（环境工程专业论文）常州市城北污水厂尾水深度处理中试研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 常州市地处长江沿岸，位于环太湖流域，为了改善常州市水体环境污染的现状， 提高人民健康水平，保持社会经济可持续发展，必须保护好水环境。 目前，常州市水体普遍受到污染，环境容量不足。常州市城北城市污水处理厂 尾水排放已成为亟待解决的课题。尾水直接排江不仅一次投资大( 约1 1 3 亿元) ， 远期维护费用高，而且还会对长江水质造成一定的影响。尾水排入老藻江河，又将 使老藻江河水质恶化，达不到水体功能要求。为此，常州市排水管理处及常州市政 工程设计研究院联合提出尾水深度处理的替代方案，此方案将尾水经深度处理后达 到地表水类水体标准，作为景观用水就近排入老藻江河。 为使该方案技术上可行和运行成本经济。课题组在小试研究基础上，初步确定 了尾水深度处理中试的工艺流程和工艺参数。在中试研究过程中，对不同絮凝剂投 加量，不同的投加方式进行了了解和探讨，对中试效果进行了全面的分析，对运行 成本也进行了测算，并考察和了解了工艺运行的稳定性。以优化工艺流程，提出最 佳设计参数，为工程设计奠定基础。 试验结果表明：尾水深度处理就近排河在技术和经济上是可行的。出水指标均 达到地表水类水体的要求。 关键词：尾水；深度处理；中试；二氧化氯：聚合氯化铝 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h a n gz h o uc i t yi sn e a rb yt h ec h a n g j i a n gr i v e r ，b e l o n g st ot h ed r a i n a g ea r e ao f t a i h ul a k e i no r d e rt oi m p r o v et h ep r e s e n ts i t u a t i o no fw a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t e s ，r a i s e t h el e v e lo fp e o p l e sh e a l t h y ，a n dm a i n t a i ns o c i a l e c o n o m yd e v e l o pc o n t i n u o u s l y ，w em u s t p r o t e c tt h ee n v i r o n m e n to fw a t e r a tp r e s e n t ，t h ee n v i r o n m e n to fw a t e ri nc h a n g z h o ui sp o l l u t e dal o t c a p a c i t yo f e n v i r o n m e n ti ss h o r t a g e t h ee x i to ft h et a i lw a t e ro fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti nc h a n g z h o uc i t yi st h es u b j e c tt h a ts h o u l db er e s o l v e d t h ep r o i e c to ft a i lw a t e rd r a i ni n t ot h e c h a n g j i a n gr i v e ri sn o to n l yah u g ei n v e s t m e n t ( a b o u to n e h u n d r e da n dt h i r t e e nm i l l i o n y u a n ) a n dh i g hc o s to fm a i n t e n a n c eo p e r a t i o n s ，b u t a l s oi n f l u e n c e d 一：t h ew a t e r q u a l i t y o ft h ec h a n 口i a n gr i v e r i ft h et a i lw a t e ro f c h e n g b e iw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n td r a i n i n t ot h e o l dz a o j i a n gr i v e r d i r e c t l y , t h ew a t e rq u a l i t yo f o l dz a o j i a n gr i v e rw i l lb e d e t e r i o r a t e d ，v g h r d a nn o tr e a c h t h ed e m a n do fw a t e r b o d y s oc h a n g z h o ud r a i n a g e c o m p a n ya n dc h a n g z h o ur e s e a r c hi n s t i t u t eo