（环境工程专业论文）城市污水三级出水回用于电厂锅炉补给水的试验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 城市污水三级出水回用于电厂锅炉补给水的试验研究 ( 活性炭吸附一电渗析除盐法) 专业：环境工程 姓名：高旭阔 指导教师：王志盈教授 摘要 本课题研究污水处理厂三级出水回用于电厂锅炉补给水除盐系统的预处理工艺，并分析活 性炭对低浓度有机废水吸附过程的有关问题，通过实验得到如下结果： 1 本课题研究污水处理厂三级出水回用于热电厂锅炉补给水除盐系统的预处理工艺。为污水 回用，提高水资源利用率提供有效的途径。 2 试验表明：经过活性炭吸附对去除再生水中微量污染物效果显著。预处理出水满足： c o d 2 m g l ，浊度 i n u t ，色度 1 度，阴离子表面活性剂 o 1 m g l ，细菌总数( 1 0 0 个1 ，f e 0 3 m g l ：活性炭吸附运行参数为：活性炭柱滤速为5 7 5 m h ，停留时间1 2 1 5 t n m ，炭柱的反冲周期为8 1 0 天，再生周期为1 0 0 天。 3 电渗析可以对水中离子有效去除。经过电渗析处理后，出水的含盐量和总硬度分别可以降 至2 6 0 - - 2 8 0 m g l 和1 0 0 m g 1 。通过试验得出的电渗析器的工作电流为0 3 a ：，进水流量 控制在2 0 0 1 h 。 4 经潘| 生炭吸附电渗析除盐后，通过离子交换模拟试验验证：再生水各项水质指标均满 足热电厂锅炉除盐系统的进水水质要求，系统原有的工作周期也从原来的1 3 h 增加到1 9 h 。 关键词：污水回用再生水活性炭吸附电渗析锅炉补给水 西安建筑科技大学硕士论文 a s t u d y o np r o f o u n dp i _ 0 c 啦w a s t e r o f s e w i n g p l a n ti l l sf e e dw a t e rf o r e l c t r l c i t yb o i l e r ( a c t i v ec a l b o r la d s o r p t i o n - - - e l 删y s i sd e - s a l tt r e a l m e n 0 s p e c i a l t y ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ：g a o x t l k l l o a d v i s o r ：w a n gz h i y m g a b s t r a c t p r e f f e a a n e n tt e c h n i q u eo ff e e dw a t e rf o rt h e r m o e l e c l r i c i t yb o i l e rf r o mp r o f o u n dp r o c e s s i n gw a t e ri s s t u d i e d ，a n dt h e na c t i v ec a r b o na d s o r p t i o no fl o wd e n s i t yo r g a n i cw a s t e w a t e ri sa n a l y s i s e d w ec a ng e t f o l l o w i n gr e s u l t s ： 1 w es t u d yt h e p r e u e a w n e n tt e c h n i q u eo ff e e dw a t e rf o rt h e r m o e l e c t r i c i t yb o i l e rf r o mp r o f o u n d p r o c e s s i n gw a t e r t h i sc a n r e u s ep r o f o u n dp r o c e s s i n gw a t e rf r o m s e w a g ep l a n ta sw a t e rs u p p l ya n di t c a l ll a r g e l yb e n e f i to u r s o c i e t ya n d e n v i r o n m e n t 2 i no u r s t u d y , a f t e ra c t i v ec a i r na d s o r p t i o n - - e l e c t m d i a l y s i sd e s a l tt r e a t m e n kw eg e tt h ew a t e r t h a t t h e r r n c e l e c t r i c i t y b o i l e r q u a l i t y o fd e s a l t t e c h n i q u e sv e r yw e 1 ：c o i ) m r i 3 m n ，t u r b i d i t y 1m c l r x ) m a l ，a n i o ns u r f a c e - a c t i v ea g e n t o 5 r a g 1 ，t o t a lb a c t e r i a 1 0 0 m l ，f e 1 0 1 8 1 0 ，覆盖着近四分之三的地球表面，但是水环境中的淡水资源却十分有限，仅 占总水量的2 5 3 ，能够被人们直接取用的淡水资源仅占o t 2 2 。 