（环境工程专业论文）城市污水厂二级出水深度处理用于电厂循环冷却水的研究.pdf

南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获 得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在 著作权法规定范围内的学位论文使用权，即：( 1 ) 学位获得者必须按规定提交学位论文( 包 括纸质印刷本及电子版) ，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文， 并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库；( 2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开 的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文 摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务：( 3 ) 根据教育部有关规定，南开大学向教育部 指定单位提交公开的学位论文；( 4 ) 学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所和中国学 术期刊( 光盘) 电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库， 通过其相关网站对外进行信息服务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至校图书馆网站：h t t p ：2 0 2 1 1 3 2 0 1 6 l ：8 0 0 1 i n d e x h i m 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩； 提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字：奎嬗 2 0 1 0 年0 5 月2 7 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目城市污水厂二级出水深度处理用于电厂循环冷却水的研究 姓名 李婧学号 2 1 2 0 0 7 0 4 5 9 答辩日期2 0 1 0 年0 5 月2 7 日 论文类别口博士团学历硕士口硕士专业学位口高校教师口同等学力硕士 院系所环境科学与工程专业环境工程 联系电话 1 5 8 2 2 8 8 1 1 5 4e m a i l l i j i n g _ c g 1 6 3 c o m 通信地址( 邮编) ：天津市南开区卫津路9 4 号蒙民伟楼环境科学与工程学院 3 0 0 0 7 1 备注： 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写( 一式两份) 签字后交校图书 馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申请非公开学位论文审批表。 。擎j 审茸戳珥毒拦移非县审千箪控 毒￥士掣刑蟛茸戳珥丢妊移非密 皓固辫革詈专焉( 研丝箪一) 皇酶晕勤甲。茸孤珥舞明千盗千斟挚蚶阴士群辫棰甘娶锋砰群宰：黎 2 茸砚妊影非彤裂褙显吾 ii ：霸毋 j 雕彳愀溅q 乡：牙茗舅岬影z 圆墚垂誓 ：( 崂卿) 弭孵垮亘 t , t - o o 9 ， 的一p 2 孓】 i ! e t u 丑 i妇，邸嘲j 娶目当魏 彩哿乒攀 环每7副姆z9 辨愀士蝈婆黝 口+ 谤华杀舄刨 口蛳瑶辫掣 口珥素环每于的佃千强鲋杀口 科 略椠茸现 r 1 争皆j 鸟口。叼 酶f 1 挺嚣拇纱咝。己j t毛杀 訾 易弱 l 刨烨嫩峨博蝴钾键脚海桃垤 目鳍茸祝 冒哥晕勘革砚珥毒千草地丢￥拦掣 目l 矽匆o jo z ： ：薹莓矿 2 专霸y 砰旃磊桨勤 。拙曷勘锋圈瞠黝雨强抱甲劬鲤宰一蔷焉昝砰瓣章。晕群驻丁皋瓤霉刨y 牢 。够f j y 章甲酱詈刁生裂雾倒业酮蹲墟一蛀掣鲷茸观章驾殇与列士申茸砚珥杀脚墨篱 ：妊嚣茸张裂驻口矩智劬6 i ) 搿毕勘阿 廿i 瞵医杀杀￥拄掣翠瞽茸歌再秦明y 章：韶凄y 章 ! 妈q x a p u ! 1 0 0 8 ：1 9 1 o z 二u 劲列：d h 驰刚勘肆囤觋豆忑鬣搿圭鱼五班 。茸观妊够刨暂硼唑驻篱g 遥掷暂甜输鬻哇蕞蕾蟛掣业掣酬群毋 ! ； 茸觇再素拦汤非 。唑砰朝藁观擎髯科聱礴首翠曷 ! ； y 卓轴刨4 暂础冒署身释将拯驱豳￥晔鹭轻娶 期渐磉了觇m 嘉酣肿y 劲其醐兰审首弼茸现珥杀明幽鹫犁群疆茸碡醑吊壬早( 瓣椠) 胜脬半 亲国匕b 唑绍酝船冒哥群性国七b 掣辫东碎瓣雾勘覃砚觋杀( 哥) ：莓观码秦明妊影蕞胬对责犁群 僻基磷刨秦￥越掣犁群* 阜游基磷辨戳( ) 。