（环境科学专业论文）城市综合工业废水处理技术的实验研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文摘要 摘要 本课题调查了保定市污水流况及主要的废水处理情况，并以大寨渠废水为研究对 象，深入调查了进入大寨渠污水的主要来源及主要污染物等。针对大寨渠工业综合废水， 应用h c l 、h 2 s 0 4 、n a c l 等试剂改性后的粉煤混凝剂进行混凝，继而应用活性炭对出水 进行深度处理。结果表明，以( i c l ) ：( h 2 s 0 4 户1 ：3 的混合液为改性剂改性的粉煤灰进 行吸附混凝，在废水c o d 浓度为1 4 0 4 8 m g l ，改性粉煤灰用量为5 9 ，混凝时间为3 0 分钟，p h 为9 的实验条件下，c o d 、浊度、色度、z 玎2 + 、s 2 的去除率分别可达7 8 5 6 、 7 2 9 9 、1 1 1 1 、5 8 3 5 、7 7 0 7 。以活性炭结合砂滤进行深度处理，在活性炭投加 量为6 0 0 m g ，吸附时间为l o 分钟，流速为1 1 7 n 以的条件下，最终出水的c o d 、浊度、 色度、z n 2 + 、s 2 赦之原水的去除率分别达9 8 6 3 、9 9 7 6 、1 0 0 、8 6 4 5 、9 9 2 2 。 本文还探讨了工业综合废水的混凝沉降及深度处理机理，并对结果进行了经济可行性分 析，从而探索出一条针对综合工业废水经济可行，以废制废的处理方法。 关键词：综合工业废水，粉煤灰，混凝作用，活性炭，深度处理 a b s t r a c t t h ef i r s t 恤i n g b r 妇t a _ s ki st o ! i n v e s t i 霉鬟l t et h ec o n d i d o no fs e w 始e 觚d 也e 强l a u m 唧e s s i n gm e 也o d s 嘲! d l l gd a z 蜥q u 鸽n l em a i l l0 b j e c ta n dd e e p l yi 1 1 v e s t i 咖g 曲 m e s s a g eo f t h em a i n 趵m so fs 蹦唿g e 抽1 ) a z b 颤q l l 硒w e l l 勰i t sm a j np 0 1 】l l t a l l t sa n ds o o 芏1 a i m i n ga ti i l d u s 硒a io o 脚| b i l i o dw a s t 绷自e fi l l1 ) a 2 h a i 魄f i r s t l yiu s et h em o d i f i c a t e dn y a s hc o a g f i l l 趾tb vm 砌a c i d 觚ds o d i 翻 nc t l l o r i d l ct oc o a g u l a 土e ，t h 髓d od e e _ p 彻_ t m 即tb y a c t i v c 剐两o n t h ei e s u l ts h o w sm a tt h e 代加y a l 砭i t e so f ( i ( ) 亡 、吐l i c k i l c s s 、c h r o m a 、z n 2 + 觚d9 i s 7 8 5 6 、7 2 9 9 、1 1 1 1 、5 8 3 5 、7 7 0 7 r e s p e c t i v d y u n d c r 廿l e c o n d i t i o n o f c o d c 0 嘎l c 锄位撕0 nl4 0 4 m g 几i n 廿l ew a m e w a ：t e r 。c 0 雄叫a n td 0 照g e5 氍c h u r n i 日gt i n l e 3 0m i n ，锄d a hv 羽u e9 触e rt h ed e e p 缸镘l 血n c mb ya c d v ec 羽1 ) o l na j l ds 细l df i l 廿曩t i o n 舳ef i n a lr e m o v a l m t 略o f c o d 、t h j c k ：粥s s 、曲m a 、z 蔚2 + 粕ds 2 - i sr e s c t e l y9 8 6 3 、9 9 7 6 、l o o 、 8 6 4 5 、9 9 2 2 ， c o m d 乏岫磁、撕t 量lt h eo r i g i n a lw a s t e w a o e ru n d e rt h ec o n d i t i o no fa c t i v e c a i t 妁nc 乏哪岫m g 、锄d s o i ：b i n gt i m e1 0 妇羽 1 dv e l o c i o f n o w1 1 7 m s 1 b 翩廿l em e c h 粕i s j n o fc 0 a 鼬l a t c 嬲dd e e _ p 仃或琥m 崩：l tf 1 0 ri i l d u s 撕a lc | ) n l b i n e dw 嬲t e m 鼍l t e ri sd i s c 删i s e d e c o n o 而c a n ai v s i sf o ft 量l cr e s u l ti sd o n e ii o d s 。