地球上的水主要以连续状态存在。存在于地上者称为地面水，包括海洋、江河、湖泊、水 库、冰ji 等：存在于地下者，称为地下水，包括潜水和承压水；地下水涌出地面则称为泉水。 以不连续状态存在的水虽然分布很广，但数量较少，主要是含于大气中的水，贮与生物体内的 水和贮存及结合于岩石、土壤中的水。 地球上的水经常处于循环运动之中，包括自然循环和社会循环。其中由于自然力促成的水 循环称为水的自然循环，它是水的基本运动形式。海水蒸发为云，随气流迁移到内陆，遇冷气 流凝结为雨雪而降落，称为降水。一部分降水沿地表流动，汇成江河湖泊，称为地面径流：另 一部分降水渗入地下，形成地下径流。在流动的过程中，地面水和地下水相互补给，最终复归 大海。这种海洋一一内陆一一海洋的循环，称为大循环。那些在小的自然地理区域内的循环， 称为小循环。生物体内的水也在进行着吸收一一蒸腾( 或蒸发) 一一吸收的内外循环。 正因为如此，人们起初认为，水资源是“取之不尽、用之不竭”的，但是，随着生产力水 平的不断进步，社会的不断发展，人们对于水的需求是越来越大，通过长期的社会实践逐步认 识到：水资源是有限的，对于有限的水资源必须加以保护，必须台理使用水资源，保持环境与 社会的协调发展。 1 2 我国水资源现状 1 2 1 我国水资源供需矛焉懊出 我国是世界上人均占有水资源较少的国家，总储量平均每年达2 8 0 0 0 亿m 3 ，人均年占有量 按1 9 9 5 年的统计数字计算为2 3 2 8 m 3 ，仅相当于世界平均值的l 抖。在我国水资源总量中，有条 件利用的最大水资源为l 撇1 0 8 m 3 。在上个世纪8 0 年代，全国缺水城市已达2 3 6 座，缺水 总量1 2 0 0 万m h d ，目前在我国有近4 0 0 个大中城市缺水，总缺水量达2 0 0 0 万m 3 d 。在供水紧 张时期不但工农业生产用水得不到保证，有些城市对居民生活用水也不得不采取限时、限量供 给的办法。因此供水问题已成为制约我国北方干旱地区及沿海城市经济建设发展与生活水平提 高的严重问题。在决定中小城镇发展的重要因素中，水资源更是个突出的制约因素，但目前 由于中小城镇缺乏统一的规划、市政设施尚不完善，造成中小城镇的污染情况日趋严重。随着 我国工农业生产的迅速发展和城市化进程的不断加快，现有水资源总量已经无法满足日益增长 的供水需求，水资源供需矛盾十分突出，严重制约到国民经济的发展。 西安建筑科技大学硕士论文 1 2 2 我国水资源污染严重 在我国，除了水资源匮乏以外，水资源受到污染也是一个很严重的问题。水体污染不仅造 成了严重的环境问题，而且对原本就十分严峻的水资源供给问韪更是雪上加霜。据中国环境 状况公报统计显示，在1 9 9 3 、i 9 9 5 、1 9 9 7 年的几年问，随着工业和城市化进程的不断加快， 我国的污水排放总量分别为3 5 5 6 x l o s m 3 t d 、3 6 5 2 x l o s m 3 d 、4 1 6 x 1 0 8 m 3 d ，呈逐年上升的趋 势，其中污染物排放量中几个主要污染物的排放量见表l 一1 。 表1 1 我国水体污染物的排放量统计 年分 排放总量工业废水c o d重金属石油类 r ( x l o s m 3 d )( x 1 0 8 m 3 1 d ) ( x l o t ) ( t d )( t d ) 1 9 9 33 5 5 62 1 9 56 2 21 6 2 17 1 3 9 9 1 9 9 53 6 5 22 2 2 57 7 01 8 2 3 6 4 3 4 1 9 9 74 1 62 2 71 0 7 3 实际上，在工业生产比较集中的地区，特别是我国数十个日排水量大于5 0 x 1 0 4 m 3 的大中城 市( 上海、武汉、广州、重庆、北京、南京、天j 聿、大连、吉林、沈阳等) 及其附近区域，水 体污染都相当严重，河流的径污比( 日平均流量与排污量之比) 极小。例如，沈阳附近的的浑 河河段径污比平均为2 8 比1 ，最枯年仅为o 3 8 比l 。我国的一些重要经济区如京津唐、沪宁杭 及辽宁中部地区，占地面积仅为全国面积的4 1 ，但城市排放水量约占全国的2 0 ，是全国 污染最严重的地带，其结果往往构成缺水污染更缺水更污染的恶性循环。近些年 来，随着农药用量的增加以及乡镇工业的发展，水体的污染有由点向面、由干流向支流扩展的 态势，在大量使用农药且雨水径流丰沛以及乡镇工业较发达的地区，农药污染与新的工业污染 对环境和水资源造成的危害更是不容忽视。而且，全国以地下水源为主的城市，地下水几乎全 部受到了不同程度的污染，其中尤以北京、沈阳、包头、天津、西安、锦州、太原、保定的污 染为重，地下水污染物一般为酚、氰、砷、硝酸盐为主，北方许多城市地下水的硬度、氯化物 逐年上升以致超过指标。 