（环境工程专业论文）北京有机化工厂二级处理出水回用.pdf

摘要 摘要 对北京有机化工厂二级生化处理出水回用于循环水补充水的深 度处理工艺进行了研究。 分析二级生化处理装置运行数据，剖析其设计及运行控制方面存 在的问题，并进行系统溶解氧、深井曝气池混合液脱气、絮凝剂投加 量、混凝沉淀出水与其过滤液c o d 的对比实验，提出降低深井曝气池 供氧量；减少营养盐投加量；增加深井曝气池脱气装置；改进浮选沉 淀和混凝沉淀过滤系统；以及控制冲击负荷等工艺改进的措施，以进 一步提高污染物去除效率，保证深度处理回用工艺的进水水质。 分析二级出水与循环水补充水水质标准的差距，进行二级出水的 可生化性、生物接触氧化与混凝沉淀过滤的对比、以及超滤实验，确 定深度处理回用的工艺为“曝气生物滤池+ 超滤+ 反渗透”。本课题重 点研究曝气生物滤池和超滤膜生物反应器。 进行曝气生物滤池处理浮选出水实验。结论为：在二级生化处 理装置正常运行情况下，c 0 1 ) 、s s 及浊度的去除效率分别为3 5 7 、5 0 9 8 和8 4 2 。水力负荷与c 0 1 ) 去除率不是简单的线性关系，存在最佳停 留时间，停留时问大于l h ，曝气生物滤池可有效降低浮选出水的c o d 、 s s 及浊度。用曝气生物滤池取代现有的混凝沉淀过滤池，可以进一 步提高后续超滤深度处理工艺的进水水质。 进行超滤处理曝气生物滤池出水实验。实验结论：超滤膜装置 最佳运行条件为：净水量3 0 l h ，原水净水比3 ：1 ，出水泵连续抽吸 1 5 m i n ，反冲洗6 0 s ，反冲洗流量9 0 1 h 。超滤对曝气生物滤池出水 c o d 的去除率为3 9 8 ，且出水c o d 均在6 0 m g 1 以下；对浊度、细菌 总数、总铁及s s 的去除效率分别为9 9 3 、9 2 2 8 、8 8 6 和8 6 8 8 ； 磷的去除率在3 0 左右。超滤出水除氯离子超标外，其他各项指标 均己达到回用于循环水补充水的水质标准。超滤出水完全能够满足反 渗透的进水水质要求，经反渗透除氯，即可安全回用于循环水补充水。 采用“曝气生物滤池十超滤+ 反渗透”的组合工艺，对该厂二级生 化出水进行深度处理，完全可以满足回用于循环水补充水的水质要 求。该工艺具有经济可行性。 关键词超滤：曝气生物滤池；有机化工二级生化出水；回用；循环水 北京工业大学工程硕十学位论文 a b s t r a c t as t u d yo fw a s t e w a t e rr e u s ei nb e i j i n go r g a n i cc h e m i c a lp l a n tw a s c a r r i e do u t b ya n a l y z i n gr u n n i n gd a t ao ft h ee x i s t i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n td e v i c e i ti n d i c a t e dt h a ts o m ei m p r o v i n gm e a s u r e sc o u l di n c r e a s et h er e m o v a lr a t e o fc o d 。，a n ds s t h e r e f o r et h er a ww a t e rq u a lit yo fa d v a n c e dt r e a t m e n t p r o c e s sc o u l db ee n s u r e d b yc o m p a r i n gt h eq u a l i t yo fr a ww a t e rw i t ht h e s t a n d a r d so fr e u s ew a t e r ，a na d v a n c e dt r e a t m e n tp r o c e s sa st h ed i r e c t i o n o ft h i sr e s e a r c hw a sb r o u g h tu p t h er e s e a r c hd i r e c t i o ni sb i o l o g i c a a e r a t e df i l t e ra n dm e m b r a n eb i o r e a c t o r t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so ft h eb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e rs h o w e dt h a t t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e do fc o d 。