暂船冒斟錾嘭翕禧i 、繇孵茸弓茸观谣询麟 茸、錾弭咨目茸观j 9 篱丁幽囤珥翠罄豳雨蛳e 一辫治鬻增鳞岛戡蚌囤翠林妖椠勤莓观珥素明 拄妤琳相卫辫丢驯目抱性哇杀醵椠( z ) 2 崮辫磉茸弓茸歌珥嘉千渔斟杀￥妊单 y 嘴冀 万砚珥杀雨鬻抱母静甜壬陴暂砚并疆由翳由缮目当相世辫柔( 硝壬单暂章0 曾由雪携辨 碍) 茸珏珥素菇斟犁群掰澎聒檗戳避珥素( i ) ：d 茸碑出辫茸拱珥柔明掣固鞋罩群嚣碑勤是 翠孽断赤￥盐跗。幕研碌葛明鼾肚咄姑劲茸观再嘉雨廷扭* 草案￥妊掣柳上弓举y 宰 。獬印珂卧召卓舀狮茸观珥杀明y 卓莓瞥嘉￥妊单刚婆瞬霉勘 避珥存千避t 科朝群鬃餮晔酿舄茸唑哇鼙劲茸现再嘉再延搬壬￥嘉￥妊尉癣谢 锋砰弭茸翦茸识玛嘉杀￥拦单 l萋錾蕊鬟重嚣蛩；_、。溘礓。、 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申 请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本 说明为空白。 论文题目 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 申请密级 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月日 审批表编批准日 2 0 年月 l - - i 期 日 丐 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密1 0 年( 最长5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 人类文明的发展日新月异，工农业生产、日常生活对水资源的需求也在迅 猛增长，其中电力生产过程用水量最大。在巨大的用水压力下，我国的可利用 水资源又相对缺乏。而我国每年约排放4 1 4 亿m 3 废水，让废水白自流失，既浪 费了资源，又污染了环境。如果将其中可再利用的部分回收资源化，不但可以 缓解水资源短缺的供需矛盾，还将取得显著的经济、环境效益。由此本文以天 津纪庄子污水处理厂二级出水为研究对象，分别考察超滤+ 纳滤、超滤+ 反渗透、 树脂复合系统对二级出水的处理效果。 首先，考察超滤+ 纳滤对二级出水的处理效果。测试表明，除叫- n 平均 出水浓度为1 8 m g l ，高于标准3 m g l 以外，其它水质指标均可达到电厂循环冷 却水补充水的标准。出水c o d 平均值为4 4 6 5 m g l ，t d s 的去除率在3 0 5 0 之 间，碱度、ca ：2 + 、m 矿、n h 4 + - 】n 的平均去除率分别为5 0 、6 0 、6 0 、3 2 2 ； s 0 4 2 、p 0 4 3 。的平均去除率分别为9 7 、8 0 ，c 1 去除率不到4 。稳定后平均 单级产水率9 4 。 其次，采用超滤+ 反渗透处理二级出水，c o d u n 去除率达到了9 6 以上。反 渗透膜对无机离子的去除率较高。t d s 去除率保持在9 1 左右。碱度、c a 2 + 、 m 9 2 + 、n h 4 + n 平均去除率分别在9 0 、9 8 、9 8 、9 0 左右。p 0 4 3 的去除率 基本达到了1 0 0 ，s 0 4 2 。、c 1 的平均去除率分别在9 7 、9 0 左右。但单级r o 膜的产水率只有1 4 1 8 。 此外，针对电厂用水中锅炉冷凝水净化等要求较高的用水，设计吸附树脂 d d g l 0 1 + 阳离子树脂d 0 7 2 + 阴离子树脂d 2 9 6 复合系统对二级出水进行处理。实 验证明，吸附树脂d d g l 0 1 对有机物有很好的去除效果，运行前9 5h 出水t o c 未能检出。 本文为纪庄子污水处理厂二级出水用于电厂循环冷却水深度处理提供了基 础数据，实际工程应用可根据试验结果选择合适的方案或将几种方案有机结合。 关键词：市政污水二级出水，纳滤膜，反渗透膜，树脂 a b s t r a e t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eh u m a nc i v i l i z a t i o n , t h ew a t e rd e m a n d so fi n d u s t r y , a g r i c u l t u r e ，a n dd a l l yl i f ea r er i s i n gf a s t ，i nw h i c hp o w e rg e n e r a t i o ni n d u s t r ya c c o u n t s f o