总之，我国目前的水资源现状是：一方面是水资源严重短缺，另一方面是水体的污染又十 分严重，已经严重制约到国民经济的进一步发展。为了解决这一问题，除了对水资源加以保护 进行合理利用之外，开发和研究新的污水处理与回用技术，对提高水资源的利用率，解决水资 源供需矛盾有着十分重要的意义。 2 西安建筑科技大学硕士论文 1 3 保护水资源的途径 为了更快地改善我国的水环境和水资源，在学习国外先进经验的同时，应结合我国的实际 情况，对水污染防治和水资源保护采取综合治理措施。要研究、开发和应用基建费低、能耗低 和运行费低的革新技术，因地制宜，采用处理与利用相结合的措施，利用生态处理系统，在污 水处理的同时实现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资源的可持续利用。 1 3 1 加强管理，台理使用 通过制定相关的法律和加强政府部门的管理对水资源进行切实有效的保护，制定水资源合 理利用的办法是保护水资源的一项基础性措施。通过立法的形式，使水资源受到国家保护，同 时相关的各级行政管理部门认真履行自身的职责，使保护水资源落到实处。这些年来，我国相 继制定的环境保护法、海洋环境保护法、水污染防治法、渔业法、水法以及水 土保持法等环境法规及相关法律文件对水资源的保护和合理利用起到了重要的作用。目前， 我国各级部门对水资源都十分重视，但是在具体的实施过程当中，还有待于进一步加强。 1 3 2 应用清洁生产工艺和清洁产品 清洁生产工艺( c l e a n e rp r o d u c t i o np r o c e s s ) ，在国际上也称为“环境友好”( e n v i m m n e n t f r i e n d l y ) 的生产工艺因为它们应用的原料，中间产品和产品对环境不会造成严重污染，即使 有也是轻微的。例如，合成洗涤剂的生产中用不含磷洗涤剂取代含磷洗涤剂，从而在生产过程 中消除了磷的最大污染源；在农药生产中取消了六六六，d d t 等高毒性，高残留的有机氯农药， 代之以高效、低毒、低残留农药的生产；一些此工产品生产中使用汞催化剂的生产工艺被无汞 新工艺取代等。都是将污染物消除在生产过程中，消除了它们对水环境的污染和在水生态系统 中的富集及对人的潜在危害。环境中的有害物质减少，使现有水资源中可利用的部分增加，也 是保护水资源的有效途径。 1 3 3 推广采用节水技术 推广采用行之有效的节水技术是保护水资源的一条重要的渠道。我国的许多企业当中，由 于传统工艺技术的落后，生产过程中跑、冒、滴、漏现象十分严重，对水资源造成了极大的浪 费。因此改善传统工艺，大力推广节水的工艺与设备，对节约水资源有着十分重要的意义。尤 其是对于耗水较多的钢铁、冶金、矿山、机械等企业，改进传统工艺设备势在必行。同时，在 城市居民的生活用水过程当中，水资源的浪费现象也十分普遍，例如传统的洗浴卫生设备消耗 大量的水资源，必须加以改进。节约用水是保护水资源最直接、有效的办法，除了必要的技术 上的支持和保证之外，人们还应当树立水资源化的意识，建立起节约用水的习惯，在生活中的 点滴上节约用水，注意对水资源的保护。 西安建筑科技大学硕士论文 1 3 4 开发污水回用技术，提高水资源的回用价值 保护水资源除了在合理使用和节约上做文章外开发污水回用技术，将污水处理之后作为 再生资源同用，也是一项十分重要的举措。污水回用作为一种稳定的再生水源已经广泛应用于 国民生产的各个领域，在技术、管理、运行上也有了比较成熟的经验。国外污水回用的成功范 例很多，例如在美国已经有3 0 0 余座城市实现了污水处理后再利用，在以色列除了广泛应用具 有世界先进水平的节水技术之外，还大力推广污水回用技术，城市污水回用率达7 2 。而我国 污( 废) 水排放总量超过4 1 6 x 1 0 8 m 3 1 d ，对污水处理之后加以利用是缓解城市供水紧张的有效 措施。目前大多数城市都建有规模不等的污水处理厂，对减小污染和污水回用都起到了一定的 作用，但在污水的深度处理，提高回用价值e 发展还很不平衡。 总之，水资源是人们生产、生活不可缺少的重要物质资源，必须采取一切可行的办法加以 保护。污水回用作为诸多办法中的一种，为- n _ c g t 资源紧张提供了经济有效的途径，尤其是在 目前水资源短缺的情况下，大力提倡污水回用是一种必然的趋势，加快开发污水资源化技术的 应用已经迫在眉睫。 2 污水回用现状 2 1 概述 污水回用作为保护水资源，提高水资源利用率的有效途径之一，已经得到了越来越广泛的 应用。各种水处理技术也在不断的开发之中。在国外，许多国家都十分重视污水回用。例如： 在1 9 7 1 年美国已有3 5 8 家工厂企业利用处理后的城市污水，回收量为5 1 亿m 3 。8 0 年代开始 有近3 0 家工厂连续使用处理后的城市污水，年节约用水3 亿一。 我国是水资源相对比较匮乏的国家，水资源的不足已经严重影响到国民经济的发展和人民 生活水平的提高，但是以前并未给予污水回用以足够的重视。污水处理大多数是从治理污染、 保护环境的角度考虑污水资源化一直没有十分深入的开展。