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橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 中文摘要 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 中文摘要 污水回用工艺的选择与污水水量水质特点以及回用用途有着十分密切的联系。污 水回用的用途不同，其水质处理指标和深度处理工艺也不尽相同。本文在参考国内外 废水处理技术及前人研究工作的基础上根据橡胶厂北大沟废水水质、橡胶厂循环冷却 水水质的分析检测结果以及所确定的污水回用水质指标，提出了北大沟污水回用的工 艺流程：均质预处理_ 生物滤池处理- 絮凝过滤处理_ 次氯酸钠杀菌处理_ 回用。在 曝气生物滤池单元c o d c r 的平均去处率达到5 6 9 ，石油类的平均去处率达到4 6 6 ，悬浮物的平均去处率达到8 l ，氨氮浓度基本检不出，生物滤塔反应器对污水 中的浊度、色度具有较强的去除能力；在絮凝过滤单元c o d e r 的平均去处率达到7 4 ，石油类的平均去处率达到3 4 ，悬浮物的平均去处率达到9 5 ，絮凝过滤单元 对对污水中的浊度、色度具有较强的去除能力；本实验采用次氯酸钠( 有效氯为1 0 ) 对絮凝过滤出水进行杀菌，加药量控制在3 0 p p m 以下时回用水异氧菌总量控制 在5 0 0 个m l 以内。并参照中石化有关循环冷却水实验标准，将污水回用工艺出水与 橡胶水所制软化水复制后进行动态模拟实验，试管黏附速度及腐蚀率均低于中石化所 规定的标准。将橡胶厂北大沟污水经深度处理后回用于循环冷却水系统，不仅可以节 约大量新鲜工业水，而且减少企业排污，同时具有十分广泛的社会效益。 关键词：污水，深度处理，回用，循环冷却水 作者：陈静 指导教师：狄俊伟 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 英文摘要 t h e p o s s i b i l i t yr e s e a r c h o nt h es e w a g eo f n o r t hd i t c ho ft h er u b b e r f a c t o r yr e t u r n st o t h er e c i r c u l a t e dc o o l i n gw a t e r a b s t r a c t t h ec h o i c eo ft h es e w a g er e u s e i n gt ot h er e c i r c u l a t e dc o o l i n gw a t e rh a st h ec l o s e r e l a t i o nw i t hi t sc h a r a c t e r i s t i ca n dp u r p o s e t h es e w a g er e u s ep u r p o s ei sd i f f e r e n t , i t s p r o c e s s i n gt a r g e ta n dt h ea d v a n c e dp r o c e s s i n gc r a f ti sa l s od i f f e r e n t o nb a s eo ff o r e i g n p r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a n dr e s e a c hw o r kt h i n a r t i c l er a i s et h et e c h n i c a l p r o c e s s ：p r e t r e a t m e n tt ob a f t of l o c c u l a t i o nf i l t e rt os t e r i l i z a t i o nt or e u s e i nb a fc o d e r p r e t r o l e u ma n ds s sa v e r a g ed e s t i n a t i o ni s5 6 9 4 6 6 a n d81 b a fh a st h es t r o n g e l i m i n a t i o nt ot u r b i d i t ya n dc h r o m a t i c i t y i nf l o c c u l a t i o nf i l t e ru n i t ec o d e rp r e t r o l e u ma n d s s sa v e r a g ed e s t i n a t i o ni s7 4 3 4 a n d9 5 t h i se x p e r i m e n t a d o p t ss o d i u m h y p o c h l o f i t ( e f f e c t i v ec h l o r i n ei s10 ) t os t e r i l i z e c o n t r o l l i n gt h em e d i c i n ea m o u n tw i t h i n 3 p p mt h e d i f f e r e n