4-8】加砂高速沉淀池的设计计算189
第二节澄清池192
一、设计概述194
二、计算例题199
【例题4-9】机械搅拌澄清池池体部分的设计计算199
【例题4-10】机械搅拌澄清池搅拌设备工艺设计计算205
【例题4-11】钟罩式脉冲澄清池池体的设计计算208
【例题4-12】钟罩式虹吸脉冲发生器的设计计算212
第三节气浮215
一、设计概述219
二、计算例题219
【例题4-13】平流式部分回流压力溶气气浮法的设计计算219
【例题4-14】涡凹气浮法的设计选型222
【例题4-15】溶气泵气浮法的设计选型222

第五章过滤设施224
第一节普通快滤池227
一、设计概述227
二、计算例题234
【例题5-1】普通快滤池池体的设计计算234
【例题5-2】普通快滤池的设计计算234
【例题5-3】固定管式表面冲洗系统的计算238
【例题5-4】旋转管式表面冲洗系统的计算241
第二节虹吸滤池244
一、设计概述245
二、计算例题247
【例题5-5】矩形虹吸滤池的设计计算247
第三节单阀滤池252
一、设计概述253
二、计算例题253
【例题5-6】设池顶水箱的单阀滤池的设计计算253
【例题5-7】在清水池内设冲洗水箱的单阀滤池的设计计算257
第四节V形滤池261
一、设计概述263
二、计算例题264
【例题5-8】V形滤池的设计计算264
第五节翻板滤池273
一、设计概述273
二、计算例题274
【例题5-9】翻板滤池的设计计算274
第六节滤布滤池281
一、设计概述281
二、计算例题282
【例题5-10】滤布滤池的设计计算282

第六章活性炭吸附及软化装置285
第一节活性炭吸附285
一、设计概述286
二、计算例题294
【例题6-1】颗粒活性炭选型试验计算294
【例题6-2】间歇式一级吸附粉末活性炭投入量的计算295
【例题6-3】 粉状活性炭二级逆流静态间歇式吸附投炭量计算296
【例题6-4】 活性炭动态吸附柱工作时间与炭床利用率计算298
【例题6-5】 颗粒活性炭滤池的设计计算300
【例题6-6】 活性炭吸附塔的设计计算303
【例题6-7】 粉末活性炭补充量的计算303
第二节离子交换304
一、设计概述305
二、计算例题311
【例题6-8】 离子交换树脂再生度的计算311
【例题6-9】 强酸阳树脂全交换容量的计算313
【例题6-10】 弱酸阳树脂全交换容量的计算313
【例题6-11】 强碱阴树脂全交换容量的计算314
【例题6-12】 时间型全自动软水器再生时间的计算314
【例题6-13】 流量型全自动软水器的流量设定值计算314
第三节石灰软化315
一、设计概述317
二、计算例题317
【例题6-14】 石灰软化法加药量计算317
【例题6-15】 石灰软化法加药量及镁的残留量计算318

第七章膜分离装置319
第一节膜分离技术概述319
一、膜分离法的类别319
二、膜分离法的特点321
三、膜分离法的设计321
第二节微滤322
一、设计概述322
二、计算例题323
【例题7-1】 转盘滤池用于污水回用深度处理的计算323
第三节超滤324
一、设计概述325
二、计算例题326
【例题7-2】 超滤用于污水回用深度处理的计算326
【例题7-3】 内压式超滤膜死端过滤工艺计算327
【例题7-4】 浸没式超滤膜工艺计算329
【例题7-5】 在线清洗浸没式超滤膜工艺设计计算333
第四节纳滤340
一、设计概述341
二、计算例题341
【例题7-6】 纳滤软化用于污水回用深度处理的计算341
第五节反渗透342
一、设计概述343
二、计算例题344
【例题7-7】 反渗透用于污水回用深度处理的计算344
第六节电渗析348
一、设计概述349
二、计算例题350
【例题7-8】 电渗析用于污水回用深度处理的计算350

第八章消毒356
第一节液氯消毒357
一、设计概述357
二、计算例题360
【例题8-1】 液氯消毒加氯量及设备选择的计算360
第二节次氯酸钠消毒361
一、设计概述362
二、计算例题362
【例题8-2】 次氯酸钠消毒的计算362
第三节二氧化氯消毒363
一、设计概述364
二、计算例题364
【例题8-3】 二氧化氯消毒的计算364
第四节紫外线消毒366
一、设计概述367
二、计算例题368
【例题8-4】 横置光源水面式紫外线消毒设备的计算368
第五节臭氧消毒370
一、设计概述371
二、计算例题372
【例题8-5】 臭氧消毒设备选用计算372
第六节高级氧化373
一、高级氧化技术374
二、芬顿高级氧化工程设计概述375
三、计算例题376
【例题8-6】 高级氧化用于污水深度处理的计算376

第九章国内外部分已建城市污水深度处理回用工程实例379
第一节国外部分城市污水回用工程实例379
第二节国内部分城市污水回用工程实例381

附录391
附录1《城市污水再生利用 分类》(GB/T 18919—2002)391
附录2《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T 18920—2020)392
附录3《城市污水再生利用 景观环境用水水质》(GB/T 18921—2019)392
附录4《城市污水再生利用 工业用水水质》(GB/T 19923—2005)393
附录5《城市污水再生利用 地下水回灌水质》(GB/T 19772—2005)394
附录6《城市污水再生利用 农田灌溉用水水质》(GB 20922—2007)395
附录7《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)396
附录8《水回用导则再生水厂水质管理》(GB/T 41016—2021)398

参考文献400