环境工程开题报告 城市污水回用于冷却水问题的研究

北京理工大学珠海学院北京理工大学珠海学院 毕业设计 论文 开题报告毕业设计 论文 开题报告 中文题目 中文题目 城市污水回用于冷却水问题的研究 英文题目 英文题目 Study on problems about reusing the treated municipal sewage as cooling water 学学 院 院 化工与材料学院 专专 业 业 环境工程1班 学生姓名 学生姓名 刘颂敏 指导教师 指导教师 彭祥捷 一 研究的现状及其意义一 研究的现状及其意义 我国是个贫水的国家 全国每年缺水总量达 12 109m3 而工业用水占城 市供水量的 80 左右 循环冷却水又占工业用水的 70 80 以上 如电力工 业的冷却水占总用水量的 99 石油工业的冷却水占 90 1 随着我国经济的 快速发展 人口的增加 水体污染的加重 用水问题已严重制约着工业的发展 节约用水 改进技术 提高水价和远地引水都能在一定程度上缓解水资源短 缺问题 但目前世界各国都将城市污水回用作为解决缺水问题的首选方案 因 为城市污水中只含 0 1 的污染物 而海水含盐 3 5 而且水量水质稳定 不 受季节影响 美国早在 20 世纪 30 年代就开始将城市污水回用于冷却水 到目 前已达 30 多个项目 在英国 南非和以色列城市污水回用于冷却水都已比较 普遍 国内城市污水回用冷却系统还处于起步阶段 尚没有大规模的工业实践 目前 国内城市污水经二级处理后再生回用于工业循环冷却系统的并不多 华 能北京热电厂设计容量为 654 770MW 其工业用水和循环冷却系统补充水源为 高碑店污水处理厂的二级处理出水 经深度处理后的回用水质 BOD5 5 mg L SiO2 18 4 mg L Cl 180mg L SS 10 mg L 碱度 300 mg L 已达 到循环冷却水的水质标准 二 研究目标 研究内容和拟解决的关键问题二 研究目标 研究内容和拟解决的关键问题 城市二级污水 尽管去除了绝大部分的 BOD SS 和 COD 但与新鲜水相比 除磷和氨氮之外 其含 Cl 硬度和无机溶解性盐类较高 当污水回用到循环 冷却系统 污水在冷却塔中蒸发浓缩 当达到一定的浓缩倍率时 水中的 Ca2 磷酸根等会引起腐蚀结垢 因此 城市污水并不等同于天然水 在冷却 水系统中 除了要考虑常规冷却水处理的结垢 腐蚀和杀菌等问题 还要注意 城市污水回用带来的许多新问题 2 1 氨氨 实践证明 氨在冷却塔内发生了硝化作用 被解吸和降解 而在循环水中 不会发生富集 有的甚至消失 研究发现补充水的氨为 2 9mg L 浓缩倍数 为 6 14 时 循环水中的氨氮为 0 4 9 mg L 分析其原因可能是氨在冷却 塔内被硝化和解吸 从而没有在冷却水中发生积累 经测定 1 对氨氮的去除 80 为硝化作用 10 为解吸作用 10 为微生物同化作用 Palo Verde 核电站 利用二级处理出水作冷却水 2 当浓缩倍数为 15 补充水含 5mg L 氨氮时 系统未出现很严重的结垢和腐蚀 仅造成微生物粘泥增多 可通过杀菌控制 2 2 磷磷 磷一方面是微生物的营养物质 使冷却水滋生大量的微生物 造成循环水 中生物粘泥增多 另一方面也会引起磷酸钙的沉积 磷酸钙是一种硬垢 不易 除去 会造成热交换器清洗困难 对磷酸钙垢的控制主要从两方面着手 利 用冷石灰或铝盐等去除回用水中的 PO34 从而降低循环水的磷酸盐浓度 通过加入硫酸调节循环水的 pH 值 适当添加磷酸钙垢的分散剂 美国某大型 石化厂引用二级处理出水为冷却水时 3 利用石灰混凝深度处理 使磷酸盐浓 度达到 0 1mg L 成功地抑制了磷酸钙垢的形成英国 Croydon 电站曾遭受磷酸 钙垢的影响 经调查发现其回用水中 CO2 在冷却塔内由于受吹脱作用而大量逸 出 致使冷却水的 pH 值增高 促进了磷酸钙的形成 当然可以通过加 H2SO4 控 制 pH 值使磷酸钙垢明显减少 进一步研究发现 在不结垢的前提下 当 pH 值 由 8 0 降至 7 5 7 0 6 5 时 最大浓缩倍数可分别由 1 1 提高到 1 5 2 2 和 3 7 三 研究的基本思路和方法 技术路线 实验方案及可行性分析三 研究的基本思路和方法 技术路线 实验方案及可行性分析 3 3 1 1 基基本本思思路路和和方方法法 城市污水经常规的二级处理后尽管可除去大部分的有机物 但与天然 水相比 出水中的 COD 特别是氨氮浓度仍较高 浓度为 10 12mg L 大大超 过了冷却水水质要求的氨氮 1mg L 若再采用常规的深度处理 如折点加 氯 空气吹脱 生物法等处理 4 不仅提高了回用水的成本 还增加了环 境污染 为此 以城市污水厂的二级处理出水为原水 进行了动态模拟试验 以研究二级处理出水直接回用于循环冷却水系统时氨氮和COD 的变化 