（环境工程专业论文）城市污水再生水用于工业循环及低压锅炉给水的可行性研究.pdf

青岛理t 大学t 程硕j j 学位论文 摘要 。 我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源量只有世界人均占有量的四分之 一，随着我国人口的增加，经济的发展和城市化进程的加快，我国水资源形势将 更为严峻，以水资源紧张、水污染严重为特征的水危机已经成为我国可持续发展 的重要制约因素，成为实现新时期经济社会发展目标具有基础性、全局性和战略 性的重大问题。城市污水处理厂二级出水的再生回用，既可减少二级出水残余污 染物对自然水体的污染负荷，又可最大程度的节约了淡水资源，具有显著的环境 效益、经济效益和社会效益。 本文以海泊河污水厂再生水为水源，采用沸石直接过滤与曝气生物沸石两种 工艺进行深度处理，并对其再生水用于工业循环及低压锅炉给水工程的可行性进 行了研究，并进行了中试试验，通过研究得出如下结论： 1 、沸石直接过滤吸附对n 地+ 一n 去除率较高，c o d 。，的去除率较小。当沸石滤料 高度为1 2 0 0 m m 时，直径2 0 0 r a m ，最佳水力负荷为q l = 1 2 m 3 m 2 h 时，水力停留时间 为1 o h 时，对c o d 。，的去除率为1 0 左右，n h 4 + - n 的去除率为8 0 左右，相应的出 水c o d 。，浓度范围在4 0 m g l 左右，n 心+ 一n 的浓度为1 0m g l 以下，达到国家规定的 再生水用作循环冷却用水标准。 2 、曝气生物沸石滤柱可以有效地去除c o d 。n i l + - n ，当沸石滤料高度为1 8 m 时，最佳水力负荷为1 3 m 3 m 2 h 时，水力停留时间为1 4 h 时，对c o d 。，的平均去除 率为3 6 ，对n 也+ 一n 的平均去除率为8 3 8 ，相应的出水c o d 。，平均浓度从5 0 m g l 降到3 0 m g l 左右，n i - l - n 的平均浓度为1 0m g l 以下，达到国家规定的工业循环 冷却用水的水质控制指标。 3 、根据动态腐蚀试验结果可知，采用沸石直接过滤和生物沸石过滤工艺对再 生水进一步处理后，其出水c o d 。n 铵氮浓度大大降低，对金属的腐蚀性均达良好 标准。再生水可用作锅炉给水，不会对炉体和管道造成额外的、明显的腐蚀影响。 4 、该工艺有效的去除了再生水中的有机污染物，工艺出水可直接进入树脂软 化罐软化，用于低压热水或低压蒸汽锅炉给水，树脂软化再生水与软化自来水一 样具有较好的稳定性和效果，不会对树脂产生明显影响，这在经济上和技术上是 可行的，具有显著的经济效益和环境效益。 5 、沸石直接过滤处理成本为0 2 l 元吨，生物沸石处理成本为0 2 0 元吨， 青岛理t 大学t 程硕i ：学位论文 但沸石直接过滤的运行方式灵活，需要时开，不需要时可停，总费用低，生物沸 石需连续运行，总费用相对较高，在生产中，可根据实际情况选用。 关键词：再生水，沸石，循环水，低压锅炉，氨氮 青岛理t 人学t 程硕l ：学位论文 a b s t r a c t w a t e rr e s o u r c e sa l eo n l yo n e f o u r t ho ft h ew o r l di nc h i n a ，w i t hc h i n e s ep o p u l a t i o n g r o w t h ，e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n du r b a n i z a t i o ns p e e d su p ，w a t e rr e s o u r c e ss i t u a t i o n w i l lb em o r es e v e r e t h a tc a nn o to n l yr e d u c et h er e s i d u a lp o l l u t a n t sl o a do nt h en a t u r a l w a t e re n v i r o m e n t ，b u ta l s os a v eal o to ff r e s h w a t e rr e s o u r c e s ，b yr e u s i n gs e c o n d a r y e f f l u e n to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t i nt h i sp a p e r , t h ef e a s i b i l i t yo fr e c l a i m e dw a t e ro fq i n g d a oh a i p o h e s e w a g e t r e a t m e n tp l a n tt r e a t e db yd i r e c tf i l t r a t i o na n da e r a t i o nz e o l i t eu s i n gf o rr e c y c l e dw a t e r a n dl o w p