（化学工程专业论文）城市污水回用于工业循环冷却水的研究.pdf

摘要 城市污水回用于循环冷却水系统，不但要重视常规循环冷却水处理所引起 的结垢、腐蚀和菌藻等问题，还要注意城市污水回用所特有的氨氮、磷酸盐及 泡沫等带来的新问题。 根据城市污水水源和水质的特殊性、水处理药剂适应性以及循环水系统运 行工况条件，采用与系统设备相同材质的试件，通过静态阻垢试验、腐蚀试验 以及动态模拟试验，筛选出最佳水处理药剂配方，确定最佳工艺控制条件，实 现城市污水回用于循环水的安全、高效、稳定运行。 城市二级污水不经深度处理直接用于循环冷却系统，采用专用缓蚀阻垢剂 和杀菌灭藻剂，在浓缩倍数为2 5 3 0 运行条件下，系统的污垢热阻和黏附速 率、碳钢和铜管的腐蚀率以及细菌总数均偏高，超过了工业循环冷却水处理 设计规范的规定标准。由此可见，城市二级污水直接作为循环冷却系统补充 水是不适合的，需要对其进行深度处理。通常采用混凝一过滤一氯化深度处理 方案进行必要的水质控制，使水质完全适用于循环冷却系统。 城市二级污水经深度处理后回用循环冷却系统，采用有效缓蚀阻垢剂和杀 菌灭藻剂，并确保水处理药剂的最佳浓度，在浓缩倍数为2 5 3 0 运行条件下， 系统的年污垢热阻值和黏附速率、预膜碳钢、铜材和不锈钢腐蚀率以及细菌总 数均较低，系统的结垢、腐蚀和菌藻得到有效控制，运行指标完全达到设计规 范的规定标准。 因此，城市污水经深度处理后回用于循环冷却水，无论从技术上，还是从 经济、社会和环境效益上看是必要的、可行的，具有广阔的研究前景和应用前 景。 关键词：城市污水回用；循环冷却水；缓蚀阻垢剂；杀菌剂；阻垢试验； 腐蚀试验；动态模拟试验。 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , i ti ss h o wt h a tw en o to n l ya t t a c hi m p o r t a n c et ot h e p r o b l e m so fs c a l e ，c o r r o s i o l la n db a c t e r i u mi nt h er o u t i n ec i r c u l a t i n g c o o l i n gw a t e rs y s t e m ，b u ta l s op a ya t t e n t i o nt ot h en e ws p e c i a lp r o b l e m s s u c ha sn h 3 ，p 0 4 3 a n df o a mb y 忙r e u s i n go f m u n i c i p a ls e w a g e a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t yo fm u n i c i p a ls e w a g es o u r c ea n d q u a l i t y ，t h ea d a p t a b i l i t yo f w a t e r - t r e a t e dm e d i c a m e n ta n d t h eo p e r a t i o n a l t e c h n i c a lc o n d i t i o n so fc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e m , w ec a r r yo u t t h es e a l ei n h i b i t i o nt e s t c o r r o s i o nt e s ta n dd y n a m i cs i m u l a t i o nt e s t a d o p t i n gt e s t i n gp i e c e sw h i c ha r et h es a m em a t e r i a lw i t l lt h ee q u i p m e n t i np r o d u c t i o ns y s t e m t h r o u g ht h et e s t ，w es c r e e no u tt h eo p t i m u m d i r e c t i o no ft h ew a t e r - t r e a t e dm e d i c a m e n ta n dm a k es u r et h eo p t i m u m t e c h n i c a lc o n t r 0 1 c o n d i t i o n s ，w h i c hr e a l i z es a f e ，h i g he f f e c t i v ea n ds t a b l e o p e r a t i o no f r e u s i n gm u n i c i p a ls e w a g ea sc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r i ft h e s e c o n d a r y - t r e a t e dm