（市政工程专业论文）常州市城北污水处理厂尾水再利用研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 常州市地处苏南河网地带，由于近年来河道水体受到严重污染，大多数水体水质 在i v 类或v 类甚至劣于v 类，因而变成了水质性缺水城市，对此考虑采用将污水厂尾 水经深度处理后作为中水回用或直接排入水体以减少污染的措施。 本试验以城北污水处理厂出水为水源，采用混凝沉淀和过滤的方法进行深度处 理。研究分小试和中试两个阶段， 脱色剂采用c 1 0 。，混凝剂采用聚合氯化铝。研究 c l o ：和聚合氯化铝投加量等对出水水质的影响，从而选择最佳的工况条件，以确定城 北污水处理厂出水经深度处理后能否用于工业用水和能否直接排入藻江河的要求。 小试试验结果表明尾水经深度处理后，可以作为生活杂用水，也可以排入水体。 但与用水量大的印染企业用水标准相比还有一定的差距，其中完全可以满足标准的 有浑浊度、锰、c 0 d 。p h ；而氯化物、总固体、总硬度、总碱度与标准相差较大。 中试试验在小试的基础上进一步优化，确定混凝剂的最佳投加量为9g m 3 ；絮 凝停留时间为1 4 分钟，c 1 0 。在滤后投加，出水水质比小试进一步提高，完全满足地表 水类水体标准，可以直接排入江河或作生活杂用水。中试结论为进一步的工程实 践提供了理论依据。 关键词：中水回用、深度处理、混凝沉淀、二氧化氯、聚合氯化铝、过滤 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t c h a i l g 办o uc i t yi sp l a c e di nt h ed i s t r i c to fs un a i lr i v e r ，f o rt h er i v e rh a sb e e n s e r i o u s l yp 0 1 l u t e di nr e c e my e a r s ，w a t e rq u a l i t yo fm o s to ft h er i v e n v a yi si vo rv ，e v e n i n f 宅r i o rt ov ，i tb e c 眦eac i t ys h o no fw a t e r ，s oi ti s s u g g e s t e dt or e u s et h et r e a t e d 、a s t e w a t e ro rd i s c h a r g ei n t om er i v e ra n e r t e n i a r yt r e a t m e n t i nt h i s 仃i a l ，t b ed i s c h a r g ef b ms e w e r a g ep l a mi nt 1 1 en o r t l lo ft h ec “yw a su s e da s 、v a t e rs o u r c e ，、v ca d o p t e dt h ec o a g u l a t i o n 廿e a t m e n ta n ds e d i m e m a t i o n 订e 咖e n ta n d f i l t r a t i o nt r e 舳e n tt 0 印p l yt e n i a r yt r e a t h l e n tt ot r e a ti t t h er e s e a r c hi n c l u d e dt w op h a s e s ： as m a l ls c a l ep l o ta l l dam e d i u ms c a l ep l o t c h l o r i n ed i o x i d ew a su s e da sd e c 0 1 0 u r i z a t i n g f l o c c u l a m ，a n dp o l y m c r i ca l u m i 硼mc h l o r i d ew a su s e da sc o a g u l a n t t h ei n f e c t i o no f d o s a g eo fc h l o r i n ed i o x i d ea 1 1 dc o a g i l l a t i o no nq u a l 埘o fo u t n o ww a sm e a s u r e d t h eb e s t o p e r a t i v ec o n d i t i o n 、a ss e l e c t e dt oc o n f i m l 、v h e t l l e rm eo u t n o wf 而mt h es e w e r a g ep l a n t c o u l db eu s e d 髓i n d u s 仃i a lu t i l i z a t i o no rd i s c h a 唱e di m ot h ez a o j i a n gr i v e r r e s u l to ft l l es m a l ls c a l ep l o ti n d i c a t e st 1 1 a tt h eq u a l 时o fo u t n o wa n e ra