r e s s u r eb o i l e rf e e dw a t e rw a sr e s e a r c h e d t h ec o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： 1 ，t h er e m o v a lr a t eo fn h 4 + 一nu s i n gz e o l i t ef i l t r a t i o na d s o r p t i o nw a sh i g h e la n d t h er e m o v a lr a t eo fc o d e rw a sl e s s w h e nt h ez e o l i t ef i l t e rh e i g h tw a s12 0 0 m m ，t h e d i a m e t e ro f2 0 0 m m ，t h eb e s th y d r a u l i cl o a d i n gw a s1 2 m 3 m z h ，t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m ew a s1 o h ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d c rw a sa b o u t1 0 ，t h er e m o v a lr a t eo fn h 4 + 一n w a sa b o u t8 0 ，t h ec o r r e s p o n d i n ge f f l u e n tc o d c rc o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t4 0 m g l ， c o n c e n t r a t i o no fn i - 1 4 + - nw a su n d e r10m g l ，w h i c hc o u l dg e tt h es t a t es t a n d a r d so f r e c y c l e dw a t e ru s e df o rc o o l i n gw a t e r 2 ，c o d c ra n dn h 4 + 一nc a nb ee f f e c t i v e l yr e m o v e db ya e r a t i o nb i o z e o l i t ef i l t e r , w h e nt h eb i o z e o l i t ef i l t e rh e i g h tw a s1 s m ，t h eo p t i m a lh y d r a u l i cl o a d i n gw a s 1 3 m 3 m 2 h t h eh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ew a s1 4 h ，t h er e m o v a lr a t eo fc o d b w a sa b o u t 3 6 t h er e m o v a lr a t eo fn 1 - 1 4 + nw a sa b o u t8 3 8 ，t h ec o r r e s p o n d i n ge f f l u e n tc o d c r c o n c e n t r a t i o nw a sa b o u t3 0 m g l ，c o n c e n t r a t i o no fn i - 1 4 + nw a su n d e r10m g l ，w h i c h c o u l dg e tt h es t a t es t a n d a r d so fr e c y c l e dw a t e ru s e df o rc o o l i n gw a t e r 3 ，a c c o r d i n gt od y n a m i cc o r r o s i o nt e s t ，t h eu s eo fz e o l i t ez e o l i t ed i r e c tf i l t r a t i o n a n db i o f i l t r a t i o np r o c e s so nt h ef u r t h e rp r o c e s s i n go fr e c y c l e dw a t e rw a sf e a s i b l e ，t h e c o r r o s i o no fm e t a l sw a sa tag o o ds t a n d a r d r e c l a i m e dw a t e rc a l lb eu s e da sb o i l e rf e ：e d w a t e r , a n dw i l ln o tr e s u l ti na d d i t i o n a l ，s i g n i f i c a n tc o r r o s i o ne f f e c t so nb o i l e