u n i c i p a ls e w a g ed i r e c t l ya p p l y t o c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e m ，t h r o u g hu s i n gt h es p e c i a lc o r r o s i o n & s c a l ei n h i b i t o ra n dg e r m i c i d e ，t h ev a l u eo f d i r t i n e s sr e s i s t a n c e ，a d h e s i o n r a t e ，c o r r o s i v er a t ea n dt h et o t a ln u m b e ro fb a c t e r i u ma r eh i g h ，a n dt h e f i g u r e so fc o r r o s i o na n ds c a l i n gc a nn o tr e a c ht h en a t i o n a ls t a n d a r do f ( ( d e s i g nc o d ef o rt h et r e a t m e n to fi n d u s t r i a lc i r c u l a t i n gc o o l i n g w a t e r o nt h ec o n d i t i o no f c o n c e n t r a t i o nm u l t i p l ef r o m2 5t o3 0 t h e r e f o r et h e s e c o n d a r y - t r e a t e dm u n i c i p a ls e w a g er e u s e d a s c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e ri s n o tc o n f o r m a b l e w em u s tc a r r yo u t n e c e s s a r yd c 印一t r e a t m e n tf o rt h em u n i c i p a ls e w a g ea n dm a k ew a t e r q u a l i t yc o m p l e t e l ya p p l yt ot h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e rs y s t e mi n i n d u s t r i e sb yt h em e a n so f m i x e da g g l o m e r a t i o n - f i l t r a t i o n c h l o r i n a t i o n i ft h ed e e p t r e a t e dm u n i c i p a ls e w a g ea p p l yt oc i r c u l a t i n gc o o l i n g w a t e rs y s t e m t h r o u g hu s i n gt h es p e c i a lc o r r o s i o n & s c a l ei n h i b i t o ra n d g e r m i c i d e ，t h ev a l u eo f d i r t i n e s sr e s i s t a n c e ，a d h e s i o nr a t e ，c o r r o s i v er a t e a n dt h et o t a ln u m b e ro fb a c t e r i u ma r el o w ，t h ep r o b l e m so fs c a l e ， c o r r o s i o na n db a c t e r i u ma r ee f f e c t i v ec o n t r o l l e d ，a n dt h ef i g u r e so f c o r r o s i o na n ds c a l i n gc a nr e a c ht h en a t i o n a ls t a n d a r do nt h ec o n d i t i o no f i i c o n c e n t r a t i o nm u l t i p l ef r o m2 5t o3 0 i t i sn e c e s s a r ya n df e a s i b l e t h a tt h em u n i c i p a ls e w a g er e u s e da s c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e ri ni n d u s t r i e sa c c o r d i n gt ob o t ht e c h n o l o g ya