d v a n c e d t r c a 恤e mc 趾b eu s e d 嬲m i ) 【e dl i f e 、a t e ra n dc a na l s ob ed i s c h a r g e di m ow a t e r b o d y b u t c o m p a r i n gt ot l l eq u a l i t yc r i t 耐o no fw a t e ra p p l i e di np r i n t i n ga 1 1 dd y e i n ge n t e 叩r i s e s ，t l l e q u a l 时o f o u t n o wh 髂s o m ed i h e r e n c e t h e r e i m o ，t u r b i d i t y ，m a i l g a i l e s e ，c 0 d ，p hc a n t o t a i l yr e a c hm ec r i t e r i o n ；w l l i l ec h l o r i d e ，t o t a ls o l i d s ，t o t a lr i g i d i t y ，t o t a la l k a l i n i t yh a v e v e r yb i gd i 腩r e n tt or e a c h t l l ec r i t e r i o n t h em e d i 眦s c a l ep l o tb a s e do nm es m a us c a l ep l o tw a so p t i m i z e d ，t h eb e s td o s a g e o fc o 雄阻l a m s 、a sd e t e r m m e d 硒9 9 m ，t h eh y d r o l y t i cr e t e m i o nt i m ef o rf l o c c l l l a t i o ni s 1 4 m i n ，t h ep o l y m e r i ca l l l r n i n 嗽c h l o r i d ew a sc a s t e da f t e rf i l 订a t i o n ，t h eq u a l i 哆o f o u t n o w h a sb e e ni m p r o v e dc o m p a r i n gt l l a to ft h es b l a l ls c a l et e s t ，a n di tt o 诅1 1 ys a t i s 母t h eq u a l i t y s t a l l d a 丽f o rm ei v t l ls l l r f b ew a t e la n dt l l et r e a t e dw a t e rc a nb ed i s c h a 昭e di n t om er i v e r o rr e u s e da sm i x e dl i f ew a t e lt h ec o n c l u s i o no ft h em e d i ms c a l ep l o tp r o v i d et h e o r e t i c a l a c c o r d a n c ef o rp r o j e c tp r a c t i c e k e yw o r d s ： t h em e d i u mw a i e rr c u s e ，t e r t i a i yt r e a t m e n t ，c o a g u l a t i o na n d s e d i m e n 诅t i o n ， c h i o r i n ed i o x i d e ，p o l y m e r i ca l u m i n u mc h l o f i d e ，f l h r a t i o n i i 独创性声明 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，均己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：孤睿。哲 日期：2 0 0 6 年5 月7 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 不保密矾 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：手艮者 哲指导教师签名：1 日期：2 0 0 6 年5 月7 日 以一 华中科技大学硕士学位论文 1 概述 1 1 我国水资源概况 我国水资源并不丰富，是世界缺水国家之一，水资源分布极不均衡，尤其令人 担忧的是水资源污染极其严重，水资源短缺和水污染已经成为本世纪经济发展，世 界和平的障碍，必须寻找有效的途径来控制污染，高效合理的使用有效的水资源， 人类才有可能生存下去。 我国城市污水年排放量已经达到4 0 0 亿立方米，其处理率达到3 0 。根据国民 经济和社会发展第十个五年计划纲要的要求，2 0 0 5 年城市污水集中处理率达到4 5 。 这就给污水回用创造了基本条件，污水处理厂都可将污水进一步处理后回用或排入 江、河、湖作为第二水源。