q u e n n y ，a ne c o n 删c 舳df e a s i b l e 、 ，a yf 0 r 也e 仃最怕m e n t o fi n d 砌a j 渊b i n e dw 淞_ t e w 锄盱i s 唧l o r e d t 量l i si sa j s oaw a yt oc i 湘缸0 lp o l l u t i o nb yw 翟略t e q im e n g ( w a t e rr e s o u r c e 粕dw a t e re n v i r o n m e n t ) d i r e c t e db yp r o f h uz h i g u a n g k e yw o r d s ：i n d u s t r i a lo o m b i n e d 帆s t e t e r n ya s h ，c o a g i i l a t i o n a c t i v e 姐r b o n ，d p t l e a t m 蚰t 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文城市综合工业废水处理技术的实验研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大学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： 一三军筠 日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：率 日 期：赴乒旦 导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景 中国正处在经济快速增长期，工业的迅速发展是经济快速增长的保证，但同时 在工业生产中也排出大量的废水。工业废水具有污染物种类多、成份复杂、c o d ( 化 学需氧量) 浓度高、可生化性差、毒害性大等特点。在中国有6 5 的城市废水( 其中 包括工业及生活综合废水) 未经处理或处理不彻底便注入河流、湖泊和海洋。中国 污染捧放量比世界平均水平高出几十倍。 导致我国七大水系中达到三类水质可以进 入自来水厂最低要求的仅占2 9 ，5 ，劣五类水质高达4 4 。据国家环保局估计， 中国环境问题所造成的总损失将占国民生产总值的1 0 【l l 。 另外，水资源短缺是当今世界范围内普遍面临的严重问题，中国又是水资源严 重匮乏的国家。我国水资源总量2 8 1 2 4 亿立方米，但人均占有量偏少，按1 3 亿人口 计人均水资源仅为1 7 6 0 立方米，仅为世界人均水资源的l ，4 ，进入联合国评定的用 水紧张国家的行列。上世纪8 0 年代以来，我国大部分地区降雨偏少，且分布严重不 均，全国有1 ，4 的国土面积缺水，1 1 0 地区的水资源仅能满足人类生存的基本需要； 全国6 6 0 座城市中4 0 0 多座城市缺水，其中1 8 0 座严重缺水。目前，全国正常年份 缺水量近4 0 0 亿立方米，其中城市、工业年缺水6 0 亿立方米，影响工业产值2 3 0 0 多亿元。缺水已经成为影响我国经济发展、社会安定和环境改善的主要制约因素之 一【2 1 。 因此，污水回用和综合利用是解决环境污染及水资源短缺的有效途径和必要手 段，从而保证经济的进一步可持续发展。对于缺水城市而言，城市污水和工业废水 再生利用比开发建设新水源更为重要，更符合我国贫水的客观事实，更具有深远与 现实意义【3 】。 1 2 国内外工业废水处理技术综述 目前，工业废水处理方法大体分为：物理处理方法、化学处理方法、物理化学 处理方法和生物处理方法以及几种方法的组合工艺。 物理处理方法：包括调节、离心分离、沉淀、除油、过滤等；化学处理方法： 包括中和、化学沉淀、氧化还原等；物理化学处理方法：包括混凝、气浮、吸附、 离子交换、膜分离等方法；生物处理方法：包括好氧生物处理法、厌氧生物处理法 等【4 】。对于主要由造纸( 须指出的是，国外制浆造纸所用原料木材占9 3 ，而国内制 浆原料草类占3 4 ，木材占1 ，4 ，这两类原料所产生的废水有本质的不同，因此国外 的处理方法仅有一定的借鉴作用) 和化工废水组成的混合工业废水，其处理方法应该 综合选择有机及无机废水的处理方法。在各种组合工艺中，“物化+ 生化一法应用 最普遍。 华北电力大学硕士学位论文 1 2 1 混凝技术 混凝是工业废水处理工艺中的关键环节之一，它既可以去除原水的浊度和色度 等感官指标，又可以去除一定的有毒有害污染物；可以自成独立的处理系统，又可 以与其它单元过程组合，用于预处理、中间处理和终处理睁6 】。 目前，混凝剂的发展趋势是从低分子向高分子( 即低聚度向高聚度) 、单一型向 复合型、单功能型向多功能型发展。多功能是指混凝剂除混凝作用以外，还具有去 除天然有机物洲f o m ) 、脱色、除藻或缓蚀等达到一剂多用的目的，从而可以缩短水 处理工艺流程，减少设备等1 7 】。 