t o x y g e nf u n g u sa m o u n ti s w i t h i n 5 0 0 m 1 c o n s u l t i n gs i n o p e c s r e c i r c u l a t e dc o o l i n gw a t e rs t a n d a r dw e c a r r yo nd y n a m i cs i m u l a t i n o ne x p e r i m e n ta n df i n d t h ep a c eo ft u b es t i c k sa n dc o r r o d i n gi sl o w e rt h a nt h es t a n d a r d t h en o r t hd i t c hs e w a g eo f t h er u b b e rf a c t o r yi s 玎既l s c di nr e c i r e u l a t e dc o o l i n gw a t e ra f t e ra d v a n c t e dd e a l i n gn o to n l y c a ns a v ea l a r g ea m o u n to ff r e s hw a t e rb u ta l s oh a v eav e r ye x t e n s i v es o c i a lb e n e f i j t k e y w o r d s ：s e w a g e , a d v a n c e dt r c a t m e n t , r e u s e i n g ，r c c i r c = l l l a 僦c o o l 迦w a t e r w r i t t e n b y ：c h c n j i n g s u p e r v i s e db y = d i j u n w e i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：雌日 学位论文使用授权声明 7 ，f 涉 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： e l 期：型z ：! ! ：堡 日期：叠址单 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 1 1 研究背景 1 1 1 我国水资源状况 第一部分前言 水是生命活动中最重要的物质之一，是人类生存和发展的基本要素。人类社会的 不断进步、经济的可持续发展离不开和谐的水环境与丰富的水资源。1 9 7 3 年3 月联 合国召开的水资源会议就曾庄严宣告：“水不久将成为石油危机之后下一个深刻的社 会危机。一为了人类可持续发展，应对水资源危机成为全球广范关注和研究的焦点之 一。 我国是一个水资源相对匮乏的国家，尽管水资源总量较丰富，居世界第6 位，然 而由于人口众多，我国人均水资源拥有量仅为世界平均值的1 4 。我国水资源人均占 有量约2 2 3 1 m 3 ，远低于世界人均占有量6 9 1 8 m 3 。我国水资源在时空分布上也不均衡， 水资源分布大体呈南多北少的格局，西南和东南沿海地区集中了全国人口的4 6 ， 而水资源只有全国的1 8 。特别是由于生态环境的破坏，水资源季节分布的不平衡， 又使干旱和洪涝灾害在我国各地频繁发生，城市供水状况日趋紧张。据文献资料，8 0 年代全国有2 3 6 座城市缺水，缺水量1 2 0 0 万m 3 d ；9 0 年代缺水城市有3 0 0 座，缺水 量1 6 0 0 万m 3 d ，进入新世纪后全国缺水城市达到4 0 0 余座，缺水量超过2 0 0 0 万m 3 d 。 伴随我国经济飞速发展、人们生活水平不断提高，生活用水和工业用水量迅速增加， 许多地区的缺水情况越来越严重。特别是北京首都的人均水资源量只有世界人均的 1 3 0 ，2 0 0 8 年奥运会即将到来，用水量急剧增加，缺谁态势将会愈演愈烈。水资源短 缺问题已成为我国首要解决的问题。 1 1 2 水环境的污染 据报道，地球上每年排放的污水约为5 0 0 0 亿m 3 ，其中约有4 0 0 0 亿m 3 未经妥善 处理排入江河湖泊，污染了全世界径流总量的2 1 4 以上。美国1 8 0 万k m 的河流中 有1 6 5 万l 凹、1 5 9 6 8 万h m 2 湖泊中有3 2 7 9h m 2 已经受到污染；马来西亚因炼油厂 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 和橡胶厂排放的废水使全国4 2 条河流变成死河。 我国的污染状况也较为严重，由于资金和技术原因，大量的生活污水与工业废水 没有得到相应处理，就直接排入天然水体中，对水体造成严重的污染，在我国进行监 测的7 8 条河流中，有5 4 条受到较严重的污染。仅1 9 9 3 年我国年污水排放量就达3 6 5 亿m 3 ，其中工业废水排放量约为2 2 0 亿m 3 ，工业废水中c o d 量为6 犁万m 3 ，氰化 物排放量2 4 8 0m 3 ，挥发酚排放量4 9 9 6 m 3 ，石油类排放量7 1 3 9 9 m 3 。其中生活污水处 理排放率仅为1 0 左右，而工业废水处理率虽然可以达到7 0 左右，但是只有3 0 处理设旌能达到出水标准。