全国污水回用率如果平均达到2 0 ，则到“十五”末期年 回用量可达4 0 亿立方米，按我国正常年份全国城市缺水6 0 亿立方米计，污水回用量 相当于全国城市缺水量的6 7 ，回用规模潜力之大，足可以缓解一大批缺水城市的供 水短缺问题。可见污水回用具备其他节水措施所达不到的规模效应，对缓解水危机 有极其重要的作用o 。 另外，随着国民经济的飞速发展，城市需水量迅速增大，工业废水、生活污水 排放量也随之增加，造成江河水系水质污染较严重。经粗略估算，城市供水量的8 0 变为污水排入城市排水管网中，收集起来再生处理后7 0 可以安全地回用，即城市供 水量的一半以上可以变成再生水( 或称回用水、中水) ，返回给城市水质要求较低的 用户，替换出等量自来水，相应增加了城市一半的供水量脚。因此，研究污水深度处 理后回用或排入江河是水资源管理部门所面临的重要课题。为防止常州市江河湖水 进一步恶化，将常州市城北污水处理厂尾水进一步处理后排入藻江河，补给地面水 是污水资源化的措施之一。 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作为水源。因此对污水处理厂尾水深度处理进行研究意义 华中科技大学硕士学位论文 重大。 1 2 国内外回用水概况 1 2 1 国外回用水概况 回用水技术作为污水资源化技术的一个重要组成部分是解决城市水资源短缺， 缓解供水矛盾的一项新的有效措施。城市污水经处理后回用于工业、农业灌溉、养 殖业、市政绿化、生活杂用、地下水回灌和补充地面水等方面的研究和实际工程， 在国外已有很长的历史，规模也很大，收到了相当可观的经济效益和社会效益。世 界上发达国家，经历了高度的工业化发展过程，更迫切地感到水资源的宝贵，因而 制定了相应的法规促使城市污水的合理再利用。近年，发展中国家也已认识到污水 作为第二水源的重要性，逐渐重视污水回用，只是由于这些国家的城市中尚无完善 的排水系统，使用规模上还比不上发达国家。现在世界上几乎所有国家都开始使用 污水资源，并己完成了许多污水回用工程。例如：日本在缺水的东京建成中水系统6 0 多处，日产中水1 0 多万吨；美国建立了一座以城市污水为水源的试验性给水厂，日 供水量3 7 8 0 埘3 ；美哥伦比亚城将二级处理污水的1 3 再经过滤，消毒后用做中水“1 。 由此可见，在发达国家和发展中国家，都已经越来越重视回用水的研究，中水 回用技术已经日渐成熟，而且取得了不错的效果。国外大量城市污水回用工程的成 功实例，说明了城市污水回用于工业、农业、市政杂用、河道补水、生活杂用等在 技术上是完全可行的。 然而，考虑到城市污水回用的经济性，目前世器上绝大多数污水回用工程是在城 市污水处理厂二级出水后进行深度处理，其深度处理工艺主要是采用生物处理、混凝 沉淀、过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、膜处理技术和消毒工艺的不同组合。如回用于 工业循环冷却补充水，可采用混凝沉淀、过滤、消毒处理工艺；回用于景观和市政杂 用用水，可采用生物处理、过滤、消毒处理工艺等。此外，可用的处理工艺还有离子 交换、反渗透等。不同的回用目标要求不同的水质，也决定着不同的处理工艺。就各 种处理工艺而言，在保证回用水水质的前提下，必须解决好回用水的成本问题。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 2 我国回用水概况 在我国，城市污水回用除农灌外，用于工业等方面起步较晚，但8 0 年代以来发 展较快。在国内，近一、二十年来，许多城市淡水缺乏问题越来越严重，因此，对 城市污水回用技术也进行了较多的研究工作。如青岛市1 9 8 2 年就开展了城市污水回 用于养殖和市政杂用用水的研究工作，天津市近年也在纪庄子污水处理厂开展了污 水回用的探索性研究工作“1 。在原水为城市污水处理厂二级出水的前提下，目前正 在研究及应用的以污水回用为目的的处理工艺主要有以下几种： l 、物化处理工艺： 如：混凝沉淀+ 过滤 2 、生物与物化处理的组合工艺： 如：生物接触氧化+ 过滤 3 、其它工艺： 如：混凝沉淀+ 过滤+ 臭氧氧化十活性炭吸附组合工艺，膜处理工艺等。 无论哪种处理工艺，其深度处理的目的都是为了进一步降低二级出水中的 c o d 。b o d 5 、n 、p 、s s 、色度、硬度、含盐量或细菌等，使水质满足一定的回用要 求，同时必须把降低工程投资及制水成本、提高经济效益作为关键问题来解决。本 课题研究也力求在这方面做一些有益的探索。 国外对回用水的研究为我们提供了许多宝贵的技术资料，我国回用水的必要性主要 体现在以下两个方面： ( 一) 经济效益： 1 回用水可以改变城市供水短缺的局面，使污水资源化。据计算，在污水处理厂增 设回用水系统，投资仅占新建净水厂的3 0 ，可以大大节约资金瞄。 2 回用水可促使污水处理尽快走向市场。 3 回用水可以减少用水水质要求较低的企业的水费开支。 ( 二) 社会环境效益： 1 减轻了水环境污染：污水回用后排污量大大减少，这无疑减轻了水环境污染。 华中科技大学硕士学位论文 2 提高水资源利用率m 。 3 缓解对水资源的过度开发。 在我国，污水回用将成为解决水危机的重要途径之一。 1 3 回用水的处理方法 1 3 1 生物处理法 ( 一) 生物处理法一般采用：活性污泥法、接触氧化法、生物转盘等。