fm u n i c i p a le n g i n e e r i n gd e s i g ns u g g e s tt h e p r o j e c to ft h et a i lw a t e ro fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tc a r r yt h r o u g ht h ea d v a n c e dh a n d l i n g i no r d e rt or e a c hi vo fs u r f a c ew a t e rs t a n d a r dt o g e t h e r a d o p tt h i sp r o j e c t ，w em a k et h e t a i lw a t e ro ft h ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tr e a c hi vo fs u r f a c ew a t e rs t a n d a r d ，a n dm a k e i td r a i ni n t ot h ez a o j i a n gr i v e rd i r e c t l ya sl a n d s c a p ew a t e r i no r d e rt om a k et h i sp r o j e c tf e a s i b l eo nt e c h n o l o g ya n de c o n o m yo nr u n w eh a v e o r g a n i z e dp r e l i m i n a r ye x a m i n a t i o n a tt h eb a s eo fp r e l i m i n a r ye x a m i n a t i o n ，d e t e r m i n a t i n g t h et e c h n o l o g yp r o c e s sa n dt e c h n o l o g yp a r a m e t e ro ft h ep i l o t i nt h ep i l o ts t u d y , w ed i s c u s s t h ed o s a g eo fd i f f e r e n tf l o c c u l a n t sa n dt h ef o r mo fd o s i n g ，m a k ea c o m p r e h a n s i v ea n a l y s i s o ft h eo p e r a t i n gc o s t s ，a n du n d e r s t a n dt h es t a b i l i t yo ft h ep r o c e s s i no r d e rt oe x p l o r em o r e e f f e c t i v ep r o c e s s i n g ，t e c h n o l o g yp a r a m e t e ra n de s t a b l i s ht h ef u n d a m e n t a lf o re n g i n e e r i n g t h eo u t c o m eo fp i l o t ：t h et a i lw a t e rd r a i ni n t oz a o j i a n gr i v e ri sf e a s i b i b o n t e c h n o l o g ya n de c o n o m y ，a n d t h em i d d l ee x a m i n a t i o nr u ns t a b i l i z d t h ei t e mo f t h et a i l w a t e rc a nr e a c h o ft h es u r f a c ew a t e rs t a n d a r d k e y w o r d s ：t a i lw a t e r a d v a n c e dt r e a t m e n t p i l o tc 1 0 2 p a c l i 独创性声明 弋 _ l o l7 】8 6 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：次 日期：励，年，。月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文属于不保密耐 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：易k f 1 期：加侔p 月四日 指导教师签名：弋bv 日期：0 6 年i f 月日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 我国水资源概况 1 1 1 水资源量 1 概述 我国是一个干旱、缺水严重的国家。