根据国家环保总局 2 0 0 1 年环境公报，2 0 0 1 年我国大部 分江河湖水域受到不同程度的污染，除个别水系支流和内陆河流外，总体上呈加重趋 势，七大水系均受到不同程度的污染，一般以上的监测断面属于v 类或劣v 类水质， 城市及其附近河段污染程度严重，7 8 的城市河段不宜作饮用水源，6 2 的城市地下 水位下降，地下水三氮污染在全国各地均比较突出，而与此同时，2 0 0 1 年全国工业 和城镇生活废水排放总量己达4 2 8 4 亿m 3 ，c o d 排放总量为1 4 0 6 5 万m 3 。 1 1 3 污水回用概况 1 1 3 1 国外污水回用情况 。 美国和日本等一些发达国家走在世界前列。美国在2 0 世纪2 0 年代已经比较系统 地研究了污水的深度处理回用技术，1 9 6 8 年世界上第一个直接作为饮用水的污水高 级处理厂在非洲的纳迷比亚建成运行，1 9 7 2 年洛杉矶建成了当时世界上最大的深度 处理回用水厂，处理工艺为石灰混凝沉淀除磷，再经氨吹脱，然后经过滤和活性炭吸 附，最后用氯消毒；1 9 9 1 年经进一步改造，过滤出水经反渗透处理，出水水质更好。 目前美国有3 7 5 个城市回用污水，再生回用点5 3 6 个。日本早在1 9 6 2 年就开始回用 污水，近年来回用量逐年增加，到1 9 9 5 年污水回用量已达4 5 0 0 m 3 d ，濑户内海地区 污水回用量已达到该地区淡水总用量的2 3 ，大大缓解了水资源严重短缺问题。以色 列是一个以发展农业技术而著称的国家，水资源的严重短缺促进了以色列污水回用技 术的发展。目前以色列在污水净化和回用方面处于世界领先地位，以色列立法规定： 废水若未用尽，不可采用海水淡化，城市中的每一滴水至少回用一次。污水回用于农 业灌溉、工业企业、市民冲厕、河流复苏等方面。污水再生成本是海水淡化的1 3 1 5 ， 2 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 这使人们认识到必须优先利用污水。全国9 0 的污水收集排放，8 0 经过处理，最 后有6 0 6 5 的处理后的污水回用，这些再生水中有4 2 用于灌溉，3 0 回灌地下。 1 1 3 2 我国污水回用现状 我国在“七五 期间开始将城市污水处理后回用于城市生活和工业生产的研究。 “八五”期间国家科技攻关项目污水净化和资源化技术研究，在污水强化二级处 理、深度处理、工业水道、回用水道、厂区循环系统等方面进行了全方位的攻关，在 大连、太原、天津和北京等地建立了9 套实验基地，通过系统的生产性实验和实用性 工程研究，取得了大量的成果，提供了城市污水回用工业工艺、冷却、化工、石化、钢 铁工艺和市政景观等不同用途的技术和相关水质标准。目前已经投产的城市污水回用 工程约有3 0 个，回用规模约仅为全国城市污水设施处理量的1 左右。由此可见， 我国城市污水回用事业将有巨大的潜力和发展空间。 1 1 3 3 污水回用的必要性和可行性 污水回用的必要性。一方面由于水资源的缺乏，工业产值每年损失达2 0 0 0 多亿 元，北京、长春、大连、青岛、唐山、烟台等大中城市已受到水资源短缺的威胁；另 一方面随着用水量的增加，我国城镇污水排放量也迅猛增加，会对社会环境、生态环 境造成严重污染。若将这些城市污水收集起来处理，7 0 可作为再生水用于农业灌溉、 冲厕用水、冲洗车辆、绿化浇灌和景观用水等。以污代清既可以节约优质水，又可以 在解决城市缺水问题的同时减少污染物的排放，起到从量上养蓄水资源，从质上保护 水资源的作用。 污水回用的可行性。污水处理回用开辟了第二水资源，减少了新鲜水的用量，缓 解了供需矛盾。目前，列入回用目标的污水基本上可分为城市生活污水和工业污水两 大类。其主要特性及回用用途见表l l 。污水回用符合水的“优质优用，低质低用”原 则，即原则上不允许将高一级水质的水用于要求低一级地水质的场合。污水回用有利 于提高城市水资源利用的综合经济效益，城市污水量大且集中，水量水质相对较稳定， 不受季节、雨旱、洪水枯水等因素影响，可作为水量、水质较为恒定的供水资源；工 业用水占城市用水的比重较大( 占城市污水量的7 0 - 7 5 ) 且其用水变化变化较小， 污水回用于工业，不仅可以就地取用，而且水量水质较为恒定，回用潜力可观。 3 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 表1 1 污水主要特性及回用用途 工业污水城市污水 污染程度重轻 有害物含量 高低 可生化性 差 好 水质稳定性较差较好 水量较小较大 处理难度 较大较小 主要回用用途工业冷却水、锅炉用水等工业、城市绿化、景观与生态环境用水等 1 1 3 4 石化污水回用国内外发展现状 目前，发达国家由于有完善的法规和周密的规划，其污水回用工作开展的比较好。 污水回用规模最大的是城市生活污水，因为城市污水除了含有有机污染物外，其它主 要水质指标与自来水是比较接近的，因此处理难度相对较小。一般的处理流程是：二 级生化处理快速过滤一灭菌一回用。回用对象主要是工业上某些对水质要求不高而 且用水量大的领域如循环冷却水系统的补充水、环境用水和农业灌溉等。工业污水回 用处理流程比城市污水处理流程长，一般采用二级生化处理过滤一活性炭吸附一反 渗透一回用于生产的流程。国外有的炼油厂采用此流程处理污水并回用。现在国外兴 起一种污水处理流程：膜( 超滤膜或微滤膜) 一生化反应器。