前述几 种方法可单独使用，也可结合使用。这种方法适应水力负荷变动能力强，但二级污 水处理厂有机负荷低，营养配比不适合微生物的生长，般不单独采用。 ( 二) 生物处理法与物理化学法相组合的工艺：就是利用活性污泥与膜分离的 组合工艺，生物接触氧化和曝气生物滤池的组合工艺。这种工艺出水水质稳定，效 果良好。 ( 三) 国外有些机构曾考虑投加特殊菌种处理中水，虽然效果不错，可菌种所 需费用太高。生物法处理中水在国内外已经开展研究，取得了一些成就，但是整体 来讲，还是面临运行费用过高的问题，没有得到大规模的推广”3 。 1 3 2 物理化学处理法 目前的回用水处理主要是以混凝沉淀为中心的物理化学处理法，该方法具有见效快 运行维护方便、药剂价格便宜等优点。 一般来讲，混凝沉淀法处理回用水效果的好坏主要在于针对回用水水羼隋况选 择适合的混凝剂。常用的混凝剂有如下几大类： 1 有机高分子混凝剂：有机高分子混凝剂通常分为合成有机高分子混凝剂、天 然有机高分子改性混凝剂和微生物混凝剂三大类： ( 1 ) 合成有机高分子混凝剂几乎都是水溶性的聚合物，合成有机高分子混凝剂 水解后按官能团离解后所带电荷的性质不同分为阳离子型，阴离子型和非离子型三 华中科技大学硕士学位论文 种。由于胶体和悬浮颗粒多带负电荷，常使用阳离子中和颗粒所带电荷，使胶体和 悬浮物脱稳絮凝。所以，国内外在合成有机高分子混凝剂方面的研究，已经由过去 的阴离子型、非离子型，逐步向阳离子型高分子混凝剂转化。相关的报导也比较多， 主要是季胺盐类，聚胺盐类以及阳离子型聚丙烯酞胺主要用于造纸、皮革等工业废 水的处理嘲。 ( 2 ) 天然有机高分子改性混凝剂：人工合成有机高分子混凝剂虽然发展很快，但 还存在着生物降解难，残留单体有毒等问题，所以其应用受到了限制。近年来，美、 英、法、日和印度等国，结合本国的天然高分予资源，熏视化学改性有机高分子混 凝剂的研究。已有不少天然改性混凝剂产品问世。经改性后的天然有机高分子混凝 剂与人工合成的有机高分子混凝剂相比，具有无毒，易生物降解等优点。有机高分 子改性混凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。 在众多研究方向中，淀粉改性混凝剂的研究开发最引人注目，如轻基淀粉接枝聚合 物，交联淀粉黄原酸酪( z s x ) ，阳离子淀粉c s t 等处理含氟废水效果显著”3 。 ( 3 ) 微生物混凝荆：无机和人工合成有机高分子混凝剂的生产和应用虽然已经 取得了长足的进步，但其使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染不得不引 起人们的重视。微生物混凝剂是有机高分子混凝剂中的重要种类，是利用生物技术， 通过微生物发酵、抽提、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、 无毒的水处理剂。它是一种生物高分子化合物，包括机能性蛋白质和机能性多糖类 物质。其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定。污水处理效 果好，又不会造成二次污染，成为近年来国内外研究的重点。虽然有机高分子混凝 剂在水处理中的应用越来越引起人们的重视，但是在现阶段其成本偏高。1 。 2 无机高分子混凝剂：无机混凝剂按金属盐种类可分为铝盐系和铁盐系两类：按 阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系：按分子量可分为低分子体系和高分子体系两 大类。无机低分子混凝剂即普通无机盐，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。 但用于水处理时，无机低分子混凝剂成本高腐蚀性大，在某些场合净水效果还不理 想。无机高分子混凝剂是2 0 世纪6 0 年代在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一 类新型的水处理剂。药剂加入水中，在一定时间内吸附在颗粒物表面，以其较高的 华中科技大学硕士学位论文 电荷及较大的分子量发挥电中和及粘结架桥作用。它比原有低分子混凝剂可成倍地 提高效能，且价格相对较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前在日本、俄罗 斯、西欧以及中国，无机高分子混凝剂都已有相当规模的生产和应用，聚合类药剂 的生产占混凝剂总产量的3 0 一6 0 【9 1 。近年来，研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复 合型混凝剂成为热点，无机高分子的品种已逐步形成系列。聚合氯化铝是目前生产 和应用技术成熟、市场销量最大的无机高分子混凝剂。在实际应用中，聚合氯化铝 具有比传统混凝剂用量省、净化效能高、适应性宽等优点，比传统低分子混凝剂用 量少i 3 一l 2 ，成本低4 0 以上，因此在国内外已得到迅速的发展。如日本聚合氯化 铝产量在2 0 世纪8 0 年代为4 0 0 k t 以上，比6 0 年代末增长了3 0 倍，2 0 世纪9 0 年代产量己 达6 0 0 k t 以上，占日本混凝剂生产总量的8 0 “”3 ，并有逐渐取代传统混凝剂的趋势。 