我国的淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米， 占全球水资源的6 ，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量只有2 4 0 0 立方 米，仅为世界平均水平的1 4 ，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。然而，中国又 是世界上用水量最多的国家。仅2 0 0 2 年，全国淡水取用量达到5 4 9 7 亿立方米，大 约占世界年取用量的1 3 ，是美国1 9 9 5 年淡水供应量4 7 0 0 亿立方米的约1 2 倍 水资源区域分布不协调。北方黄河、淮海、松辽河及内陆河流域片平均水资源 量仅占全国水资源量的1 9 。西南流域片，平均水资源量为全国的2 0 8 ，属工程 性缺水地区。淮河流域，平均水资源量约占全国的3 4 ，但该流域属污染严重， 按水质标准判别，缺水率很高，是资源性和水质性并存的缺水地区【1 l 。 1 1 2 水污染严重 水资源是量与质的高度统一，当前我国面l 临着水量的危机的同时，还面临着因 污染导致的水质危机。随着经济建设的发展，人口的增加，工业的发展，不仅用水 量大幅度增加，而且废水排放量也相应增加，全国水环境总体上呈恶化趋势。近年 来，我国水体污染日益严重，全国每年排放污水高达4 0 0 亿t ，除7 0 的工业废水和 不到1 0 的生活污水经处理排放外，其余污水未经处理直接排入江河湖海，致使水 质严重恶化，污水中化学需氧量、重金属、砷、氰化物、挥发酚等都呈上升趋势， 全国9 5 万k m 河川，有1 9 万k m 受到污染，o 5 万k m 受到严重污染。松花江、 淮河、海河和辽河水系污染严重，8 6 城市河流受到了不同程度的污染。水体污染造 成巨大的经济损失1 2 1 。河流污染情况严峻，其发展趋势也令人担忧。从全国情况看， 污染正从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向地下渗透，从区域向流域 华中科技大学硕士学位论文 扩展。 根据环境部门对全国河流、湖泊、水库的水质状况的监测，由于近年来工业废 水和城镇生活污水的排放等原因，我国主要水系的水体都遭到了不同程度的污染。 2 0 0 3 年，我国7 大水系污染程度从重到轻，依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松 花江、长江和珠江。其中4 0 7 个重点监测断面中，只有3 8 1 的断面满足国家地 表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ) ) 规定的i i i i 类水质要求 3 1 。我们不禁要问，这样 下去，究竟还有多少水是我们能饮用的。 1 1 3 水环境破坏 水主要通过水环境提供。水环境不仅可以提供水资源、生物资源、旅游资源等， 还有调洪、航运、排水等许多功能。另外，水环境不仅是流域污水、废水的直接接 受者，也是人类活动一切废物的最终归宿，而现在许多水环境都污染得很严重，以 致影响它的正常用途，因此保护好水环境对水资源充分利用具有重要作用。 据统计，我国每年的工业废水和城镇生活污水排放总量中大部分未经处理就直 接排入了江河湖海。以长江流域为例，在废污水排放中，工业废水和生活污水分别 占7 5 和2 5 左右，在流域涉及的1 8 个省、市和自治区中，四川、湖北、湖南、江 苏、上海和江西6 省市的废污水排放量占流域总量的8 4 6 ，是废污水的主要产生 地。主要污染物为悬浮物、有机物、石油类、挥发酚、氰化物、硫化物、汞、镉、 铬、铅、砷等。在2 1 个干流城市中，上海市排放的废污水量约占2 1 个城市排放总 量的3 0 7 ，武汉市占1 8 1 ，南京市占1 5 8 ，重庆市占8 8 ；四大城市合 计占7 3 4 ，是长江最主要的污染源。由于污染严重，长江岸边形成许多污染带， 在干流2 1 个城市中，重庆、岳阳、武汉、南京、镇江、上海6 市累计形成了近6 0 0 千米的污染带，长度占长江干流污染带总长的7 3 1 4 1 。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 2 长江中下游水资源概况 1 2 1 长江中下游水资源情况 长江流域水资源总量巨大，1 9 5 6 2 0 0 0 年多年平均为9 9 5 9 亿m 3 ( 其中地表水与 地下水间的不重复量为1 0 1 亿m 3 ) ，仅次于亚马逊河与刚果河，居世界第3 位，相当 于黄河、淮河、海河水资源总量的5 5 倍，居全国第1 位。按长江上、中、下游划 分，中游和上游几乎各占总水量的一半( 分别占4 5 和4 8 ) ；按1 2 个水资源二级区 来分析，洞庭湖区、鄱阳湖区水资源总量最大；按省行政区划分，四川水资源总量 最大，湖南次之。就单位面积产水量而言，按上、中、下游划分，中游最大，每平 方公里达7 1 0 万m h 按1 2 个水资源二级区分析，鄱阳湖区最大，达9 4 6 万m 3 ， 洞庭湖区次之，7 9 5 万m 3 ，金沙江石鼓以上最小，仅1 9 3 万m 3 ；按省区划分， 广西最大，达1 1 6 2 万m 3 ，青海最小，仅1 1 3 万m 3 。 长江流域人均水资源量2 0 0 0 年为2 2 4 6 m 3 ，略高于全国平均水平，约为世界人均 水量的1 4 ，且时空分布不均。