刘佩红等【8 】以硫酸烧渣为主要原料，在一定温度下用一定比例的硫酸和盐酸， 对烧渣进行强化酸溶，并通过添加适当的助溶和稳定化作用的助剂等，研究开发出 了具有优良混凝效果的双酸铁铝僻a s c ) 。通过对造纸废水的混凝试验，考察了聚 合双酸铁铝的混凝性能。结果表明，与聚合硫酸铁相比，聚合双酸铁铝具有混凝性 能优、成本低廉的特点。河北理工大学的田永淑等【9 】用草浆黑液中提取的木质素做 混凝剂处理毛纺厂染整车间废水、印染厂生产废水，其混凝效果与常用混凝剂的混 凝效果相接近，但价格低廉，还能废物利用。黄稳水等【l o 】以绿矾为原料，自制固体 与溶胶态的纳米a f c c 妁h ，与常用混凝荆硫酸铝和聚合氯化铝充分混合，得到纳米 改性混凝剂，应用于造纸黑液处理，试验发现，纳米材料以溶胶态形式添加的混凝 效果比固态形式的效果好；其废水的c o d 臼去除率比常用混凝剂提高l o 3 0 。生物 絮凝剂以其来源广、种类多、絮凝性能好、培养条件租放、没有环境毒性、处理效 果好、使用范围广和使用受限制较少等优点而引起广大环境工作者极大兴趣。四川 大学的周礼等【l i 】从某自来水处理厂的活性污泥中筛选得到了一株稳定高效的微生 物絮凝剂产生菌凇f 一3 3 ，所产絮凝剂对高岭土悬浮液体系有较好的絮凝作用。通 过培养基优化，对高岭土的絮凝率从8 1 3 提高到9 5 。但目前对微生物絮凝捌 的研究存在很大的局限性( 基本上停留在小试阶段) ，并未取得突破性的进展，且所 用培养基比较昂贵，这使微生物絮凝剂的大量应用及工业化生产受到限制。 耪煤灰是由表面光滑的球形颗粒和不规则的多孔颗粒组成的硅铝质非晶体材 料。对这些材料进行活化处理，可大大提高灰的物理和化学吸附性能，进而用作吸 附材料。近年来，改性粉煤灰作为混凝剂处理工业废水得到越来越多的重视。东北 大学的于硗彩等f 1 2 】用h c l 、h 2 s 0 4 等试剂对粉煤灰进行改性，制得粉煤灰吸附混凝 莉，研究了改性粉煤灰对造纸废水处理的一般规律。结果表明，以1 ) ： ( h 2 s o 。) = l ：3 的混合液为改性剂改性的粉煤灰对造纸废水具有良好的吸附混凝性能， 在废水c o d 浓度为8 0 0 l5 0 0 吲l ，改性粉煤灰用量为2 5 9 l o om l ，粉煤灰的粒径 范围为7 4 8 3p m ，p h 为9 1 2 的实验条件下，c d d 、b o d 、悬浮物、色度的去除 率分别可达8 1 5 、8 0 7 、9 9 1 、9 4 。南京大学环境学院污染控制与资源 2 华北电力大学硕士学位论文 化研究国家重点实验室【玎】用粉煤灰，稀硫酸及少量氯化钠制备的混凝剂预处理印染 废水，c o d 去除率达7 0 以上，具有沉速快，污泥量小等优点，粉煤灰混凝剂制备 的最优工艺参数为：粉煤灰粒度1 8 0 目，1 0 0 m l 废水加硫酸1 0 m l ，加热温度6 0 ， 反应时阅2 h 。用自制混凝剂处理废水的最优工艺参数为：搅拌时间5 分钟，静置时间 2 0 分钟，废水p h 值7 ，混凝剂投加量1 9 。所用混凝剂原料为工业废物，l 来源广泛成 本低，对废水进行工业化预处理，能大幅度降低处理费用，达到保护环境的目的。 1 2 2 生物处理 根据参与作用的微生物种类和供氧情况，生物处理分为好氧生物处理、厌氧 生物处理及好氧厌氧组合处理三大类【1 4 】。 1 2 2 1 好氧生物处理 根据好氧微生物在处理系统中所呈的状态不同，好氧生物处理又可分为活性污 泥法和生物膜法两类。采用氧化沟作为好氧生物处理单元，进水水质波动但出水比 较稳定。华中科技大学的王晓华等【- 5 】采用氧化沟工艺处理化纤废水，根据研究确定 设计参数为进水c o d c f 7 0 0 l m g ，l ，b ( ) d 5 2 4 0i n g l ，进水量1 8 4 5 0 m 3 d ，曝气池污泥负 荷o 1 5 k g l 唱d ，污泥浓度3 9 l ( 灰分3 5 ) ，容积负荷o 2 9 k g m 3 d ，曝气时间1 9 5 h 。 该方法处理效率高，污泥少，对水温、水质、水量的变动有较强的适应性。运行管 理简单，处理出水髓达到g b 8 9 7 8 1 9 9 6 中级标准。同济大学的龚云华等1 1 6 】应用好 氧悬浮填料生物膜反应器处理混合化工废水取得了较好的处理效果。瑚玎在1 3 4 h ， 1 4 4 h ，1 5 6 h ，1 7 o h 的平均去除率分剐为7 3 9 ，7 6 9 ，7 7 6 ，8 0 9 。 水力停留时问是决定反应器处理能力的主要技术经济指标：试验表明，水力停留时间 a 吸t ) 是影响处理效果的主要因素之一。随着珈r t 的增加，c o d 去除率呈上升趋势； 延长掩汀，还有利于出水水质的稳定，提高处理系统抵抗冲击负荷的能力。但无限 制的延长碰玎对c o d 去除率的提高并无大的作用。试验过程中，进水c o d 8 0 0 吼，水温在1 5 以上，阳5 汀在1 5 h 以上时悬浮填料生物膜反应器中即可达到出水 c o d 小于2 0 0m g 厂l 的捧放标准。 