ral a r g ep o r t i o n h o w e v e r , t h el a c k n e s so fa v a i l a b l ew a t e rr e s o u r c e sb e c o m e sm o r e a n dm o r es e r i o u si ns p i t eo fah u g ew a t e rp r e s s u r e i nc h i n a ，s o m e41 4b i l l i o nn l j w a s t e w a t e rw a se m i t t e de v e r yy e a r s ot h ew a s t ew a t e rd r a i n e da w a yd i r e c t l yw i t h r e s u l t so fr e s o u r c e sw a s t ea n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n i fs o m eo ft h ew a s t e w a t e r m a yb er e c y c l e d ，i tc a nn o to n l ye a s et h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nw a t e rs u p p l ya n d d e m a n d ，b u tc a na l s oa c h i e v eb o t he n v i r o n m e n ta n de c o n o m ya c c o m p l i s h m e n t s t h u s s e c o n d a r ye f f l u e n tf r o mt i a n j i nj i z h u a n g z is e w a g et r e a t m e n tp l a n tw a st r e a t e db yu f + n f , u f + r o ，r e s i nc o m p o s i t es y s t e m ss e p a r a t e l yt og e tab e t t e rm e t h o d f i r s t l y , t h et r e a t m e n te f f e c t so fu f + n fs y s t e mo nt h es e c o n d a r ye f f l u e n tw a s s t u d i e d t e s t ss h o w e dt h a t ，i na d d i t i o nt oa nn h 4 + - ne f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f18 m g l ，w h i c hw a sh i g h e rt h a nt h es t a n d a r db y3 m g l ，o t h e ri n d i c a t o r sc o u l de a s i l ym e e t t h es t a n d a r d so ft h ec i r c u l a t i n gc o o l i n gw a t e lt h ea v e r a g ee f f l u e n tc o n c e n t r a t i o no f c o dw a s4 4 6 5 m g l i ta l s og o tat d sr e m o v a le f f i c i e n c yo fa b o u t3 0 5 0 t h e a v e r a g er e m o v a lr a t e so fa l k a l i n i t y , c a 2 + ，m ：9 2 + ，n h 4 + - nw e r e5 0 ，6 0 ，6 0 3 2 2 s e p a r a t e l y ；t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e s o f8 0 4 2 , p 0 4 s ，w e r e9 7 ，8 0 s e p a r a t e l y ；c fo n l yg o ta r e m o v a lr a t eo fl e s st h a n4 t h ea v e r a g ew a t e rp r o d u c t i o n r a t eo fas i n g l e s t a g ew a s9 4 s e c o