，i s3 5 7 ，s si s5 0 9 8 a n dt u r b i d i t y i s8 4 2 t h eh y d r a u l i cl o a d i n gi s n t1 i n e a rr e l a t i v et ot h ec o dr e m o v a l r a t ea n dt h e r ei sa no p t i m a lr e s i d e n c et i m e w h e nr e s i d e n c ei sa b o v el h ， c o d ，s sa n dt u r b i d i t yc a nb ed e c r e a s e da n dt h ew a t e rq u a l i t yc a nb e i n c r e a s e db yu s i n gb i o l o g i c a la e r a t e df i l t e ri n s t e a do fc e m e n td e p o s i t i o n f i l t e r t h ee x p e r i m e n tr e s u l t so fu l t r af i l t r a t i o nm e m b r a n eb i o r e a c t o rs h o w e d t h a t t h eb e s to p e r a t i n gp a r a m e t e r sa r e ：p u r i f y i n gw a t e rf l u xi s3 0 1 h ， r a ww a t e rf l u xi s9 0 1 h ，w o r k i n gt i m ei s1 5 m i n ，o p p o s i t ew a s h i n gt i m ei s 6 0 sa n do p p o s i t ew a s h i n gw a t e rf l u xi s9 0 1 h t h ea v e r a g er e m o v a lr a t e o fc o d 。，i s3 9 8 a n dt h ec o d 。，o ft h ee f f l u e n ti sb e l o w6 0 r a g 1 t h ea v e r a g e r e m o v a lr a t eo ft u r b i d i t y ，g e r mn u m b e r ，f e ，s sa n dp h o s p h o r u si s9 9 3 ， 9 9 2 8 ，8 8 6 ，8 6 8 8 a n d3 0 a 1lit e m se x c e p tc l 。1a r eu pt ot h es t a n d a r d o fc i r c u a t i n gs u p p l e m e n t a r yw a t e rb yu l t r af i l t r a t i o na n dc 1 1c a nb e r e m o v e db yr e v e r s eo s m o s i s i nc o n c l u s i o n ，t h ec o m b i n e dp r o c e s so fb i o l o g i c a la e r a t e df i i t e r ， u l t r af i l t r a t i o nm e m b r a n eb i o r e a c t o ra n dr e v e r s eo s m o s i si st e c h n o l o g i c a l a n de c o n o m i c a l f e a s i b l ei nw a s t e w a t e rt r e a t m e n ta n dr e u s e k e y w o r d s u l t r a f i l t r a t i o n ：b i o l o g i c a l a e r a t e df i i t e r ：b i o c h e m i c a l w a s t e w a t e r ；r e u s e ：c i r c u l a t i n gw a t e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 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。 签名：垒垂 日期：毋神玑工膨 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：垒塞导师签名：锱备 日期：丝垒：，占 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景及其理论与实际意义 1 1 1 水资源短缺问题 水是生命之源，是维系经济和生态系统的制约因素，是一个国家 经济建设的生命线。世界人口的迅猛增加和工业的高速发展，导致水 资源短缺日益加剧。