这种工艺对于相对容易 处理的污水来讲比较适合。此工艺中的膜的作用是代替生化处理系统中的二沉池，由 于膜的分离效率高，因此设备小，占地小，出水不经其它处理直接回用，但该流程的 自动化程度要求高。 我国的污水再生利用工作已有了2 0 年的历史，从“六五”到“八五 国家重大 科技攻关，都将污水资源化项目列入计划，以工业废水和城市污水为水源，回用于工 业冷却i 洗涤、锅炉、市政杂用、景观河道等用途，取得了一大批先进的科研成果。 可以说，污废水的再利用在技术上已不成问题。目前国内已经实施多项回用工程，以 自身废水为水源再利用作工业用水的有：贵州氧化铝厂( 零排放) 、湛江炼油厂、大 庆石化、天津石化、燕山石化、哈尔滨炼油厂、长春客车厂、长春汽车厂等。以城市 污水处理厂二级出水为水源再利用于工业的有：大连污水回用示范工程，其再生水用 4 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 于化工厂、煤气厂、电厂等，已运行十余年，另外还有太原化工厂、太原钢铁厂、北 京华能热电厂、邯郸热电厂、北京第一热电厂、北京东郊化工工业区、大庆油田采油 厂、克拉玛依采油厂等，这些工厂以城市污水处理二级出水为水源，经过经济适当的 再生处理，主要用于循环冷却补水。太原太化公司污水回用工程处理的也是城市污水， 所不同的是其二级生化处理后接生物陶粒接触氧化，再经过滤后回用。 石油化工是五大高耗水、高排污行业之一，为满足国家到2 0 0 5 年将总取水从1 9 9 9 年的2 8 8 亿m 3 降低到2 6 9 亿m 3 ，平均水重复利用率从1 9 9 9 年的8 8 提高到9 5 ， 加工吨油取水从1 9 9 9 年的2 m 3 降低到l m 3 以下的要求，中国石化在提高节水减排意 识、管理、技术开发和应用方面进行了大量的工作，同时鼓励企业结合自身条件开展 污水回用、凝结水回收等技术攻关和工业化应用，到目前已有9 家企业开展了污水回 用工作，2 0 0 3 年的污水实际回用的能力达到1 0 6 5 m 3 h ，见表1 2 。正是由于这些措施 得当，2 0 0 3 年与2 0 0 2 年相比，中国石化总体水重复利用率从9 1 4 提高到9 2 5 ， 万元产值取水从7 6 7 m 3 降低到6 9 5m 3 、排污从4 3 7 m 3 降低到4 0 3i n 3 ，进步明显， 见表1 3 。 表1 2 中石化企业开展污水回用情况 开始时实际回用量循环水补污 企业名称回用工艺 运行状况 间年 m 3 l l 水率 湛江东兴炼油厂 2 0 0 08 5 杀菌_ 过滤_ + 回用8 5 运行正常 生物滤池_ + 活性碳- + 杀菌_ 济南炼油厂 2 0 0 05 0 3 0 - 5 0 继续运行 目用 天津石化气分 2 0 0 0 5 0过滤_ 活性碳叶回用3 0 5 0 继续运行 镇海炼话炼油厂 2 0 0 1 2 5 0 杀菌一过滤_ 回用 1 0 0 正常运行 氨氮过高，0 2 杭州炼油厂 2 l5 0 杀菌一过滤- + 回用 1 0 0 年停运 生物滤池_ 混凝沉降一加氯 燕山东炼 2 0 0 23 5 0 + 纤维素过滤- 活性碳过滤 l 运行正常 _ + 回用 茂名乙烯 2 0 0 28 0 杀菌一过滤- + 回用 7 0 运行正常 仓州炼油厂 2 0 0 2 5 0 杀菌一过滤- + 回用 1 0 0 继续运行 预过滤_ 微滤_ 反渗透一回 广州炼油厂 2 0 0 32 0 0l 基本正常 用 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 表1 3 中石化各装置取、用、排水情况 项目名称年份油田炼化化工 热电总计 工业用水量亿m 3 2 0 0 24 2 54 2 6 57 8 5 5 1 8 0 91 4 3 5 7 2 0 0 34 3 24 3 9 39 1 7 22 1 9 8 1 6 2 取新鲜水量亿m 3 2 0 0 21 7 61 6 56 2 4 3 8 51 3 5 2 0 0 31 6 21 4 56 2 13 7 31 3 0 1 2 0 0 27 0 7 6 9 6 2 89 2 6 48 2 59 1 4 水重复利用率 2 0 0 37 2 79 6 69 6 68 5 5 9 2 5 工业废水排放量 2 0 0 20 6 21 3 l5 4 20 3 3 7 6 8 亿m 3 2 0 0 3o 6 l1 1 55 0 30 3 67 5 5 万元产值取水( 按9 0 2 0 0 21 6 7 62 6 66 1 91 9 5 4 5 7 6 7 年不变价) m 3 历元 2 0 0 31 4 5 52 2 35 7 3 1 3 4 5 46 9 5 万元产值排污( 按9 0 2 0 0 26 3 22 l - 15 3 71 7 3 34 3 7 年不变价) m 3 历元 2 0 0 35 51 7 74 7 8 1 2 9 64 0 3 1 2 污水回用深度处理技术与工艺概述 1 2 1 物理化学法 物理化学方法是通过机械截流、化学沉淀、化学氧化、离子交换等原理将污染物 从水中去除。 机械截流 最简单的机械截流方法是过滤，单纯的过滤通常采用石英砂为滤料，对悬浮物及 胶体有较好的去除，出水的浊度、s s 通常较低，对c o d 及色度也有一定效果。