n d e c o n o m i c ， s o c i a la n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t a n di ti se x t e n s i v e r e s e a r c h f u lf o r e g r o u n da n da p p l i e df o r e g r o u n d k e yw o r d s ：m u n i c i p a ls e w a g er e u s i n g ；c i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r ； c o r r o s i o na n ds c a l ei n h i b i t o r ； g e r m i c i d e ； s c a l ei n h i b i t i o nt e s t ； c o r r o s i o nt e s t ；d y n a m i cs i m u l a t i o nt e s t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：张玉篷， 签字日期： 2 。d 5 年5 月亏d 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞盗盘茎有关保留、使用学位论文的规疋 特授权鑫盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索。并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 张玉患 导师签名：嚣忐虱2 签字目期：2 0 屿年5 月；de l签字日期：舢年6 月 日 2 第一章国内外研究状况 第一章国内外研究状况 水，是自然界中是唯一不可替代的，也是唯一可以重复利用的资源。近年 来随着城市化、工业化和农业集约化的高速发展，人口爆炸性增长，全球可利 用的水资源曰益减少，供需矛盾进一步加剧。1 9 7 3 年3 月，联合国庄严宣告： “水不久将成为一个深刻的社会危机。世界上的石油危机之后的下一个危机就 是水危机“。面对2 l 世纪的发展，人类必须对水资源、水污染和水回用做出 相应的战略对策。 1 1 我国水资源现状 水资源是关系到当前和今后我国经济发展和人民生活的重大问题。我国是 一个水资源贫乏的国家，人均水资源仅为世界平均水平的1 4 ，是世界上1 3 个 贫水国之一。我国淡水资源总储量为2 8 1 0 0 亿m 3 ，居世界第6 位，而人均占有 量为2 3 0 0m ，居世界第1 2 1 位。2 0 0 0 年，我国总需水量为6 0 0 0 亿m ，供水 能力为5 2 2 2 亿一，总缺水量为7 7 8 亿m 3d 3 。据统计，在我国6 6 9 个城市中，4 0 0 个城市常年供水不足，其中有1 1 0 个城市严重缺水，特别是北方地区水资源缺 乏现象更为严重，用水问题己严重制约工业的发展，使得许多工业建设项目无 法安排，每年影响工业产值约2 0 0 0 亿元。 进入2 1 世纪，随着经济的快速发展和城市化进程的加快，对水的需求量不 断增大，水资源供需矛盾将进一步加剧。据预测，2 0 1 0 年，我国总供水量为 6 2 0 0 - 6 5 0 0 亿m 3 ，总需水量将达7 3 0 0 亿m 3 ，供需缺口近1 0 0 0 亿m 3 ，2 0 3 0 年我 国总需水量将达1 0 0 0 0 亿m 3 ，供需缺口将达到4 0 0 0 4 5 0 0 亿m 3 乜1 。有关专家预 言，水资源危机将严重威胁我国经济社会的可持续发展。从2 0 1 0 年开始，我国 将进入严重缺水期，到2 0 3 0 年，水资源将成为中国最短缺的物资，很难支持国 民经济迅速发展的要求。水问题专家j a n eh p a t e r s o n 预测，到2 0 3 0 年中国人 均占有水量将不足1 7 0 0 m 3 ，这是严重缺少的水平值n 1 。 与水资源危机形成鲜明对照的是随着我国经济的快速发展和人口的增加， 城市污水的排放量却逐年递增，目前我国每年排污水量高达4 1 4 亿m 3 ，而城市 污水处理率接近3 0 ，二级处理率达到1 0 。大量污水未经任何处理直接排入 天然水体，造成了城市附近水体不同程度的污染“3 。一方面城市缺水十分严重， 另一方面大量的城市污水白白流失，既浪费了资源，又污染了环境。因此，节 约和开发水资源已是当务之急。城市污水再利用，符合循环经济的理念和科学 第一章国内外研究状况 发展观的要求，为解决水资源不足开辟了一条新的途径，具有广阔的应用推广 前景。 1 2 城市污水回用的意义 目前，我国6 0 - 7 0 的城市不同程度缺水或者面临缺水的危机。而工业用 水占城市供水量的8 0 左右，循环冷却水又占工业用水的7 0 以上。例如，电 力工业的冷却水占该行业总用水量的9 9 ；石油工业的冷却水占9 0 1 h 】。以 作为我国电力工业重要组成部分的火力发电厂为例，在发电的同时需要大量用 水，每发一度电需要o 1 2 吨冷却水。