青海因地广人稀，人均水量达1 0 万m 3 ，河南最小， 仅6 0 0 余立方米【5 1 。 1 2 2 水姿源利用现状 据2 0 0 0 年统计，长江流域已建成大、中、小型水库4 4 万座，其中大型水库 1 3 8 座。蓄水工程总库容1 3 7 3 4 亿m ，兴利库容8 5 9 3 亿m 3 ：此外，还建成引 水工程2 4 7 万处；提水工程1 2 1 万处：小型塘堰坝4 8 0 7 万座；生产井1 7 2 万眼，已配套1 3 2 万眼。全流域各项供水工程的供水能力达到2 1 0 9 0 亿m ，总 供水量达到1 8 2 9 2 亿m 3 ，其中地表水资源供水量1 7 3 6 3 亿m 3 ，比1 9 8 0 年增加 3 8 3 3 亿m 3 ，增幅为2 8 3 。总用水量1 8 2 9 2 亿m ，其中农业用水达1 0 5 8 5 亿m 3 ，占5 7 9 ；工业用水5 5 6 2 亿m 3 ，占3 0 4 ；生活用水2 1 4 5 亿m 3 ， 占1 1 7 1 5 1 。 3 华中科技大学硕士学位论文 1 2 3 排放及河流水质情况 干流城市近岸污染带比较严重，初步统计1 9 8 2 年为4 8 2 5 k m ，到1 9 9 2 年上升 到5 7 0 k i n 。干流水质在1 9 8 3 年到1 9 9 0 年间，基本上以m 类水体或优于i i i 类水体为 主，而在1 9 9 1 年到2 0 0 1 年间，水质明显下降，i i i 类水体只占干流河长的7 2 左右， 有的江段甚至出现了类或v 类水体。而部分支流比干流更严重。 长江流域全年i i i i 类水体占评价河长的8 3 4 ，i v 类水体及劣类水体占评 价河长的1 6 6 ，总体看城市及其下游河段水质较差。长江三角洲地区河流水体污 染严重。i 、i i 、i 类水体的湖泊面积分别占4 o 、3 6 9 和4 2 4 ，i v 类水 体及劣于类水体面积占1 6 7 。多数湖泊为中营养，有向富营养转化的趋势。 1 2 4 沿江地区水污染防治工作情况 根据江苏省委、省政府的部署，在大力推进沿江开发中，必须高度重视沿江地 区水污染防治工作。特别是通过增温加压措施，进一步统筹加快沿江城镇污水集中 处理设施建设，全面提高污水集中处理能力，确保沿江各个城市、各镇区、各类开 发区、工业园区的污水，全部实现稳定达标排放。同时，树立循环经济理念，全面 推进尾水资源化利用工程，以确保长江水源地供水安全。 据统计，到2 0 1 0 年，沿江城镇的1 7 6 座污水处理厂，每天共产生4 8 6 万吨的处 理尾水，到2 0 2 0 年，沿江2 0 1 座污水处理厂，每天产生的尾水将达到7 7 0 万吨。为 减轻对长江生态环境的压力，规划还确立了达标尾水资源化利用的目标。沿江各地 必须通过深度处理、生态净化、多途径利用来消化达标尾水。其中，通过深度处理 主要用于农田灌溉，园林绿化和工业企业循环利用等。从远期角度出发，加快长江 两岸“排污通道”的规划建设，实施达标尾水排放工程，将沿江地区的达标尾水集中 引到沿海滩涂，通过生物净化过滤之后再深排入海。 同时，江苏省政府还要求，要进一步加强污水处理设施产业化的政府监管，完 善特许经营制度，对特许经营企业实行全过程、全流程的监管。逐步推进工业企业 污水集中处理，鼓励企业预处理后的废水接入污水处理厂，实行按质分类收费制度， 4 华中科技大学硕士学位论文 降低企业深度处理的运行费用，发挥城市污水设施集中处理的效能。加大对污泥处 理研究的投入，鼓励开发利用污泥处理适用技术，对利用污泥的企业给予优惠政策 的扶持。因地制宜地开展中水回用技术研究，制订切实可行的政策措施，促进污水 处理企业深度处理尾水，就近合理利用中水1 6 - 7 1 。将中水广泛用于城市景观用水等方 面，提高水资源利用整体水平降j 。 综上所述，实施城市污水资源化，把处理后的污水作为第二水源加以利用，是 合理利用水资源的重要途径，可以减少城市新鲜水的取用量，减轻城市供水不足的 压力和负担，缓解水资源的供需矛盾；另外，污水深度处理后排入江河，既减轻江 河污染又可以补充地表水做为水源。因此对污水处理厂尾水深度处理进行研究水质 缺水城市来说意义重大。 1 3 尾水深度处理方法概述 尾水深度处理的方法按目前己被采用的方法大致可分为4 类： ( 1 ) 生物处理法【钆1 1 i 利用水中微生物的吸附、氧化分解污水中的有机物，包括好氧和厌氧微生物处 理，一般以好氧处理较多【1 2 1 。 生物滤池【1 3 1 5 1 生物滤池是在间歇式砂滤池和接触滤池的基础上发展起来的人工生物处理法。 在生物滤池中，废水通过布水器均匀地分布在滤池表面，滤池中装满各种类型的填 料，废水沿着填料的空隙从上向下流动到池底，通过集水沟、排水渠，流出池外。 废水通过滤池时，填料截留了废水中的悬浮物，同时把废水中的胶体和溶解性物质 吸附在自己的表面，其中的有机物使微生物很快繁殖起来，这些微生物不断积累， 逐渐形成了生物膜。生物膜具有较大的表面积，能够大量低浓度污水的厌氧、好氧 生物处理。 生物接触氧化法【1 6 。7 l 生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，在反应器内设霞填料，经过充氧的废水 5 华中科技大学硕士学位论文 与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用下，废水得到净化。