但是 由于其自身特点，滤池易堵，需要频繁反冲，去除效果也不明显，很少在深度处理中 单独使用，一般与其他工艺结合作为最后出水屏障。 膜工艺是一种深度机械截流方法，通常利用膜所具有较小的孔径，来分离水中污 染物质。根据膜的孔径大小又可将膜工艺分为微滤膜( m f ) 、超滤膜o r e ) 、纳滤膜呷) 和反渗透膜f r o ) 。其中：( 1 ) 微滤( m i c r o f i l t r a t i o n ，m f ) 属于压力驱动型膜分离技 术。m f 过滤孔径为0 0 3 1 5 1 t i n ，主要通过机械截留、吸附截留、架桥作用，去除微粒 杂质和细菌等。( 2 ) 超滤( u l t r d i l t r a t i o n ，u f ) 以压差为驱动力，液体在超滤膜表面 6 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 流过时，大分子或胶体物质被截留，小分子则透过膜。超滤膜的典型孔径在o 0 1 0 1 微米之间，对细菌和大多数病毒、胶体、淤泥等具有极高的去除率。在工业污水回用 处理中，m f 和u f 常用形式为中空纤维膜。( 3 ) 反渗透( r e v e r s eo s m o s i s ，r o ) 是2 0 世 纪6 0 年代发展起来的应用逆向渗透原理实现溶质和溶剂分离的技术，其核心是高性能 的选择性半透膜。当半透膜两侧浓、淡溶液表面具有相同压力时，淡溶液侧的溶剂会 向浓侧渗透，当在浓侧溶液表面施加一定压力时，可使渗透停止，继续提高施加压力， 会使浓侧溶剂向淡侧渗透，此即为反渗透。这一特性，被用来完成水的脱盐处理。经 过膜处理后出水水质会有较大提高，特别是反渗透工艺，由于反渗透膜具有选择透过 性，可将绝大多数有机物、金属离子、总盐、总固体去除，去处率可在9 5 以上。正 是膜所具有的小孔径特点，使其自身容易被小颗粒、胶体、大分子物质堵塞，致使工 作效率降低，同时膜工艺对污水的深度处理费用一般高于其他方法。 化学沉淀 混凝沉淀工艺是污水深度处理中最常用的工艺，我国大多数污水厂在深度处理工 艺中均采用此方法。向水中投加化学药剂，药剂水解后与污染物相互作用，通过混凝 过程形成大颗粒絮体，通过沉淀或气浮得到分离。混凝处理可有效地去除部分s s 、 浊度、c o d 、磷、铁等，同时对污水生物处理流失出的生物絮体碎片、细菌等也有去 除作用。混凝沉淀工艺经济、成熟，但处理效果受水质改变影响较大( 藻类、p h 、水 温等) ，且对水质要求较高时，该工艺则无法满足处理效果。 对于含有特定污染物的水来说，也可以通过投加酸碱改变p h 值使污染物的状态发 生改变沉淀下来，或者投加化学药剂直接与污染物反应生成沉淀去除。但不论如何， 处理后需将出水p h 调到中性或将引入的物质用其他方法去除，以减少对环境的污染或 减少后续处理的难度。 化学氧化 化学氧化是各种高级氧化技术的基础，它是使用化学氧化剂将污染物氧化成微 毒、无害的物质或转化成易处理的形态。常用的化学氧化剂包括h 2 0 2 、0 3 、c 1 0 2 、 k 2 m n 0 4 、k 2 f e 0 4 等。0 3 是一种强氧化剂，几乎可以与元素周期表中除铂、金、铱、 氟以外的所有元素反应，特别是在酸性溶液中，其标准氧化还原电位e o = 2 1 0 7 v 仅次 于氟，具有极强氧化能力。c 1 0 2 是公认的安全消毒剂，其杀灭微生物的能力高于氯气 7 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 7 倍，同时二氧化氯遇水能迅速分解生成多种强氧化剂，在水处理中有广泛应用。n 2 0 2 的标准氧化还原电位仅次于臭氧，高于c 1 0 2 ，能直接氧化水中有机污染物和构成微生 物的有机物质。k 2 m n 0 4 为无机强氧化剂，主要用于去除微污染有机物、氧化助凝及 控制氯化副产物等。k 2 f e 0 4 是一种比k 2 m n 0 4 、0 3 等氧化能力更强的氧化剂，具有优 异的混凝助凝作用、优良的杀菌作用、高效的脱味除臭功能。由于k 2 f e 0 4 具有较高的 稳定性和选择性，且副产物为无毒的f e ( m ) ，因而是一种绿色氧化剂。v i r e n d e rs h a r m a 对k 2 f e 0 4 的性能和应用作了全面阐述，指出k 2 f e 0 4 是废水处理领域最有前景的化学 氧化剂。 离子交换 离子交换树脂已在不同领域广泛应用。离子交换树脂不溶于一般的酸、碱溶液及 许多有机溶剂，它以交换、选择、吸收和催化等功能来实现除盐、分离、精制、脱色 等应用效果。离子交换法是利用树脂的特点将水中的污染物质通过旷或o h 一的交换吸 附在树脂上，达到对污染物的去除目的。一般来说污水深度处理中，很少用离子交换 树脂，较高浓度的污染物会使树脂受污染而失效，另外离子交换树脂法处理的成本也 较其他工艺高。 如果原水中溶解性有机物含量较高，普通过滤出水难以达到要求的指标，可考虑 用活性炭吸附去除。活性炭对有机物的吸附能力较大，对废水中绝大多数有机物都有 效，包括难于生物降解的有机物。对城市污水用活性炭处理，t o c 可降到1 3 m g l 。 一般应通过实验绘制吸附等温线，根据进出水有机物含量、处理水量分别确定活性炭 吸附容量和活性炭容积。 