污水处理工艺及用泵情况研究

第 1 页 共 15 页环保污水处理与离心泵市场前景前 言近年来，我国污水处理行业突飞猛进，整体发展处于快速成长期，主要表现在污水处理能力迅速扩张、污水处理率稳步提高、污水处理量快速增长等方面。2011 年城市污水处理日处理能力达 11255 万立方米，比 2010 年末增长 9.7，城市污水处理率达到 82.6，截至 2011 年 12 月底，全国设市城市、县累计建成城镇污水处理厂 3977座。一、我国污水处理行业的发展前景我国水资源不足，水污染状况严重。我国水资源总量为 2.81 亿立方米，在世界上位居第 6 位。但由于人口多，人均水资源占有量仅列世界第 88 位，为世界人均占有量的 1/4。中国水资源还存在时空分布不均的问题，广大北方和沿海地区水资源严重不足。据统计，中国北方缺水区总面积达 58 万平方公里，包括京、津、冀、晋、鲁、豫北和辽中南等。中国不仅是一个水资源极其缺乏的国家，还是一个用水非常浪费的国家，据统计，2005 年各地区万元工业增加值用水指标全国平均为 169 立方米/万元，约为世界平均水平的 4 倍；中国的水污染状况日益严重，随着城市化进程的加快，中国的水资源危机愈发严峻。虽然由于国家和各级政府对环境保护重视程度的不断提高，中国污水处理行业正在快速增长，污水处理总量逐年增加，城镇污水处理率不断提高。但目前中国污水处理行业仍处于发展的初级阶段。一方面，中国目前的污水处理能力尚跟不上用水规模的迅速扩张，管网、污泥处理等配套设施建设严重滞后。另一方面，中国的污水处理率与发达国家相比，还存在着明显的差距，且处理设施的负荷率低。因此中国应完善污水处理的政策法规，建立监管体制，创建合理的污水处理收费体系，扶植国内环保产业发展，推进污水处理行业的产业化和市场化。污水处理行业是一个朝阳产业，发展前景十分广阔。政府也在“十一五”期间投资 3000 亿元以推进城市污水处理和利用。目前，我国污水处理行业正处于高速发展时期。2、污水处理常用的水泵及选型注意事项第 2 页 共 15 页1、污水处理工艺常用的水泵有离心泵、螺杆泵、隔膜计量泵、螺旋泵等。2、在污水处理中，水泵是整个污水处理运行过程中的重中之重。污水处理由于其进水水质特点，对水泵的选型不仅会对污水处理投资造成很大的影响，同时与节约能源和降低成本以及提高经济效益都密不可分，污水处理水泵的优化选型应遵循以下原则：在规定年份内，水泵应满足扬程和流量的技术要求，其运行工作点应控制在高效区范围内；在水泵长期运行的过程中，应使多年平均扬程下的装置保持高效率和低运行费；在校核最高扬程下，水泵能正常高效工作。3、以造纸业为例说明离心泵选型。造纸行业废水主要来自废纸的碎浆、筛选净化及制造等过程中产生的废水。废水中的主要成分是细小性纤维、造纸填料、废纸杂质及造纸助剂等，以及各种有机和无机污染物。废水的特点是 SS、COD 均较高，在 COD 组成中，非溶解性的 COD 较高，约占 60以上，而部分溶解性 COD 又较难生物降解。早期的造纸废水处理技术，只要求去除一般的污染物质，所以大多采用一级物化处理(气浮、沉淀等)。但随着社会发展和科学的进步，对环境的污染治理要求越来越高，特别是人类赖以生存的要素水体受到的污染越来越严重，促使废水需要深度处理才能达到排放要求。离心泵的参数是在预测的水量、水质条件下确定的，而实际投入运行时的水量水质往往与设计有较大的差异，因此，必须根据实际水量水质情况来来确定合适的工艺控制参数，以保证运行的正常进行和使出水水质达标的的同时尽可能降低能耗。需确定的重要工艺参数有进水泵房的控制水位、沉砂池排砂周期、生物池溶解氧 DO、污泥回流比 R、污泥浓度 MLVSS，污泥沉降比 SV%、污泥指数 SVI、污泥龄 SRT、剩余污泥排放周期及日排放量、二沉池泥面高度等，其中影响能耗大小的主要因素是进水水位的高低和污泥浓度MLVSS 的大小，最直接的确定方法就是在保证进水系统不溢流的前提下尽可能控制在高水位运行。第 3 页 共 15 页3、污水处理生产工艺针对废水的水质特点及排放特性，处理工艺可分为预处理、物化处理、生化处理、深度处理及污泥处理五部分，其中深度处理是使用离心泵最多的工艺。工艺流程图如下：生产废水 1#集水池2#集水池好氧池二沉池物化污泥 回流污泥混凝剂污泥浓缩池水解酸化池干泥外运砂滤池斜筛池人工清渣浅层气浮回用水池污泥脱水间生产回用曝气1、 预处理工艺废水经 1#集水池提升至斜筛，在物化前选用静态斜筛工艺对整个水厂运行是至关重要的，格栅用来去除废水中大块悬浮物与漂浮物，保证管道、阀门及泵的通畅无阻。