n d l y , u f + r os y s t e mw a su s e dt ot r e a t m e n tt h es e c o n d a r ye f f l u e n t t h e c o d m nr e m o v a lr a t er e a c h e d9 6 r om e m b r a n eh a dah i g h e rr e m o v a la b i l i t yo f i n o r g a n i ci o n s t d sr e m o v a le f f i c i e n c yr e m a i n e da ta b o u t91 t h ea v e r a g er e m o v a l r a t e so fa l k a l i n i t y , c a 2 + ，m 孑+ ，n i - h + nw e r e9 0 ，9 8 ，9 8 ，9 0 s e p a r a t e l y t h e p 0 4 r e m o v a lr a t er e a c h e d10 0 ，w h i l et h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e so f8 0 4 2 ，c i 。 w e r e 9 7 ，9 0 s e p a r a t e l y b u tt h er om e m b r a n ec o u l do n l yg o taw a t e rp r o d u c t i o n r a t eo f1 4 1 8 i na d d i t i o n , ar e s i nc o m b i n e ds y s t e mo fd d g101 + c a t i o nr e s i nd 0 7 2 + a n i o n r e s i nd 2 9 6w a sa p p l i e dt ot r e a tt h es e c o n d a r ye f f l u e n tf o rt h ep u r i f i c a t i o no ft h e i i b o i l e rc o n d e n s a t ew a t e r e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo r g a n i cr e s i nd d g l 0 1 h a dag o o dr e m o v a le f f i c i e n c yo ft o c ，a n dt h ee f f l u e n ti nt h ef i r s t9 5hc o n t a i n e dn o t o ci n i t t h i sa r t i c l e p r o v i d e dt h e b a s i c d a t af o rt h es e c o n d a r ye f f l u e n tt r e a t m e n to f j i z h u a n g z is e w a g et r e a t m e n tp l a n tf o rc o o l i n gw a t e ru s e p r a c t i c a la p p l i c a t i o n sc a n s e l e c ta l la p p r o p r i a t eo p t i o no rc o m b i n et h e mo r g a n i c a l l y k e y w o r d s ：s e c o n d a r ye f f l u e n to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e r , n a n o f i l t r a t i o n ，r e v e r s e o s m o s i sm e m b r a n e s ，r e s i n i l l 第 第七节树脂技术发展概述1 6 1 7 1 离子交换树脂简介及在水处理中的应用。1 6 1 7 2 吸附树脂的简介及水处理领域中的应用。1 7 1 7 3 电厂水处理对树脂处理技术的需求2 0 1 7 4 国产水处理用树脂现状2 l 第二章超滤+ 纳滤系统用于城市污水处理厂二级出水深度处理2 3 第一节超滤技术的应用2 3 第二节纳滤技术的特点及应用2 3 2 2 1 纳滤膜的特点2 3 2 2 2 纳滤膜在水处理行业中的主要应用2 4 第三节工艺流程及实验设计2 5 2 3 1 工艺流程的选择2 5 i v 目录 2 3 2 实验设计2 5 2 3 3 主要分析设备及分析方法2 6 第四节实验结果分析。