r 4 ，t h er e c l a i m e dw a t e rc o u l db es o f t e n e dd i r e c t l yb yt h er e s i n ，a n dt h a th a dn o t s i g n i f i c a n te f f e c t so nt h er e s i n ，t h em e t h o do fr e u s i n gw a t e rf o rc y c l i n gw a t e ra n d b o i l e r w a t e rh a ss i g n i f i c a n te c o n o m i ca n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s 5 ，t h ec o s t so fz e o l i t ed i r e c tf i l t r a t i o nt r e a t m e n tw e r ea b o u t 0 21y u a n t o n ， b i o z e o l i t ew a sa b o u t0 2 0y u a n t o n t h em e t h o do fz e o l i t ef i l t e rw a saf l e x i b l e i i i 青岛理t 人学丁程硕1 ：学位论文 o p e r a t i o nm o d e ，a n dt h et o t a lc o s t sw e r el o w b i o z e o l i t ef i l t r a t i o nn e e d e dc o n t i n u o u s o p e r a t i o n ，t h et o t a lc o s ti sr e l a t i v e l yh i g h k e yw o r d s ：r e c l a i m e dw a t e r ；z e o l i t e ；r e c y c l e dw a t e r ；l o w - p r e s s e rb o i l e r ；a m m o n i a n i t r o g e n i v 青岛理工人学t 程硕 ：学位论文 1 1 水资源 1 1 1 水资源的含义 第一章绪论 水是地球上最丰富的一种化合物。全球约有四分之三的面积覆盖着水，地球 上的水总体积约有1 3 亿8 6 0 0 万立方千米，其中9 6 5 分布在海洋，淡水只有3 5 0 0 m 3 左右。若扣除无法取用的冰川和高山顶上的冰冠，以及分布在盐碱湖和内海的水 量，陆地上谈水湖和河流的水量不到地球总水量的1 。 广义的水资源，指地球上水的总体。水以固态、液态和气态形式，存在于地 球表面和地球岩石圈、大气圈、生物圈之中。地球水的总储量约1 3 9 亿k m 3 ，其中， 海洋水占9 6 5 ；淡水储量仅为总储量的2 5 3 ，约0 3 5 亿k m 3 。淡水储量中绝大 部分为冰盖、冰川和深层地下水，与人类关系密切的河川槽储水量约0 2 1 2 万k m 3 ， 为淡水储量的0 0 0 6 。实际上，水具有三态转化的独特性质，在太阳能驱使和日 地运行规律的支配下地球上的水无时不处于变化运动之中，存在着复杂的、大体 上以年为周期的水循环。水循环中最活跃的要素为：大气降水、蒸( 散) 发、入 渗和河川径流等，它们的年动态水量也比静储量大得多。例如，全球年降水量约 为大气水储量的4 6 倍，即大气水的更新恢复周期约为8 日；全球年河川径流量约 为河川槽储水量的2 3 倍。即河川槽储水量的更新枯燥复周期约为1 6 日。水循环 中相对不活跃的要素为：海洋水、冰盖和深层地下水等，年动态水量只占其巨大静 储量的极小部分，也就是说，一经动用或污染即难以恢复。因此，从人类可利用 的水资源看，水资源应该是指可恢复和更新动态淡水量。这就引出狭义的水资源 涵义。 狭义的水资源义为：水资源人类生存和发展的不可替代的自然资源，又是环 境的基本要素。水资源是人类可以利用的、逐年可以替代的自然资源，又是人类可 以利用的、逐年可以得到恢复和更新的淡水量，大气降水是它的补给来源。 水资源的“不可替代 性是由水的物质特性所决定的。水的汽化热和热容量 是所有物质中最高的；水的热传导能力在所有液体( 除水银外) 中是最高的；水的 表面张力在所有液体中是最大的：水的汽化膨胀系数大；水具有不可压缩性：水 青岛理丁人学t 程硕 ：学位论文 是最好的溶剂；水本身是植物光合作用的基本材料；水有特强渗透性：人类及一 切生物所需的养分全靠水溶、输移；生物体中大部分为水，脱水即意味着死亡；4 的水密度最大，这样水生物才得以越冬生存：可以说水是生命之源。水是循环冷 却、供热、蓄热、传递压力的最好的介质；由于水的巨大的汽化膨胀性才有蒸汽 机、汽轮机。水是国民经济各部门中用途广泛、不可替代的重要生产要素，水资源 的状况制约着工农业生产的发展和布局。这些充分说明了水对人类生存和发展的 “不可替代 性。 水环境是生态环境的重要方面。水是最好的溶剂，它最易被污染，但同时又是 最好的清污剂；水支承地壳，水的格局影响了全球的海陆分布、气候变化；水的 冲蚀、搬运、淤积作用改变着地形、地貌。