斜筛用来回收大纤维物质，在造纸废水处理中，是去除悬浮物的重要设施，减轻后续处理设施的处理负荷。截留的纤维经收集后可回用生产。2、物化处理工艺废水处理是一个系统工程，高效的反应器设计、合理的流程组合体现了工程的技术先进性和经济合理性。常用的物化预处理方法很多，但实际应用得最广的是沉淀和第 4 页 共 15 页气浮方法。气浮分离的主要特点是分离速度快、污泥含水率低、占地面积小，处理效果稳定，在造纸废水处理中应用比较广泛。针对水量大，悬浮物浓度高，不溶性 COD和 BOD 含量大的污水特点，基本上都是采用浅层气浮工艺作为废水一级物化处理工艺。3、生化处理工艺：好氧处理和厌氧处理废水的生化处理是在适宜的环境条件下，利用微生物吸附降解废水中污染物的一种生物处理方法。根据所利用的细菌对氧的需求不同，可以把生化处理分为好氧处理和厌氧处理两大类。好氧生物处理需要源源不断的供给氧气，处理速度快，污泥负荷相对低，出水水质好。在好氧工艺段采用传统活性污泥法。传统的活性污泥法的污物净化能力强，基础设备简单，操作方便，在投资成本上也具有相当大的优势。好氧池需要的氧气由罗茨鼓风机供给。采用可提升式曝气装置及管状微孔曝气管，改进传统好氧池布气方式，提高了传统工艺的处理效率，降低了能耗。厌氧生物处理不需要供给氧气，污泥负荷相对较高，能处理较难生物降解的物质，但所需时间长，出水一般需要后续处理才能达到排放标准。厌氧工艺段采用水解酸化法，水解酸化能将难降解有机物分解成易降解有机物、将大分子有机物降解成小分子有机物，而微生物对有机物的摄取只有溶解性的小分子物质才可直接进入细胞内，而不溶性大分子物质首先要通过胞外酶的分解才得以进入微生物体内代谢。因此，水解酸化的产物为微生物摄取有机物提供了有利条件，水解酸化可大大提高废水的可生化性，改善后续生化处理的条件。生化处理后的出水进入二沉池进行泥水分离，上清液自流至砂滤池过滤后回用生产。沉淀池污泥部分回流至水解酸化池和好氧池，剩余污泥与物化污泥混合后再输送到污泥压滤脱水系统进一步处理。4、深度处理工艺（第四点重点介绍）经二级生化处理后，出水中残留的悬浮物是以粒径从 1mm 到 10m 的生物絮体和未被凝聚的胶体颗粒，这些颗粒几乎全部都是有机性的。二级处理出水的 BOD 值 50%-80%都来源于这些颗粒，为了提高二级处理水的稳定度，去除这些颗粒是非常必要的。去除二级处理水中的悬浮物，采用的处理技术要根据悬浮物的状态和粒径而定，根据经验，在二级生化出水后选用砂滤工艺可有效去除污水中呈胶体和微小悬浮状态第 5 页 共 15 页的有机和无机污染物，去除污水的色度和浊度，保证出水水质的稳定性。5、污泥处理工艺污泥处理的目的是分解有机物，杀灭致病菌和寄生虫卵，使污泥稳定化，尽量利用污泥中的资源。根据废水处理工程实际情况，一般选择浓缩+脱水工艺处理污泥，经稳定、脱水的污泥外运处置。系统产生的物化污泥及剩余生化污泥首先进入污泥储池，再泵送入污泥浓缩脱水系统，干泥定期外运。四、深度处理工艺（使用离心泵数量比较多的工艺）1、深度处理工艺流程简述：好氧二沉池出水自流进入中间水池（原有集水井），氧化塔供料泵将废水送至Fenton氧化塔，在Fenton氧化塔中废水与投加的Fenton试剂充分混合反应，将难以降解的污染物氧化降解，Fenton氧化塔出水自流进入中和脱气反应池，在中和脱气反应池中投加液碱将偏酸性废水调节至中性水平，同时投加絮凝剂PAM，出水自流入终沉池，在终沉池内经静置沉淀将废水中的铁泥有效去除，终沉池上清液达标排放。终沉池产生的污泥收集至污泥浓缩池，由污泥泵送至带式压滤机进行浓缩脱水，干泥外运处理。第 6 页 共 15 页深度处理系统工艺流程图2、深度处理工艺核心部分Fenton高级氧化技术简介2.1 Fenton 高级氧化技术氧化机理Fenton氧化技术的主要原理是投加的H 2O2氧化剂与 Fe2+催化剂，即所谓的Fenton药剂，两者在适当的pH下会反应产生氢氧自由基(OH)，而氢氧自由基的高氧化能力与废水中的有机物反应, 可分解氧化有机物，进而降低废水中生物难分解的COD。