探 索其直接回用作循环冷却水的可行性 3 3 2 2 技技术术路路线线和和实实验验方方案案 3 2 1 动态模拟装置 图 1 为循环冷却水系统动态模拟装置图 图中设计内容和材质主要参 照了化工行业标准冷却水动态模拟试验方法 HG T2160 91 的设计要求和 试验条件 还参考了化工行业标准中的水处理剂缓蚀性能测定旋转挂片法 HG T2159 91 5 6 填料为 2cm 2cm 聚乙烯鲍尔环 水泵最大流量为 1 1 5m3 h 各连接管线为 PVC 管 分散器 有机塑料片 布水器 采用洒水器头 鼓 风 采用普通的曝气器 其余各容器均采用有机玻璃定做 装置要求 冷却塔进出口温差在 10 15 旋转器的转速在 75 150 r min 能连续工作 200h 以上 水浴锅 恒温 要求在 50 3 2 1 试验水质 以武汉市为沙湖水质净化厂城市二级处理出水为试验用水 其水质状 况见表 1 表 1 动态试验的原水水质 项目 pH NNH 4 mg L NNO 2 mg L NNO 3 mg L COD mg L 数值 7 4712 090 020 3449 59 1 3 试验说明 试验开始时取城市污水厂二级处理出水置入系统进行调试 控制浓缩倍率 在 2 3 左右 试运行 30d 后开始试验研究 试验时 首先排尽试运行时的 水样 加入城市污水厂二级处理出水 调节流量和控制冷却水在进 出冷却塔 的温度 进行启动试验和不同浓缩倍率试验 其试验条件 Q 0 06 L s 水浴锅 温度为 55 冷却水进塔温度为 40 冷却水出塔温度为 32 旋转器 速度为 80r min 排污时间为 6h 3 3 可行性分析 由于冷却塔的作用 使得城市污水厂二级处理出水中的高氨氮浓度在 敞开式循环冷却水系统迅速下降 最后稳定在 2mg L 左右 且不随系统的运 行时间和浓缩倍率而变化 且其中有约 60 的氨氮转变为硝酸盐氮 另有约 30 的则通过解吸作用除去 冷却水中的 COD 浓度基本保持稳定 降低了对冷却水系统的影响 城 市污水厂的二级处理出水回用作循环冷却水 有效地缓解了城市和工业用水 紧张的问题 对于敞开式循环冷却水系统 因其水质要求不高及冷却水系统 的特殊性 大大降低了由氨氮和 COD 带来的不利影响 故十分有利于城市污 水厂二级处理出水回用作冷却水 4 4 研究计划及进度安排研究计划及进度安排 根据污水再生回用现状和我国城市污水二级处理出水的水质情况 结合 冷却水水质要求 重点考虑以下四种处理工艺 直接过滤 杀菌后回用 经混凝沉淀 过滤 杀菌后回用 经混凝沉淀 过滤 活性炭吸附 杀 菌后回用 将二级处理改造为 A O 法 经混凝沉淀 过滤 杀菌后回用 研究结果表明 过滤对去除 SS 十分有效 还可去除约 30 BOD5 约 60 COD 但直接过滤工艺对于溶解性物质 色度 总磷去除不高 并且很难 使出水浊度 10NTU 冷却水的浊度标准为低于 5NTU 若直接过滤回用于冷 却水系统 势必造成磷酸盐结垢 而经混凝沉淀后过滤可明显降低 SS 和磷酸 盐含量 加入石灰或铝盐混凝剂可使磷酸盐浓度降至 0 5mg L 以下 而且 过滤前大量去除 SS 提高了过滤周期 经过滤杀菌后出水 BOD5 10mg L SS 5mg L TDS 900mg L Cl 200 mg L 磷酸盐 以 P 计 0 5mg L 已完全达到冷却水水质标准 对于处理工艺 尽管活性炭吸附脱色效果明显 出水水质与自来水水 质相近 但考虑到冷却水对色度要求不高 而活性炭处理费用昂贵 故一般 不选用 而工艺 的 A O 法可去除 60 70 的氨氮 对提高回用的安全性十 分有利 但其生产构筑物庞大 控制厌氧 缺氧条件的操作复杂 综上所述 按目前国情推荐采用工艺 因冷却塔具有吸收和降解氨氮 的作用 在设计中应考虑是否需要进行脱氨氮处理 五 参考文献 1 周彤 城市污水回用与于循环冷却水时氨氮去除 J 工业用水与废水 2000 31 6 9 11 2 Thomas A Shaw Palo Verde nuclear generating station secondary sewage effluent as a cooling water source J International Water Conference 1990 2 26 34 3 Rebhun Reuse of wastewater for industrial cooling system J Water Pollution Control Federal 1995 60 2 32 35 4 周彤 污水零费用脱氮 J 给水排水 2002 26 2 37 39 5 HG T 2160 91 冷却水动态模拟试验方法 S 6 HG T 2159 91 水处理剂缓蚀性能的测定 旋转挂片法 S 7 张智 阳春 城市污水回用技术