2 0 世纪末人均占有水量仅是世纪初的1 1 8 ，另 一方面水污染日趋严重，目前，可用淡水资源总量的1 3 受到污染， 世界上只有1 4 人群饮用到合乎标准的水，每年至少有1 5 0 0 万人死 于水污染引起的疾病。水资源短缺已成为2 1 世纪人类面临的最为严 峻的资源问题。 我国是一个贫水国，人均占有水量仅为世界平均水平的1 4 。同 时水资源在时间和地区分布上很不平衡，南方多北方少，北方干旱、 半干旱地区年降水量主要集中在7 、8 、9 三个月，这使可利用的水尤 显不足。随着经济发展和城市化进程的加快，城市缺水问题尤为突出。 城市缺水范围不断扩大，缺水程度日趋严重。据统计，全国6 6 9 个城 市中，4 0 0 个城市常年供水不足，1 1 0 个城市严重缺水，日缺水量达 1 6 0 0 万立方米，年缺水量6 0 亿立方米。由于缺水影响工业产值2 0 0 0 多亿元年。水资源匮乏己成为制约我国国民经济发展及人民生活水 平提高的重要因素。2 0 0 0 年北方地区出现百年不遇的大旱，许多水 库河流出现从未有过的断流和枯干，北方1 3 个省3 1 8 个县级以上城 市被迫限时供水，缺水人口达2 0 0 0 多万。北京也是全国严重缺水城 市之一，2 0 0 0 年北京市生活水量缺口达0 6 4 亿m 3 。 我国水污染也日益严重。我国年污水排放总量为4 1 4 亿m 3 ，污水 处理率仅为3 0 ，大量污水的无处理排放，使现有水资源受到了严重 污染，大大减少了可用水量，加剧了水资源的供需矛盾。据统计，在 全国7 0 0 余条大中河流中，近1 2 受到污染，7 0 余条河流因污染严 重而失去使用价值。据中国环境状况公报报道，目前全国7 8 的 城市河段不宜作饮用水源，5 0 的城市地下水已受到污染。 北京工业大学工程硕士学位论文 1 1 2 解决水资源短缺问题的途径 解决水资源短缺问题的途径有两种：一、节约水资源，减少用水 量；二、寻找新的可利用水源。在节水已不能从根本上缓解水资源供 需矛盾的情况下，应重点考虑污水回用、远距离调水和海水淡化等方 法，以开辟新的可利用水源。 1 1 2 1 污水回用城市污水污染杂质约占0 1 ，其余绝大部分通过 再生处理可重复利用。城市供水量的8 0 变为污水排入管网中，经收 集再生处理后7 0 可以安全回用，即城市供水量的一半以上可以变成 回用水，返回到水质要求较低的用户，替换出等量自来水，相应增加 了城市一半供水量，回用潜力之大，足可以缓解一大批缺水城市的供 水矛盾。经专家论证，只要搞好污水回用，就可以缓上远距离调水工 程。此外，城市污水可就近取用，具有易于收集处理，数量稳定可靠， 不受气候变化影响等优势，作为城市第二水源，比海水、雨水来得实 际，且基建投资费比远距离调水、海水淡化少，运行费用也较低。污 水回用对保障城市安全供水具有重要的战略意义。 1 1 2 2 远距离调水远距离调水不但投资大，还可能调来污水或早 年无水可调，其投资和处理费用远远大于城市污水回用的费用，且可 能对自然生态环境产生不利的影响。 1 1 2 3 海水淡化海水虽是沿海取之不尽的水源，但海水含有3 5 的溶解盐及大量有机物，污染杂质是污水二级处理出水的万倍以上。 海水淡化的基建费用和造水成本均超过污水回用的费用。近期内由于 经济和规模的制约，不可能成为解决城市缺水问题的有效途径。 据统计，到“十五”末期，形成4 0 亿立方米水源，污水回用投 资大约为1 0 0 亿元，远距离调水约6 0 0 亿元，海水淡化约1 0 0 0 亿元。 由此可见，污水回用具有明显的经济优势。在末充分利用城市污水的 水资源能力前，不应考虑远距离调水和海水淡化。 城市污水可回用于工业用水、市政杂用、农业污灌、建筑用水以 及地下水回灌等方面。城市供水的5 0 8 0 是工业用水，工业用水的 8 0 是水质要求不高的冷却用水。目前我国石化系统仍大量采用新鲜 水作为循环水系统的补充水水源，这样无疑加剧了我国水资源的紧张 局势。若把城市污水回用的落脚点放在工业，可大大缓解水资源的供 需矛盾和水污染的严重局势。目前，我国有相当一部分企业已有污水 2 二级处理设施，处理达标后的出水仅需增加适当深度处理，即可满足 工业循环冷却水补充水水质的要求，这些企业已具备了污水回用的条 件。在这些企业内部实施污水回用，不仅可以提高循环用水率，而且 还可节省给水管道的基建费和运行费用，且便于运行管理。 综上所述，污水回用具有两大特点：一是经济适用性：二是有效 性。污水回用可作为解决缺水问题的首选方案和充分利用水资源的直 接措施。此外污水回用在最大规模最有效节水的同时，还减少了污水 的排放量，减轻了对环境的污染，具有较高的环境效益和社会效益。 1 2 国内外污水处理回用技术现状 1 2 1 污水回用技术 污水回用工艺的设计目标是：寻找经济有效的水处理工艺组合， 以满足污水回用所需的水质要求，即把技术最可行和成本最经济的污 水处理技术和给水处理技术结合起来1 。大多数污水回用技术是从给 水处理和污水处理技术中演变而来。常用的污水回用技术包括：混凝、 沉淀、过滤、生物处理、活性炭吸附、臭氧氧化、膜分离和消毒技术等。 1 2 1 1 过滤过滤是通过颗粒滤料截留污染物以达到净化污水的目 的。