生物接触氧化法 在运行初期，少量的细菌附着于填料表面，由于细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。 在溶解氧和食物都充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚。但当 生物膜达到一定厚度时，氧己经无法向生物膜内层扩散好氧菌死亡，而兼性细菌、 厌氧菌在内层开始繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不 断发展厌氧菌。经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体产物的逸出，使 内层生物膜大块脱落。在生物膜已脱落的填料表面上，新的生物膜又重新发展起来。 在接触氧化池内，由于填料表面积较大，所以生物膜发展的每一个阶段都是同时存 在的，使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。生物膜在池内呈立体结构，对保 持稳定的处理能力有利。 生物流化床1 1 8 1 9 1 生物流化床不同于固定床，它是在反应器中装入粒径较小、密度大于水的载体 颗粒，通过的废水以一定的流速自下而上的流动使载体层流化，废水中的有机污染 物通过与载体表面生长的生物膜相接触而达到去除的目的。生物流化床是生物膜法 的一种。在原理上，它是通过载体表面的生物膜发挥去除作用，但从反应器形式上 看，它又有别于生物转盘、生物滤池等其它生物膜法。在生物流化床中，生物膜随 载体颗粒在水中里悬浮态，加之反应器中同时存在有或多或少的游离生物膜和菌胶 团，因此它同时具备有悬浮生长法的一些特征。这使得它在微生物浓度、传质条件、 生化反应速率方面有一些优点。 稳定塘1 2 0 l 稳定塘是一种构造简单、易于管理、处理效果稳定可靠的污水自然生物处理设 施。污水在塘内通过长时间的停留，其有机物通过不同细菌的分解代谢作用后被生 物降解。稳定塘按照功能可分为好氧塘、兼性稳定塘、厌氧稳定塘、曝气稳定塘、 高效稳定塘等。稳定塘的主要缺点是：占地面积大，有机负荷低。 ( 2 ) 物理化学处理法 以混凝f 2 1 】沉淀( 气浮) 技术及活性炭吸附相结合为基本方式，与传统的二级处 6 华中科技大学硕士学位论文 理相比，提高了水质，但运行费用较剖2 2 之3 1 。 气浮法1 2 4 】是利用高度分散的微小气泡作为载体去粘附废水中的悬浮物，使其密 度小于水而上浮到水面以实现固液分离的过程。在水处理中，气浮法广泛应用于： 分离地面水中的细小悬浮物、藻类及微絮凝体；回收工业废水中的有用物质， 如造纸厂废水中的纸浆纤维及填料等；代替二次沉淀池，分离和浓缩活性污泥； 分离回收含油废水中的悬浮油和乳化油；分离回收以分子或离子状态存在的物 质，如表面活性物质和金属离子。 与沉淀法相比较，气浮法具有以下特点： 由于气浮池的表面负荷较高，水在池中停留时间只需l o - - 2 0 m i n ，而且池深只 需2 m ，故占地少，节省基建投资； 气浮池具有预曝气作用，出水和浮渣都含有一定量的氧，有利于后续处理或 再用，泥渣不易腐化； 对那些很难用沉淀法去除的低浊含藻水，气浮法处理效率高，甚至还可去除 原水中的浮游生物，出水水质好； 浮渣含水率低，比沉淀池污泥体积减少2 1 0 倍，这对污泥的后续处理有利， 并且表面刮渣也比池底排泥方便； 可以回收利用有用物质； 气浮法所需药剂量比沉淀法节省。 但是：气浮法电耗较大，处理每吨废水比沉淀法多耗电约0 0 2 一o 0 4 k w h ( 3 ) 膜分离技术 膜技术在大规模废水处理和回用中的应用是近几年才发展起来的新技术f 矧，膜 分离技术【捌是指借助膜的选择渗透作用。目前中国研究所涉及的领域遍及膜科学与 技界能量【2 7 】方面，从材料的应用到产品的开发等方面。目前主要有反渗透，钠滤， 微滤，超滤等技术。超滤技术【2 8 】可以较好地解决反渗透设备对于进水的水质要求较 为严格这一问题，超滤膜表面的孔径在0 0 1 至0 1 微米之间，能够对胶体、大分子 有机物、细菌等进行有效截留，出水完全满足反渗透设备的要求。采用超滤( 微滤) 7 华中科技大学硕士学位论文 或反渗透膜处理，其优点是s s 去除率很高，占地面积与传统的二级处理相比，减少 了很多。 ( 4 ) 生物处理法和膜分离技术结合 深度处理的新技术膜生物反应器( m b r ) 1 2 9 - 3 1 堤将膜分离技术与废水生物处理 技术组合而成的新工艺，该工艺是以膜分离技术替代传统二级生物处理工艺中的二 沉池，具有处理效率高、出水水质稳定；占地面积小；剩余污泥量少，处置费用低； 结构紧凑，易于自动控制和运行管理；出水可直接回用等特点。在我国，膜生物反 应器1 3 2 1 作为污水再生回用的一项高新技术，其开发与研究也正越来越深入。虽然目 前膜生物反应器在我国的实际应用还较少，然而，在水资源日益紧缺的情况下，随 着膜技术的发展、新型膜材料的开发以及膜材料成本的逐渐下降，膜生物反应器将 会有较好的应用前景。 比较好氧式膜生物反应器及序批式膜生物反应器处理生活污水的效果。结果表 明，两者对c o d c 。