如今随着生产力水平的不断提高 和人们环境、资源意识的提高，我国也已经开始认识到污水再生利用对缓解水资源不足的重要 意义，各种工艺不同的污水回用系统相继建立，许多大中城市普遍建立了相应的污水回用系统， 以求解决城市供水紧张的局面。 2 2 污水回用的方向 采用传统方法处理后的污水，可以大大减少水中有害物质的含量，减小对环境的危害，但 是处理后的污水，由于其中仍然含有一定量的有机物移其他少量的有害物质，回用价值不大。 我们知道，日常生产和生活中的用水可以分为饮用水和非饮用水，对于饮用水由于关系到人的 身体健康，水质指标e e 较高，而对于非饮用水根据它们的用途不同，水质指标也有区别。经过 d 疆安建筑季喜技大学硕论文 不同筑处理臻濂她理后的污采，因黧处理深度不犀，回嗣懿途径也各不相同。程污承圈薅的过 程当中，根据谂径的不同可以分为以下四类：工业用水、农业用水、城市用水和污水回灌。 2 2 1 工业用水 2 0 0 0 年邀器餐潼浆工韭震承羹约占毽赛总翥承量的2 5 。欧溯帮美国一臻王她发达国家， 工韭嗣东萋所占魄翻还要更大，许多鬻家帮鞍市把节约到2 璃拳作为节承的重点。主要措施藏 是提高水的重复利用率和循环率。例如，炼油厂用单程冷却水加工1 吨原油需用水3 0 吨，如采 用循环水冷却，用水量可降低到原来的1 2 4 。德国的鲁尔市就比较注意一水多用和循环用水， 降低工业产品的单位耗水量。以炼钢为例，每炼1 吨粗钢燕因通常用水1 0 0m 3 ，原苏鞋标准定 额为1 1 5 瑚3 ，两饕尔市只有5 0 。又始，强奉大阪市1 9 7 0 霉工韭用承重复季g 弼攀只有4 7 4 ， 妥1 9 8 1 年载撬怒爨8 1 7 ，基零翁横演蠢1 9 8 2 年拳夔羹笺稠霜率裁已经运蜀9 2 7 ，萁中冷 却水为9 5 2 ，锅炉水为7 7 9 ，冲洗水为9 1 2 。困拽污水再生后作为工、监用水是回用的主 要途径之一。由于工业用水的水质要求差别很大，例如冷却用水和锅炉生产用水水质要求就有 根大区别，在宓际应用中必须根据不同的用途采取相应的处理措施。工业用水消耗的水资源较 大，使褥污水鼹耀子工业残为研究中主要的关注方内。 2 乏2 农蛭用水 污水处理厩应用于农业灌溉是浮水再利用的个重霪方向，我国本身是一个农业大国，农 业生产在国民缀济中占有很大比重，融于在我国农业生产中采用的传统灌 既方敞消耗大量的水 资源，因此利愆嚣生承进行农业灌溉怒解决承资源不足的一个重要途径。这方酾国岁 有很多好 夔爨子筐褥季疆】学习，爨耋羹，鑫琶列本舅浚毒谈隶燹2 藩霹褒嚣发，只薤羯疫、污承净纯磊霉弱 用的方法满足精的用水需求，2 0 0 0 年污水的利用率为全圈总需水量的1 6 ，其中大多数幂口用于 农田灌溉。 污水中台有植物生长所必需的缀、磷、钾等元素，但怒实行污水灌溉时也必颁对水质指标 进行必要豹控制，否剐，如果污染物长期趣标，不但会对壤造成程度不等的危密，还有可能 瓣蘧下瘩添选袋专絷，嚣e 李毒毒凌袋翅荣趣标，还莓爵戆遴j 鐾垒懿夔塞集终霜露入镪产生莛害， 因此污求灌溉必须严格控制相虚的水朦指标。一j 黼况下，灌溉求源承质要求不离，处理成本 较低，我国需鼹灌溉的耕地面积巨大，使用再生水作为灌溉用水有很大的发展潜力。 2 乏3 城市用承 缄枣生溪瓣零孛，羚了饮箨承之癸，j 翰湖东懿瀵糕占蒜疆夫毙重，铡熬鹫洗、枣豉曩疆 用东等，污水褥象后完全能够满足；魄定用水的永质要求。掰l 黼承回用作城市裳滔用永对节约 水资源意义熏大。目前，各个国家和城市普遍通过推行中水道技术可达到污水糊废水重复利用 西安建筑科技大学硕士论文 的目的。中水道技术要求有一定规模的宾馆、机关、院校或住宅小区，将生活污水处理后作为 市政用水或生活杂用水，日本城市的高层建筑大都采用了中水道技术。如日本6 0 层的三菱公司 大楼，楼内设有饮用水和非饮用水两套管路，生活废水经过处理后送入非改用水管路，作为冲 洗厕所、清洗汽车、冷却水或暖气用水等。使用l m 3 中水相当于节约l m 3 的自来水，又少排出 近l m 3 的污水。这对于水源紧张、供求矛盾突出的城市具有重要的经济价值和社会意义。中水 道技术已经被世界许多国家的缺水城市所采用。我国由于历史的原因，城市水资源综合利用的 水平还不高，大多数城市水资源的利用率水平一般，但是在新的建设项目中，已经开始考虑到 这个方面的问题。 2 2 4 污水回灌 在水资源比较缺乏的城市，地下水往往是城市供水的主要来源，但是由于对地下水的过量 开采，造成地下水位的严重降低，从而引起地面沉降，在沿海城市还有可能造成海水入侵。而 对污水进行一定程度的处理之后，可以注入地下含水层，方面是对地下水的补充，另一方面 可以对处理后的污水进行进一步的稀释和自净，再被间接利用。美国加州的奥兰治从1 9 8 0 年起 将二级处理水作为人工回灌的水源，每天回灌1 9 亿m 3 。得克萨斯州埃尔帕索的弗雷德和韦回 收站，1 9 8 6 年一年中把6 0 0 多万亿m 3 达到饮用水标准的回收水引入地下水库，平均每天处理 生活污水3 8 万亿m 5 。 以上污水回用的四个方向，有的是传统处理工艺所能满足的，有的则不然，需要进一步处 理。