容量为l o o o m w 的热电厂，即使采用循环冷 却方式，其耗水量也达1 5 2 o m v s ，相当于一座2 0 多万人口的中等城市的供水 量啪。 节约用水、改进技术、提高水价和远地引水都能在一定程度上缓解水资源 短缺问题。但目前世界各国都将城市污水回用于工业循环冷却水系统作为解决 缺水问题的首选方案。目前，我国城市供水量的8 0 最后变成了污水排入了下 水道，城市污水排放量已达4 1 4 亿m 3 a 。如果将其收集起来经过净化处理，7 0 以上可以回用，即城市供水量的一半可以变成再生水，回用到对水质要求较低 的领域，从而替代出等量的新鲜水，这样就等于增加了城市一半的供水量，即 通过废水回用，可解决全国城市缺水量的一多半，足以缓解一大批缺水城市的 水荒。对缺水的城市来说，是一笔宝贵的财富。 城市污水具有污染物含量低( 城市污水中只含o 1 的污染物，而海水含盐 3 5 ) 、水量水质稳定、不受季节影响的特点，而循环冷却水则要求水量大、 水质不高，十分有利于城市污水经处理后回用聃】。因此，当今世界各国解决缺 水问题时，城市污水被选为可靠的低水质用第二水源。 城市污水回用投资成本比较低，处理技术比较成熟，具有开源节流与环境 保护的综合效益。首先，利用城市污水所需要的投资及运行费用一般低于远距 离引水所需投资的费用；其次，除实行排污收费外，城市污水回用所收取的水 费可以使污水处理获得有利的财政支持，使水污染防治得到可靠的经济保障； 第三，城市污水回用可以有效地保护水源，相应地降低取自该水源的水处理费 用。因此，城市污水回用作为循环冷却水将是举两得的工作，不仅可以缓解 城市供水紧张，而且还可以减轻环境污染和排水设施负担。 1 3 城市污水回用状况 2 第一章国内外研究状况 1 3 1 国外城市污水回用状况 在国外，诸如美国、日本、英国和南非等国家将城市污水经深度处理回用 于循环冷却水都已比较普遍。西方国家的经验证明污水资源化和城市污水回用 在技术上是可行的，经济上是适宜的。 美国在2 0 世纪3 0 年代就开始将城市污水回用于循环冷却水，现在利用城市 二级处理出水回用循环冷却水的项目已不下上百个。据估计，在美国总量为2 9 6 亿功3 a 的城市污水回用中，用于循环冷却已达1 9 6 亿m 3 a ，占总回用水量的6 6 2 “1 。例如，加利福尼亚州伯班( b u r b a n k ) 城市发电站，就直接利用该市的城 市二级处理出水作为冷却水，整体运行效果良好。得克萨斯州( s o u t h w e s t p u b l i cs e r v i c e ) 在阿马赖洛( a m a r i l l o ) 尼科尔( n i c h 0 1 ) 电站和琼斯电站，利用 城市污水经石灰混凝沉淀、酸化、调整p h 后回用于电厂的循环冷却水拍。另外， 亚利桑那州帕洛弗迪核电站，利用城市污水经二级处理后出水作为冷却水，回 用水量为1 2 3 1 0 8 m 3 a 。内华达州内华达动力公司和达拉斯发电厂，利用城市 污水经二级处理后出水作为冷却水，回用水量分别为1 0 2 2 l o m 3 d 和4 7 1 0 4 m 3 de l i 。但美国对循环冷却水水质要求较高，要求除去磷、硅和控制氮的浓 度。一般采用三级石灰处理，其经济处理成本较高，不适合在我国推广应用饰】。 日本沿海和西南些缺水城市在2 0 世纪6 0 年代，已开始考虑将城市污水厂 的出水经进一步处理后回用于工业冷却水。截至到1 9 8 6 年，日本利用城市污水 厂出水的工业企业在数百个以上。其中，较大的工业回用项目有：东京回用规 模为4 x1 0 , m 3 d ，名古屋回用规模为1 4 x1 0 5 m 3 d ，川崎回用规模为2 1 0 s m 3 d n l 。 英国在2 0 世纪5 0 年代，开始将城市污水回用于工业冷却水，其中奥尔德姆、 斯托克翁特伦特和科里登三家发电厂使用城市污水】。例如，科里登电站于1 9 5 0 年就开始使用城市污水作为冷却水，采用间歇式加氯，使氨被硝化成硝酸，一 方面降低了p h 、阻止磷酸钙结垢；另一方面也降低循环水b o d 值。 南非在2 0 世纪4 0 年代开始将城市污水回用于循环冷却水，其中约翰内斯 堡的奥兰多电站、凯尔文a 、b 电站，容量分别是3 0 x 1 0 4 ，1 8 1 0 4 和4 2 1 0 4 k r ， 都使用经过二级处理的城市污水作循环冷却水的补充水，总用量为5 8 1 0 m 3 d 。 1 3 2 我国城市污水回用状况 我国的污水回用起步晚，进展慢，由于资金短缺和认识上的差距，把城市 污水当作一种稳定可靠的水资源予以开发利用至今还未形成大气候。 2 0 世纪8 0 年代以来，国家将污水回用作为重要的节水措施。“七五”、“八 第一章国内外研究状况 五”、“九五”期间，污水回用都被列入国家攻关课题，积累了多年的实践经验， 提出了相应的污水回用实用化技术和污水资源化技术。“十五”攻关项目也有 “城市污水回用于工业冷却”这一内容。在国家“工业节水十五规划”中，再 生水在工业中的利用量仅相当于取水量的0 4 ，要大力开展“污水深度处理回 用等节水技术为主的重大示范工程”。根据“十五”计划纲要要求，2 0 0 5 年城市 污水集中处理率应达到4 5 。