1 2 2 2 厌氧生物处理 目前一大批高效的厌氧生物处理工艺和设备相继出现，包括有厌氧生物滤池、 上流式厌氧滤池、升流式厌氧污泥床b ) 、厌氧流化床( a f b ) 、厌氧附着膜膨胀 床e b ) 以及厌氧浮动生物膜反应器( a f b b r ) 和厌氧折流板反应器( a b r ) 等。 b l 0 0 d 9 0 0 d 等【1 7 】在普杜大学对制浆污水的厌氧消化进行了1 年之久的试验及半生产 性试验，对于b o d 为7 0 0 l o o o m 班的原污水，当其负荷为o 9 6 k 献m 3 d ) 及i - 3 7 的条件下其b o d 去除率达9 1 。i c 反应器是在u a s b 反应器基础上发展起来的新 一代高效厌氧反应器，目前已经成功用于造纸工业废水处理，它具有较高的负荷和 3 华北电力大学硕士学位论文 净化效率，用于废纸制浆的废水处理，负荷约在2 0 3 0 吲( 神d ) ，占地小于u a s b 反应器。i c 反应器可以代替u 觞b 作为厌氧一好氧系统的关键设备，使用i c 的厌氧 一好氧系统处理废纸制浆废水时，c o d 、b o d 去除率分别达到9 0 和9 9 【1 8 】。 1 2 2 3 组合处理 把厌氧法与好氧法组合起来对废水进行处理的方法即为好氧厌氧组合处理法。 目前已开发的组合工艺有厌氧一好氧( a l - o ) 、缺氧一好氧( a p o ) 以及厌氧、缺氧和 好氧三段处理( a 。一a ，r o 或称a 2 妫等。同济大学污染控制与资源化国家重点实验室 的蓝梅等【1 9 】采用厌氧水解与活性污泥处理方法对经预处理的含有酚类、苯类和蒽醌 类的混合化工污水迸行了处理研究。实验结果表明：当厌氧水解的水力停留时间为 9 h 时，经水解酸化，废水的m 日o d 5 ) 咄c o d o 可提高3 4 2 ，当上流式厌氧滤池 进水c o d q 的质量浓度为7 0 0 9 0 0 m g 几，总水力停留时间为3 6 h 的条件下经厌氧水解 好氧处理，出水c o d c r 去除率达5 6 8 ，色度，s s ，b o d 5 去除率分别为9 3 8 ， 5 5 9 ，8 7 6 。崔炜等脚】应用水解酸化氧化沟工艺处理草浆造纸废水，一级处 理采用具有内部活性污泥循环，并具有水解酸化和澄清功能的澄清池，可使c o d 消减2 5 3 0 ，s s 消减5 0 6 0 ，比传统辐流式沉淀池的去除效率高。将二沉池 活性污泥回流至水解酸化池，利用其生物絮凝吸附作用提高了水解酸化池对c o d 和 s s 的去除效果。曝气池前设置生物选择池，有效地防止了污泥膨胀。 人工湿地利用基质、植物和微生物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三 重协调作用，通过过滤、吸附、共沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现 对废水的高效净化，人工湿地污水处理系统具有出水水质稳定、对营养物质去除能 力强、基建和运行费用低、技术含量低、维护管理方便、耐冲击负荷强、适于处理 间歇捧放的污水和具有美学价值等优点。该技术不仅能够在发展中国家和发达国家 的城市生活污水处理中广泛应用，其在工业废水处理中的应用也正在不断受到重视 【2 l 】华南热带农业大学农学院的汪秀华陋l 通过对潜流湿地处理制胶废水近7 个月的实 验观察测定结果的系统分析，对湿地植物以王草、坚尼草为主的潜流湿地系统处理 制胶废水的净化规律、影响机制进行了初步的认识，其结果表明潜流式人工湿地对 制胶废水具有良好的净化效果。主要污染物c o d 茁、b o d 5 、n h 3 - n 去除率高，当综 合废水的进水c o d 口、n h 3 - n 平均浓度为1 4 9 6 2 l 倒班、3 0 7 2 4m 扎，水力负荷为 o 0 1 6 m 3 ( m 2 d ) 、水力停留时间为3 d 时，c o d 、b o d 5 、n h 3 - n 去除率分别为9 1 0 7 、 9 3 0 7 、7 5 5 5 ：当洗涤水的进水c o d 口、n h 3 n 平均浓度为1 8 9 3 4 4 m i 巩、1 6 1 4 7 m g 几，水力负荷为0 0 1 7 m 3 ( m 2 d ) ，c ( ) d 甜b o d 5 、n h 3 - n 去除率分别为9 2 2 4 、 9 5 4 9 、6 8 6 7 。该系统耐冲击负荷强，出水水质稳定。李亚治p 】通过对水葫 芦一水草人工湿地处理再生浆造纸废水的试验，当进水p 歪 ：7 1 2 7 4 9 ，b o d 5 、 c 0 d 小s s 浓度分别为4 4 0 5m g l 、3 5 4 2m g l 、2 9 0 7 删l ，水力负荷为o 0 5 m d 4 华北电力大学硕士学位论文 的条件下，b o d 5 、c o d 茁、s s 的去除率分别为9 8 、9 3 和8 9 ，系统性能稳定， 出水水质达到捧放标准且可用于农灌。 1 2 3 深度处理 近年来，国内外的水处理专家在水的深度处理技术领域的研究十分活跃，形成 了一套较为成熟的理论，成功研制出一系列的实用技术和专用处理设备【2 4 】。