过滤可去除二级处理出水的生物絮体、胶体物质、化学絮凝过程 产生的沉积物、细菌和病毒等，迸一步降低出水的b o d 、c o d 、悬浮 物和浊度。过滤可作为预处理措旌。提高后续处理装置的安全性和处 理效率，是保证再生水水质的关键过程。 1 2 1 2 生物处理在二级处理出水有机成分c o d 的构成中，残留的 有机物只占很少一部分，绝大部分是微生物代谢产物，其中高分子量 的( 分子量 1 0 0 0 ) 占大部分，这部分是能被生物降解的。污水回用 的生化处理工艺主要有生物接触氧化、生物活性炭法和曝气生物滤池 等。曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理技 术，其突出特点是将生物接触氧化与过滤结合在一起，滤池后不设沉 淀池，通过反冲洗实现滤池的周期运行。曝气生物滤池具有处理效率 高、出水水质好、占地面积小、基建和运行费用低、管理方便和抗冲 击负荷能力强等特点，已被广泛应用。 1 2 1 3 活性炭吸附活性炭吸附是应用最广泛和最有效的污水回用 技术。活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，可去除二级处理 1 北京工业大学工程硕士学位论文 出水中残存的有机物、胶体粒子、微生物、余氯和痕量重金属，并可 用来脱色和除臭。在活性炭吸附工艺中，除传统的吸附柱外，目前采 用较多的是与生物滤池相结合的颗粒活性炭( g a c ) 滤池。g a c 作为 一种应用较为广泛的吸附剂，能去除有机物和重金属。g a c 滤池除了 利用g a c 的强大吸附功能之外，还利用大量g a c 组成的滤料层拦截一 些较大的杂质颗粒，起到了传统滤池和活性炭吸附的双重作用，而且 由于活性炭中大量的微孔便于微生物的生长，其处理效果要好于一般 的无烟煤滤料滤池。 1 2 1 4 膜分离膜分离技术是利用膜对混合物中各组分选择渗透性 的差异，以外界能量或化学位差为推动力，对混合物进行分离、分级、 提纯和富集的方法。膜分离技术具有能耗低、分离效率高、工艺简单、 投资小和污染轻等优点，故在污水处理和化工生产等领域中迅速得到 应用。常规处理与膜法结合可给出各种标准、供不同要求的再生水。 膜法水处理技术有微滤、超滤、反渗透及纳滤等。 ( 1 ) 微滤主要用于除去微粒、亚微粒和细粒物质，所分离的组 分直径为0 0 3 15 微米，微滤可作为反渗透的预处理。 ( 2 ) 超滤主要用于除去水中的大分子、胶体、蛋白质和微粒等， 所分离的组分直径为0 0 0 5 一1 0 微米。超滤对二级处理出水c o d 、b o d 。 的去除率大于5 0 。超滤也可作为反渗透的预处理。由于超滤使用压 力低、产水量大及操作方便，在水处理领域得到了广泛的应用”1 。 ( 3 ) 纳滤介于反渗透和超滤之间，综合了两者的优点，可处理 低含量的总溶解固体，同时又能阻碍大分子( 直径在1 n m 以上) 通过。 纳滤可以直接去除一切病毒、细菌和寄生虫，同时大幅度地降低溶解 有机物，硬度去除率达8 5 9 5 。纳滤对高价阳离子及分子量大于2 0 0 的有机物质的截留率较高。 ( 4 ) 反渗透己被用于降低矿化度和去除总溶解性固体( t d s ) 。 反渗透不仅可以除去盐类和存在于离子态的物质，还可以去除有机 物、胶体、细菌和病毒。反渗透对二级出水的脱盐率在9 0 以上，水 的回收率在7 5 左右，c o d 和b o d 的去除率在8 5 左右，细菌去除率 在9 0 以上，而且对于含氯化合物及磷也有较为优良的脱除性能。 膜生物反应器是一种新兴的废水处理与回用技术，它是膜分离和 生物技术的有机高效结合，具有传统工艺不可比拟的优点”1 。首先它 用膜分离装置代替普通活性污泥法中的二沉池，可以实现很短的水力 4 第1 章绪论 停留时间和很长的污泥停留时间，使得废水中大分子颗粒、难降解的 成分和可溶性的大分子，在有限体积的生物反应器中有足够的停留时 间，这样不仅能高效地进行固液分离，取得可直接回用的出水水质， 而且膜的截留作用有利于在生物反应器内维持高浓度的微生物量，从 而提高了处理装置的容积负荷，节省了占地面积。其次有利于增殖缓 慢的微生物( 如硝化细菌) 的截留和生长，增强硝化作用。此外，膜 生物反应器具有产泥少及运行管理方便的特点。目前已被广泛应用于 水资源的保护与再利用”1 。膜生物反应器在国外已有一些应用实例， 国内有关研究还很少。清华大学已将它应用在生活污水和浴室废水的 处理实验中，并且取得了很好的效果。价格高、制各性能不完备和膜 污损是影响膜技术应用的主要障碍。经济可行性是决定能否利用膜技 术实现污水资源化的关键“。 1 2 1 5 消毒技术消毒是污水回用于循环水处理系统必要的组成部 分。消毒工艺的目的是灭活或杀死病原微生物。消毒在处理系统中 一般被用作最后的处理工艺。尽管传统工艺如沉淀、活性污泥法或滴 滤均能去除9 0 一9 9 的微生物，但仍不能满足回用水的要求。常用的 消毒工艺有：氯消毒、紫外线消毒、臭氧消毒和膜过滤消毒等。 ( 1 ) 氯消毒应用最广泛，工艺也最成熟。可用于消毒的氯衍生 物包括氯气、次氯酸和氯胺混合物等。 ( 2 ) 紫外线消毒的主要优点是简易，需要较少的空间和不产生 有毒副产物，缺点是光照活化作用和紫外线的事故维修。 ( 3 ) 臭氧是一种强氧化剂，除杀灭细菌和病毒之外，还能有效 杀灭形成胞囊的病原寄生虫，而且不产生有毒副产物。臭氧还可以使 污水水质有所提高，具有降解2 0 的c o d 和色度的作用，缺点是受污 水水质的影响较大。 ( 4 ) 膜过滤因消毒后没有细菌再生长和剩余毒性而更具优势。 1 2 2 国内外研究现状及工程实例 ( 1 ) 北京市为缓解水资源紧张状况，将高碑店污水厂处理量的 一半( 5 0 万吨天) ，回用用于工业冷却、景观河道、城市绿化等， 是国内最大的城市污水回用工程。该工程已完成施工，正在进行验收 和试运行。北京热电厂使用高碑店污水厂出水作冷却水，回用水量为 4 万吨天，已成功使用一年，为耗水最大的电力行业全面推广污水 5 一 北京工业大学工程硕士学位论文 回用带了好头。 ( 2 ) 太原钢铁公司已建成我国最大的污水膜处理设施，采用微 滤、两级反渗透进行污水深度处理，吨水处理成本为2 5 元左右，基 本上实现了污水的零排放。 ( 3 ) 山东淄博齐鲁石化橡胶厂，将生产过程中排放的丁苯废水 ( c o d4 7 6 5 m g l 、电导率4 2 0 0 u s c m 、t o c15 9 8 m g 1 ) 、顺丁苯废 水( c o d 7 3 7m g 1 、电导率4 5 0 u s e m 、t o c 2 5 6 m g 1 ) ，混合后进行 生化、混凝沉淀、消毒、砂滤、活性炭吸附和反渗透处理，出水达到 回用标准( s s l m g l ，c o d 5 m g l ，含盐量1 0 0 m g 1 ) 。 ( 4 ) 青岛银河科技股份有限公司把生物技术和膜技术相结合， 采用“沉积式膜分离活性污泥工艺”原理，开发了一体化中水回用设 备及相关工艺技术，经青岛海泊河污水处理场和银河大厦等项目使用 后，证明具有明显的技术和经济优势，取得了良好的效果。 ( 5 ) 美国2 1 世纪水厂采用化学澄清、再碳酸化、活性炭吸附、 反渗透及加氯深度处理后，出水回灌地下。 1 3 课题来源及主要研究内容 1 3 1 课题来源 本研究课题来源于北京有机化工厂节水项目。该厂是北京市的用 水和排污大户，污水排放量为2 8 8 0 吨天。现有的二级生化处理出水 经市政污水管网，排入高碑店污水处理厂，排水各项指标远远低于北 京市水污染物排放标准。 随着经济发展，用水量大幅度攀升，北京市新鲜水的供需矛盾日 益加剧。为了缓解水资源的紧张局势，北京市在上调水价的同时，大 幅度削减工业企业的用水指标。2 0 0 0 年北京有机化工厂用水指标被 削减了1 0 0 多万吨。而同年两套v a e 乳液装置的扩建，新增用水量 2 4 万吨。在这种形势下，企业要生存和发展，仅靠节水不行，必须 实旌污水回用。2 0 0 2 年北京有机化工厂已将部分二级生化处理出水 回用于生产现场冲地及绿化用水，但回用量非常有限。下一步准备将 二级生化出水再深度净化处理，以替代部分深井水，回用于循环水补 充水，达到减少新鲜水用量的目的。污水回用项目的实施，不仅可以 节水减污，降低用水和排污费用，还有助于改善企业形象，提高市场 6 第1 章绪论 竞争力，可谓经济效益和社会效益双赢。另据了解，目前国内外尚无 将有机化工污水直接回用于循环冷却水的相关报道，该项目若成功投 入生产，将具有较好的示范作用。 1 3 2 主要研究内容 该厂二级生化处理装置出水指标及天滓大学提出的污水回用于 循环冷却水水质标准如表卜1 所示。 表1 一l 二级生化出水指标及回用于循环水水质标准 分析项目二级生化出水水质循环水补水水质推荐值 p h7 8 6 o 一9 o 电导率( u s c m )1 5 3 51 5 0 0 氯离子( m g 1 ) 3 5 3 63 0 0 浊度( r g 】) 1 0 8 71 5 总磷( m g i ) 1 2 24 总碱度( m g 1 ) 2 0 0 33 5 0 总硬度( m g 1 ) 3 1 4 83 5 0 有机物浓度c o d 7 01 5 0 6 0 ( i l l g 1 ) 异养菌数量( 个m 1 )3 3 1 0 5 5 1 0 5 从表卜l 可以看出，二级生化处理出水与循环冷却水补水水质标 准之间的主要差距是：电导率、氯离子及有机物浓度指标超标，细菌 总数偏高。针对以上差距，确定主要研究内容为： ( 1 ) 分析现有二级生化处理装置几年来的运行数据，进行系统 溶解氧、深井混合液脱气、混凝沉淀系统絮凝剂投加量等方面的实验， 剖析其工艺设计及运行控制方面存在的问题，并针对这些问题提出相 应的改进措施。工艺改进的目的是：进一步提高二级生化处理装置对 污染物的去除效果，以保证深度处理回用工艺的进水水质。 ( 2 ) 针对中水回用应解决的的主要问题，选择合理的深度处理 工艺及高效单元净化装置，以达到污水回用于循环冷却水系统补充 水的水质标准要求“。深度处理的研究路线为“曝气生物滤池一超滤 一反渗透”。 北京工业大学丁程硕十学位论文 第2 章二级生化处理装置改进 2 1 二级生化处理装置现状 该厂现有污水二级生化处理装置的设计能力为2 0 0 m 3 h ，目前实 际处理量为1 2 0m 3 h 。