2 6 2 4 1 超滤和纳滤操作压力随时间的变化分析。2 6 2 4 2 纳滤膜产水量分析2 7 2 4 3 纳滤膜t d s 的去除率随运行时间变化2 8 2 4 4 超滤+ 纳滤系统水质p h 变化2 8 2 4 5 超滤+ 纳滤系统电导率变化。2 9 2 4 6 超滤+ 纳滤系统对t d s 的去除分析2 9 2 4 7 超滤+ 纳滤对s s 去除效果分析3 0 2 4 8 超滤+ 纳滤对碱度的去除效果分析3 0 2 4 9 超滤+ 纳滤对c o d 的去除效果分析3 l 2 4 1 0 超滤+ 纳滤对n i - 1 4 + - n 的去除效果分析3 l 2 4 1 l 超滤+ 纳滤对c a 2 + 的去除效果分析3 2 2 4 1 2 超滤+ 纳滤对m d + 的去除效果分析3 2 2 4 1 3 超滤+ 纳滤对f e 去除效果分析3 3 2 4 1 4 超滤+ 纳滤对m n 去除效果分析3 3 2 4 1 5 超滤+ 纳滤对c u 去除效果分析。3 4 2 4 1 6 超滤+ 纳滤对s i 0 2 的去除效果分析3 4 2 4 1 7 超滤+ 纳滤对c l 的去除效果分析3 5 2 4 1 8 超滤+ 纳滤对s 0 4 2 的去除效果分析3 5 2 4 1 9 超滤+ 纳滤对p 0 4 孓的去除效果分析3 6 本章小结。3 6 第三章超滤+ 反渗透系统用于城市污水处理厂二级出水深度处理3 8 3 1 反渗透介绍( r d ) ：3 8 3 1 1 反渗透概述3 8 3 1 2 反渗透原理3 8 3 1 3 工程中常用反渗透膜3 9 第二节工艺流程及实验设计4 0 3 2 1 工艺流程的选择4 0 3 。2 2 实验设计4 0 v 目录 3 2 3 主要分析设备及分析方法4 0 第三节实验结果分析4 1 3 3 1r o 膜产水量分析4 l 3 3 2 超滤+ r o 膜系统水质p h 变化。4 2 3 3 3 超滤+ r o 膜系统电导率变化4 2 3 3 4 超滤+ r o 膜系统对t d s 的去除分析4 3 3 3 5 超滤+ r o 膜对s s 去除效果分析。4 3 3 3 6 超滤+ r o 膜对碱度的去除效果分析4 4 3 3 7 超滤+ r o 膜对c o d 的去除效果分析。4 4 3 3 8 超滤+ r o 膜对n h 4 + - n 的去除效果分析。4 5 3 3 9 超滤+ r o 膜对c a 2 + 的去除效果分析4 5 3 3 1 0 超滤+ r o 膜对m 矿的去除效果分析4 6 3 3 1 l 超滤+ r o 膜对f e 去除效果分析4 6 3 3 1 2 超滤+ r o 膜对m n 去除效果分析4 7 3 3 1 3 超滤+ r o 膜对c u 去除效果分析4 7 3 3 1 4 超滤+ r o 膜对s i 0 2 的去除效果分析4 8 3 3 1 5 超滤+ r o 膜对c l 的去除效果分析4 8 3 3 1 6 超滤+ r o 膜对s 0 4 2 的去除效果分析。4 9 3 3 1 7 超滤+ r o 膜对p o ? 。的去除效果分析4 9 本章小结4 9 第四章复合树脂处理系统处理城市污水处理厂二级出水用于循环 冷却水51 第一节工艺流程及实验设计5 1 4 1 1 实验设计5 l 第二节实验结果分析。5 2 4 2 1 吸附树脂d d g l 0 1 对有机物的去除效果分析5 2 4 2 2 吸附树脂d d g l 0 1 对重金属及阳离子的去除效果分析5 3 4 2 3 吸附树脂d d g l 0 1 对阴离子去除效果分析5 4 4 2 4 p h 、碱度随未转型、转型离子树脂运行时间变化。5 5 4 2 5 电导率随未转型、转型离子树脂运行时间变化5 7 4 2 6 阳离子去除效果随未转型、转型离子树脂运行时间变化5 8 v i 5 3 2 含膦缓蚀阻垢剂6 7 5 3 3 有机膦酸盐6 7 5 。3 4 有机膦羧酸6 8 5 3 5 含磺酸基亚甲基膦酸盐6 8 5 3 6 氮氧化亚甲基膦酸盐6 8 5 3 7 含醚基亚甲基膦酸盐6 8 5 3 8 阻垢机理6 9 第四节国内外阻垢级蚀剂的研究现状和发展趋势。7 0 5 4 1 国内外缓蚀阻垢剂的研究现状7 0 5 4 2 缓蚀阻垢剂的发展趋势7 0 第五节实验设计7 0 5 5 1 实验设备及药品7 0 5 5 2 实验步骤7 2 第六节实验结果分析7 2 5 6 1 不同c a 2 + 浓度对腐蚀率影响7 2 5 6 2 不同mg2 + 浓度对腐蚀率影响7 3 5 6 3 不同s0 2 - 浓度对腐蚀率的影响7 3 本章小结7 4 i 第六章 第一节 第二节 参考文献 致谢 在学期间 h 第一章绪论 第一章绪论 第一节污水资源化的意义与途径 水资源是动植物赖以生存的基本资源。