1 2 2 生物方法 利用微生物自身可对有机物、含氮化合物、含磷化合物等物质进行分解吸收来产 生能量及营养物质的特性，培养出某些特定的微生物，利用它们的这种特点处理污水 中的污染物质，达到对水质净化的目的。 生物处理法一般运行费用较低，生物培养驯化成熟后，通常无需人工强化，在其 自身生长的过程中就可将水中的污染物质去除，流程简单、易于管理。生物处理法包 括好氧处理和厌氧处理两大类。厌氧生物处理法主要用于高浓度有机废水，污泥消化 8 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 和生物能源回收等过程。好氧生物处理可分为活性污泥法、生物膜法、稳定塘法、土 地处理法。其中活性污泥法及其改进方法在大中型城市污水厂中得到了广泛应用；稳 定塘法和土地处理法作为半人工生态处理系统可用于污水的二、三级处理；生物膜法 是与活性污泥法并类的好氧生物处理方法，具有处理效率高、运行管理简便等特点， 在污水处理中发挥着重要的作用。 生物膜法包括生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床和曝气生物滤池 等不同工艺。其中曝气生物滤池是近年来得到广泛研究的新型生物处理技术，具有处 理效率高、占地面积小、基建投资省、运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等 特点，可以用于s s 、有机物和氨氮的去除、反硝化脱氮等污水的二、三级处理，在污 水的深度处理及资源回用中具有良好的发展和应用潜力。 1 2 3 物理化学与生物组合方法 由于污水厂生物二级出水中有的污染物含量仍然很高、成分也比较复杂，因此在 深度处理的过程中，无论是单独物化法，还是单独生物法都很难使出水达到国家回用 水标准，一般单独工艺受冲击负荷能力差，有时为了使出水水质提高，成本甚至会增 加几倍。组合工艺则不仅可充分利用各工艺自身的优点，而且能发挥不同工艺协同合 作，达到处理目的，可节省运行成本。 混凝沉淀工艺与曝气生物滤池工艺组合，在混凝沉淀阶段可将s s 、有机物去除一 部分，减少了s s 对曝气生物滤池的堵塞，提高反冲洗周期时间，减低滤池的负荷，增 加滤池的工作效率，改善出水水质，并且由于两极屏障，混凝沉淀无需将污水直接处 理达标，可减少混凝剂的投量节省药剂费用。 氧化工艺与曝气生物滤池工艺组合，前阶段工艺利用氧化性强的氧化剂改善水质 的结构，将不利于生物利用的大分子有机物转化为有利于生物利用的小分子有机物， 有助于加强下一阶段的生物处理，处理的效果和运行成本远优于两种工艺单独处理之 和。选择不同的氧化剂处理效果也会有较大差异，主要是由于氧化剂的氧化强度不同， 对水中污染物的结构改变影响不同，对深度处理的改善程度也就不同。 如果还需要更高的水质，可在上述组合工艺中增加超滤、微滤、反渗透等工艺除 去水中的盐类物质；另外也可以采用多级工艺组合处理。工艺的具体选择要根据水质 9 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 状况和处理要求而定。 1 2 4 曝气生物滤池技术概述 1 2 4 1 曝气生物滤池的产生和发展 曝气生物滤池工艺( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s ，简称b a f ) 是继滴流滤池和干燥 过滤系统之后的第三代污水处理生物膜反应器，它充分发挥了生物代谢作用、物理过 滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，不仅具 有生物膜技术优势，同时也起着有效的空间滤池作用。世界上首座曝气生物滤池于 1 9 8 1 年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。 2 0 0 1 年7 月，由法国d e g r e m o n t ( 得利满) 公司承建的大连马栏河污水处理厂正式 投入运行，这是我国第一座以b a f 为主体工艺的污水处理厂，规模1 2 x 1 0 4 m 3 d ，处理 后出水一次性达到回用标准；广东新会已经投入运行我国第一座自主设计的b a f 城市 污水处理厂，规模为4 x1 0 4 m 3 d ：山西平朔煤矿公司中水回用工程、山东省卫生学校 污水处理回用工程；北京市富海中心污水处理回用工程等等，这些实际应用工程为 b a f t 艺广泛应用于我国污水处理及其深度处理带来了契机。 我国对曝气生物滤池研究处于起步阶段，哈尔滨工业大学市政环境工程学院及清 华大学环境科学与工程系对曝气生物滤池处理生活污水、啤酒废水的处理效能和处理 机理进行了初步研究。上海市政设计研究员开发了一种称为b i o s m e d i 的曝气生物滤 池。 1 2 4 2 曝气生物滤池的原理及特点 曝气生物滤池的基本原理是在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的 生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物 理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内的 去除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤的设计原理，省去了二次 沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去 除有机物的同时达到脱氮的目的。 