这就给污水回用创造了基本条件，污水处理厂均 可将污水再次适当处理后回用h 1 。如果全国污水回用率平均达到2 0 ，回用量 可达4 0 亿m 3 a ，即通过污水回用，可解决全国城市缺水量的5 0 口1 。 根据国家规划目标，2 0 0 0 年我国设市城市和建制镇的污水处理率不低于5 0 ，设市城市的污水处理率不低于6 0 ，重点城市的污水处理率不低于7 0 ， 这就给污水回用创造了基本条件。预测2 0 1 0 年我国城市排水量将达到6 0 0 1 0 留 a ，实现污水回用率将达n 6 0 以上至1 j 2 0 2 0 年，我国城市污水回用率将提高 多j 7 0 u 以上d 1 。凡是污水处理厂都可将污水再次适当处理后回用，回用规模潜 力之大，足可以缓解一大批城市的供水紧缺。 近1 0 多年来，我国许多地方特别是北方地区，如天津、太原、沈阳、鞍山、 大连、青岛等地，都开展了污水回用的研究与应用，取得了不少好经验。目前 已经投产的城市污水回用工程约有3 0 个，回用工程规模在1 5 x1 0 3 d 左右，约 为全国城市污水设计处理水量的1 以上。例如，北京高碑店污水厂5 0 1 0 钳d 回用工程，天津东郊污水厂7 l o 3 d 回用工程，大连市1 1 0 4 m 3 d 回用工程， 青岛开发区东厂污水厂1 2 x1 0 4 m 3 d 回用工程，大连市春柳河污水厂8 1 0 钳d 回 用工程，青岛市海泊河4 1 0 3 d 回用工程，西安市污水厂6 1 0 研d 回用工程， 太原北郊污水厂1x1 0 w d 回用工程，鞍山2 2 1 0 4 m 3 d 回用工程，大庆乘风庄 污水厂3 1 0 m v d 回用工程等，这些污水回用示范工程目前都运转良好。 根据我国城市二级污水排放水质，采取适当的深度处理是必要的。结合国 内外污水回用状况和我国城市二级污水水质，并考虑基建和运行费用，城市污 水经过混凝、过滤、氯化后水质已完全达到循环冷却水水质标准。例如华能北 京热电厂工业用水和循环冷却系统补充水为高碑店污水处理厂的二级城市污 水，经f e ：0 。、石灰混凝沉淀、加酸调节p h 、砂滤、冲击加氯杀菌后回用冷却系 统，其水质已达到循环冷却水的水质标准。1 。 我国大部分地区淡水资源匮乏，工业发展受到用水量的严重制约，开发利 用新的水源是我国各级政府、各级企业积极探索和研究的一个方向。利用城市 污水作为循环冷却水系统已有许多成功的应用实例。针对具体的城市污水水质 回用特定的循环冷却水系统，为保证回用的可行性及安全性、稳定性，需要开 展专项试验研究，通过全面的试验论证回用可行性以及回用时的控制条件等， 4 第一章国内外研究状况 另外也希望通过大型模拟试验为设计部门提供部分设计参数。 第二章城市污水回用所产生的问题及处理技术 第二章城市污水回用产生的问题及处理技术 2 1 城市污水的来源 城市污水按来源可分为生活污水、工业污水和径流污水。生活污水主要来 自家庭、机关、商业和城市公共设施等；工业污水主要来自工业生产过程中的 工艺过程用水、机器设备冷却水、烟气洗涤水以及设备和场地清洗水等；径流 污水主要来自雨雪淋洗大气污染物和冲洗建筑物、地面、废渣和垃圾等形成的 废水“。 2 2 城市污水回用产生的问题及处理技术 城市二级污水并不等同于天然水，除b o d 、c o d 、磷酸盐和氨氮化合物之外， 其含c l 。、硬度和无机溶解性盐类较高。城市污水回用于循环冷却水系统，除了 要考虑常规冷却水处理所引起的结垢、腐蚀和菌藻等问题外，还要重视城市污 水回用所特有的氨、磷、浊度和泡沫等带来的新问题口1 。 2 2 i 结垢与腐蚀 城市污水的碱度较高，含有比天然水更多的钙、镁和硫酸盐，更易发生结 垢，降低换热器换热效率1 3 。t h o m a sas h a w 等人通过对城市污水进行石灰一苏 打法进行深度处理的研究，发现可明显降低污水中的c 矿、“、p 0 ，但对c 1 一 和s o | 2 - 等无法去除n 】。有人采用旁流软化过滤法处理循环水中的溶解性盐 类，也取得了一定的效果n 。 城市污水含有一定的有机和无机物，在一定条件下会对管路和设备产生腐 蚀。但实践表明，污水的腐蚀性并不比现用新鲜水水源严重。这可能是深度处 理后的城市污水含有某些缓蚀组分( 如葡萄糖、淀粉等) ，溶解氧含量较低或 具有较低的氧化还原电位等口】。 2 2 2 细菌粘泥 城市污水含有较高的有机物、氮和磷等菌藻所需的营养物，而冷却水的温 度长期保持在2 5 4 0 c ，供氧充足( 据计算，在冷却塔内每i 3 水的空气量可达2 0 0 0 m 3 ，完全达到溶解氧饱和状态) ，十分有利于系统中微生物的大量滋生。若不加 以控制，势必会造成菌藻繁殖、生物粘泥和污垢增加，引起设备腐蚀和系统堵 6 第二章城市污水回用所产生的问题及处理技术 塞等问题，降低换热器的传热效率“】。周彤等人曾对大连市二级污水进行微生 物检测，发现水中的异氧菌、铁细菌、硫酸盐还原菌、真菌等均超标。对此， 一方面可以在系统凝汽器上增设机械清除装置，以防止细菌粘泥的沉积。另一 方面可以投加杀菌剂加以控制，而杀菌剂的合理选择以及杀菌工艺的确定，都 将直接影响到运行成本。因此，有效控制微生物将是污水回用中的重点研究课 题之一。 