厂内所有生产装置产生的生产污水和生活污水， 全部送入该生化装置进行处理，处理达标后经市政污水管网排入高碑 店污水处理场。生产污水主要来自醋酸乙烯车间、聚乙烯醇车间、多 品种车间、聚醋酸乙烯乳液车间和v a e 乳液车间。 2 ，1 1 处理工艺流程图 现有二级生化处理装置工艺流程图如图2 1 所示 生产和生活污水一i 沉砂池 _ 卜i 中和池 - i 隔油池i 。叫 调节池。_ _ 深井曝气池 。_ _ j 孚选沉淀遣f 。一混凝沉淀过警尊l _ 一出水 图2 1二级生化处理装置t 艺流程图 2 1 2 工艺流程简述 全厂所有装置产生的生产和生活污水经厂区南北两条污水干线 重力流入污水泵房，经泵提升至污水处理厂沉砂器。沉砂器出水重力 流入中和池。中和池采用连续式运行，没有搅拌机及配碱系统，若水 质为酸性，通过加碱系统将p h 值调至6 o - 9 0 ，之后重力流入隔油 池，再重力流入调节均化池( 池内设有曝气管，由鼓风机定期鼓气) ， 调节均化池出水由二次提升泵提升至深井曝气池( 深井采用气提式运 行，由空气压缩机供气，并设有连续式溶解氧测定仪) ，该池出水重 力流入浮选沉淀池( 池内设有上下式刮泥机，将上浮泥及底泥回流到 浮选集泥池，并通过集泥池内的回流污泥泵打回深井) 。浮选沉淀池 出水经污水罐潜水泵送入净水器一混凝沉淀过滤系统，净水器设有配 r 第2 章二级生化处理装置改进 i l i l i l i l l 药装置，经加药泵将聚合氯化铝配制溶液加至净水器与污水混合后进 入混凝沉淀过滤系统，处理后的最终出水一部分回用于生产现场冲地 及绿化用水，其余由出水泵提升至城市污水管网。 2 2 改进工艺措施 有机化工厂二级生化处理装置于1 9 9 4 年1 0 月投入运行。通过分 析该装置1 9 9 9 年以来的运行数据，及进行系统溶解氧、深井曝气池 混合液脱气、混凝沉淀系统絮凝剂投加量、混凝沉淀系统出水与其过 滤液c o d 的对比分析等方面的实验，剖析该二级生化处理装置在工艺 设计及运行控制条件方面存在的问题，并提出相应的改进措施。改进 措旆主要从降低深井曝气池供氧量；减少营养盐投加量；增加深井曝 气池脱气装置；减少絮凝剂投加量：改进浮选沉淀池和混凝沉淀过滤 池；控制系统冲击负荷等方面进行论述。改进工艺的目的是：进一步 提高现有二级生化处理装置对污染物的去除效率，提高后续深度处理 回用工艺的进水水质。 2 2 1 降低深井曝气池供氧量 2 2 1 1 理论分析该装置设计参数为：处理量2 0 0m 3 h 、有机负荷 4 7 k g m 3 d 、停留时间5 2 h 、污泥浓度5m g 1 、污泥回流比1 。该 装置自投入运行以来，一直处于低负荷运转状态，运行参数的平均值 为：处理量1 2 0m3 h 、有机负荷1 5 1 k g m 3 d 、停留时间8 6 h 、污 泥浓度3 4 6 m g 1 、污泥回流比1 4 9 。由于风机的风量( 设计值为1 2 0 0 r f l 3 h ) 不能根据有机负荷的变化进行调节，造成深井曝气池的供氧量 偏大。其结果是：由于氧的供应过高，使微生物的代谢活动增强， 导致微生物营养供应不足而发生自身氧化，从而影响了生化处理的效 果；深井曝气池内污泥浓度不可能增加太高，污泥回流必然加大，能 源消耗随之增大；污泥中夹带大量微小气泡，降低了污泥沉降性能。 2 2 1 2 改进措施通过引出部分风量至调节池，以达到降低深井曝 气池供氧量的目的。与此同时，调节池由于增加了气体的搅拌作用， 使其水质更加均匀。此外，气体可将调节池底部的沉泥吹起排出，从 而避免底泥的腐化变质。 北京工业大学工程硕士学位论文 2 2 2 减少营养盐投加量 2 2 2 1 理论分析通过对该二级生化处理装置近几年来的运行数据 的分析，发现其出水的总氮、总磷含量高于进水( 出水总氮、总磷平 均值为9 1 9m g 1 、0 7 6m g l ，进水的总氮、总磷平均值为7 4 2 m g l 、 o 4 4m g 1 ) 。分析其原因主要是：实际运行中，有机负荷降为设计值 的6 0 ，而营养盐投加量没有根据负荷的变化进行相应的工艺调整， 造成营养盐的投加量控制指标偏大。二级生化出水中氮、磷含量升高 会对深度处理回用于循环水补充水产生不利的影响。 2 2 2 2 改进措施根据目前的有机负荷，计算出切合运行实际情况 的氮、磷浓度及合理的营养盐投加量，以消除营养盐投加量偏大对回 用于循环水补充水可能造成的的不利影响。 2 2 3 增加深井曝气池脱气装置 2 2 3 1 系统溶解氧变化情况实验分别测定深井曝气池、浮选沉淀 池前端、浮选沉淀池出水及混凝沉淀过滤池的溶解氧含量，结果如表 2 1 所示。 表2 1 系统溶解氧分析数据( = g 1 ) 日期深井曝气池浮选池前端浮选池出水混凝沉淀过滤池 2 0 0 1 1 2 2 81 94 2 94 5 35 8 8 2 0 0 1 1 2 3 10 61 1 42 9 55 5 1 2 0 0 2 1 84 2 35 4 65 9 36 5 2 0 0 2 t 1 12 4 24 9 95 7 36 8 4 2 0 0 2 1 1 60 1 9o 6 81 7 85 1 7 2 0 0 2 1 2 32 7 15 3 96 0 26 2 3 平均值 2 0 l3 6 64 4 96 0 2 系统溶解氧变化情况如图2 2 所示。 