按照其 处理方法可概括为物理法( 其中膜技术f 冽受到越来越多的重视) 、高级氧化法、生物 法和联用技术。 哈尔滨工业大学市政环境工程学院的刘汝鹏等瞵1 采用h 2 0 2 和微电解法联用对 造纸中段废水二级生化处理后出水进行深度处理试验，结果表明：在p h 为3 、铁炭比 ( 体积比) 为2 、h 2 0 2 投量为o 5 q t h 的最优条件下，当处理时间控制在4 5 m m 及空气 为载气源时，中段废水的脱色率达9 8 以上，c 吼去除率达7 8 。浙江工业大学 的韩怀芬等印】使用mb r 处理造纸综合废水( 黑液中段废水和自水的混合液) 并与传 统的活性污泥法与生物接触氧化法进行比较，实验结果表明用mb r ( 膜生物反应器 是由超滤膜分离技术与生物反应器相结合的生物化学反应系统) 处理造纸废水通过 污泥浓度的增加，出水c o d c r 可以降低到l o o 蝣l 以下( 系统水力停留时间为1 8 h ) ， 整个反应器的总去除率最高可达9 0 以上。说明了mb r 对难降解废水的处理效果比 活性污泥法和生物接触氧化法要好得多。但与其他膜工艺一样，超滤膜本身容易被 污染，即膜水力阻力增加，通量减少，同时m b r 工艺也存在能耗高和膜费用较高 的问题【盔】，其工业化还有很长一段路要走。 1 3 污水回用现状 中国污水回用研究会的一位专家认为，污水回用在我国将有着巨大的发展潜力， 一方面，有许多的城市阉水荒，另一方面，这些城市大量的废水却白自流失，既污 染了环境，又浪费了水资源。城市污水数量巨大，就近可得，易于收集，作为城市 的“第二水源 要比远距离弓f 水经济得多，不但花钱少，而且还保护了环境。这位 专家还算了一笔账，城市供水量的百分之八十最后变成了污水捧入了下水道，如果 将其收集起来经过净化处理，7 0 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用途上，从而替代出等量的自来水，这样就等于增加了城 市一半的供水量，这对缺水的城市来说，是一笔宝贵的财富陋l 。现在，我国城市一 年的缺水量达6 0 亿立方米，如果全国废水回用率达到2 0 ，就可达4 0 亿立方米， 是缺水量的6 7 ，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 大部分缺水城市的水荒。城市的中水回用有利于提高水资源的综合利用的经济效益。 首先，利用中水所需要的投资及年运行费用一般低于长距离引水所需投资和费用； 其次，除实行捧污收费外，城市污水回用所收取的水费可再用于污水处理【3 0 】。 5 华北电力大学硕士学位论文 虽然我国旱在2 0 世纪5 0 年代就开始采用污水灌溉的方式回用污水，但真正将 污水深度处理后回用于城市生活和工业生产则是近2 0 年才发展起来的。最先采用污 水回用的是大楼污水的再利用，然后逐渐扩大到缺水城市的各行各业。1 9 9 0 年我国 将“污水净化与资源化技术研究一列入“八五井国家科技攻关计划，组织了城市污 水资源化和土地处理与稳定塘系统的科技攻关并建立了示范工程，研制成套技术设 施并推广应用，其中部分研究成果已经应用于天津纪庄子污水处理厂的改造工程中。 又如太原市北郊污水处理厂将污水回用于太原钢铁厂工业用水，大庆乘风庄污水处 理厂的二级处理水经深度处理后直接注入地下作为石油开采用水。1 9 8 2 年青岛就将 中水回用为市政及其他杂用水，从而缓解了水资源短缺。北京市于1 9 8 4 年开始进行 中水回用工程示范，并在1 9 8 7 年出台的北京市中水设施建设管理试行办法中明 确规定：凡建筑面积超过2 1 0 4 m 2 的旅馆、饭店和公寓以及建筑面积超过3 1 0 4 m 2 的机关科研单位和新建生活小区都要建立中水设施。引滦入津工程虽然暂时缓解了 天津市的水荒，但是其代价高昂。纪庄子污水处理厂建成投产后，其二级处理水的 基建费用比引滦工程低，水价也比引滦水便宜。北京华能热电厂用高碑店污水厂二 级出水作水源，经加速澄清、加氯接触，变空隙滤池加氯消毒、过滤后入循环系统 作冷却水补水。按电厂7 0 9 0 额定负荷计算，每月平均节约自来水4 5 1 0 4 m 3 ， 每年节约自来水5 4 0 1 0 4 m 3 ，节水率为4 0 。按相同用水量计算，可增加发电能力 l 倍以上。山东淄博市污水处理厂= 级出水经絮凝气浮、纤维滤池过滤，消毒后出 水计划用于电厂冷却和居民区，水量达3 1 0 4 m 3 ，d 。美国西南地区的主要发电厂， 包括核电厂，普遍使用处理后的城市污水作为冷却水。拉斯维加斯的电力供应很充 足，该市科拉拉电厂和森路士电厂的冷却水都是使用拉斯维加斯污水处理厂的出水。 实践证明，在我国开展污水和工业废水深度处理和再生利用的研究和应用是符 合国情的，是非常必要和可行的。 1 4 课题研究对象及预期目标 本课题现场采集保定大寨渠综合工业废水，以其作为实验对象。依据调研及水 质分析结果选择合理的实验方法，以达到预期目标：通过预处理使其水质达到国家 三级捧放标准，通过深度处理及杀菌处理达到综合回用标准。期望能够通过实验及 工程预算为类似的城市工业综合废水的处理提出一条切实可行的道路。 