除了聚铝以外，聚铁也具有絮凝体形成速度快、絮团密实、沉降速度快、对低温高 浊度原水处理效果好、适用水体的p h 值范围广等特性，同时还能去除水中的有机物、 悬浮物、重金属、硫化物及致癌物，并且无铁离予的水相转移，脱色、脱油、除臭、 除菌功能显著，与其他净水剂相比，有着很强的市场竞争力，其经济效益也十分明 显，值得大力推广应用。 综上比较，对于城市污水厂来说，首选聚铝( p a c ) 和聚铁( p f c ) 处理中水。本次 试验选用聚铝( p a c ) 作混凝剂。 1 4 河水污染概述 1 4 1 河水污染原因 随着国民经济的飞速发展，城市需水量迅速增大，工业废水、生活污水排放量 也随之增加，严重污染了江河水系水质。从造成河水污染的原因来看，主要有外部 污染源和内部污染源。 ( 一) 外部污染源 农村生产生活产生的固体废弃物和废水，绝大部分不经处理就直接排入河道， 造成水体污染：由于化肥和农药的不合理施用，尤其是使用高毒农药，造成大量毒 6 华中科技大学硕士学位论文 液残留，大量氮、磷营养元素随农田排水或地表径流进人水体；工业废水的直接排 放对河水污染影响特别大；养殖场各种家畜的排泄物污染也成为日益突出的问题； 还有大部分城市污水处理率不高，导致污水未经处理直接排入水体，即使随着城市 大量污水厂的建成，污水处理厂的尾水排入河流，也对河水造成污染“。 ( 二) 内部污染源 1 河水水体自净能力下降 由于河水中的捕捞失控，渔民利用灯箱、地笼子等捕捞工具进行灭绝性捕捞， 使鱼得不到休养生息。 2 沉淀物中氮、磷释放 来自各方面的营养盐经过一系列化学及生物作用，一部分沉积到河底部，当河 水环境发生变化时，沉积物、营养盐会逐步释放补充水中营养元素。 3 鱼虾死亡 由于外污染源对河水的污染使大量鱼虾死亡，鱼虾的死亡进一步污染水体“。 1 4 2 河水污染防治措施 ( 一) 行政措施 1 提高人们思想认识，切实把治理河水库污染问题作为工作重点长抓不懈。应 加大宣传力度，增强公众对河水污染危害的认识，特别是强化各级领导干部对保护 河水水源重要性的认识，督促其制定符合长远利益的经济发展与环境保护相协调的 政策。 2 加强法制宣传，提高公众意识 向公众大力宣传水法、水污染防治法、 污水综合排放标准、城 市污水处理厂污泥排放标准、 污水排入城市下水道水质标准等法律法规及标 准，提高公众的优患意识，增强水资源保护的责任感和紧迫感，自觉保护水资源。 3 组织制定环境保护规划和经济社会发展规划 经济发展与环境保护协调十分重要，所以要以河流区域的发展方向与目标的制 定确立经济结构与产业导向，寻求保护与发展“双赢”，还要充分考虑责、权、利 华中科技大学硕士学位论文 相结合的激励机制，对治理者进行一定的经济补偿，明确政府和受益者的责任与义 务，并组织有关科技人员进行综合分析，找到维持区域生态平衡和经济社会可持续 发展的最佳方案“。 ( 二) 工程措施 控制畜禽污染源、农药污染源、生活污染源等的输入，特别是使城市污水( 包 括生活污水和工业废水) 经过处理后。在满足污水综合排放标准的情况下。排 入水体“。 ( 三) 生物措施 1 投放鱼苗改善河水水质 采用人工投苗、不投饲料、不施肥的粗放型养殖方式，让其利用河水中的营养 物作饵，还要投放螺、蚌等软体动物，增强对底层沉淀物的利用。 2 种植水生植物，重建良好的水生生态系统 水生植物具有耐污力强并能吸收利用氮、磷元素，进行代谢活动，去除水体中 营养物质，大型水生植物对营养物质的吸收量大，净化能力强，利用其特性可以建 立优化的水生生态系统以净化污水。 基于上述情况，对河水污染原因及防治的研究对水质性缺水城市来说意义重大 华中科技大学硕士学位论文 2 1 课题背景 2 研究目的及意义 常州市地处苏南河网地带，但因河道水体被污染，变成水质性缺水城市。主要 原因是随着工业的高速发展，大量污水未经处理就直接排入河道，造成河道大多数 水体水质在i v 类或v 类甚至劣于v 类，因而，污水处理以及水资源的再生利用成为 常州市乃至全属都关注的问题”“。 藻江河是常州市新北区工业园区的主要河道，然而污水的大量排放严重污染了 藻江河，已建成的城北污水处理厂虽然减轻了污染力度，可是污水处理厂尾水直接 排放对藻江河仍有一定的污染。对此，提出污水处理厂尾水经深度处理后再供给工 业生产或排入藻江河的解决办法。此外，江苏省太湖水污染防治“十五”实施计 划( 2 0 0 1 2 0 0 5 ) 年将常州市城北污水处理厂尾水排江工程列入实施计划，工程包括 尾水提升泵站、长距离大口径输水管道及长江尾水放排系统。该工程投资巨大( 初 步估算1 1 3 亿元) ，为寻求更经济、更合理的尾水深度处理直排河道方案，需要开展 污水处理厂尾水再利用研究以及探索更有效的工艺流程、较佳的工艺参数及较低的 运行成本的试验研究，以便为工程设计奠定基础“。 常州市新北区工业园区集中了大量的印染企业，工业用水量较大，水质要求标 准高，特别是对浑浊度、色度、碱度、硬度要求很高，因藻江河及支流水质较差， 取用该河水作生产用水会给生产带来负面影响，而改用城市自来水作为工业用水在 经济上又是不合适的。因此可考虑城北污水厂尾水在经过深度处理后用作工业企业 的供水水源。 