人类文明的发展日新月异，工农业 生产、日常生活对水资源的需求也在迅猛增长。与此同时，又排出大量废水。 据预测，我国工业用水总量将从1 9 9 9 年的3 7 0 亿i n 3 增长到2 0 3 0 年的6 6 0 亿 m 3 。其中电力生产过程用水量很大，而冷却水的消耗占电厂总耗水量的5 0 以 上。对2 x 3 0 0 m w 热电厂来说，冷却水循环总量约6 5 0 0m 3 h ，需要新鲜补充水 1 0 0 0 1 5 0 0 m 3 h ，循环冷却排污水2 0 0 - 4 0 0m 3 h i 。1 0 0 0 m w 的装组容量以直排 式耗水量就相当于2 0 多万人口的城市用水量。 在巨大的用水压力下，我国的可利用水资源又相对缺乏，已被联合国列为 1 3 个典型贫水国之一，人均资源占有量仅占世界平均值的1 4 。北方地区干旱少 雨，资源短缺矛盾尤为突出。目前，在我们国家6 6 1 个城市中，有4 0 0 多个城 市缺水，1 1 0 个城市严重缺水，城市年缺水总量达6 0 亿m 3 。由于供水不足，城 市工业每年损失达2 0 0 0 亿元人民币；由于城市水污染造成的经济损失估计相当 于国家当年财政收入的6 ；另一方面，饮用水的短缺和水污染也已危及居民的 生活和健康。联合国开发署公布的( 2 0 0 2 年中国人类发展报告：使绿色发展成 为选择指出“中国目前有将近7 亿人得不到安全的饮用水。”1 2 l 而我国每年约排放4 1 4 亿m 3 废水p l ，让废水白白流失，既浪费了资源，又 污染了环境。如果将其中可再利用的部分回收、开发，使其资源化，不但可以 缓解水资源短缺的供需矛盾，还将在环境与经济两方面均取得显著成效。污水 按其处理后的水质不同，可以回用于多种途径，在工业上可用于冷却水、锅炉 补给水与工艺用水；在农业上可用来灌溉农田：还可作为市政用水来绿化、娱乐、 消防或补给景观水，甚至经深度处理后作为饮用水源。这样，就可以尽量减少 优质天然水资源的需求量，既缓解了水资源匾乏的压力，又保护了人类赖以生 存的生态环境。 第一章绪论 第二节污水资源化的现状 1 2 1国际现状 水资源不足是全球共同面临的危机，面对这个严重的威胁，世界各国的环 境工作者正夜以继日地奋斗，寻找解决这个矛盾的方法。许多国家的科学家己 经取得了可喜的成果。 以色列由于长期缺水，在污水净化和回收利用方面，始终处于世界领先地 位。占全国污水处理总量4 6 的出水直接回用于灌溉。早在六十年代便根据地 区条件和社会经济结构采取不同的水回用原则。他们采取的中水回用处理过程 为：城市污水的收集传输到处理中心处理。季节性储存一输到用户使用及安全处 置。在回用方式上，包括小型社区的就地回用，中等规模城镇和大城市的区域 级回用1 4 l 。 日本是个面积狭小的岛国，人口众多，人均年降水量仅为世界年降水量的 1 5 。且没有大江大湖可作跨流城调水之用，日本靠污水回用支持了六十年代的 经济复苏，在各大城市创建并保留使用至今的“工业用水道”纵穿全市，形成了和 自来水管道并存的又一条城市动脉1 ：3 1 回用水分别占到了日本工业、农业、环境 总用水量的4 1 、8 、3 2 。 美国水资源总量较多，但中水回用开始得很早。回用工程主要分布于水资 源短缺、地下水严重超采的加利福尼亚、亚利桑那、德克萨斯和佛罗里达等州。 回用水分别占到了美国工业、农业、环境总用水量的3 1 5 、6 2 、1 5 。 德国、巴西和奥地利等国家的中水回用搞得也很好。污水的再生回用，已 发展成为第二水源，不同程度地缓解了水资源危机。许多国家开始致力于污水 回用向更加广泛的领域发展，促进了污水资源化在全球范围内的研究与应用。 1 2 2 国内现状 在我国，污水回用的巨大潜力更值得挖掘，因为污水回用既经济又有效， 比较符合我国的国情。只是我国的污水回用事业起步较晚，从“六五”期间才开始。 在实验的成果的基础上，1 9 8 9 年我国第一个污水回用示范工程春柳污水 处理厂污水回用工程在大连设计施工，1 9 9 2 年正式投产运行。其回用水已成功 应用于煤气厂和焦化厂冷却用水、印染厂工艺用水等方面，大大的缓解了大连 的用水紧张问题。 2 第一章绪论 北京于九十年代建立了全国最大的高碑店污水处理厂，设计规模一期 5 0 x 1 0 4 m 3 d ，二期1 0 0 x 1 0 4m 3 d ，并己建立了一座处理规模为l x l 0 4 m 3 d 的中水 回用系统，主要用于厂区污泥脱水车间的冲洗滤布、检修、喷洒、浇灌绿地、 洗车等杂用。正在着手3 0 x 1 0 4m 3 d 的回用工程，用于护城河景观用水和环线绿 水。 2 0 0 8 年，北京市以奥运为契机，再生水利用量达到了6 亿吨，首次超过地 表水供应量。