第2 章- - 级生化处理装置改进 ! ! ! ! 竺! 竺! ! ! ! ! ! ! 竺! ! ! ! 竺竺! 竺! ! ! ! 竺! 竺竺! ! ! 竺竺! ! ! ! ! 图2 2系统溶解氧变化情况 从图2 2 可以看出：从深井曝气池一浮选池前端一浮选池出水一混 凝沉淀过滤池，系统的溶解氧含量呈上升趋势。分析其原因主要是由于 深井曝气池多次循环充氧，而许多微小气泡未能在井头大气泡脱气池内 有效脱除。这些气泡降低了污泥的沉降性能，使浮选出水夹带有污泥， 从而加大了后续混凝沉淀过滤系统的有机负荷，影响了混凝沉淀过滤系 统的处理效果，最终导致该二级生化处理装置的出水水质下降。 2 2 3 2 深井曝气池污泥沉降比分析深井曝气池2 0 0 1 年7 月至2 0 0 2 年6 月 间的污泥沉降比数值如表2 2 所示。 表2 2 深井曝气池污泥沉降比 时间2 0 0 1 72 0 0 1 82 0 0 1 92 0 0 1 1 02 0 0 1 1 l2 0 0 1 1 2 污泥沉降比 6 36 86 67 55 44 7 时间2 0 0 2 ，12 0 0 2 22 0 0 2 32 0 0 2 42 0 0 2 52 0 0 2 6 污泥沉降比 5 66 36 28 99 58 5 从表2 2 可以看出，污泥沉降比大部分在设计范围内( 设计值为 4 0 一8 0 ) ，但总体偏大( 污泥沉降比的平均值为6 9 ) 。分析其原因主 要是由于深井曝气池溶解氧含量过高，污泥中夹带的大量气泡，造成 污泥上浮，污泥沉降比增大，污泥的沉降性能下降。 2 2 3 3 深井曝气池混合液脱气实验 ( 1 ) 取深井曝气池混合液，静置3 0 分钟后进行观察，可以发现： 污泥分为上浮和沉降两部分，且污泥颗粒外观松散。 ( 2 ) 取深井曝气池混合液，抽真空后，静置3 0 分钟，可以观察 到：污泥全部沉降在底部，且污泥颗粒密实。实验结果列于表2 3 。 1 1 北京工业大学工程硕士学位论文 表2 3 深井曝气池混合液脱气实验( 抽真空压力p = o 0 1 m p a ) 抽气时间( 秒) 1 52 5 3 04 0 污泥沉降比( )5 04 84 54 2 污泥沉降比随抽真空时间的变化情况如图2 3 所示。 图2 - 3 污泥沉降比随抽真空时间的变化情况 从图2 3 可以看出，污泥沉降比随抽真空时间增加而降低。这一 实验结果进一步证实，现有脱气池的脱气效果不佳，污泥中夹带大量 气泡是造成污泥上浮、沉降比偏大及沉降性能差的主要原因。 2 2 3 4 改进措施建议在深井曝气池出水处增加真空脱气池，以降 低系统溶解氧含量，改善污泥的沉降性能，提高后续处理工序的进水 水质。 2 2 4 改进浮选沉淀池 2 2 4 1 理论分析从2 0 0 1 年的运行数据可以看出，浮选沉淀池出水 悬浮物s s 偏高( 出水悬浮物平均值为1 8 8 9 2 m g l ，最大值为2 7 0 m s 1 ) 。分析其的原因主要有： ( 1 ) 原设计存在两方面缺陷：沉淀时间短。浮选沉淀池设计 为前端气浮，后端沉淀，通过计算证实其沉淀时间明显不足。进水 处无挡板。由于进水水流的冲击作用，影响了浮选沉淀池内污泥的沉 第2 章二级生化处理装置改进 降效果。 ( 2 ) 前工序深井曝气池供氧量大而脱气不足，导致系统溶解氧 含量过高，污泥中夹带大量微小气泡，降低了污泥的沉降性能。 2 2 4 2 改进措旅在浮选沉淀池入水口安装进水挡板。该厂于2 0 0 3 年6 月大修期间，在浮选中、南池入水口5 0 0 m m 处分别安装了j 型进 水挡板，改造后，浮选沉淀池出水的s s 大大降低，浮选沉淀池处理 效果得到明显改善。 2 2 5 改进混凝沉淀过滤系统 2 2 5 1 絮凝剂投加量实验进行絮凝剂( 聚合氯化铝) 投加量与c o o 去除率关系实验。 ( 1 ) 取浮选出水1 0 0 0 m l ( 浮选沉淀池出水c o d 为l o o m g 1 ) ， 测不同絮凝剂投加量下的c o d 值，计算c o d 去除效率，结果见2 4 。 表2 - 4 絮凝剂投加量与c o d 去除率关系 序絮凝剂投进水c o d出水c 0 1 )c o d 去除率s v 号加量( m 1 )( m g 1 ) ( m g 1 ) ( )( ) 1o 2 09 2 7 67 9 4 51 4 3 58 7 5 20 4 09 2 7 68 1 0 2 1 2 6 61 1 2 5 3o 4 56 8 6 76 5 8 04 2 0 40 6 09 2 7 69 9 8 01 7 5 0 5o 8 09 2 7 61 0 7 6 3l7 5 0 6o 9 06 8 6 79 5 4 01 1 1 1 71 3 56 8 6 79 6 2 21 8 9 0 81 8 06 8 6 71 4 7 2 12 1 1 1 从表2 4 可以看出，在1 0 0 0m l 浮选出水中，投加0 2m l 聚合 氯化铝时，c o d 去除率较高( c o d 去除率为1 4 3 5 ) 。