所以说，水又是环境的基本要素。 水资源是“人类可以利用的”水，是指：水质应符合人类利用的要求。所以， 水资源指的是符合人类不同用途相应水质标准的淡水量。在现代技术经济条件 下，通过工程措施、或净化处理可能利用的水才算水资源；深层地下水、净化代 价过高的海水，一般均不作为水资源。 水资源涵义中的“逐年可以得到恢复和更新的”，是说水资源可通过水循环得 到恢复和更新，是再生性资源。水循环受日地运行规律所制约，具有季节交替和 大体以年为周期的特点。所以特别加上“逐年 二字，故水资源量通常指年水资源 量。 水资源涵义强调“大气降水是它的补充来源”，是说明一个区域( 或流域) 的水 资源，是该区域边界内、当地大气降水补给下的产物。本区域当地大气降水补给 的地表、地下产水量( 动态水量) ，才是本区域的当地水资源量或区域水资源量。流 经本区域、非本区域大气降水补给的地表、地下水量，称作过境水资源量或入境水 资源量。当地水资源量和过境( 入境) 水资源量都是本区域可以开发利用的水资源 量。 1 1 2 水污染及其危害 水体是指地面水( 河流、湖泊、沼泽、水库) 、地下水和海洋的总称。在环 境科学领域，水体不仅仅就是水，它还包括水中的溶解物、悬浮物、水生生物和 2 青岛理丁大学- t 程硕i j 学位论文 底泥，被当作一个完整的生态系统看待。所谓水体污染就是指进入水体的污染物 造成该水体中某些物质( 特别是对生物有毒性的或造成水体水质恶化的物质) 超 过了水体的本底值或水体的自净能力，从而使得该水体部分或全部失去它的功能 或用途。在环境污染的研究中，区分“水 和“水体”两个概念十分重要。例如， 重金属污染物易于从水中转移到底泥里，水中的重金属含量一般都不高，若着眼 于水，似乎水污染并不严重，但是从整个水体看，污染就可能很严重。可见，水 体污染不仅仅是水污染，还包括底泥污染和水生生物污染。 从卫生学上划分，通常把水污染分为四类，即生理性污染、物理性污染、化 学性污染和生物性污染。它们衡量指标分别为：。 ( 1 ) 生理性污染，是指污水排入水体后，引起感官性状恶化，所以也叫感官 性污染。衡量指标主要有嗅、味、外观、透明度等。 ( 2 ) 物理性污染，是指污水排入水体后，改变水体的物理特性，使浑浊度增 高，悬浮物增加，出现颜色，水面漂浮泡沫、油膜等。衡量指标主要有浑浊度、 色度、悬浮物等。 ( 3 ) 化学性污染，是指污水排入水体后，改变了水体化学性质。如许多有机 物质在水体中分解时要消耗大量溶解氧：酸碱污水使水体p h 值发生变化；钙、镁 盐等物质使水硬度提高；某些有毒物质超过一定量时，使水体变成“毒水 等。 衡量指标主要有p h 值、硬度、化学需氧量、生化需氧量、溶解氧化及汞、镉、砷、 氰、铬等有毒物质含量 ( 4 ) 生物性污染，是指病原微生物排入水体后，可直接或间接地传染各种疾 病。衡量指标主要有细菌总数、大肠菌群等。 水体污染影响工业生产、增大设备腐蚀、影响产品质量，甚至使生产不能进 行下去。水的污染，又影响人民生活，破坏生态，直接危害人的健康，损害很大。 ( 1 ) 危害人的健康水污染后，通过饮水或食物链，污染物进入人体，使人急 性或慢性中毒。砷、铬、铵类、苯并( a ) 芘等，还可诱发癌症。被寄生虫、病毒或 其它致病菌污染的水，会引起多种传染病和寄生虫病。重金属污染的水，对人的 健康均有危害。被镉污染的水、食物，人饮食后，会造成。肾、骨骼病变，摄入硫 酸镉2 0 毫克，就会造成死亡。铅造成的中毒，引起贫血，神经错乱。六价铬有很 大毒性，引起皮肤溃疡，还有致癌作用。饮用含砷的水，会发生急性或慢性中毒。 砷使许多酶受到抑制或失去活性，造成机体代谢障碍，皮肤角质化，引发皮肤癌。 3 青岛理丁大学1 = 程硕 j 学位论文 有机磷农药会造成神经中毒，有机氯农药会在脂肪中蓄积，对人和动物的内分泌、 免疫功能、生殖机能均造成危害。稠环芳烃多数具有致癌作用。氰化物也是剧毒 物质，进入血液后，与细胞的色素氧化酶结合，使呼吸中断，造成呼吸衰竭窒息 死亡。我们知道，世界上8 0 的疾病与水有关。伤寒、霍乱、胃肠炎、痢疾、传染 性肝类是人类五大疾病，均由水的不洁引起。 ( 2 ) 对工农业生产的危害水质污染后，工业用水必须投入更多的处理费用， 造成资源、能源的浪费，食品工业用水要求更为严格，水质不合格，会使生产停 顿。这也是工业企业效益不高，质量不好的因素。农业使用污水，使作物减产， 品质降低，甚至使人畜受害，大片农田遭受污染，降低土壤质量。海洋污染的后 果也十分严重，如石油污染，造成海鸟和海洋生物死亡。 ( 3 ) 水的富营养化的危害在正常情况下，氧在水中有一定溶解度，溶解氧不 仅是水生生物得以生存的条件，而且氧参加水中的各种氧化一还原反应，促进污染 物转化降解，是天然水体具有自净能力的重要原因。含有大量氮、磷、钾的生活 污水的排放，大量有机物在水中降解放出营养元素，促进水中藻类丛生，植物疯 长，使水体通气不良，溶解氧下降，甚至出现无氧层。以致使水生植物大量死亡， 水面发黑，水体发臭形成“死湖 、“死河”、“死海”，进而变成沼泽。这种 现象称为水的富营养化。富营养化的水臭味大、颜色深、细菌多，这种水的水质 差，不能直接利用，水中的鱼大量死亡。 