例如用于农业灌溉的回用污水经过城市污水处理厂二级处理后即可满足要求，而用于电厂 冷却的回用污水就需要进一步的处理。鉴于传统的污水处理工艺已经比较成熟，在这里就不作 介绍，仅对污水的深度处理加以讨论。 在城市污水二级处理的基础上，根据回用的不同方向可以采用不同的深度处理技术。目前 常用的污水深度处理技术主要有活性炭吸附法、离子交换法、混凝沉淀法以及膜分离技术等， 采用的深度处理工艺就是以上处理方法的组合。 2 3 1 活性炭吸附 在废水处理中，吸附法主要用来脱除废水中的微量污染物，以达到深度净化的目的，其应 用范围可以包括脱色、脱臭、脱除重金属离子、脱除溶解有机物、脱除放射性物质等。随着工 业生产的迅速发展，越来越多的化学物质进 水体，许多物质是剧毒的和难以生物降解的，而 采用吸附法可以有效去除e 述物质，在水资源的回收利用中，对废水深度处理的需求使得主要 6 西安建筑科技大学硕士论文 用于废水深度处理的活性炭吸附法成为一项不可缺少的工艺技术。活性炭用于水处理时，它本 身是一种固体吸附剂，水是液相介质，水中的污染物则是被吸附的吸附质。活性炭对污染物的 吸附有两种方式：一种是吸附质通过一种相当弱的力结合到吸附剂表面，称为范德华( 或物理) 吸附。在这种吸附中，被吸附分子的化学性质保持不变，吸附质可相对于吸附剂自由移动，又 称可逆吸附：另一种方式是在吸附质和活| 生：炭表面之间有电子交换或共享发生的化学反应，二 者之间有化学键形成，称为化学吸附，是不可逆的。活性炭对无机离子的去除，主要是通过静 电作用实现。活性炭将无机离子吸附到其表面的带电位置上，从而使无机离子浓集在活性炭表 面，当溶液中存在两种( 或两种以上) 浓度相近的被吸附离子时，若无其它因素干扰，离子所 带的电荷将是影响吸附效果的主要决定因素。电荷数高的离子更容易被吸附；电荷数相等的离 子，则由离子的大小决定吸附的次序，小离子容易趋向于吸附点，有利于被吸附。 活性炭的强吸附性能与它具有巨大的比表面积有关，活性炭的比表面积可达5 0 0 1 7 ( m 2 g 。同时活性炭的吸附性能还与孔道的形状和分布以及表面的化学性质有关。活性炭的 孔道按孔径大小可分为三类：l 、大孔，半径为1 0 0 1 0 0 0 0 哪，大孔容积0 2 o 5m l g ，表面 积只有0 5 2m 2 叠，占比表面积的比例不足i 。主要分布在活性炭表面，它对水中有机物的 吸附作用不大，但作为生物载体它是微生物的繁殖和栖息之地，也是水中较大颗粒的聚集场所； 2 、中孔( 过渡孔) ，半径为4 1 0 0 n m 之间，过渡孔容积为0 0 2 - - 0 1 m l g ，其表面积占比表面 积的5 以下，过渡孔是水中大分子有机物的吸附场所和小分子有机物进入微孔的必由之路；3 、 小孔( 微孔) ，半径在4 r i m 以下，微孔容积约为0 1 5 - - - 0 9 i n g ，其表面积占比表面积的9 5 以 上，是活性炭吸附有机物的主要场所和被吸附的小分子有机物的最终归宿。按照立体效应，活 性炭所能吸附的分子直径大约是孔道直径的l 2 l 1 0 。也有数据显示，活| 羰内起吸附作 用的孔道直径( d ) 是吸附质分子直径( d1 的1 7 - 2 1 倍，最佳吸附范围是d d = l 7 6 。 一般来说，吸附量主要受微i l 支配，但对于分子量( 或分子直径) 较大的吸附质，由于分 子筛的作用，吸附质难以进入小孔，因此小孑l 提供的表面积几乎不起作用。在实际应用中，应 根据吸附质的直径大小和活性炭的孔隙分布来选择合适的活性炭。一般来说，用于水处理的活 性炭应具有发达的中孔。 生活用水或废水处理所使用的活性炭一般为颗粒状或粉末状。粉末活性炭的吸附能力强、 制各容易、成本低，但再生困难，不易重复使用i 颗粒状活性炭的吸附能力比粉末状的低。生 产成本较高，但再生后可重复使用，并且使用时劳动条件良好操作管理方便。因此在废水处 理中大多使用颗粒状的活性炭作为吸附荆。 吸附操作在实验研究或小规模的废水处理中一般使用静态间歇式进行处理，而在生产运行 中多使用动态连续式。动态连续式是指废水在流动条件下的操作，常见的有固定床动态吸附， 它是指吸附剂固定填充在吸附柱( 或塔) 中，当废水连续流过吸附剂层时，吸附质便不断地被 吸附，若吸附剂数量足够，出水中的吸附质浓度可降至接近于零。根据水汀冠方式的不同，固定 西安建筑科技大学硕士论文 床吸附又可以分为降流武和升流式。其中降流式固定床的水由上而下穿过吸附剂层，过滤速度 4 2 0 m h 吸附齐喉总厚度为3 - 5 m ，可以分为几柱串联工作，接触时间不超过3 0 6 0 m i n 。降 流式固定床用以处理含悬浮物很少的废水，能获得很好的出水水质。当悬浮物含量高时，容易 引起吸附剂层堵塞，降低吸附量，同时增大水头损失。 当活| | 生炭的吸附容量完全被饱和时，如果要重复使用，就需要进行活性炭的再生，恢复它 的吸附能力。再生可以采用加热的方法，在高温下吸附质分子提高了振动能，从吸附荆活性中 心点脱离；同时，被吸附的有机物在高温下氧化分解，或以气态分子逸出，或断裂成短链，降 低了吸附能力：化学再生法和生物再生法也是对吸附剂进行再生的方法，也得到了一定程度的 应用。 