及氨氮的去除效果相当，且都具有良好的抗冲击负荷能力；在总 氮去除上，序批式膜生物反应器优于好氧式膜生物反应器；在稳定运行阶段，当好 氧式膜生物反应器及序批式膜生物反应器处理同等水量时，过膜阻力增加率分别为 1 6 8 和1 0 3 k p a m 。通过测定膜丝上多糖的含量分析了两者在膜污染速率上存在 差异的原因，发现序批式膜生物反应器膜丝上的多糖含量要少于好氧式膜生物反应 器【3 3 l 。 8 华中科技大学硕士学位论文 2 1 研究背景 2 1 1 研究目的及意义 2 研究背景及内容 常州市地处长江沿岸，位于环太湖流域，7 为r 改善常州市水体环境污染的现状， 提高人民健康水平，保持社会经济可持续发展，必须保护水环境。 在常州市有限的环境容量下，通过合理有效的污水深度处理技术将污水处理后 作为景观水排河，既可以缓解水源的需求，又可以减轻对环境的污染，可谓一举两 得，具有极大的环境效益和社会效益；而且，其潜在的经济效益也是不可低估的。 另外，尾水深度处理后直排河道既不污染河流，又能补充地面水源也是举两得。 本课题的研究成果如能得以实施，不仅可以解决常州市城北污水处理厂尾水的出路 问题，还必将为常州市及全国的污水处理厂的尾水出路积累一定的经验，有利于污 水深度处理技术在常州市乃至全国范围内的推广。 2 1 2 尾水排河方案的提出 由同济大学环境科学与工程学院2 0 0 0 年6 月所作的常州市区河阏水环境容量 和城市污水处理厂尾水排放去向研究中可知：“平水期常武河网c o d c r 容量为 4 9 1 0 0 吨年，扣除上游来水的2 5 4 0 0 吨年，则实际可利用2 4 7 0 0 吨年，b o d 5 的容 量为9 8 0 0 吨年，扣除上游来水的5 1 0 0 吨，年，则实际可利用4 7 0 0 吨，年，枯水期常 武河网c o d c f 和b o d 5 的可利用容量就更小了”。 而且，该研究还指出：“2 0 1 0 年即使所有生活、工业废水达标排放，仍将超过整 个研究的常武河网的可纳c o d c f 环境容量，这还未考虑武迸市生活污水的工业污水 废水污染物的排放量。”可见，常州市地表水水质污染情况十分严重。常武河网已没 有足够的环境容量接纳污水。 在此情况下，同济大学在该项研究中针对城北污水厂尾水提出了四个方案，其 9 华中科技大学硕士学位论文 中，方案1 为排河，其余方案均为排江。 常州市政工程设计研究院在城北污水厂尾水排江工程可行性研究中提出了 尾水排江工程，并进行了较详细的可行性分析。 常州市环境保护研究所也在常州市污水治理三期工程环境影响报告书中指 出：“常州市区河流运河、南运河、大通河、采菱港、藻江河等几条河流目前都已无 法满足相应的水域功能要求，已无环境容量可言。“未来常州市城市污水最终出路 是排江，可采用地下管道铺设至江中排放。” 尾水排江工程特点：包括尾水提升泵站、长距离大口径输水管道及长江尾水排 放系统，投资巨大，以常州为例，仅1 5 万m 3 d 的城北污水处理厂尾水排江，由城 北污水厂沿黄山路黄河路常澄路通江大道1 0 1 省道藻江河东岸至长江，全长 1 7 1 6 5 m ，初步估算约1 1 3 亿元。 排江工程主要是考虑到长江环境容量大，有很强的稀释能力和自净化能力。 由于尾水排江方案一次投资巨大( 约1 1 3 亿元) ，且对长江水质有局部影响。 从更长远利益出发，考虑至长江的自净能力终归会有用尽的时候，如果我们能寻求 一种更经济、更合理的解决方案，将会更好地维持长江现有的生态环境条件。 因为目前城北污水厂处理后的尾水排入老藻江河，老藻江河的水体为地表水 类水体，如果能使处理后出水达到类水体的标准，就可直接排入藻江河。而且避 开了环境容量对排放量的限制。于是，常州市排水管理处及常州市政工程设计研究 院联合提出尾水深度处理达到类水体替代方案，采用此方案使尾水经深度处理后 达到地表水类水体标准，就近直接排河作为景观用水。 为使该方案工艺上稳定、技术上可行和运行成本经济。已经组织进行了多次小 试，经过试验和相应的数据结果分析，小试已比较稳定，且大部分指标已经达到预 期效果，表明该项目具有经济上和技术上的可行性。因此，在已进行小试的基础上， 有必要进行中试，探索更有效的工艺流程、工艺参数及处理成本。 通过中试将小试工艺进行放大，在更接近实际生产条件下连续长时间的运行， 一方面对工艺中选择的各单元设备设施进行优化，另一方面对整个工艺的匹配性进 华中科技大学硕士学位论文 行优化，达到优化系统的目的。在此基础上，获得工程设计和运行操作参数。为工 程设计奠定基础。 2 1 3 小试的相关情况 在小试试验之前，对目前国内外现有的深度处理工艺进行了较详细的分析比较， 并从处理效果和经济成本方面进行了综合考虑，最终否定了最早提出的紫外消毒和 活性炭吸附等处理工艺，选定了如下工艺流程： 小试工艺流程框图如下： 二氧化氯絮凝剂 j 达标尾水啼二氧化氯发生器 混合沉淀池+ 滤池出水 图2 - 1 小试工艺流程 在该流程中，城北污水厂尾水投加二氧化氯和絮凝剂后，在混合沉淀池进行充 分混合沉淀，上清液进入砂滤池进行过滤后出水，由于条件限制，小试不能连续运 行。 