1 2 国内外城市污水再生利用现状 1 2 1 国外污水再生利用状况 水是人类生命最基本的要素，它是一种不可替代的资源，同时又具有可再生 性。目前，水资源的问题已不容忽视，科学家们预言：城市缺水、水域污染和饮用 水质量下降这“三大挑战 为核心的水危机，将成为继2 0 世纪石油危机后2 1 世 纪最大的危机。世界各国为自身的发展和长远利益考虑纷纷寻找各种节流、开源 的方法，如污水再生利用、雨水利用、海水淡化等。从处理成本和水源的充足性 方面看，城市污水可说是一种处理成本低、水量充足的再生水资源。 国外城市污水再生利用的范围已非常广泛。下面以缺水的以色列、日本、南 非、美国加州和水资源丰沛的荷兰为例，对国外的城市污水再生利用状况进行简 4 青岛理t 人学t 程硕十学位论文 介。 ( 1 ) 以色列是一个严重缺水的国家，它在污水净化和回收利用方面，始终处 于世界领先地位，其全国8 0 的污水收集后处理，有6 5 深度处理后进行回用。 主要用于灌溉、工业企业、冲厕、河流复苏等，他们的法律规定：废水若未用尽， 不可采用海水淡化；新鲜水至少应回收利用一次。其再生水中有一半通过土地处 理回灌地下，再打井抽出至再生水管网，输送到下游使用。 ( 2 ) 在日本，由于本土狭小，人口众多，水资源严重短缺，人均年降水量仅 为世界平均降水量的1 5 ，为此其污水再生利用研究起步较早。日本上世纪6 0 年 代的经济复兴就是靠污水再生回用解决了供水危机。其再生水的4 1 被回用于工 业，3 2 被用于环境卫生用水，8 用于农业灌溉。并相应制定了各种不同回用水 用户的水质指标和管理法规。 ( 3 ) 南非是一个严重缺水的国家，年平均降雨量不足5 0 0 舳，水的问题涉及 国家大政方针，并制约着工农业的发展，所以南非国家的水资源是由政府集中控 制。供水、污水再生利用和控制水污染是南非每一个大城市、地区乃至整个国家 的水资源储存开采计划的组成部分。南非为了能够处理污水，达到再生利用的目 的，进行了多种水处理工艺的研究。 ( 4 ) 荷兰王国的水资源充沛，水网密布，水利设施先进，注重对工矿企业废 水处理达标排放的严格管理。推行工业、农业、绿化、园艺和景观等对水资源科 学合理地利用，几乎没有未经处理的污水直接排放的情况，而且还考虑了除磷脱 氮的要求，并制订出相应的排放标准。 。 ( 5 ) 美国是一个旱涝不均的国家，其污水再生利用范围很广，涉及农业、娱 乐、绿化、工业等方面。如典型的缺水城市加州福尼亚的桑提和南塔湖工程都是 将城市污水经过一系列处理后直接回用于游乐场所，水质完全满足要求。洛杉矶 污水处理后回用于电厂冷却水。拉斯维加斯污水厂三级处理出水作为间接回用水 输入河中、下游再利用。目前美国国家环保局出版的“污水回用标准”中涉及了 污水回用的范围、标准、管理规范等。 1 2 2 国内污水再生利用状况 将生活污水作为水源，经过适当处理后作杂用水，其水质指标间于上水和下 青岛理下人学t 程硕 j 学位论文 水之间，称为再生水，相应的技术称为再生水技术。经处理后的中水可用到厕所 冲洗、园林灌溉、道路保洁、城市喷泉等。对于淡水资源缺乏，城市供水严重不 足的缺水地区，采用中水技术既能节约水源，又能使污水无害化，是防治水污染 的重要途径。 ( 1 ) 北京市是全国规模最大的再生水利用推广城市。九十年代建成的高碑店污 水处理厂，日处理污水量1 0 0 万吨，再生利用水量约5 0 万吨日，主要用于工业 冷却、景观河道、城市绿化、公园用水及道路喷洒用水等。华能北京热电厂是使 用高碑店污水厂二级出水做工业循环冷却水的最大用户，用水量2 4 万吨日，为 耗水量较大的工业循环冷却水行业全面推广污水再利用带了好头。 ( 2 ) 大连市春柳河水质净化厂是我国第一个污水再生利用示范工程，现已运转 十年，它是在大连市春柳河污水处理厂二级处理水的基础上增加深度处理，规模 为1 万吨日，处理工艺为混凝( 澄清) 一过滤一消毒工艺，目前处理量为5 0 0 0 吨日，其中2 0 0 0 吨日供给红星化工厂回用于生产工艺和设备直流冷却水，1 5 0 0 吨日供给煤气工厂用于洗焦水和循环冷却补充水，1 5 0 0 吨日供给造船厂、热电 厂、橡胶三厂等工厂作为基建、消防和冷却水。 ( 3 ) 天津开发区在我国首次大规模利用“双膜技术应用于城市污水再生处 理，建成再生水厂一座，对含盐量较高的城市污水再生利用突破了技术上的难关， 可满足高水质用户和低水质用户的要求。目前已提供c m f 微滤处理水1 5 万吨日， 用于供景观用水、城市杂用水，r o 反渗透深度处理脱盐水l 万吨日，用于开发区 热源厂锅炉补充水和其它工业用水，但其缺点是吨水处理成本较高，全国范围内 推广具有一定的难度。 1 2 3 青岛市再生水利用状况 ( 1 ) 工业用水：包括工艺用水和冷却用水两大部分。海泊河污水厂再生水厂已 向家牛仔喷砂公司每日提供1 0 0 0 吨冲洗布水。海泊河污水厂厂内回用水量约 2 4 0 0 吨日，主用于提升泵冷却、脱水机滤带冲洗、绿化和冲厕等，另外，该厂准 备将再生水进一步处理后用于蒸汽锅炉补充水、热水锅炉补充水。 ( 2 ) 市政杂用水：海泊河再生水厂已提供的海泊河公园景观和绿化用水量约5 0 0 0 吨日。