1 、城北污水处理厂现状 城北污水处理厂，首期5 万寸d ，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，出水标准为国标g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准二级标准；1 9 9 9 年进行了扩建，扩建规模5 万m5 d ，2 0 0 1 年再扩建5 万m 3 d ，两次扩建工艺均为a 2 0 工艺，出水标准为g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准一级标准，目前城北污水处理 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 ，即将满负荷运行。尾 水出水水质良好，达到了设计标准，污泥采用浓缩脱水工艺，并外运填埋。 城北污水处理厂的污水主要来自于中心区和高新区。城北污水处理厂2 0 0 1 年1 1 月吧0 0 2 年l o 月平均日处理水量及进、出水水质见表2 1o ”： 9 趟。目 茹咖# 女 鬻霹 苌 丑 * 划 蔫霹 。 岛 * 暑 茁 卜 * 剖 一 蔫蒋 磐 * 苦 丑 8 * 制 鞲蒋 o b丑* 量 * 制 鬻薄 * 丑 * 制 匝 踩 霹 野 皿 睁 琳皋掭蜂繁繁毫制越删繁l*瞬菩蓉 华中科技大学硕士学位论文 从表中可知平均日处理水量为1 0 9 6 万m 3 d ，进出水b o d ；分别为1 0 5 9 m g l 和 6 3 6 m g l ，去除率为9 3 9 9 ；进水s s 为1 9 4 7 5 m g 几，出水s s 小于m g l ，去除率 为9 4 9 ：进出水c o d 。，分别为3 2 2 8m g 几和2 9 5 8m g l ，去除率为9 0 8 ；进出 水t p 分别为3 7 7m g l 和o 2 8 m g 几，去除率为9 4 1 ：进出水t n 分别为4 2 2 4 m g l 和1 2 7 6 m g 几，去除率为6 9 7 9 ，满足g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 污水综合排放标准一级标 准。 2 、常州市新北区工业园现状 常州市新北区工业园地处黄河路以北，华山路以东。园区内有中鹏、常旺、天 和等十余家纺织印染企业及广达热力有限公司( 园区内主要印染企业详细情况见下 表) 1 。 工业企业用水现状调查表 表2 2 单位用水量( m 。d )用途取水来源水质要求 常旺染织有限 4 0 0 印染、空调 自来水、河水 公司 净化 生活杂用水 锦陵染织有限 2 0 0 印染自来水 公司 自来水、河水 色度3 0 倍以 天卓纺织 2 0 0 砂洗 净化 下 自来水、河水 新宏图纺织 2 5 0 印染 净化 广大热力有限 6 0 0 0 锅炉、自来水 公司循环用水河水净化 硬度要求 印染自来水水质稳定及色 新浩印染 4 0 0 河水净化度、p h 要求 自来水浊度、p h 、无 中鹏印染 4 0 0 0 印染 河水净化臭要求 自来水浊度、p h 、色 银林纺织 l 0 0 0 印染 河水净化度要求 三敏纺织有限 4 0 0 印染自来水 浊度、p h 、 公司 n h 。一n 要求 华中科技大学硕士学位论文 从表中可以看出，新北区用水大户以印染企业和热力公司为主，各企业的用水 量都相当大，尤其中鹏和广达热力。大部分厂家由于考虑节约用水成本，都配备了 河水净化装置。但除了中鹏印染有限公司具有直接从藻江河主干道取水的优势外， 其他印染企业因取水口布置在藻江河支流，水源条件相当恶劣，尤其严重的是导致 天和印染有限公司至今未能正常投产。 由于工业用水以印染企业和热力公司为主，而印染企业对水质要求比较高，因 此以印染企业用水水质作为标准，指标详见表2 3 。 印染企业用水水质标准表2 3 色度总硬度总碱度总含盐量 浑浊度p h ( 稀释倍数)( 度)( m g 1 )( m g 1 ) 55 2 011 0 06 5 7 51 5 0 i 铁( m g 1 )锰( m g 1 )硅酸( i i l g 1 )氯化物( m g 1 )c 0 ( m g 1 ) i o 1o 11 5 2 0 4 81 0 纺织工业用水对：浊度、色度、铁、锰、碱度和硬度有较高的要求。因为 浊度、色度、铁和锰的存在会使印染成品布产生污点。硬度较大会增加各种清洗操 作中肥皂的用量，产生凝块沉积，肥皂滞留在纤维上，容易使面料玷污，不利于布 料的操作，通常肥皂都不是均匀沉积的，从而成为以后染料过程不均匀的原因之一。 目前，洗涤剂代替了肥皂，从而缓解了这个问题，钙和镁离子会使某些染料产生化 学沉淀，增加纺线捻丝操作过程中丝的断裂。碱度的重要性在于：如果碱度不够， 会因添加石灰或苏打而形成不溶性的铁和锰的氢氧化物。 从上面分析可知，纺织印染工业对水质有其自身的特殊要求。能满足饮用标准 的水质，并不一定能满足纺织印染行业的用水水质要求，城市污水回用于纺织印染 行业必须用混凝沉淀、过滤或活性炭去除水中的悬浮固体、色度及部分残余有机物， 并增加专门的工序去除水中的铁和锰。 3 、新北区工业园工业用水水源选择“”： 华中科技大学硕士学位论文 l _ 地下水 常州地区由于地下水长期过量开采，产生了严重的地质环境灾害问题，地下水 位的不断下降，加剧了地面沉降。根据省人民政府及省人大关于在苏锡常地区限期 开采地下水的精神，地下水己不可以作为工业集中给水水源。 