表2 1 药剂投加量及成本分析一缆表 日期二氧化氯投加成本 混凝剂投加成本成本合计 1 2 6 约2 5 9 m 3约0 1 5 元m 3 约7 5 9 m 3 约0 1 0 5 元m 3约0 1 5 5 元m 3 2 1 2 2 0 8 3 9 m 3 0 1 2 5 元m 3 4 0 9 m 3 0 0 5 6 元m 30 1 8 1 元3 2 1 8 1 5 9 m 3 0 0 9 元m 3 3 0 9 m 3 0 0 4 2 元m 30 1 3 2 元珥3 3 4 l o g m 30 0 6 元m 3l o g m 30 0 1 4 元m 30 0 7 4 元n ， 3 5 1 2 5 9 m 30 0 7 5 元m 31 5 9 m 30 0 2 1 元m 30 0 9 6 元m 3 3 6 8 3 3 9 m 30 0 5 0 元m 31 5 9 m 30 0 2 1 元m 30 0 7 0 5 元m 3 3 i i 8 3 3 9 m 30 0 5 0 元m 31 0 9 m 30 0 1 4 元m 30 0 6 4 元m e 通过上表所列数据对比情况，可以得出适宜的加药量，二氧化氯为8 - l o g m 3 ， 华中科技大学硕士学位论文 混凝剂聚合氯化铝加入量为l o gm 3 _ 1 5 9 m 3 。投加成本为0 0 6 2 0 0 8 1 元m 3 。另 外，根据管网末端出水余氯标准0 2m 胡，二氧化氯投加量仍可适量减少，加药 成本也将随之降低。 表2 - z2 月1 2 日小试进出水水质 p h s s ( m g l ) c o d c r ( m g l ) 余氯( 邶 色度( 度) 氨氮( m 妒0 磷酸盐( m c o d m 。( m g l ) 嗅和味 细菌总数 总大肠菌群 7 5 0 1 1 o 3 5 2 o 8 倍 2 6 2 0 2 0 2 0 8 2 弱 7 0 4 1 0 2 7 7 3 1 0 2 ( 倍) 0 0 9 0 0 6 1 2 4 4 弱 4 8 未检出 ， 2 1 3 | ， 9 6 6 7 0 0 4 0 2 | 注：上表中部分数据如细菌总数等项目来自常州市疾病预防控制中心 表2 - 32 月1 8 目小试进出水水质 注：上表中数据来自常州市排水监测站。 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 43 月4 日小试进出水水质 s s ( m g l ) c o d c , ( m g n ) 余氯( r a g l ) 色度( 度) 氨氮( m 蛐 磷酸盐( r a g l ) 1 4 5 4 5 0 o 8 倍 2 6 2 o ，2 8 1 0 2 7 ，2 1 7 7 3 无色 o 8 0 0 0 4 3 9 6 ， ， 6 9 5 8 5 7 注；上表中数据来自常州市摔水监测站。 表2 - 53 月5 日小试进出水水质 注：上表中数据来自常州市排水监测站。 表2 - 63 月6 日小试进出水水质 注：上表中数据米白常州市排水监测站。 华中科技大学硕士学位论文 表2 喝3 月1 1 日小试进出水水质 p h s s ( m g l ) c o d c , ( m g l ) 余氯( r a g l ) 色度( 度) 氨氮( m e l ) 磷酸盐( r a g l ) 8 1 2 1 0 3 7 5 0 4 倍 3 5 2 o 2 6 7 8 0 1 0 2 0 2 2 3 9 无色 0 9 3 o 0 r 7 ， 4 6 1 7 3 6 7 3 1 注：上表中数据来自常州市排水监测站。 由以上分析结果可知，尾水深度处理小试经过多次化验分析，数据运行稳定， 且大部分项目均能满足试验要求。基本达到了地表水类水体标准。达到了预期的 试验目的。 从而，本工程结合小试流程情况，确定中试流程框图如下： 图2 吨尾水深度处理中试工艺流程 深度处理的对象与目标是：1 、去除处理水中残存的悬浮物( 包括活性污泥颗粒) 、 脱色、除臭、使水进一步澄清；2 、进一步降低b o d 5 、c o d c 。等指标，使水进一步 稳定；3 、脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素；4 、消毒、杀菌，去除 水中的有毒有害物质。 结合多次小试结果，并结合前人的一些经验，项目组对多种深度处理方案进行 了多方面的对比分析，最终从几个预选方案中，选定了如下中试方案： 二沉池出水经p 型过滤器拦截水中大颗粒的机械杂质，出水中按确定的试验顺 1 4 华中科技大学硕士学位论文 序依次投加絮凝剂、二氧化氯。 絮凝剂的作用可以使二沉池出水中的小颗粒物质或胶体物质产生矾花，发生絮 凝作用。混凝沉淀去除的对象是污水中呈胶体和微小悬浮状态的有机和无机污染物， 从表观而言，就是去除污水的色度和浊度。混凝沉淀还可去除污水中的某些可导致 缓流水体富营养化的氮、磷等。 经静态混合器的混合后进入d a 8 6 3 高效过滤器，在滤床上发生微絮凝反应，生 成絮凝体被滤料截留、除去，以降低水的浊度、s s 、有机物等杂质颗粒。 二氧化氯可以氧化部分有机物，将水中大分子有机物分解为小分子颗粒物质， 并能氧化破坏染料的发色基团和助色基团，从而能达到降低c o d c r 的浓度，同时去 除色度的目的i 弭3 5 1 。 二氧化氯消毒机理二氧化氯对微生物的灭活机理是首先进入微生物体内，然后 破坏其体内的酶和蛋白质。