团岛再生水厂已向八大山头公园提供绿化保洁用水和八大峡小学、智荣中 6 青岛理下人学t 程硕十学位论文 学提供冲厕、绿化用水，每日约1 0 0 0 吨。 1 3 再生水处理工艺现状 ( 1 ) 混凝法 混凝法是向污水中投加一定量的药剂，经过脱稳、架桥等反应过程，使水中 的污染物凝聚并沉降。水中呈胶体状态的污染物质通常带有负电荷，胶体颗粒之 间互相排斥形成稳定的混合液，若水中带有相反电荷的电介质( 即混凝剂) 可使 污水中的胶体颗粒改变为呈电中性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒下沉。这 种方法一般作为预处理、中间处理和深度处理等。常用的混凝剂则有硫酸铝、碱 式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁等。混凝法可以降低污水的浊度，去除多种悬浮 的有机物和无机物颗粒、某些重金属等，还可以降低水中细菌和病毒的含量。混 凝发在水处理中使用非常广泛，不仅可作为独立的处理方法，也可以和其他处理 方法相结合。 ( 2 ) 过滤法 过滤法是指用颗粒滤料层截留水中的悬浮杂质，从而使水澄清的工艺过程。 目前常用的滤料有石英砂、无烟煤和活性炭等。过滤法能够去除污水中的悬浮颗 粒和絮凝体，也可以降低重金属、磷、细菌和病毒的含量，并能够提高b o d 和c o d 的去除效率。过滤是保证处理水质的关键过程，不尽可以作为三级处理流程中间 的一个单元，也可作为处理流程的最后把关步骤。 ( 3 ) 消毒法 消毒法是指采用消毒剂或其他消毒手段，以杀灭水中治病微生物的过程。消 毒法可分为化学消毒法( 如加氯消毒) 和物理消毒法( 如加热消毒和紫外线消毒) 。 目前应用最光的是氯消毒法，氯的价格尽管便宜，但一般会产生有毒副产物，而 二氧化氯由于消毒能力强、无毒无害等优点被认为是氯系消毒剂最理想的更新换 代产品。此外，由于紫外线消毒法不会产生副产物，不会造成二次污染，也受到 人们的重视。在城市污水回用处理流程中，消毒是必不可少的处理工艺。 ( 4 ) 活性炭吸附法 活性炭是一种多孔性物质，能够对污水进行脱色、除臭和除味，并可有效地 去除污水中的重金属、溶解性有机物、农药及放射性元素等。活性炭吸附法具有 适用范围广、处理效果好、吸附剂可重复利用的优点。常用的活性炭主要有粉末 7 活性炭( p a c ) 、颗粒活性炭( g a c ) 和生物活性炭( b a c ) 三大类。b a c 是将活性碳作为 载体，成为微生物聚集、生长的场所，可同时发挥活性碳的物理吸附作用和微生 物的生物降解作用，能够延长活性炭的工作周期，减小运行成本。 ( 5 ) 膜分离法 膜分离法是通过用有机高分子材料或无机材料制成的膜，利用物质之间透过 性的差别，在浓度差或压差等推动力的作用下进行分离的技术。它包括微滤、超 滤、反渗透、纳滤和电渗析等。微滤和超滤能够去除的颗粒直径较大，主要用于 去除高分子溶质和固体微粒。纳滤和反渗透所分离的颗粒直径较小，能去除大部 分的微生物和有机物。电渗析根据分子的大小差别和荷电性质进行分离的方法， 可用于小分子电解质的分离和去除水中的盐分。膜分离过程大多没有相变化，可 在常温下进行，具有能耗低、效率高和污染轻等优点。 ( 6 ) 高级氧化法 高级氧化法是运用氧化剂、光照、催化剂等生成活性极强的自由基( 主要 为0 h ) ，使难降解的有机污染物转变成易降解的小分子物质，甚至直接生成c 0 2 和h 。0 ，达到无害化的目的。能够产生羟基自由基的方法都可归为高级氧化法，如 臭氧氧化法、过氧化氢氧化法、超声氧化法、微波法等。羟基自由基非常活泼， 可以无选择的与水中的有机污染物反应将其降解，不会产生二次污染，并且由于 他是一种物理一化学处理过程，容易加以控制。 1 4 研究的目的及意义 1 4 1 课题来源 青岛市海泊河污水厂4 万吨日的再生水示范工程，自九八年建成以来，向外 供水量一直未满负荷，不能充分发挥其应有的规模，其主要原因之一就是再生水 需求量较小。在其供水区域内，主要用水大户为青岛发电厂和青岛热电厂，这两 个厂的生产用水又以循环冷却水和锅炉给水为主，合计约2 万吨日的用水量。由 于该示范工程的再生水部分水质指标尚不能达到循环冷却水和锅炉给水的水质要 求，因此影响了再生水在这两个厂的应用。 8 青岛理下人学t 程硕l 学位论文 1 4 2 课题意义 为进一步提高再生水的水质，扩大再生水的应用范围，使青岛市海泊河污水 厂4 万吨日的再生水示范工程充分发挥其应有的作用，青岛市海泊河污水厂和青 岛理工大学共同提出对该再生水进一步深度处理，使其水质指标达到工业循环冷 却水和锅炉给水的要求。 9 青岛理t 火学丁程硕i j 学位论文 第2 章青岛海泊河污水处理厂再生水利用工程简介 2 1 青岛海泊河污水处理厂简介 青岛市海泊河污水处理厂是青岛市兴建的第一座现代化污水处理厂，1 9 9 1 年3 月开工建设，1 9 9 3 年1 1 月试运行；采用a b 工艺，规模8 万吨日；工程建设 总投资折合人民币1 3 9 亿元( 其中包括奥地利政府混合贷款8 2 5 万美元) ；服务 区域为市北区、四方区，汇水面积约2 4 平方公里，服务人口约5 3 万。它的建成 对减轻海泊河流域对胶州湾的污染、改善胶州湾生态环境、开辟青岛市第二水源 具有重要意义。 