2 3 2 离子交换技术的应用 离子交换法是利用固相离子交换剂功能基团所带的可交换离子，与接触交换剂的溶液中相 同电性的离子进行交换反应，以达到离子的置换、分离、去除、浓缩等目的。按照所交换离子 带电的性质，离子交换反应可分为阳离子交换和阴离子交换两种类型。常用的离子交换剂可分 为无机离子交换剂和有机离子交换剂，后者是一种高分子聚合电解质，称为离子交换树脂，是 目前使用最广泛的离子交换剂，它的结构主要是由骨架和活性基团两部分组成。骨架又称为母 体，是形成离子交换树脂的主体，它是以种线性结构的高分子有棚化合物为主，加上一定数 量的交联剂，通过横键架桥作用构成空间网状结构；活性基团由固定离子和活动离子组成，固 定离子固定在树脂骨架上，活动离子( 交换离子) 则依靠静电引力与固定离子结合在一起，二 者电性相反电荷相等，处于电性中和状态。 离子交换树腊按照功能基团的性质可分为：含有酸性基团的阳离子交换树脂、含有碱| 生基 团的阴离子交换树脂、含有胺羧基团的螫合树脂、含有氧化一还原基团的氧化还原树脂等。其 中阴、阳离子交换树脂按照活性基团的电离强弱程度分别分为强酸型( 女n - - s 0 3 h ) 、弱酸型( 如 - - c o o h ) 、强碱型( 如n ( c h ，圹o h 一) 、弱碱型( 如一n h 2 ) 树脂。离子交换树脂按照树脂 类型和孔结构的不同可分为：凝胶型树脂、大孔型树脂、多孔凝胶型树脂、巨孔型树脂等。 在选择离子交换树脂时，需要去考虑以下问题：1 、树脂的交换选择性，即离子交换树脂对 水溶液或废水中的某种离子优先交换的性能，它表征了树脂对不同离子亲和能力的差别，交换 选择性与很多性质有关，通过试验得出如下规律：1 ) 在低浓度和常温下，离子的交换势随溶液 中离子价数的增加而增加；2 ) 在低浓度和常温下，离子的价数相同时，交换势随原子序数的增 加而增加；3 ) 交换势随离子浓度的增加而增大：4 ) 小离子和o h 一离子的交换势取决于它们与 固定离子所形成的酸或碱的强度，强度越大交换势越小；5 ) 金属在溶液中呈络阴离子存在时， 一股隋况下交换势降低。2 、树脂的交换容量，是衡量离子交换树脂交换能力大小的指标，它表 示树脂所能交换的离子数量。可以用全交换容量、平衡交换容量、工作交换容量来表示。离子 8 西安建筑科技大学硕士论文 交换容量的单位可以用每单位重量干树脂昕能交换的离子数来表示，如m o l g ( 干) ：也可以用 每单位体积湿树脂所能交换的离子数量来表示，如m o t t m l ( 湿) 。3 、树脂的溶胀性、树脂的物 理化学稳定性、树脂的粒度、密度对离子交换的工艺设计等方面也有很重要的影响。 采用离子交换技术对污水进行深度处理时，在装有离子交换剂的交换柱中以过滤方式进行， 一般包括过滤( 工作交换) 、反洗、再生、清洗4 个依次进行的阶段，形成不断循环的工作周期。 过滤阶段是利用离子交换树脂的交换能力，从废水中分离脱除需要去除的离子，当进水的离子 浓度与出水离子浓度相等时，交换柱达到饱和，这时交换剂就需要进行再生；反冲阶段目的是 使树脂层松动。使再生液能均匀渗入，与交换剂颗粒充分接触，同时把过滤过程中产生的破碎 粒子和截留物冲走：再生阶段是树脂交换过程的逆过程，主要方法有次再生法和二次再生法， 强酸、强碱树脂大都采用次再生，弱酸、弱碱树脂为二次再生( 一次洗脱再生、一次转型再 生) ；清洗阶段是对残留的再生液或再生时出现的反应物进行洗涤。 通常使用的离子交换设备有固定床、移动床和流动床三种。固定床离子交换器在工作时 床层固定不变，水流自上而下流动，设备紧凑、操作简单、出水水质好，但是再生费用较大、 生产效率不高；移动床交换设备包括再生柱和交换柱两个主要部分，工作时定期从交换柱排出 部分失效树脂，送到再生柱再生，同时补充等量的新鲜树脂参与工作：流动床交换设备使交换 树脂在连续移动中实现交换和再生。 2 3 3 电渗析技术的应用 电渗析处理技术最先应用于海水淡化制取饮用水和工业用水，海水浓缩制取食盐，以及与 其它单元技术组合制取高纯度水。电渗析法属于膜分离技术的一种，其基本原理是利用电渗析 器中交替排列的阳膜和阴膜将废水分为若干小室，当原水进 这些小室时，在直流电场的作用 下，溶液中的离子作定向迁移。阳膜只允许阳离子通过，而把阴离子截留下来，阴膜只允许阴 离子通过把阳离子截留下来，结果使这些小室的一部分变成含离子很少的淡水室，出水称为淡 水而与淡水室相邻的小室则变成聚集大量离子的浓水室，出水称为浓水，从而使离子得到分 离和浓缩，水便得到了净化。电渗析法的工作介质是成片状的离子交换膜，在电渗析过程中起 到离子选择透过和截阻作用，在工作过程中，工作介质不需要再生，但消耗电能。 电渗析法使用的膜按其活性基团的不同分为阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子膜。 阳离子交换膜能够离解出阳离子，在膜结构中含有酸性活性基团，能够选择性地透过阳离子， 而不让阴离子透过；阴离子交换膜则能够离解出阴离子，在膜结构中含有碱性活性基团，能够 选择性透过阴离子，而不让阳离子透过；特殊离子交换膜是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复 合而成。