目前，在循环冷却水中常用c 1 。作为杀菌剂。但城市污水回用冷却水的实践 证明，不宜采用氯气杀菌，因为氧化性杀菌剂氯会与还原性氨发生化学反应， 降低了氯的杀菌效果，并且回用水中氨氮浓度波动很大，难以确定氯气的加药 量。而二氧化氯杀生能力是氯的2 0 - 2 5 倍，具有用量少、高效、快速、药效持续 时间长、使用的p h 范围广等优点，2 m g l 的二氧化氯作用3 0 s 后就能杀死近1 0 0 的微生物。最重要的一点，二氧化氯不与水中氨、有机胺类和酚类反应，消除 了氨氮浓度变化对杀菌剂加入量的影响。综上所述，二氧化氯由于不受回用水 中氨浓度的影响，能有效地杀死回用水中的微生物，成为污水回用首选杀菌剂】。 2 2 3 氨氮 城市污水中氨氮的质量浓度一般为2 0 3 0 m g l ，9 0 以上以氨的形式存在， 这大大超过了冷却水的回用标准( 氨氮 l i n g l ) 。 首先，城市污水中的氨在潮湿的空气或含氧水中，对铜合金有严重的腐蚀 作用，引起铜和铜合金应力腐蚀开裂，其原因是氨能和铜表面保护膜的铜离子 和亚铜离子络合，形成的络离子具有良好的稳定性和可溶解性，使得铜表面的 镀膜很快被破坏，从而引起铜合金腐蚀。其次，氨会使氯的杀菌效果降低或氯 的消耗增加。这是因为氯气溶于水后，产生次氯酸，次氯酸是强氧化剂，也是 杀菌主要成分，而氨是还原剂，因此会产生氧化还原反应，生成氨氮化合物， 尽管这些化合物也具有杀菌作用，但其杀菌速度较慢，而且这些化合物在冷却 塔的吹脱作用下将会逸出，而没有起到杀菌作用。第三，氨氮还是微生物的营 养物质，在冷却系统内会滋生大量的微生物，使循环系统的生物粘泥、结垢增 多，造成杀菌剂量的加大。因此，城市污水回用中控制氨氮的浓度尤为重要口1 。 然而实践运行发现，氨氮在循环冷却水中不会发生积累，有的甚至消失， 对系统的影响并不是十分严重。其原因是由于氨在冷却塔内发生了硝化反应， 并被解吸和降解，不会在循环水中积累，而氮硝化产生的硝酸，还能缓解磷酸 钙垢的沉积。经测定，氨氮的去除8 0 为硝化作用，1 0 为解吸作用，1 0 为微生 物同化作用，三种作用综合影响，但以硝化作用为主口】。周彤等人对城市污水 7 第二章城市污水回用所产生的问题及处理技术 经深度处理后回用于循环冷却系统对氨氮转变的研究表明，当回用水氨氮的质 量浓度为3 0 m g l ，在循环冷却水的p h 值为7 _ 8 、浓缩倍数为2 的条件下，发现循 环水中氨氮的质量浓度仅为0 4 m g l ，且不随浓缩倍率的增加和运行时间的长短 而积累“，并在此基础上提出了零费用脱氮。t h o m a sas h a 还进行了高浓缩倍 数下的研究，结果发现氨氮并不是造成结垢和腐蚀的主要问题曲1 。 2 2 4 磷 磷是通过生活中大量使用含磷洗涤剂而进入城市污水的，一般城市污水中 含磷为2 0 - 3 0 m g l 。磷一方面是微生物的营养物质，会滋生大量的微生物，造成 循环系统中生物粘泥的增多，导致杀菌剂量的提高；另一方面磷酸盐会引起系 统磷酸钙垢沉淀堵塞管道，而且磷酸钙是一种硬垢，不易除去，清洗也比较困 难口1 。当洗涤剂中磷酸盐较少时则不会有这种硬垢，但就我国目前情况而言， 形成磷酸钙垢的可能性还较大。 从国外城市二级处理污水回用冷却水的工业运行实践来看，对磷酸钙垢的 控制主要从两方面着手：( 1 ) 利用石灰、明矾或三氯化铁等混凝处理去除回用 水中的p 0 。，从而降低循环水的磷酸盐浓度；( 2 ) 通过加入硫酸调节循环水p h ， 适当添加磷酸钙垢分散剂，也能有效控制磷酸钙结垢脚。 n o r m a n d f a h r e rs e w e r 等人的研究表明，在城市污水深度处理过程中， 采用液态明矾( 含5 0 的硫酸铝) 作为混凝剂，可明显降低水中磷酸盐至 l m g l ， 但增加了污泥量，并降低了进水的p h 值。而后采用铝酸钠作为混凝剂减少了大 量污泥，有效地去除回用水中的磷酸根，同时也提高了p h 口1 。城市二级处理污 水用作冷却水的实践表明，博格公共服务电气公司( p s e g ) 的6 5 0 m w 电站，通过 投加阻垢分散剂并调节p h 至7 沪7 5 ，有效地控制了磷酸钙结垢；阿马赖洛 ( a m a r i l l o ) 的n i c h o l 电站，采用冷石灰法能较好地去除p 0 ，也较好地控制了磷 酸钙结垢”。 试验和实践表明：补充水的总磷宜控制在1 o m g l ，一方面避免在循环冷 却水中生成磷酸钙垢，另一方面避免过高的磷作为菌藻的营养物而大量滋生菌 藻。根据目前国内外的经验，深度处理一般采用混凝沉淀过滤等工艺，可根据 水质具体条件及实际情况选择。 2 2 5 浊度问题 城市污水中浊度的主要成分是有机物和微生物絮片。微生物在生产过程中 产生的粘液将无机物等杂物粘在一起，形成粘垢，降低杀菌的效果凹1 。同时， s 第二章城市污水回用所产生的问题及处理技术 浊度还会产生污垢，促进局部腐蚀和微生物腐蚀。试验和实践表明：循环水中 的浊度宜控制在3 0 m g l ，补充水的浊度宜控制在l o m g l ，而增加旁滤是控 制浊度的有效措施“”。 2 2 6 泡沫问题 泡沫的来源主要是生活中的洗涤剂。