与普通的活性污泥法相比，曝气生物滤池有如下的特点： 具有更高的生物浓度和有机负荷。曝气生物滤池中采用的粗糙多孔的粒状填料 1 0 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 为微生物提供了更佳的生长环境，易于挂膜及稳定运行，可在填料表面保持较多的生 物量，单位体积内微生物量远远大于活性污泥中的微生物量( 可达l 旺1 5 9 1 ) ，高浓 度的微生物量使得曝气生物滤池的容积负荷增大。 工艺简单，基建费用低。由于填料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代 谢中产生的粘性物质形成的吸附架桥作用，因此，可省去二沉池，进而降低基建费用； 在稳定运行情况下，去除s s 的机理类似于普通快滤池，只要没有发生穿透，出水s s 均较为理想。 抗冲击负荷能力强，耐低温。国外运行经验表明，曝气生物滤池可在正常负荷 2 3 倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。这主要依赖于滤料的高比表 面积，当外加有机负荷增加时，滤料表面的生物量可以快速增值；另一方面依赖于整 体曝气生物滤池的缓冲能力。此外，根据国外的报道，生物曝气滤池一旦挂膜成功， 可在6 1 0 水温运行，并具有良好的运行效果。 粒状填料可使充氧效率大大增加。一般氧利用率可增加10 15 用。这主要是 由于污染物、生物膜和填料之间的接触更理想，在氧气的上升过程中，与这三者发生 无数次碰撞，增加了传质效果。 。管理简单。曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强，没有污泥膨胀问题，能保持池 内较高的微生物浓度， 因此日常运行管理简单，处理效果稳定。 易挂膜，启动快。根据齐兵强等人的实验，曝气生物滤池在水温1 0 1 5 时， 2 3 周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在暂时不使用的情况下可关闭运行，一旦通 水曝气，可在很短的时间内恢复正常。根据齐兵强等人的实验结果，污水水温1 5 1 2 左 右，停止运行1 5 d ( 滤柱内排空水且不曝气) ，恢复运行3 d 后即完全正常。这一特点说 明曝气生物滤池非常适合一些水量变化大的地区污水处理，如在旅游地区，污水量受 季节及旅游人数的变化影响非常大，在旅游淡季时，完全可以关闭部分曝气生物滤池， 以减少不必要的运行费用，一旦需要可在很短的时间内恢复设计处理能力。 1 2 4 3 曝气生物滤池的主要形式 曝气生物滤池按进水方式可分为上流式曝气生物滤池和下流式曝气生物滤池；按 填料的选择可分为悬浮填料曝气生物滤池和沉没填料曝气生物滤池：按使用功能可分 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 为去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化曝气生物滤池等。目前工程中曝气 生物滤池的使用形式可以分为三大类，即下向流曝气生物滤池，上向流生物曝气滤池， 上向流运行、下向流反冲式曝气生物滤池。目前应用比较多的为上向流生物曝气滤池。 下向流曝气生物滤池 污水从滤池上部流入，下向流出滤池。在靠近滤池底部设曝气管，气水处于逆流， 曝气管上部起生物降解作用，下部起截留s s 及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留 了s s 与生物膜的生长，水头损失逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。一般采用气 水联合反冲，底部设置反冲气、水装置。因其属于早期生物滤池，缺点是负荷不够高， 且大量被截流的s s 主要集中在滤池上端几十厘米处，此处水头损失占了整个滤池水头 损失的绝大多数，滤池纳污率不高，容易堵塞，运行周期短。滤池结构见图1 1 。 反 图1 1下向流曝气生物滤池结构示意图 上向流曝气生物滤池 该工艺是i 主l d e g r e m o n t 公司开发出来的，其结构见图1 2 。在配水室之上为承托板， 承托板上配有长柄滤头和曝气管道，其上是垫层以及填料层。进水采用上向流，污水 从底部进入配水室，经长柄滤头配水之后进入填料层，经填料层处理之后，由上部排 出。反冲洗时，通常采用气水联合反冲方式，经由长柄滤头分配后，进入填料层。 1 2 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 图1 - 2 上向流曝气生物滤池结构示意图 因其为上流式( 气水同向流) ，这样有如下优点： ( 1 ) 同向流可促使布气、布水均匀。 ( 2 ) 若采用下向流，s s 则截留的主要集中在填料的上部，运行时间一长，滤池 内会出现负水头现象，进而引起沟流。采用上向流可避免这一缺陷。 ( 3 ) 采用上向流，截留在底部的s s 可在气泡的上升过程中被带入滤池上部，从 而加大填料的纳污率，延长了反冲洗间隔时间。 上向流运行、下向流反冲式曝气生物滤池 该工艺是法国o t v 司对其原有下向流曝物滤池的一个改进，其结构见图1 3 。