2 1 1 污水厂二级处理工艺介绍 ( 1 ) a b 法处理工艺，a 段曝气池的污泥负荷高达4k g b o d 。k g m l s s d ，为常 规普曝法的1 0 倍以上，停留时间仅为4 0 6 0 分钟，从而大大减少生物处理的池容。 a 段对b o d 。的去除8 5 是靠生物污泥的吸附作用，因此a 段曝气池具有较强的抗冲 击负荷能力，从而保证b 段进水的稳定性。b 段为常规好氧处理，污泥负荷为0 4 k g b o d 。k g m l s s d ，b 段停留时间为6 小时。a b 工艺的局限性在于a 段产泥量大， 必须配套专门的污泥处理系统，a b 工艺对氮、磷的去除率相对较低。 ( 2 ) 进出水质设计值： 进水水质 b o o s 8 0 0 m g l c o d 。，15 0 0 m g l s s 1l o o m g l ( 3 ) 工艺流程图 出水水质 b o d 5 4 0 m g l c o d 。，15 0 m g l s s 4 0 m g l 1 0 青岛理t 大学下程硕1 ：学位论文 ! ! ：一a 段“ j 一a 段一 - 图2 1 海泊河污水处理厂水处理工艺流程 2 1 2 厂内二级出水再生处理系统 该厂原有一套生产能力2 4 0 0 吨日的再生水系统，向厂内提供再生水。它是将 二级出水经消毒、纤维球过滤后直接供绿化、冲厕、洗刷用；从1 9 9 4 年开始，该 厂进行二级出水再生利用技术研究，在小试试验的基础上，于1 9 9 5 年建成规模为 2 4 0 0 吨日的中试工程，二级出水经絮凝反应、沉淀、消毒、纤维球过滤后，供沼 气发动机、沼气提升泵循环冷却及滤带冲洗等，每年可替代自来水约2 0 万吨，节 省了宝贵的水资源，降低了运行费用，被省、市评为“节水示范单位 。同时为再 生水的规模发展提供了技术基础和运行经验。 2 2 再生水工程介绍 1 9 9 8 年，海泊河污水厂利用德国政府赠款在厂内建成规模4 万吨日再生水 工程，1 9 9 9 年建成运行，总投资为2 4 8 5 万元。 青岛理下大学t 程硕_ ：学位论文 2 2 1 设计进水水质 进水：c o d 。，6 0 一l o o m g l ， b o d 。2 0 。3 0 m g l ， s s2 0 3 0 m g l 。 出水：c o d 。，5 0 m g l ， b 0 0 5 l o m g l ，s s 5 m g l ， 浊度5 度，色度3 0 倍。 2 2 2 工艺流程图 ( 1 ) 常规工艺流程 ( 2 ) 二级出水水质好时，可超越混凝沉淀池，直接进入滤站过滤。 2 2 3 主要工艺参数 ( 1 ) 自污水厂二级出水口取水。进水泵三台，2 用1 备，单台流量9 2 6 m 3 h 。 ( 2 ) 机械搅拌池。机械搅拌机两台，功率7 5 k w ，采用电磁调速器现场调速p a c 系统采用a l l d o s 整套设备，配制系统由干料推进器和配水溶解系统组成，推进器 投加干料量由变频器调整，可精确控制配药浓度。投加泵两用一备，由变频器控 制投加量。p a m 系统由溶解和投加系统组成，人工定量配制溶液，投加泵采用进口 计量泵，两用一备。 ( 3 ) 反应池为竖向栅条反应池，两组，每组三段，每段八格，第一段过栅流速 1 2 青岛理t 人学t 程硕 ：学位论文 v = 0 2 4 m s ，第二段过栅流速v = 0 1 9 m s ，停留时间1 5 m i n 。 ( 4 ) 沉淀池斜管长l 米，倾角6 0 0 ，液面上升流速v = 2 5 m m s ，颗粒沉降速度 v = 0 3 m m s ，停留时间3 0 分钟。排泥方式为吸泥桥虹吸排泥，排泥周期可以通过时 间继电器调节。 ( 5 ) 滤站共两组六个滤池，无烟煤石英砂双层滤料，单池过滤面积5 2 0 8 m 2 ，设 计滤速5 8 7 m h ，强制滤速8 8 0 m h ，气洗强度1 9 2 lm 3 s ，水洗强度8 0 1m 3 s ， 反冲洗水泵两用一备，每台流量7 5 0m 3 h ，反冲水压0 1 2 m p a 。气洗由罗茨鼓风机 提供空气，空气压力6 0 0 m b a r ， ( 6 ) 清水池消毒采用二氧化氯。二氧化氯发生器采用a l l d o s 设备，共三台，二氧 化氯产量2 5 k g h ，投加泵三台，总流量9m 3 h 。 2 3 经济分析 青岛市海泊河污水处理厂再生水再生利用设施日处理再生水4 万吨，以满负荷 运行测算与技术相关的费用情况如下： 。 2 3 1 药剂费 ( 1 ) p a m ( 聚丙烯酰胺) ：投加浓度：l m g l 单价：4 0 元k g 0 0 4 元吨水 ( 2 ) 混凝脱色剂( 碧海3 号) ： 投加浓度：0 5 m l l 单价：o 2 8 元k g o 1 4 元吨水 ( 3 ) c 10 2 ( 二氧化氯消毒剂) ：投加浓度：5 m g l 相当于n a c i o ：及h c l 投加 浓度分别为1 0m g l n a c i o ：单价：2 4 元k g 0 2 4 元吨水 h c l 单价：o 8 元l ( g 0 0 0 8 元吨水 2 3 2 电费 0 0 6 6 元吨水 设备运行功率：1 5 7 7 k w 青岛理1 _ 火学丁程硕 ：学位论文 电费单价：0 7 0 元度0 0 6 6 元吨水 2 3 3 人工费 包括管理人员2 名，四班运行人员8 名，化验人员2 名。