现在，日常生活中大量使用的洗涤类 产品中的表面活性剂的亲油基团一般直链烷基，生物降解性能好，泡沫已经不 成为主要问题。试验和实践表明：在经处理后的城市污水中直链烷基磺酸盐应 在0 5 m g l 。目前对泡沫问题可以采取适当添加消泡剂的方法加以解决”。 2 2 7 卫生问题 城市二级污水作为循环冷却水，是否引起疾病的传播是需要特别注意的问 题。尽管绝大部分致病细菌被过滤掉或被杀菌剂和阳光杀死，但不能保证是否 所有的传染性生物都被消灭。而a d a m s 等人的研究表明，一座使用经过氯化杀菌 二级处理污水作循环冷却水的冷却塔散发的细菌颗粒平均数少于使用污染河水 的冷却塔散发出的细菌数，不会对健康增加危险口3 。 2 3 城市污水工业回用的建议水质标准 表2 - 1 为我国国家环保总局、天津大学等单位根据工业循环冷却水设计规范 标准并参照部分国外标准，结合对天津市纪庄子污水厂深度处理出水的系统试 验提出的城市污水工业回用的建议水质标准。表中i 、i i 、1 1 1 分别为一类、二 类及三类水质，即好、较好及允许使用的水质n 1 。但有一点需要说明的是，对 于符合上述建议水质标准的回用水，仍应根据循环冷却水系统的实际运行要求 进行阻垢、缓蚀和杀菌等处理。 9 第二章城市污水回用所产生的问题及处理技术 表2 - 1 城市污水工业回用的建议水质标准 t a b l e 2 一lt h ep r o p o s i t i o n a lw a t e rq u a l i t ys t a n d a r do f r e u s i n gm u n i c i p a ls e w a g ei ni n d u s t r i e s 1 0 第三章试验设计和试验方法 3 1 试验用水 第三章试验设计和试验方法 3 1 1 城市二级处理污水水质及循环冷却水水质 城市污水能否回用作循环冷却水，首先要看二级处理出水水质能否满足工 业循环冷却水水质标准。城市污水经常规二级处理后，可去除总悬浮物( s s ) 6 0 、b o d8 0 、浊度8 0 、色度5 0 、c 0 1 ) 9 0 以上，但对氨氮和磷的去除 较少口1 。从表3 一l 可以看出，城市= 级处理污水中s s 、油类、有机物和氨氮等指 标仍然超过水质标准，不能完全满足工业循环冷却水的水质要求。因此，城市 二级污水直接用作循环冷却水系统的补充水时，会给循环冷却水系统的运行造 成一些障碍，其中有机物、氮和磷会造成菌藻繁殖、生物粘泥和污垢，促进结 垢和腐蚀，降低换热器的传热效率。钙、镁、氯化物、硫酸盐和碱度等会造成 结垢与腐蚀。因此，必须借助各种深度处理技术加以必要的水质控制，将其进 一步净化。 对城市二级处理污水进行微生物检测，结果表明：l m l 水中含异氧菌、铁细 菌、硫酸盐还原菌、真菌的数量均已超标，见表3 - 2 。如果直接回用城市二级处 理污水，势必导致大量投加杀菌剂，使运行成本提高。因此从微生物角度来看， 城市二级处理污水在我国不宜直接作为工业循环冷却水。 3 1 2 城市污水深度处理工艺流程 城市二级污水要满足循环冷却水的水质要求，必须采用几种深度处理工艺 的组合，寻求廉价、简单的处理工艺仍是今后的重点研究方向。试验和实践表 明，城市污水用混凝一过滤一氯化深度处理方案( 石灰深度处理方案) 较佳， 完全能运用到工业冷却系统，工艺流程见图3 - 1 “。此处理方案降低了冷却水 中的钙硬度、总碱度、氨含量、细菌总数、p o , 3 匍c o d 浓度，但镁硬度、c l - 、 s o , 减少并不明显。 城市污水石灰深度处理为保证达到良好的处理效果，需注意以下几点： ( 1 ) 城市污水流量要稳定，不要有太大波动； ( 2 ) 滤池配水效果要好，防止滤池出水带有泡沫； ( 3 ) 加氯要连续，并保证足够的余氯； ( 4 ) 石灰纯度要高，并注意控制石灰加入量，以免加量过多导致出水硬度偏高； 第三章试验设计和试验方法 ( 5 ) 絮凝剂最好使用计量泵进行控制，以免影响出水浊度； ( 6 ) 城市污水深度处理控制参数： 熟石灰：2 7 7 9 c m l ( 原固纯度7 4 ) 聚合硫酸铁：7 7 6 m g l ( 原液f e ”为3 3 4 m o l l ) 浓硫酸：7 2 7 m g l ( 浓度9 8 ) 液氯：3 1 i n g l ( 纯度1 0 0 ) 表3 1 城市污水二级处理出水与循环冷却水水质标准 t a b l e 3 一it h ew 栅q u a l i t ys t a n d a r do f t h es e c o n d a r y - t r e a t e d m u n i c i p a ls e w a g ea n dc i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e r 1 2 第三章试验设计和试验方法 表3 - 2 城市二级处理污水中细菌数( 个m l ) t a b l e 3 2t h e 洲n u m b e ro f b a c t c f i 哪j nt h es e c o n d a r y - 缸a t e dm u n i c i p a ls e w a g e 聚合硫酸铁 石灰乳 上 硫酸 液氯 上 图3 - 1 城市污水深度处理工艺流程 f i g 3 1 ”t e c h n i c a lf l o wc h a r to f d c 印m e a t e dm u n i c i p m 辨w a g e 3 1 3 试验用水水质全分析 本次试验采用天津某污水处理厂的城市污水二级处理出水和深度处理出水 作为试验用水，其水质状况全分析结果见表3 - 3 。 