随着絮凝剂投 加量的增加，c o d 的去除效率明显下降。当投加量大于0 6m l 1 0 0 0 1 3 北京工业大学工程硕士学位论文 m l 时，出水c o d 反而高于进水。实验证实，絮凝剂投加量为0 2 m l 1 0 0 0m l ，易形成絮凝体，且较为密实，c o d 去除率较高。目前，该 二级生化处理装置絮凝剂投加量的工艺指标为2 m l 1 0 0 0m l ，明显 偏大，不利于形成絮凝体，没有达到最佳的絮凝沉降效果，降低了混 凝沉淀过滤系统的出水水质。 ( 2 ) 空白实验 为进一步证实絮凝剂投加量偏大对混凝沉淀过滤系统出水水质 的不利影响，再进行空白实验，即在蒸馏水中投加絮凝剂聚合氯化铝， 测定不同投加量下的c o d 值，实验结果列于表2 5 。 表2 - 5 絮凝剂投加量与c o d 关系 絮凝剂投加量( m 1 ) o 1o 20 4o 6 c 0 1 ) 值( m g 1 ) 8 1 21 2 9 91 6 4 02 9 2 3 絮凝剂投加量与c o d 的关系如图2 - 4 所示。 图2 4絮凝剂投加量与c o d 关系 从图2 4 可以看出，c o d 值随着絮凝剂投加量增加而增大，即絮 凝剂本身也构成一定量的c o d 值，投加量偏大，会使混凝沉淀过滤系 统出水c o d 值上升。此外，絮凝剂投加量过大，还会造成出水的电导 率升高，对回用于循环水补充水产生不利的影响。 ( 3 ) 改进措施按照1 0 0 0m l 浮选出水，投加0 2m 1 聚合氯化 铝的比例，调整絮凝剂投加量的工艺控制指标，以达到最佳絮凝沉降 第2 章二级生化处理装置改进 效果，提高出水水质，同时降低运行费用。 2 2 5 2 替代混凝沉淀过滤系统 ( 1 ) 理论分析在现有工艺深井曝气c o d 去除率6 5 的基础上， 降低出水c o d 值的关键是：提高浮选沉淀池和混凝沉淀过滤池截留悬 浮物的功能。混凝沉淀过滤池的作用机理就是靠截留悬浮物相应去除 c o d ，而不能进一步降解c o d 。为考察混凝沉淀过滤池截留悬浮物的 效果，分别测定混凝沉淀过滤池出水及其出水过滤液的c o d 值，结果 见表2 6 。 表2 - 6 混凝沉淀过滤池出水及其过滤液c o d 值 监测日期混凝出水过滤液c o d 混凝出水c o d ( m g 1 ) ( 年月日)( r a g 1 ) 2 0 0 0 3 2 82 0 95 1 2 0 0 0 3 2 92 4 34 8 2 0 0 0 3 3 02 0 02 9 2 0 0 0 3 3 12 4 18 0 2 0 0 0 4 31 5 06 5 2 0 0 0 4 41 2 37 9 2 0 0 0 4 5 1 1 27 2 2 0 0 0 4 68 03 6 平均值 1 7 05 7 从表2 - 6 看出，混凝沉淀过滤池出水的c o d 值明显高于其过滤液 的c o d 值。此实验结果表明，悬浮物是造成出水c o d 偏高的主要原因。 现有的混凝沉淀过滤池已不能有效截留悬浮物。分析其原因主要有： 设计上存在缺陷。混凝沉淀过滤池本身的结构设计不合理，反应停 留时间短( 3 - 5 分钟) ，不能得到充分的絮凝沉降；前工序出水悬 浮物较高，导致混凝沉淀过滤系统处理负荷偏大：絮凝剂投加量偏 大，不能达到较好的絮凝沉降效果；混凝沉淀过滤池运行时间较长 ( 1 0 年) ，其内壁焊缝出现问题，但因维修难度较大，无法补焊，已 造成渗漏，影响了其处理效果。 此外，由于聚丙烯酰胺易板结和悬浮物截留后易堵塞等原因，造 成混凝沉淀过滤池反冲洗频繁，相对减少了可回用的处理水量，增加 了能源的消耗。 北京工业大学工程硕士学位论文 ( 2 ) 改进措施鉴于混凝沉淀过滤池不能有效截留悬浮物，因 反冲频繁造成可回用水量少，已急需更新等情况，建议在选择中水回 用深度处理方案时，采用新的工艺装置替代它，以提高深度处理回用 工艺的进水水质。 2 2 6 控制冲击负荷 2 2 6 1 理论分析通过对近几年二级生化处理装置运行数据的分析 可以看出，该污水具有冲击负荷大的特点，这就为后续深度处理工艺 的选择带来很大的困难。例如1 9 9 9 年的运行记录显示：处理效果最 好的8 月，平均出水c o d 值为7 1 7 3 m g 1 ：而处理效果最差的1 0 月， 平均出水c o d 值为4 0 6 5 m g l 。2 0 0 0 年的运行记录显示：3 月平均出 水c o d 值为1 8 6 2 m g l ，其中3 月2 8 - 3 1 日连续四天出水c o d 值 2 0 0 m g l ，分别为2 0 9 m g 1 、2 4 3 m g 1 、2 0 0 m g 1 、2 4 l m g l 。 2 2 6 2 改进措旌为减少二级生化处理装置的冲击负荷，该厂进一 步完善废水排放的管理和考核制度。例如：在临时三废排放申报制 度中，要求各生产车间出现异常或紧急情况需要排放高浓度废水时， 需立即通