6 华北电力大学硕士学位论文 第二章保定市综合工业废水( 大寨渠) 排放情况调查 2 1 保定市污水排放概况 通过谓查，保定市工业废水和生活污水处理概况如下： ( 1 ) 化纤厂污水一厂污水处理 1 ，一大寨渠一唐河污水库 ( 2 ) 6 0 4 ( 钞票纸厂) 一厂污水处理站 ( 3 ) 电化厂污水 一厂污水处理站 1 ，一黄花沟一自洋淀 ( 4 ) 石油化工厂( 已停产) 一厂污水处理站 ，、 ( 5 ) 鲁岗污水一 - 黄花沟l l l 处理厂出水一纸桥入府河。一自洋淀 ( 6 ) 银定庄污水处理厂一黄华沟一自洋淀 如示，保定市大部分污水工厂有自己的污水处理厂( 注：保定市6 0 4 钞票纸厂 的工艺流程图见附录一) 。目前，保定市有东西郊两座污水处理厂，各处理废水8 万吨，废水既有工业废水也有生活污水，比例为1 ：1 。东郊处理厂采用a o 工艺， 西郊处理厂采用a 2 幻工艺，其出水完全捧入白洋淀，没有回收利用的部分。由于 目前两污水处理厂1 6 万吨的日污水处理量远远不能满足市区每天2 5 2 8 万吨的污水 排放量，特别是为了缓解护城河的严重污染和自洋淀的水体污染以及适应城市发展 的需要，2 0 0 3 年底正式启动的二期工程，2 0 0 6 年底竣工投入试运行。新建污水处理 厂实际日处理污水量1 6 万吨，对市区向阳路以东，约5 6 3 平方公里范围内的污水 进行处理。二期工程厂区位于原银定庄污水处理厂的南侧，占地2 8 3 亩。污水经外 管网收集后进入厂区，经过一套复杂的处理过程，污水中的污染物9 0 以上可以得 到去除，水质得以明显的改善。捧入厂外拟建的捧水管至黄花沟进入府河，流经白 洋淀最终归入海河。 为了更充分有效的利用水资源，新建污水处理厂设计建造日产5 0 0 0 吨的再生 水回用工程，可以用于城市绿化景观用水、建筑、洗车、消防等方面，将会在一 定程度上缓解保定市水资源紧缺的状况。另外，污水处理后剩余的污泥经浓缩脱水 后进行干化，可用于制造农肥和改善土壤。处理后污水和剩余污泥的重复利用必将 产生巨大的社会效益和经济效益。 7 华北电力大学硕士学位论文 作为国家南水北调工程的重要组成部分，二期工程竣工投产后，将使保定市的 污水处理率由原来的不足6 0 提高到9 0 以上，届时原进入护城河的工业废水和生 活污水将通过完善的管网设施全部进入污水处理厂处理，不会再有大量的污水流入 护城河，同时随着南水北调工程的实施，护城河上游的水源将会得到进一步的补充， 护城河这条原本美丽的城市项链将会重现当年的清澈，整个城市的生态环境也会得 到很大的改善。同时，污水处理厂二期工程建成运行后，一亩泉河、府河及自洋淀 的污染都会大量降低，对下游海河流域的还清将起到积极作用。另外污水治理从本 质上控制了污水对地下水源的污染，对下游水源地起到了一定的保护作用，同时可 逐步恢复已被破坏了的生态环境。可以预计，保定市污水处理厂= 期工程的建设必 将对保定市及沿线流域文化生活水平的提高起到很大的作用，在国民经济发展中发 挥巨大的社会、环境和经济效益。 新建污水处理厂运行工艺将采用带前置厌氧段的普通活性污泥法( 简称除磷 ，o 工艺) 。污水经厂外管网收集后进入厂区，先经过粗格栅过滤，粗隔栅栅条间隙 为2 0 毫米，可以除去污水中大块悬浮物和飘浮物，再流经细隔栅，隔栅栅条间隙为 6 毫米，可以滤掉粗格栅未能分离的较大颗粒的固体污染物，从而保证后续处理工 段的稳定运行。然后污水进入漩流沉沙池，通过水力漩流作用去除比重较大的无机 砂粒污染物后到达除沉池。在初沉中，以重力分析为基础，去除污水中呈悬浮状态 的固体污染物，以减轻曝气池的污染负荷，并使水质得到均化。污水经过初沉池， 便进入污水处理中最重要的构筑物一曝气池。曝气池中含有大量的活性污泥，上面 栖息着无数絮状的微生物群。污水与活性污泥在曝气作用下混合并充氧，当污水与 这些微生物接触，微生物壁外的粘液层就能将污水中的有机污染物质予以吸附，并 在生物菌的作用下，进行代谢、转化，就这样，绝大部分有机污染物被分解为二氧 化碳和水。污水经过曝气池处理后，与部分活性污泥混合流入二沉池，经沉降后， 澄清水排放，沉淀污泥大部分回流，少部分为剩余污泥，与初沉污泥一起污泥处理 和处置。经过上述一串负责的处理工程，污水中污染物9 0 以上可以得到去除，水 质得以明显的改善，达到甚至优于国家二级捧放标准。 2 2 大寨渠废水排放调查 本课题主要针对大寨渠污水进行研究。大寨渠每天接受约日5 万吨的污水，水 体呈棕褐色，内有较多的小颗粒的白色纤维物质，且散发着阵阵恶臭，令人难以忍 受。大寨渠的主要污水来自：化纤厂和6 0 4 厂，水体中的主要有机污染物有：棉纤 维半纤维素糖类脂肪等。污水中的悬浮物是小纤维和粘胶。污水中硫化物锌和有机 物含量超标，色度和浊度较大。因其为混合水样，流量和污染物含量不太稳定。 保定市钞票厂位于“华北明珠一白洋淀的上游，污染治理水平高低直接影响自 洋淀的生态环境。钞票纸生产基地主要采用三级棉和棉绒生产工艺。用n a 0 h h 2 0 2 2 华北电力大学硕士学位论文 蒸漂一体化清洁生产工艺，基本消除了黑液。