其反应机理示意图见右图，具体氧化机理如下：Fe2+ H2O2 Fe3+ OH- + OHFe3+ H2O2 Fe2+ + HO2 + H+ Fe2+ +OH OH- + Fe3+RH + OH R + H2OR+Fe3+ R+ + Fe2+R+ + O2 ROO+ CO2 + H2O以 上 链 反 应 产 生 的 羟 基 自 由 基 具 有 如 下 重 要 性 质 ：1） 羟 基 自 由 基 （ OH） 是 一 种 很 强 的 氧 化 剂 ， 其 氧 化电 极 电 位 （ E） 为 2.80V， 在 已 知 的 氧 化 剂 中 仅 次 于F2；2） 具 有 较 高 的 电 负 性 或 电 子 亲 和 能 （ 569.3kJ） ， 容 易 进 攻 高 电 子 云 密 度 点 ， 同 时 羟基 自 由 基 （ OH） 的 进 攻 具 有 一 定 的 选 择 性 ； 3） 羟 基 自 由 基 （ OH） 还 具 有 加 成 作 用 ， 当 有 碳 碳 双 键 存 在 时 ， 除 非 被 进 攻 的 分子 具 有 高 度 活 泼 的 碳 氢 键 ， 否 则 将 发 生 加 成 反 应 。Fenton 试剂处理有机物的实质就是羟基自由基与有机物发生反应。1.2.2 Fenton 高级氧化技术工艺特点Fenton 试剂具有强氧化性，能将废水中各种难降解物质有效氧化成小分子有机物；抗冲击负荷（COD 浓度大幅度波动）的能力强； Fenton 药剂不会给环境带来二次污染；设备简单、操作简便，且内部无运转部件，无需维修；出水水质可控等优点，因而广泛应用于制浆造纸厂中段废水深度处理、染织厂废水深度处理、酒精废液深度处理、酵母废水深度处理等工业废水处理。氧化机理示意图第 7 页 共 15 页减少絮凝剂加药量。Fenton 高级氧化处理过程中投加的硫酸亚铁本身就是一种絮凝剂，因此经 Fenton 高级氧化处理出水只需投加少量的助凝剂 PAM 即可，极大的降低了运行成本。设备化程度高，运行简便。Fenton 高级氧化实行设备化，可通过远程及就地控制系统，运行简便。处理效果稳定，出水水质好。采用 Fenton 高级氧化技术能够将废水难生化降解的有机污染有效去除，在造纸废水处理、染织废水处理方面效果良好。3、深度处理系统废水处理效果（以40000m3/d为例）深度处理系统对废水的CODcr和SS的去除效果预测见下表：设计处理水量 CODCr SS项目 处理阶段m3/d m3/h进水mg/L去除率%出水mg/L进水mg/L去除率%出水mg/L混合废水 系统 40000 1667 300 70 90 100 80 20混合废水 最终出水 40000 1667 90 20五、离心泵相关设备统计及技术规格（以40000m3/d为例）1、深度处理工艺（1） 中间水池材质 钢筋混凝土数量 1 座水力停留时间 9min有效容积 200m 3尺寸 774.5m配套装置Fenton 供料泵型号 单级双吸离心泵材质 叶轮、壳体：铸铁，轴：2Cr13；机械密封数量 1 台第 8 页 共 15 页规格 Q=1700m 3/h，H=25m功率 132kw变频调节器 1 台备用泵型号 单级双吸离心泵材质 叶轮、壳体：铸铁；泵轴：2Cr13；机械密封数量 1 台规格 Q=1260m 3/h，H=16m功率 75kw（2） Fenton 氧化塔氧化塔材质 壳体：不锈钢 316L 内件：布水系统:不锈钢 316L；固液分离器：PP，栏杆、旋梯、平台：碳钢防腐。规格 3.813.5m数量 4 套水面超高取 0.5m单台有效容积 147m 3水力停留时间 21min配套设备循环泵型号 单级单吸离心泵材质 壳体：不锈钢 316L，过流元件：不锈钢 316L数量 8 台规格 350400m 3/h，H=10m功率 18.5kw（3） 中和脱气池材质 钢筋混凝土数量 1 座水力停留时间 45min水面超高取 0.5m第 9 页 共 15 页有效容积 1250m 3尺寸 25105.5m空气需量 5m 3/min配套设备鼓风机型号 罗茨风机数量 1 台规格 Q=75m 3/min，H=0.05Mpa散气装置材质 PP数量 200m规格 90、 63（4） 终沉池材质 钢筋混凝土数量 1 座水力停留时间 3.8h表面负荷 1.2m 3/m2.h有效容积 5539m 3有效水深 4.0m水面超高 0.5m尺寸 424.5m配套设备刮泥机 数量 1 套规格 全桥型周边传动，424.5m，有效水深 4.0m材质 接液元件：不锈钢 304；其它：碳钢+防腐；出水 堰板：不锈钢 304功率 0.552kw污泥泵第 10 页 共 15 页型号 单级单吸离心泵材质 壳体：铸铁； 叶轮、泵轴：不锈钢 304数量 2 台，1 用 1 备规格 Q=200