清河污水处理厂和北小河污水处理厂成功应用超滤、m b r 、r o 为 奥运湖供应清洁水，彰显了绿色奥运理念。 深圳、太原等城市将“一级a ，出水输入河道进行生态补水，改造“三面光” 河道，建闸建亲水台阶并进行生态护坡，形成亲水休闲的人文环境，再生水的 价值充分体现出来。工业城市淄博市，全市污水厂出水都达到“一级a ”标准。其 中新建厂采用改良a o 加深度处理工艺，攻克了重金属严重影响氨氮达标的技术 难关【5 l o 我国相继在许多沿海城市及北方缺水城市如北京、沈阳、天津、太原、石 家庄、长春、青岛、烟台、秦皇岛、深圳和上海等建立了污水处理及回用工程， 运行效果良好，初步显示了污水回用的经济和社会效益。 第三节我国市政污水出水回用现状 面对我国水资源严重短缺的现状，城市污水处理厂的出水回用越来越受到 人们的重视。 污水回用在我国将有着巨大的发展潜力，一方面，有许多的城市闹水荒， 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”要比远距离引 水经济得多，不但花钱少，而且还保护了环境。城市供水量的百分之八十最后 变成了污水排入了下水道。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。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 3 第一章绪论 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，除实行排 污收费外，城市污水回用所收取的水费可以使污水处理运行成本降低1 6 l 。 1 9 9 3 年华能北京热电厂新建工程中采用北京高碑店污水厂二级处理出水作 为水源，利用石灰法对其进行深度处理后回用于其循环冷却水系统，出水水质 稳定，可满足其冷却水补水水质要求；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；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1 7 1 。天津东郊污水处理厂回用工程将二级出水过滤、 消毒后回用，规模为7 万m 3 d a l ：大连北海热电厂以大连春柳河污水处理厂的 二级出水为水源，采用生物氧化塔纤维束和砂滤二级过滤f r o 组合工艺，建设 了污水深度处理用作循环冷却水和锅炉补水处理系统的原水，出水达标。该工 程处理水量为1 4 4 0 0 m 3 d ，产水量为1 0 0 0 0m a d ，其中供给北海热电厂为4 7 0 0 m 3 d 、香海热电厂为5 3 0 0m 3 d1 9 1 邯郸热电厂的生产用水，一直以流经邻郸市 的滏阳河水为水源，由于近几年滏阳河水污染口益严重给系统的安全经济运行 带来严重威胁。为了从根木上解决安全生产中存在的这此隐患，对邯郸市东污 水处理厂的二级出水经适当深度处理后。分别用作邻郸热电厂的锅炉补充水和 循环冷却水。处理污水能力1 0 0 0 0 0m 3 d 。高峰流量为5 2 0 8m 3 h ，效果良好i i o j ； 山东枣庄和泰安分别建成3 万m 3 d 和2 万一d 的回用水工程：青岛市海泊河建 成4 万m 3 d 的中水回用工程，用于工业冷却、绿化和生活杂用。北京华能热电 厂、大庆油田采油厂、克拉玛依采油厂等均已建成中水回用工程用于循环冷却 水。 第四节火电厂用水分析 火力发电在电力生产中占有重要的地位。建国5 0 多年来我国发电量一直占 总发电量的8 0 左右，水利发电量占2 0 左右。近几年来，太阳能、地能、风 能、以及核能发电的发展在电力生产中有一定的比重，水利发电量的比重也有 所提高，但火力发电仍是电力生产的重要部分。 火电厂是工业用水大户，其耗水量约占工业用水量的2 0 左右。火电厂几 4 第一章绪论 种用水所占总用水量的比率如图1 1 所示。 在整个火力发电厂中，热电厂的循环冷却和湿式除灰系统的用水占有绝对的 比率，约8 5 以上，其中，循环冷却水和冲灰水分别约占总用水量的5 0 和3 0 以上。如能解决这部分的用水问题，则整个火电厂的缺水状况会得到很大的缓 解。对2 x 3 0 0 m w 热电厂来说，冷却水循环总量约6 5 0 0m 3 h ，需要新鲜补充水 1 0 0 0 1 5 0 0 m s h ，循环冷却排污水2 0 0 - 4 0 0m 3 hi l j 。在缺水的北方地区，水资源严 重不足，使火电厂的建设规划和运行受到限制。 图1 1电厂各种用水率 以天津陈塘庄热电厂为例，现有一期热电阻1 0 0 m v ，二期工程1 3 5 m v ，三 期工程扩建2 x 3 0 0 m w 。四期建设“上大压小”工程是拆除一期老机组，新建两台 3 0 0 m w 。