第三章试验设计和试验方法 表3 - 3 城市污水二级处理及深度处理出水水质分析 t a b l e 3 - 3t h ew a t e rq u a l i t ya n a l y s e so f t h es e c o n d a r y - a e a t e da n dd e e p - t r e a t e dm u n i c i p a ls e w a g e 3 1 4 试验用水水质判断 根据城市污水二级处理出水和深度处理出水水质全分析数据，考虑浓缩倍 数为2 5 和3 0 倍的运行条件，计算这两种水质的稳定指数( r s i ) 来分析 城市污水的腐蚀及结垢倾向n “。从理论上考虑，水中各离子浓度是按浓缩倍数 成正比例增大，故2 5 和3 0 倍运转时，主要水质指标见表3 - 4 。 1 4 第三章试验设计和试验方法 表3 - 4 城市污水浓缩时水质指标 t a b l e 3 - 4t h ew a t e rq u a l i t yi n d e xo f t h ec o n c e n t r a t e dm u n i c i p a ls e w a g e 表3 - 5 稳定指数指标 t a b k 3 5t h es t a n d a r do f s i 表3 - 6 稳定指数计算结果 t 曲l e 3 - 6t h ec a l c u l a t i o no f r s i 第三章试验设计和试验方法 根据稳定指数判断指标( 见表3 5 ) 和稳定指数计算结果( 见表3 6 ) ，可 以看出，当系统为直流时，如果城市污水二级处理出水或深度处理出水作为循 环冷却水而不进行任何处理，系统腐蚀严重；当浓缩至2 5 倍时，水质腐蚀性 变弱，结垢倾向变强。当浓缩至3 0 倍时，如果城市污水二级处理出水和深度 处理出水作为循环冷却水而不进行任何处理，系统结垢严重。因此，必须对循 环冷却水系统进行水质稳定处理，使系统在一定浓缩倍数下能正常运转而不发 生结垢及腐蚀。通过缓蚀、阻垢试验及动态模拟试验筛选出水质稳定处理的最 佳运行配方。该水处理药剂配方除必须具备阻垢和缓蚀双重特性外，还必须从 节水、节药等经济方面加以综合考虑，使其实现技术可靠、经济合理、操作方 便。但值得注意的是，城市污水回用于循环冷却水，其腐蚀性还与水中的有机 物、氮和磷密切相关，这一点需通过试验进一步加以验证。 3 2 试验药剂 3 2 1 缓蚀阻垢剂n 胡 缓蚀阻垢剂主要成分见表3 7 。 表3 - 7 缓蚀阻垢剂主要成分 t a b l e 3 - 7t h em a i nc o m p o n e n to f c o r r o s i o na n ds c a l ei n h i b i t o r 药剂名称主要成分 有机膦酸、有机膦羧酸混合缓蚀阻垢剂( 质量比为2 - 1 ) 丙烯酸及其酯类、有机磺酸盐等四元共聚物分散剂 锌盐缓蚀剂( 七水硫酸锌) 铜缓蚀剂( 苯并三氮唑) 3 。2 2 杀菌灭藻剂“叼 由于动态模拟试验装置位于室内，菌藻生长条件没有现场那么严重，只需 定期投加氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂。杀菌剂主要成分见表3 8 。 1 6 第三章试验设计和试验方法 表3 8 杀菌剂主要成分 t a b l e 3 - 8t h em a i nc o m l a o n c n to f g c r m i c i d e 药剂r 名称主要成分 鼠化性杀菌剂e次氯酸钠( n a c l 0 )含量8 o ( 以有效氯计) 氯化性杀菌剂g 非氧化性杀菌荆h 稳定性二氧化氯( c i o d含量2 0 ( 以c l 如计) 季氮盐类杀菌剂固含量4 嘴 i a 卜7 7 2 铝黄铜 h s n 一7 0 - l _ b 锡黄铜 3 1 7 l 不锈钢 b 3 0 白铜 碳钢 试验环 m 壁2 5 厚竺 试验管 叭似淼壁 试验环 中壁2 5 厚x = 试验管 叭0 x 釜= 壁 标准试验试片i 型 标准试验试片i 型 试验环 母壁2 5 厚x ： 2 4 5c 0 2 4 5 2 2 8 c m 2 2 8 c m 2 2 4 5 甜 2 8 c m 2 注：i 型标准试片规格：5 0 o 1x 2 5 0 1 2 0 ，1 m ，m 4 0 1 咖 3 3 2 试件处理程序 3 3 2 1 试件前处理程序 ( 1 ) 标准试验试片前处理 1 7 第兰章试验设计和试验方法 用脱脂棉在蒸馏水中擦洗一遍，再用蒸馏水冲洗1 5 秒钟； 用脱脂棉在无水乙醇中擦洗两遍后，置于干净滤纸上，用冷风吹干； 用滤纸包好，置于干燥器中，2 4 小时后称重待用。