在蒸煮过程中，棉纤维中的果胶糖类 脂肪和蜡脂溶入碱液，使蒸漂废水中除了少量棉纤维外，还有大量的糖类脂肪蜡 脂等有机物和部分有机酸。制浆废水中c o d 含量约为2 0 0 0 m g ，l ，b o d 5 约为7 5 0 m g l 。 纸机的白水中主要含细小的纤维和填料，其中c o d 6 4 3i n g ，l ，b o d 5 约为1 2 0 删l 。 目前6 0 4 厂投资7 3 0 0 万元代选择器的活性污泥法处理棉浆造纸废水。保定纸票厂目 前分别采用吸附再生活性污泥法和沉淀法处理碱性过氧化氢蒸漂制浆废水和造纸废 水，经处理的废水全部纳入保定市粉煤灰处理厂后捧入白洋淀。在多年的运行中， 由于厂内处理设施老化技术落后，以及粉煤灰污水处理厂运行不正常等原因，导致 最终出水水质偏高，曾对环境和自洋淀造成了一定的污染。要彻底解决不依靠粉煤 灰污水处理厂业能达到捧放的问题，必须建设一座具有国际先进水平的污水处理厂。 根据中国印钞造币总公司 关于钞票纸厂污水处理项目立项的批复等文件， 6 0 4 厂正在进行技术方案的许则与工程的可行性研究。 6 0 4 厂通过对普通活性污泥法a ，o 法和带选择器的活性污泥法进行了调查研 究和对比，结果表明：选择器的活性污泥法是一条适合面浆造纸废水处理的工艺路 线。其原理是：在普通曝气前端设置一个生物选择器，通过选择器创造一个适合菌 胶团生长的高负荷接触区，促进菌胶团的繁殖，抑制丝装菌生长，从根本上避免污 泥膨胀的发生，使微生物处理系统始终处于良好的运行状况。 根据查新结果，采用“选择器时重流曝气修处理棉浆造纸综合废水的工艺未见 报道，尚属首例。与其它生物处理方法相比，本研究确定的“选择器+ 推流曝气” 工艺与参数，具有以下优势： ( 1 ) 净化效率高，污染物去处率达到了国内领先水平； ( 2 ) 无污泥膨胀问题，运行的稳定性好； ( 3 ) 工艺流程简单，设备维护管理方便。 本研究成功的将“带选择器的活性污泥法”应用于棉浆造纸废水处理，具有显 著的环境效益； ( 1 ) 可以作为6 0 4 厂污水处理工程设计的依据，对环境保护特别是白洋淀有十分 重要的意义。 ( 2 ) 对棉浆造纸行业的废水处理提供一条可供选择的技术路线，具有良好的社会 效益。 ( 3 ) 运行中由于营养盐大幅度减少，每年可节约费用6 0 多万元；由于水力停留 时间缩短，曝气池容积相应减少，可节约工程建筑费用及设备运行费用3 0 0 多万元： 经过处理的废水可综合利用，每年可节约水费近千万元，具有良好的社会效益。 9 华北电力大学硕士学位论文 本研究所确定的工艺与参数可直接用于棉浆造纸废水的处理，也可提供其他 制浆造纸厂借鉴，具有广阔的应用前景。 存在的问题与措施 ( 1 ) 对工艺条件( d o m l s s 污泥回流比等) 的控制，由于本实验全部采用人工 操作，稳定性差，需经常调整。建议引进国外先进的自动化控制系统( 如p l c 系统 等) 可解决这个问题。 ( 2 ) 盘状微孔曝气器的材质为橡胶，易于老化破裂且不易维修，直接影响曝气质 量。采用进口优质橡胶膜片或采用射流式曝气器潜水式曝气器，可以很好的解决这 一问题。3 本研究重点探索了废水生化处理工艺与参数，对污泥脱水闯题尚需进一 步探索。谓查时了解到，6 0 4 厂新的污水处理设备正在试运行( 注：保定市6 0 4 钞 票纸厂的工艺流程图见附录一) ，运行后将会减少污水的排放量。 对保定市天鹅化纤厂废水处理技术的调查，参观的化纤厂水处理流程为： 进水呻初级沉淀池一出水( 用电化厂电池渣中和) 一搅拌池一平流沉淀池一出水 一灰场( 已删) 其中初级沉淀池和平流沉淀池中污泥进行工艺浓缩后压成泥饼再进行处理。但 事实上化纤厂即使连如此简单的工艺要求都达不到。具厂内工程师介绍，沉淀池中 的污水因无处存放而长时间得不到清理，从而处理效果很差，连三级捧放标准都达 不到。并且其中硫离子，锌离子等污染指标严重超标，污水处理厂也因此不接受其 污水。据保定市捧水管理处声称，大寨渠预废除，只是因为化纤厂的经济效益近年 不佳，无力引进新的水处理设备，因此，每天约两万吨地污水就源源不断地排入大 寨渠，污染着环境。 一方面，大寨渠两岸的农民将大寨渠作为他们的灌溉水源，另一方面，污水源 源不断的派入唐河污水库，在丰水时期有可能外泻，对自洋淀水体造成污染。因此， 研究保定市工业废水的处理方法，制定综合废水的处理方案，就显得非常必要和具 有重要的现实意思。 1 0 华北电力大学硕士学位论文 。 第三章保定市综合工业废水处理实验 3 1 主要污染物含量的测定及比较 本实验现场采集大寨渠综合工业废水，以其作为原水水样进行以下实验。采样 方法综合表面水样和废水采集方法：采集在相同时间间隔取等量水样混合而成的“平 均水样黟，将聚乙烯瓶插入水面以下o 5 - 处，避开水表面膜，并带上聚乙烯手套， 样品应充满容器。采样后立即加盖塞紧，避免接触空气。 本实验水质检测项目均采用国家或行业标准，根据表3 一l 所列方法对废水中 1 5 个项目进行测定和对比分析。 