2 地表河水 常州市地表河水多为人工河道，主要河流有京杭大运河、德胜河、藻江河、北 塘河、大通河、大湾滨等，但上述河流均己受到不同程度的污染，主要污染物有： c o d c ，挥发酚、石油类、氨氮等有机污染物。新北工业区所处位置在藻江河附近。 常州市卫生防疫站( 2 0 0 0 年9 月一1 2 月) 对藻江河长江磺路桥处水质进行了检测“”， 结果评价： 水源水的毒理学指标：氟化物、氰化物、砷、汞、铬、镉、铅、银、硝酸盐、 氯仿、符合生活饮用水卫生标准( g b 5 7 4 9 8 5 ) 的要求；总大肠杆菌群不符合生 活饮用水卫生标准的要求：溶解氧不符合工业企业设计卫生标准( t j 3 6 7 9 ) 中4 1 地面水水质卫生要求。 3 长江水 长江经常州市的北面流过，长江常州段隶属于长江扬中段尾部，下与澄通河段 的江阴水道衔接，南岸西起武进与丹阳交界处的九圩港，东至武进与江阴交界的桃 花港，岸线长约1 6 k m 。本江段河面开阔，普遍在2 5 - 3 0 k m ，宽深比在丰水期达 1 5 0 2 0 0 ，枯水期达1 0 0 以上。河段的右岸有炮子洲、禄安洲等江心洲，左岸有五圩 洲。禄安洲右侧有夹江，平均河宽5 0 0 米左右，禄安洲左侧为大江，其分流量约占 长江总流量的6 ，长江流量及水质能满足要求。 4 城北污水厂尾水 城北污水厂同样处于新北区、距工业园区距离较近，水量1 5 万m 3 d ，其尾水达到 国家一级排放标准，即c 0 瞻6 0 i i l g l 、b o d s 2 0 m g l 、s s 2 0 m g 1 、n h 。一n 1 5 m g l 、 t p ( 以p 计) 0 5 m g l 。部分指标优于藻江河水，作为替代水源具备可行性。 因地下水禁采，可以排除，其他三种水源比较如下： 华中科技大学硕士学位论文 水源比较表表2 4 水源 优点缺点 藻江1 、水量充足 河水2 、取水口近 l 、水质较差 l 、水量充沛 1 、取水口较远，制水成本高 长江水 2 、水质良好 2 、施工复杂 1 、水量充足 城北厂2 、水质一般 1 、冲击负荷或水质突变可能导 尾水 3 、资源充分利用致水质不达标 4 、减少了总污染负荷的排放 综合比较后，城北污水厂尾水在经过深度处理后可以作为工业企业的供水水源。 因此对城北厂尾水深度处理后回用于工业进行研究有非常高的实用价值。 另外，常州市排水管理处及常州市市政工程设计研究院联合提出尾水深度处理 直排河道方案，为使方案技术先进、经济合理，要求先进行小试试验研究，并在此 基础上进行中试试验研究，以探索更有效的工艺流程、较佳的工艺参数及较低的运 行成本，为工程设计奠定基础。 2 2 研究目的 本试验研究分小试和中试两个阶段。小试试验研究主要目的是初步确定城北污 水处理厂尾水深度处理后回用于工业的可行性。中试试验研究的目的是在小试试验 的基础上，探索更有效的工艺流程、较佳的工艺参数及较低的运行成本，为尾水深 度处理直排河道工程设计提供依据。 研究内容包括； 1 小试采用脱色消毒混凝过滤出水的工艺对城北污水处理厂尾水 进行物理化学处理，检测水质指标和分析处理效果，以探索脱色剂的最佳投加量； 探索混凝剂的最佳混凝条件和最佳投如量；探索较优的过滤型式和适合的过滤运行 参数。 2 在小试试验的基础上进行中试试验，检测处理效果，进行成本核算，以探求 华中科技大学硕士学位论文 更有效的工艺流程、较佳的工艺参数及较低的运行成本，为尾水深度处理直排河道 工程的设计提供依据。 3 、在中试的基础上进行工程设计，使之应用于实际。 2 3 研究意义 对于常州市这样一个水质型缺水的城市，通过合理有效的污水回用技术将污水 处理后回用，既可以缓解新鲜水源的需求，又可以减轻对环境的污染，具有极大的 环境效益和社会效益，其潜在的经济效益也是不可低估的。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出水再利用问题，还将为常州市和 全国的污水回用工作积累一定的经验，有利于污水回用技术在常州市乃至全国范围 内的推广，为常州市的节约用水工作打开一个新局面。 华中科技大学硕士学位论文 ：= 一= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 3 小试试验研究 3 1 小试工艺流程 经工艺比选，小试试验流程采用如图3 一l 所示的工艺 3 2 药剂及材料选择 图3 1 小试试验流程 ( 一) 脱色剂选择 城北污水厂因有较多的印染废水进入，因而尾水色度较高，达8 0 倍以上，因此 首先应满足脱色要求，提高感官舒适度。目前对脱色行之有效的方法有以下几种： a 活性炭吸附 采用活性炭吸附去除色度，吸附效果较好，工艺有3 种：颗粒活性炭固定床吸 附、生物活性炭吸附、粉状炭吸附。 颗粒活性炭固定床吸附是有效的问题是颗粒炭的再生，其投资和运转费用均 较高，能耗大。 生物活性炭事实上延长了活性炭再生的周期，运行时间一长，仍有活性炭再生 的问题。届时，若生物活性炭不再生，则较难保证脱色效果。 采用粉状炭吸附，虽然价格相对便宜，但是持续投入，操作管理不便。 b 臭氧 臭氧除具有脱色功能外，还有消毒、杀菌作用。，臭氧系统比较复杂，其核心部 分是臭氧发生器，用空气作制备气源。 臭氧既是消毒剂，又是强氧化剂，在水中不稳定，易消失，为保证管网末端的 余氯量，往往仍需投加少量的氯、二氧化氯以维持水中剩余消毒剂，因而臭氧往往 华中科技大学硕士学位论文 很少单独使用。 