其 滤料为相对密度小于l 的球形有机颗粒( 一般为聚苯乙烯小球) ，漂浮在水中。运行时 采用上向流，在滤池顶部设置隔网或滤板加以阻止滤料流出；正常运行时呈压实状态， 反冲时采用气水联合反冲，反冲水采用下向流以冲散被压实的滤料小球，反冲水从滤 池底部流出。 + ：， ： ：配枷随i 埘瓶o ：； 氓姒 舟氧区 i l i 叭臀 陡氧区 厦冲磕 进气管 避承首 蝴 捌睨i 跨 图1 3 上向流运行、下向流反冲式曝气生物滤池结构示意 1 3 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究 第一部分前言 1 2 4 4 曝气生物滤池的主要功能 由于曝气生物滤池集强曝气、高滤速、高负荷、高截污能力于一身，因此它具有 良好的去除有机物和s s 的能力。 去除有机物和s s 。由于填料和生物膜的作用，曝气生物滤池的污泥龄长，而相 应的水力停留时间短，因而有机物去除效率高，处理水量大。1 9 9 6 年投入运行的美国 宾夕法尼亚州的m o n e s s e n 焦化废水处理厂，对硫氰化物、氨及酚类化合物的去除率分 别达到了9 9 、7 8 和9 9 9 ，出水硫氰化物、氨及酚类化合物的浓度分别为3 9 3 m g l 、 3 6 4 1m g l 和0 0 4m g l 。台湾高雄的塑料工业废水处理厂在活性污泥处理工艺后加上 了曝气生物滤池单元，使二级出水的c o d 口由1 5 0 - - 一1 8 0m g l 降至1 0 0m g h 以下。英国 p a c k i n g t o n 污水厂用曝气生物滤池处理含工业废水的生活污水c o d e r ，b o d 5 、s s 的去 除率分别达到8 0 、9 1 3 、7 8 。李汝琪利用曝气生物滤池进行生活污水处理实验 时发现b o d 5 ，c o d e r ，s s 的去除率分别为9 5 3 、9 2 6 和9 6 7 。在滤速分别为 6 5 m h 和1 3 m h 时的中试结果表明，在平均负荷为5 4 k g m 3 d 的条件下，b o d 5 去除率 可达8 0 以上，而且滤速对b o d 5 的去除没有影响。 硝化。通过合理的运行调控，曝气生物滤池可以取得很好的除氨效果，其硝化效 能可以接近1 0 0 。m o n e s s e n 污水厂在去除几乎全部酚、氰化合物的同时也去除了7 8 的氨。韩国的电子工业废水处理中，曝气生物滤池的硝化效率达9 9 1 5 ，加上后 续的厌氧生物滤池，总氮去除率达9 0 1 7 。p u j o l 的近期中试结果表明，在温度为2 2 c 、 n h 4 + - n 负荷2 5 k g m 3 d r 件下，曝气生物滤池对氨氮的去除率可达9 0 以上，同时出 水中b o d 5 和s s 分别降至l o m g n 和1 6 m g l 以下。p u j o l 认为提高滤速会对硝化有积极的 促进作用。t s c h u i 等人也证实提高滤速会增加反应器的硝化能力。f d z p o l a n e o 等研究 了硝化曝气生物滤池中异养菌和硝化菌的空间分布情况，发现进水c o dc f _ 低于2 0 0 m g n 时不影响硝化效果，当进水c o d 口 2 0 0 m g n 时，硝化效能将下降；通过测定耗氧速率 发现，硝化细菌、亚硝化细菌及异养细菌在反应器中的空间分布与c o d c 燕度有关， 呈明显的分区分布。w i j e y e k o o n l i 开究了滤速与硝化菌活性的关系，发现硝化菌活性分 布与滤速有关。目前的研究表明，曝气生物滤池的硝化性能与有机物浓度、温度有密 切的关系，而滤速的影响也很大。硝化性能研究一直是曝气生物滤池技术的核心课题， 1 4 橡胶厂北大沟污水回用于循环冷却水可行性研究第一部分前言 该方向上的研究成果不仅提高了生物过滤技术在硝化脱氨方面的应用效果，还带来了 研究方法上的革命。 反硝化。在生物膜反应系统中，由于存在着厌氧区，可实现一定程度的反硝化脱 氮。脱氮效率的高低取决于底物条件、传质条件及反硝化细菌的代谢。在曝气生物滤 池系统中，反硝化以两种方式进行，即：在滤池设置缺氧区或单独设一个不曝气的反 硝化生物滤池，并根据底物供应情况决定是否投加碳源物质。研究表明，曝气生物滤 池系统的反硝化效能在较高滤速和负荷下可以接近1 0 0 。p u j o l 认为，反硝化最好采 用外加碳源的办法，最佳滤速为1 0 - - - 1 5 m h 。p u j o l 还比较了前、后置反硝化的优劣， 认为反硝化过程采用上向流的进水方式可以达到比较好的效果。 1 2 4 5 曝气生物滤池工艺影响因素 b a f 是一种生物膜反应器，其处理污染物质的过程全部或者部分是由附着生长在 载体表面的微生物来完成的。影响工艺的因素有水力负荷、有机负荷、滤池结构、滤 料结构、滤料特性、高度以及温度、溶解氧、p h 值等。这里主要阐述后面几个因素 对工艺的影响。 温度。任何微生物只能在一定的温度范围内生存，在适宜的温度范围内微生物能 大量省长繁殖，根据微生物对温度的不同反应可分为嗜棱性细菌、中温性细菌、高温 性细菌三类，以细菌为例，在适宜的温度范围内每提高1 0 ，酶促反应将提高1 , - , 2 倍，因而微生物的代谢速率可相应提高。温度不但影响硝化菌的增长速率，而且影响 硝化菌的活性，在5 3 0 范围内，随着温度升高硝化反应速率也增加，当温度低