表3 1检测项目与分析方法一览表f 3 1 1 序号项目测定方法方法来源 l p h 值玻璃电极法 g b ，t6 9 2 0 2 悬浮物( s s )重量法g b 厂r1 1 9 0 l 3 浊度便携式浊度计法 g b 厂r1 3 2 0 0 4 生化需氧量( b o d 5 ) 微生物传感器快速测定法 h ，厂r 8 6 - 2 0 0 2 5 化学需氧量( a d d q ) 重铬酸钾法 g b 厂r1 1 9 1 4 6 总铜火焰原子吸收分光光度法 g b 厂r1 1 9 l l 7 总镉火焰原子吸收分光光度法g b 厅1 1 9 l l 8 总铅火焰原子吸收分光光度法g b 广r1 1 9 l i 9 总锌火焰原子吸收分光光度法 g b 厂r1 1 9 l l 1 0 总硬度 乙二胺四乙酸二钠滴定法g b 厂r7 4 7 7 8 7 l l 电导率便携式电导率仪法 1 2 色度色度仪法 1 3 溶解氧 膜电极法g b l l 9 1 3 8 9 1 4 大肠杆菌群 滤膜法g b 厂r5 7 5 0 碘量法( 处理前) h j 厂r 6 0 2 0 0 0 1 5硫化物对氨基二甲基苯胺光度法( 处理 g b 厂r 1 6 4 8 9 - 1 9 9 6 后) 华北电力大学硕士学位论文 表3 2第二类污染物最高允许捧放浓度【3 2 1 检测项耳 一级标准二级标准三级标准 p h 值 6 96 - 9 每9 色度( 稀释倍数) 5 08 0 s s ，擅g l 7 0 2 0 0 4 0 0 b o d 5 ，m g l 3 06 03 0 0 c o d c r ，m l 1 0 01 5 05 0 0 总铜，嘲几 o 51 o2 0 硫化物，皿g 厂l1 o1 02 o 总锌，m g l 2 o5 o5 o 表3 3大寨渠原水水质与三级排放标准的比较 检测项目分析数值三级排放标准是否达标( y n ) p h 值 4 9 86 9n 色度 5 4y s s ，呲 1 l o4 0 0y b o d 5 m g ，l 4 9 03 0 0n c 0 d ，m g ，l 1 4 1 ) 4 85 0 0n 硫化物，m g ，l 1 0 5 1 82 on 总锌，m g ，l 6 2 5 2 l5 on 总铜，m g ，l o 2 1 0 72 oy 从表3 3 的比较得出了，大寨渠原水中的p h 值、b o d 5 、c o d c r 、硫化物、总 锌超出国家三级排放标准。其中较严重的超标项目是c 0 | d 、硫化物、总锌，它们的 超出倍数分别为2 8 、5 2 5 、1 2 5 。另外，大寨体水体散发着令人难以忍受的臭 气，颜色呈深黄褐色令人厌恶，影响着周围居民的生活。 华北电力大学硕士学位论文 表3 4大寨渠原水水质与农田灌溉水质标准l 对比 农田灌溉水质标准原水水质是否达标( y n ) 水作旱作蔬菜 b o d 5 ，m l 钧1 5 08 04 9 0n c o d ，m g l 2 0 03 0 0 1 5 0 l4 1 舛8n s s ，m g ，l 1 5 02 0 01 0 0l l on 硫化物，删l 1 o 1 0 5 1 8n 总铜，m g ，l 1 o0 2 1 0 7y 总锌m g ，l 2 o6 2 5 2 ln 水温，3 5 3 5 y 总铅，m g l o 10 0 5 3 ly 大肠杆菌，个几l o o o o刀f 7 5 0n p h 值5 5 8 54 9 8n 从表3 _ 4 的比较得出，大寨渠原水中的s s 、c o d 、p h 值、大肠杆菌、总锌、 硫化物、b o d 5 的都达不到农田灌溉水质标准。其中较严重的超标项目是c o d 、硫 化物、总锌、大肠杆菌，它们的超出倍数分别4 6 8 、1 0 5 、3 1 、7 7 。据保定市 捧水管理处办公人员介绍，大寨渠水体是沿渠农作灌溉的水源。农民利益的损害反 倒是大寨渠废除的障碍。用这些污水去灌溉，无疑会对人们的健康造成巨大的危害。 1 3 华北电力大学硕士学位论文 表3 5 大寨渠原水水质与综合回用标准比较 是否达标 序号控制项目综合回用标准原水水质 ( y n ) l c o d 口，m g l 5 01 4 0 4 8n 2 s s ，吲l 3 0l l on 3 b o d 5 ，m l l o4 s i on 总硬度( 以c a c 0 3 计) ， 4 4 5 05 8 6 2 6n 叫l 5 色度 2 55 4n 6浊度31 0 1 6 8n 7 硫化物，m g ，l 1 01 0 5 1 8n 8 p h 值 6 5 8 54 9 8n 9 总锌，m g ，l 1 o6 2 5 2 ln 1 0 总铜，m g ，l o 10 2 1 0 7n 1 1 总铅，删l 0 10 0 5 3 2n 1 2 总镉，m g ，l 0 11 0 0 5 2n 1 3 溶解氧 38 7 6y 1 4 大肠杆菌个l 2 0 0 0 7 7 7 5 0n 1 5 电导率，i 舭m 3 0 0 03 0 0 6 n 从表3 5 的比较得出了，大寨渠原水水质分析的1 5 个项目中除溶解氧外，其他 项目都严重超出综合回用标准。 总之，大寨渠综合工业废水，水质严重超标，如引其灌溉或者直接排放进入天 然水体将会对人民健康和环境造成严重影响。 3 2 废水处理总体设计 3 2 1 水处理方案的