对于电渗析法中使用的离子交换膜必须具有较高的选择透过性，要求达到9 5 以上， 同时还应具备很好的导电性能，其导电能力应大于所处理的溶液的导电能力，此外膜还应具有 交换容量大、溶涨率和含水率适量、化学稳定性强及机械强度大等特点。 9 西安建筑科技大学硕士论文 2 4 回用水质指标及梅滩 z 4 1 回用水水质指标 回用水的用途不同，其水质的要求也各不相同。回用水的水质指标按性质可分为：物理指 标、化学指标、生物化学指标、毒理学指标和细菌学指标等，根据水的不同用途，可以选用不 同的指标进行评价。 一、物理指标 回用水的物理指标多以感营瞄状指标为主，包括浊度( 悬浮物) 、色度、臭味、电导率、含 油量、溶解性固体、温度等。废水中的异色、混浊、泡沫、恶臭等现象能引起人们感官上的不 快。对于供游览和文体活动的水体而言，其危害更为严重。 二、化学指标 主要包括p h 值、硬度、金属与重金属离子( 铁、锰、铜、锌、铅、镉、镍等) 、汞、氰化 物、硫化物、氰化物、挥发性酚、阴离子表面活性剂等。这类物质中除了铁、锰、铜、锌、铅、 镉、镍、汞、氯化物等具有毒理学意义外，_ 彀不直接对人体产生危害但能对生活或生产过 程产生不同程度的不良影响，其含量也必须加以限制。 三、生物化学指标 生化需氧量( b o d ) ，是以水中有机物在定条件下进行生物氧化所需的溶解氧量表示， 其值受有机物的可生化性及测定时间限制，常用的指标为b o d 5 ( 5 日生化需氧量) 和b o d 2 0 ( 2 0 日生化需氧量) 。 化学需氧量( c o d ) ，是以重铬酸钾或氧化剂对水中有机物进行氧化所消耗的氧量表示， 其值接近于有机物总量，大于b o d 的含量。 总有机碳( t o c ) 与总需氧量( t o d ) ，都是通过仪器用燃烧法测定的水中有机碳或有机 物的含量，并可同b o d 、c o d 建立对应的定量关系，测定快捷。 四、毒理学指标 有些化学物质在水中的含量达到一定的限度就会对人体或其他生物造成危害，这些物质即 属有毒化学物质，并构成水的毒理学指标。毒理学指标包括：氟化物、氰化物，有毒重金属离 子，汞、砷、硒、酚类，各类致癌、致畸、致基因突变的有机污染物质，亚硝酸盐，一部分农 药及放射性物质。 五、细菌学指标 细菌学指标是反映威睹 体健康的病源体污染指标，如大肠杆菌数、细菌总数、寄生虫卵、 余氯等，余氯则反映水的消毒效果和防止二次污染的贮备能力。 e 述水质指标都是反映水污染、污水处理程度和水污染控制的重要指标，可以根据回用水 的用途选用或者兼用。 l o 西安建筑科技大学硕士论文 2 4 2 回用水水质标准 同用水水质标准是评价水质质量、保证用水的安全可靠性及选择经济合理水处理流程的基 本依据。目前国内尚无系统完整的回用水的水质标准，下表仅是根据我国现有的有关规定列出 一部分对照各种回用方向要求水质确定的回用水标准( 表2 - 1 ) 。 表2 1 ：对照各种回用方向要求水质确定的回用水标准 污水厂 回用水指标 序 = 级出水指标 项目冷却用水水质标准生活杂用水水质标准 号 一级二级市区景观河道 标准标准用水水质指标 直流冷却循环冷却冲厕绿化冼车扫除 执行标准g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6c 日 ：s 6 l9 4c e c s 6 1 9 4a 2 5 1 8 9 lp h 值 6 - - - 96 , - 06 5 - - - 96 呻65 - - - 96 _ 5 965 - - - 9 2色度( 稀释倍数)5 08 0 3 03 0 3总固体 1 5 0 01 0 0 01 0 d 溶解性固体1 2 1 0 0 d 5悬浮物2 0 3 03 03 0j 05 6 b o d s 2 03 02 03 0l o1 01 0 7 0 0 d b 6 01 2 07 57 55 0 5 0 夏季 1 0 8氨氨1 5 2 52 01 0 非夏季 2 0 夏季 2 9总磷 非夏季不控制 j 0总铁 n 4n 30 40 4 l l总锰2 02 00 20 l 旺l 1 2氯化物 3 5 03 3 0 03 如3 0 0 1 3总余鲺 0 2 1 4浊度( 度) 51 05 j 5总锻( 0 0 0 3 ) 8 5 04 5 04 5 0 4 5 0 1 6总碱度( c a t 0 3 ) 5 0 03 5 0 1 7嗅 无不快感无不快巷无不决感 1 8总大肠菌群致( 个儿) 1 0 0 0 033 注：如无特殊标注，所有单位均为r e e d l 。 西安建筑科技大学硕士论文 3 研究内容及意义 3 1 课题来源 污水回用是节约水资源和提高水资源利用效率的有效途径，一般的城市污水处理厂对生活 污水进行二级处理后就可以进行排放，污水回用的用途和范围受到了很大限制。因此有必要对 污水进行深度处理，提高其回用的价值。 西安市西郊建立的集中供热系统，被列为环境治理重点项目，工程建成投产后，集中供热 可以有效地改善该地区的大气环境质量。