其独特性在于：首先，二氧化氯对细胞壁有较强的吸附 和穿透能力，在低浓度时更突出，它比次氯酸分子更易进入微生物体内，在同等条 件下灭活微生物的机会增加；其次，二氧化氯有较强的氧化能力，其理论氧化能力 是自由氯的2 6 倍；最后，二氧化氯通过两种机理灭活微生物1 3 6 - 3 r l ，一是二氧化氯 与微生物体内的生物分子反应，二是二氧化氯影响微生物的生理功能。 通过以上过程，将在试验中不断积累数据，对最终结果进行综合性分析。以期 使经深度处理后的尾水达到类地表水质的试验目的。 2 2 研究内容 本项目的关键问题是通过中试试验，进行详细的阶段性数据分析，寻求一种技 术稳定，经济合理的设计方案，使城市污水处理厂的尾水经深度处理后，主要指标 达到类地表水质，并通过试验，找到更加可靠的工艺流程和适宜的工艺参数，以 及摸索出一套更细致可靠的药剂投加方案及计算出更为详细的处理成本。 课题的主要研究内容如下： ( 1 ) 确定深度处理工艺的有效性、稳定性； 华中科技大学硕士学位论文 ( 2 ) 分析中试中各项污染物的去除率情况； ( 3 ) 进行详细的运行成本分析； ( 4 ) 提出中试过程中存在的问题及建议； 2 3 分析方法 表2 7 主要水质分析指标和测试方法 对水质结果的分析，主要以常州市排水监测站和城北污水处理厂为主，以部分 监测项耳委托常州市环境监测中心站和常州市疾病预防控制中心为辅。 中试数据的分析原则上在小试的分析项目上进行，但增加部分分析项目。以便 增强试验结果。 经深度处理后的出水排入老藻江河，因老藻江河为地表水类水体，根据 g b 3 3 8 3 8 2 0 0 2 地表水环境质量标准及城镇污水处理厂污染物排放标准 ( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) ，确定中试要求达到的最高允许排放浓度如下表： 1 6 华中科技大学硕士学位论文 表2 - 8 中试要求达到的最高允许排放浓度 如果试验成功，将在环境条件相当的城市污水处理厂具有较广泛地借鉴意义和 推广作用，对长江水域的自净化能力现状的保持具有重要的意义，并为更好地改善 河道水质，降低对周围水环境的污染做出一定的贡献，其所产生的经济效益和社会 效益也是相当可观的。 华中科技大学硕士学位论文 3 1 处理规模 3 城北污水处理厂概况 城北污水厂设计规模1 5 万吨天，是一座以处理常州市生活污水为主的大型污水 厂，出水水质符合一级排放标准，即c o d c , 6 0 m 鲫、b o d s 2 0 m g l 、s s 2 0 m 鲫、 i s h 3 n 1 5 m g i 、t h 以p 计) 0 5 m g 1 。首期5 万吨天，建成于1 9 9 7 年6 月，采用 普通活性污泥法，鼓风微孔曝气，出水标准为二级，后于2 0 0 3 年初改造为a s 0 工艺， 出水标准为一级；1 9 9 9 年、2 0 0 1 年先后对其进行了扩建，规模均为5 万吨天，均采 用a s o 工艺。 现城北厂总规模已达到1 5 万m 3 d ，实际进水水量约为1 1 1 2 万m 3 d ，即将满负 荷。尾水出水水质良好，达到了设计标准，目前排放水体为藻江河。污泥采用浓缩 脱水工艺，并外运焚烧。 3 2 处理工艺 进水 图3 - 1 城北污水厂工艺流程图 琏 1 8 华中科技大学硕士学位论文 3 2 1 污水处理构筑物功能： 粗机械格栅房：截留污水中的大块污染物，防止后续处理单元及机泵堵塞，保 证后续单元顺利进行。 进水泵房：将进水提升至后续处理单元所要求的高度，使其实现重力自流。 细格栅房：进一步拦截剩余栅渣，防止后续处理单元及机泵的堵塞和池面浮渣。 曝气沉砂池：从污水中去除比重较大的无机颗粒，使有机物分离，并减少后续 处理单元及机泵的损耗。 初次沉淀池：幅流式，中心迸水周边出水。利用密度差异，实现悬浮物与污水 的分离。可去除漂浮物3 0 左右的b o d 5 和6 0 左右的悬浮物。并能起到均和水质 的作用。 厌缺氧池：在厌氧段，释磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物； 在缺氧段，反硝化菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入 大气中，从而达到脱氮的目的。厌氧和缺氧段均配有水下推进器，将进水和活性污 泥充分混匀。 生化反应池：通过厌氧、缺氧、好氧三种环境的有效控制，使释磷菌、聚磷菌、 硝化菌、反硝化菌及大量异养菌等微生物得以生存繁殖，从而达到有效地除磷脱氮， 并同时高效地去除大量有机污染物的目的。 二次沉淀池：幅流式，中心进水周边出水。使活性污泥与处理完的污水分离， 并使污泥得到一定程度的浓缩。二沉池周边配有全桥式周边驱动吸泥机，通过虹吸 作用不断向曝气池补充回流污泥。 污泥浓缩池：重力浓缩池，通过重力沉淀使污泥得到浓缩。上清液回流至系统 最前端。浓缩池上配有单边式驱动浓缩机。 污泥脱水机房：通过带式压滤脱水机由上下滤带夹带并挤压污泥层，使污泥层 中的毛细水挤压出来，获得含固量较高的泥饼，从而实现污泥脱水。 鼓风机房：提供足够的溶解氧。满足活性污泥在二沉池及回流系统内的需要。 1 9 华中科技大学硕士学位论文 3 2 2 构筑物主要工艺参数 以三期工程为例： ( 1 ) 粗机械格栅房( o m