臭氧作为氧化剂和消毒剂的主要优点是不会产生三卤甲烷等副产物，其杀菌 和氧化功能比氯强。 臭氧生产设备复杂、投资较大，电耗也较高。 c 二氧化氯 二氧化氯是强氧化剂和消毒剂，能氧化水中多种有机污染物，不产生致癌的有 机氯代物，脱色作用主要是氧化破坏染料的发色基团和助色基团，达到脱色效果， 但是其脱色具有很大的选择性，对疏水性染色脱色效果要差些。主要缺点是运行成 本高。 d 紫外线 紫外线杀菌与化学消毒剂杀菌不同，它不是通过得失电子的氧化还原反应进行 的，而是通过由紫外光子辐射导致的光化学反应来进行。杀灭病菌的时阃很短。取 1 0 s 。 紫外线消毒成本较低，运行费用主要是电费，但灯管表面结垢会极大的影响紫 外线的消毒效果，水中的各种悬浮物及溶解性有机物和无机物都会造成灯管表面结 垢。 紫外线消毒属于瞬间消毒技术，没有向水体中添加任何化学药品，不能抑制管 网中细菌生长。 综上所述，活性炭吸附可脱色，但不能消毒；紫外线能消毒，但氧化作用差； 臭氧与二氧化氯既能氧化又能消毒。经比较，本次试验采用二氧化氯作为消毒剂和 脱色剂。 本试验选用h 9 0 8 5 0 二氧化氯发生器一台，另配余氯在线检测仪一台。 ( 二) 混凝剂选择 1 有机高分子混凝剂：有机高分子混凝剂通常分为合成有机高分子混凝剂，天然 有机高分子改性混凝剂和微生物混凝剂三大类： ( 1 ) 合成有机高分子混凝剂几乎都是水溶性的聚合物，合成有机高分子混凝剂水 解后按官能团离解后所带电荷的性质不同分为阳离子型阴离子型和非离子型三种。 华中科技大学硕士学位论文 由于胶体和悬浮颗粒多带负电荷，常使用阳离子中和颗粒所带电荷，使胶体和悬浮 物脱稳絮凝。所以，国内外在合成有机高分子混凝剂方面的研究，已经由过去的阴 离子型、非离子型，逐步向阳离子型高分子混凝剂转化。相关的报导也比较多，主 要是季胺盐类，聚胺盐类以及阳离子型聚丙烯酞胺主要用于造纸、皮革等工业废水 的处理。 ( 2 ) 天然有机高分子改性混凝剂：人工合成有机高分子混凝剂虽然发展很快，但 还存在着生物降解难，残留单体有毒等问题，所以其应用受到了限制。近年来，美、 英、法、日和印度等国，结合本国的天然高分子资源，重视化学改性有机高分子混 凝剂的研究。已有不少天然改性混凝剂产品问世。经改性后的天然有机高分子混凝 剂与人工合成的有机高分子混凝剂相比，具有无毒，易生物降解等优点。 ( 3 ) 微生物混凝剂：无机和人工合成有机高分子混凝剂的生产和应用虽然己经取 得了长足的进步，但其使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染不得不引起 人们的重视。微生物混凝剂是有机高分子混凝剂中的重要种类，是利用生物技术， 通过微生物发酵、抽提、精制而得到的一种具有生物分解性和安全性的新型、高效、 无毒的水处理剂。它是一种生物高分子化合物，包括机能性蛋白质和机能性多糖类 物质。其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定。污水处理效 果好，又不会造成二次污染。成为近年来国内外研究的重点。虽然有机高分子混凝 剂在水处理中的应用越来越引起人们的重视，但是在现阶段其成本偏高。 2 无机高分子混凝剂：无机混凝剂按金属盐种类可分为铝盐系和铁盐系两类；按 阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系；按分子量可分为低分子体系和高分子体系两 大类。无机低分子混凝剂即普通无机盐，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。 但用于水处理时，无机低分子混凝剂成本高，腐蚀性大，在某些场合净水效果还不 理想。无机高分子混凝剂是2 0 世纪6 0 年代在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的 一类新型的水处理剂。药剂加入水中，在一定时间内吸附在颗粒物表面，以其较高 的电荷及较大的分子量发挥电中和及粘结架桥作用。它比原有低分子混凝剂可成倍 地提高效能，且价格相对较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前在日本、俄 罗斯、西欧以及中国，无机高分子混凝剂都已有相当规模的生产和应用。近年来， 华中科技大学硕士学位论文 研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型混凝剂成为热点，无机高分子的品种已逐 步形成系列。聚合氯化铝是目前生产和应用技术成熟、市场销量最大的无机高分子 混凝剂。在实际应用中，聚合氯化铝具有比传统混凝剂用量省、净化效能高、适应 性宽等优点，比传统低分子混凝剂用量少1 3 一l 2 ，成本低4 0 以上，因此在国内外 已得到迅速的发展。如日本聚合氯化铝产量在2 0 世纪8 0 年代为4 0 0 k t 以上，比6 0 年代 末增长了3 0 倍，2 0 世纪9 0 年代产量己达6 0 0 k t 以上，占日本混凝剂生产总量的8 0 ， 并有逐渐取代传统混凝剂的趋势。除了聚铝以外，聚铁也具有絮凝体形成速度快、 絮团密实、沉降速度快、对低温高浊度原水处理效果好、适用水体的p h 值范围广等 特性，同时还能去除水中的有机物、悬浮