集中供热工程竣工后，机组达到设计运行能力时，每 小时用水可达1 4 0 0 m 3 ，若仅采用自来水作为生产用水水源，将消耗更多的自然水资源。水资源 是国民生产的重要资源，我国是水资源比较缺乏的国家，北方城市缺水尤为严重，西安市的水 资源状况更是紧张。陕西省地处西北，人均水资源为1 3 0 0 m 3 a ，尽管西安市对改善水源状况， 缓解水资源紧张做了很多努力，目前所能达到的日供水能力为1 1 0 x 1 0 4m 3 ，供水能力的增长速 度不足需水量年增长速度的5 0 。城市污水回用正是弥补水资源缺口的一个有效方法。 目前，西安市的城市污水排放量约占城市供水量的8 0 ，将城市污水加以处理回用，将会 形成一种持续、稳定、经济的第二水源，其环境、社会和经济效益也是十分可观的。l 虱家提出 西部开发的战略，水资源的合理利用在其中起着重要的作用，因此有必要开发和巩固污水回用 这一合理、高效利用水资源的重要途径。西郊集中供热工程指挥部根据西安市政府的要求，本 着节约水资源，刚氐成本，走可持续发展道路的原则，经过反复考察论证和科学实验，拟在集 中供热系统中采用污水回用方案。 西安市北石桥污水处理厂现有二级污水处理系统，出水达到污水综合排放标准( g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 ) 中的二二级排放标准。为推进城市污水再利用工作。污水处理厂拟在现有处理工艺流程 的末端再增加第三级处理，以提高出水水质。第三级处理工艺流程为混凝、沉淀、过滤和消毒。 为解决集中供热系统生产用水水源问题，节约水资源，同时降低生产成本，拟使用污水处 理厂的三级再生水进一步处理后作为集中供热系统中的锅炉补给水。本课题将对再生水进行试 验研究，使预处理试验出水能够满足离子交换系统对进水的水质要求，同时提供必要的设计运 行参数。为确保试验的科学性和完整性，西聋嗪中供热工程指挥部同时委托西北电力设计研究 院对试验出水进行离子交换和锅炉工况的模拟测试，并由测试结果及时调正试验方向和内容， 并最终确定相应的处理方法，以期达到预期的目的。 作为集中供热系统的基础工程，西安市西郊熟电厂的生产用水水量很大，为节约水资源， 降低电厂生产成本，污水处理厂的三级再生水已经作为循环冷却水应用于集中供热系- 统v 2 _ 中。 本课题就是对进一步提高再生水的利用价值为研究方向，即对再生水进行深度处理后作为锅炉 补给用水的工艺方案进行研究和试验。深度处理包括预处理和离子交换两个部分，因此，预处 理之后的水质目标为满足离子交换系统的水质要求。 1 2 西安建筑科技大学硕士论文 3 2 研究意义 水资源对人类的重要意义已经毋庸置疑。现实中，一方面是水资源的短缺，另一方面是水 资源利用效率的低下，水成为制约经济发展和生活水平提高的个不容忽视的因素，因而 h 约用水和提高水资源的利用率成为一个重要的课题。污水回用就是解决这一课题的方法之一。 如前所述，经过二级生物处理后所能达到的水质制约着污水回用的用途和范围，而污水处 理的深度又受到经济因素的限制，因此采用经济有效的处理措施，提高污水回用的价值是推进 污水回用的有效突破口。 本课题是西安市西郊供热工程锅炉补给水的试验研究，属城市污水回用于锅炉补给水的研 究方向。城市污水回用( 或称污水资源化) 对当前我国及全球各国解决水资源短缺问题具有重 大意义。据统计，2 1 世纪水资源危机将位于世界各类危机之首。我国水资源人均占有量仅2 4 0 0 m ： ， 只有世界人均占有量的i 4 ，属世界1 3 个贫水国之一。由于缺水，我国每年造成的经济损失达 1 2 0 0 亿，世界各国同样面临这一问题，水资源的短缺制约了各国社会经济的发展。 寻找新的水源开发途径成为近些年来大家共同研究探讨的问题之一。开发新的水源包括有 异流域调水、海水淡化、雨水蓄用、极地拖冰、人工降雨及污水回用等途径。其中开展污水回 用将污水作为城市第二水源是解决城市缺水的一条重要措施。我国每年排放污水量3 5 3 亿m 。 它和供水量基本相当，而且绝大部分以水的形式存在，水以外的物质仅占0 1 ，比海水3 5 的含量少得多，再生处理比较容易，基建投资和运行成本要比远距离引水或海水淡化经济，水 量稳定，就近可得，可以形成很大规模，足以缓和城市水的供需矛盾。 污水回用的意义不仅是可获得一部分主要集中于城市的可利用水资源量，还在于体现了水 的“优质优用，低质低用”的原则。污水回用有利于提高城市( 包括工业企业) 水资源利用的 综合经济效益。主要体现在：i ) 污水( 废水) 回用所需的投资及年运行管理费用一股低于长距 离引水所需的相应投资和费用；2 ) 除实行排污收费外，污水回用所收取的费用可以使污水处理 获得有利的财政支持，使水污染防治得到可靠的经济保证；3 ) 污水回用可以有效地保护水源， 相应降低取自该水源的水处理费用。除此之外污水回用还是环境保护、水污染防治的主要途径 是社会、经济可持续发展战略的重要环节，因此具有重要意义。 本课题所研究的内容正是以污水处理厂三级再生水为研究对象，经过深度处理后作为集中 供热系统锅炉的补给水，