每人平均月工资2 0 0 0 元，则0 0 2 元吨水。 2 3 4 折旧费 构筑物折旧按2 5 年限，总投资1 5 0 0 万元，0 0 4 2 元吨水 设备折旧费按1 2 年限，总投资9 9 3 6 万元，0 0 5 7 元吨水 以上四项费用单价总计为：0 6 1 元吨水 1 4 青岛理工人学t 程硕 ：学位论文 第3 章工业循环冷却水及工业锅炉给水处理研究 3 1 工业循环冷却水及工业锅炉给水供输形式的选择 供输循环水有两种形式可选择：一种是将常规再生水深度处理达循环冷却水标 准后供给用户。此办法对再生水厂要求高，增加成本，且对于其它不需要这么高 水质的用户没有必要，如用于冲洗、绿化等。 另一种是将常规再生水集中供给各用户，用户根据各自的需求和经济条件，选 择是否进一步深度处理。此方案对各种用户都能满足要求，成本不必增加。 3 2 工业循环冷却水工艺选择的研究 3 2 i 研究范围 海泊河流域工业循环水用户在取自来水作水源时，大多采用自来水加软化工 艺制取工业循环水。而采用海泊河污水厂再生水作水源时，需将再生水中c o d 。n n i l + n 、t p 、色度、浊度等污染物处理到循环冷却水标准规定范围内，再进入软化 工艺去除硬度。因此本课题着重研究去除海泊河污水厂再生水中n i l + n 、c o d 。，、t p 、 色度、浊度的工艺和材料。 3 2 2 海泊河污水厂再生水质的特点 表3 1 海泊河污水厂再生水水质与工业循环水水质对比表( m g l ) 项目c o d 。， n h 。+ 一nt p总溶解性固体c 1 一色度浊度 污水厂再生水 5 0 4 01 21 0 0 02 5 03 0l o 循环冷却水 6 01 0 1 01 0 0 02 5 03 05 因海泊河污水厂处理工艺为a b 法，受工艺限制，该厂二级出水c o d 。，、n i l + n 、 t p 经常超出标准。总溶解性固体、c l 一在标准限值处上下波动。根据该厂的长期数 据总结，其总溶解性固体、c l 一值升高的时间与海水涨潮的时间具有一定的相关性， 1 5 青岛理t 火学t 程硕 ：学位论文 因此推断浓度较高的原因可能是因为河底污水管道渗透海水所至，海泊河河道上 的防潮闸门不严密引起涨潮时的海水倒灌，造成二级出水中总溶解性固体、c l 值 随海水涨潮的周期而波动，但大部分时间都在标准范围，本课题不再对总溶解性 固体、c l 一的去除进行研究。 处理后再生水用于锅炉给水时，与自来水一样都须进行软化处理，再生水软 化是本研究课题的重点考核指标。对再生水和自来水的硬度进行了对比监测，由 图3 - 1 所示，再生水硬度与自来水硬度相比，差别不大，因此，再生水中有机物 含量对树脂的影响程度，是本研究考核的重点。 1 6 青岛理t 人学t 程硕i ：学位论义 7 6 j 粤3 恻 落 2 1 0 时间d 图3 1自来水与再生水硬度比 1 7 飞 拶。 5 4 一【o署 青岛理t 大学t 程硕士学位论文 3 2 3 确定小试的工业循环冷却水处理工艺流程 本课题考虑到再生处理水中n h 。+ 一n 超标，c o d 。，可能对树脂离子交换造成影响， 因此本研究以去除c o d 。，、n h 4 + 一n 为主，拟采用方案为： i 二级出水r 叫再生水卜- 1 沸石过滤卜_ f 离子交换卜_ 叫锅炉给水和循环冷却水 i il r 杂用水( 冲洗水、冲厕、绿化、开放式冷却水) 在沸石过滤的研究中，根据锅炉对其给水中含氧量的要求不同，本课题组重点 研究了两种运行方式：沸石直接过滤和曝气生物沸石，考核了两种方式的水质情 况和经济指标。 3 3 再生水沸石直接过滤试验研究 3 3 1 沸石特性 3 3 1 1 结构特性 沸石是一种呈结晶阴离子型架状结构的多孔隙硅铝酸盐矿物质，它们的含水量 随处界温度和湿度的变化而变化。 本试验用的滤料为甘肃产沸石，其化学组成见表3 2 。 表3 - 2 沸石的化学成分 化学成份s i 0 2a 1 2 0 3 f e 2 0 3 c a 0 m g o k 2 0n a 2 0 t i 0 百分比 6 8 5 21 1 5 91 0 4 3 2 71 1 31 6 90 6 80 1 其化学通式为： ( n a ，k ) 。( m g ，c a ，s r ，b a ) a 1 ，岬s in - ( i + 2 ，) 0 2 。 m h 2 0 其中：x 一碱金属离子数； y 一碱土金属离子数； n 一硅、铝离子个数之和； m 一水分子数。 构成沸石结晶阴离子型架状结构的最基本单位是硅氧( s i0 4 ) 四面体和铝氧 ( a i o , ) 四面体。在这种四面体中，中心是硅( 或铝) 原子，每个硅( 或铝) 原子的 1 8 青岛理丁大学丁程硕f j 学位论文 周围有4 个氧原子，各个硅氧四面体通过处于四面体顶点的氧原子互相连接起来， 形成所谓的巨大分子见下图。其中在铝氧四面体中由于1 个氧原子的价电子没有 得到中和，使得整个铝氧四面体带有1 个负电荷，为保持电中性，附近必须有l 个带正电荷的金属阳