意即三期工程后，电厂总装机容量8 3 5 m v ，冷却水循环总量约 9 1 0 0 m 3 h ，需要新鲜补充水1 4 0 0 2 1 0 0 m 3 h ，循环冷却排污水3 0 0 5 5 0m 3 h 。四 期完工后，总装机容量将达1 3 3 5 m v 。如此计算，冷却水循环总量约1 5 0 0 0m 3 h ， 需要新鲜补充水2 2 0 0 3 3 0 0 m 3 h ，循环冷却排污水4 5 0 9 0 0m 3 h 。水资源需求巨 大。 据统计，我国凝汽式火电厂( 采用冷却塔和水力输灰) 的耗水率为1 “m 3 ( s g w ) ，与国外水平( o 7 0 9 ) r n 3 ( s g 差距较大，说明我国火电厂节水潜力 很大i l l l 。 由于水在火力发电厂发电的水汽循环系统中所起的作用不同，对水质的要求 有很大的差别。在上述几种用水中，对水质要求最严格的是锅炉补充水，目前 火电厂向着大容量、高参数发展。对锅炉用水的水质也越来越高，锅炉用水中 杂质含量要求至1 0 母级。表1 1 是在超临界压直流锅炉不同水化学工况时水质控 制标准1 1 2 i 。 5 第一章绪论 表1 1 不同锅炉水化学工况的水质控制标准 瑷钉啦能梭惶承，l ：况络会物l - 税l l 摊承! | ：况 联台承l ：况 雌 瑟3 - 8 9 门筑l 铂 8 0 4 t 1 5 魄镑攀蜩 氛2 59 1 9 缀l 毡镑举徊黼墨0 3s 配 蛇o 2 o 皇 豫凡 77 约 1 5 争一3 露o 龇 辩忽 l 垂3 2 争一街 巍霞擎 雠也 l o 2 0拍2 0 踟珑予l l 班够 333 s ；i d ：i l 雾色 敛o 2 02 0 根据循环冷却水用再生水标准h g t3 9 2 3 2 0 0 7 ，比较循环水用冷却水水质 标准和再生水水质标准： 表1 2 冷却水水质标准和再生水作为循环冷却补充水水质标准 从表1 2 可以看出，城市污水二级出水中的主要指标基本符合冷却水的要求。 因而在二级出水的基础上进行适当处理，能实现将城市污水回用作冷却水的补 充水。城市污水二级出水应用于电厂循环冷却水存在以下问题需要解决：l l ”o l 6 第一章绪论 ( 1 ) 悬浮物二级出水的悬浮物含量较大，如果直接利用，经过循环浓缩后浓度 多在3 0m g l 以上，结果是：促进微生物繁殖，产生生物粘泥；其和碳酸钙等硬 垢混合产生的泥垢混合物，将影响系统换热和缓蚀剂的镀膜过程；部分悬浮物 可成为钙、镁离子结晶的诱发晶核，促进结垢；吸附药剂，降低药剂的药效。 ( 2 ) 氨氮中水中富含的氨氮，对循环冷却水系统产生多方面的影响：与h c l 0 反应，降低氯的杀菌效果；增加氯离子( 引起不锈钢晶问腐蚀) ；降低p h 值，加 速磷系缓蚀剂水解，消耗其有效浓度，增加正磷酸盐的浓度，加速磷酸钙垢的 生成；与铜表面保护膜中的铜离子络合，导致凝汽器铜管发生严重的氨腐蚀。 ( 3 ) 无机盐离子相对于天然水源，污水中腐蚀性和结垢性的无机盐离子浓度更 高。c i ，s 0 4 2 。，n o r 等是极性很强的阴离子，较高的浓度易加剧换热管表面的 垢下腐蚀和点蚀，严重的可造成管道穿孔。较高的ca ：2 + ，m 矛+ 等硬度离子浓度 在高碱度下，产生碳酸钙等硬垢，影响系统换热效率。 ( 4 ) 微生物污水中的细菌数远远超过循环冷却水的水质要求。普通的微生物过 量繁殖易产生污泥大量沉积、水力输送增加问题。异养菌、铁细菌、硫酸盐还 原菌的总数较高，将导致垢下腐蚀、坑蚀、微生物腐蚀等问题，真菌则会侵蚀 木质结构的冷却塔或木质部件。而这些微生物在营养物丰富、温度适宜、供养 充足的冷却水环境下，更容易大量滋生。 ( 5 ) 表面活性剂部分地区的污水中含有较多的表面活性剂，这些污水在回用时， 会产生大量的泡沫，致使系统无法正常运行。但近年来，由于易生物降解的洗 涤剂万方数据的广泛应用，这个问题已较好地解决了。 ( 6 ) 石油类石油类物质为微生物提供了丰富的营养物，使微生物的控制难度加 大；另一方面，石油类物质降低水的表面张力，在水表面上产生少量的白色泡 沫，具有一定的分散作用和减轻水质的结垢倾向m 。可以投加药剂，用气浮法 除油。 ( 7 ) c o dc o d 一方面起到稳定水质，控制腐蚀的作用，另一方面却促进微生物 滋长及腐蚀的产生。考虑浓缩倍率的影响，在循环冷却水的补充水中，c o d 浓 度不宜超过3 0 m g l 。冷却水c o d 浓度基本保持稳定，降低了对冷却水系统的影 响。 ( 8 ) 磷磷来源于用水过程中含磷洗涤剂的使用、冷却水的水质稳定剂聚磷酸盐 和有机膦酸的水解。磷既是生物过程生长的营养源，使冷却水系统产生生物粘 泥；又会生成极难去除的磷酸钙垢，堵塞换热管道。 7 第一章绪论 第五节城市污水二级出水用于电厂冷却循环水的处理工艺技术 目前，火电厂中水深度处理工艺主要