再生水深度处理系统的几种方案

再生水处理深度处理的几个方案西北电力设计院张乔1．再生水深度处理的必要性我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源仅为世界水平的1/4，西北地区尤为严重。随着经济发展和城市化进程的加快，城市缺水问题尤为突出。当前相当城市水资源短缺，城市缺水范围不断扩大，缺水程度日趋严重，据统计，全国669个城市中，400个城市常年供水不足，其中110个城市严重缺水，日缺水量达1600万m3，年缺水量60亿m3，由于缺水每年影响工业产值2000多亿元。火力发电厂是用水大户，无论是抽取地下水还是从江河湖泊取水，代价都是非常大的。很多煤炭资源丰富的地区因水资源匮乏，电站建设时不得不舍近求远。而另一方面，随着城市规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，大量城市污水外排，既污染了环境，又浪费了资源。城市污水作为新开发的第二种水源具有水量大而稳定的特点，是一种比较可靠的水资源，而且水价便宜。若将经过适当处理后的城市污水作为电厂的水源（主要是循环冷却水），一方面能够解决因水资源短缺限制电厂的发展问题，另一方面也促进了城市污水对环境污染的治理。2．污水的几个水质指标反映水质的重要参数有悬浮物、有机物、生化耗氧量、反应值、细菌及有毒物质等。1）悬浮物水体中悬浮物含量是水质污染的基本指标之一，指的是水中的不溶解的悬浮、漂浮物质，包括有机物和无机物。2）有机物生活污水和许多工业废水中均含有有机物。生活污水中的有机物主要是动植物的残体和排泄物，主要是碳水化合物、脂肪和蛋白质。有机物分解分好氧分解和厌氧分解，好氧分解在好氧细菌的作用下进行，分解过程较短，分解产物主要是CO2，H2O，NO3-,SO42-，PO43-等，分解产物以酸性状态存在，可与污水中的碱性物质发生中和反应；厌氧分解过程慢，分解产物主要是CH4，CO2，H2O，NH3，H2S，H2等，分解过程放出恶臭。氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。氨氮主要来源于人和动物的排泄物，雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源。另外，氨氮还来自化工、冶金、石油化工、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水中。3）生化需氧量有机物在好氧分解过程中，需要消耗一定的氧气，我们常常以此值作为计量水中有机物的代表。实验表明，污水有氧分解完全稳定需要很长的时间，为快速测定，将污水在20℃温度下培养5天，在此条件下测得的结果称作5日生化需氧量，记做BOD5。4）化学需氧量在酸性环境下，用强氧化剂氧化污水中有机物所消耗的氧量为化学耗氧量。氧化剂一般为高锰酸钾（KMnO4）和重铬酸钾（K2Cr2O7）。一般情况下，CODMnBOD5BOD20CODCr。废水处理的主要任务是去除废水中的悬浮物和BOD。一般分为三级处理，一级处理，又称物理处理，主要去除水中的悬浮状态的固体物质，经一级处理的城市废水BOD仅去除30%；二级处理，又称生化处理，一级处理是二级处理的预处理，二级处理能大幅度去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，BOD去除率达90%以上，BOD降低至20~30mg/l；三级处理，又称深度处理，其目的在于进一步去除二级处理未能处理的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物和磷、氮等。3.污水排放和再生水利用水质标准电厂中水回用水一般用于工业冷却水，再生水深度处理系统出水指标首先满足污水综合排放标准（GB18918-2002），也要满足污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）和工业循环冷却水处理设计规范（GB50050-2007），现将这几个标准中的水质控制指标摘录如下：GB18918-2002基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）序号基本控制项目GB18918-2002一级标准mg/l二级标准三级标准注：①下列情况下按去除率指标执行：当进水COD大于350mg/l时，去除率应大于60%；进水BOD大于160mg/l时，去除率大于50%。②括号外数值为水温大于12℃的控制指标，括号内的数值应为水温≤12℃的控制指标。GB50335-2002再生水用作冷却水的建议水质标准A标准B标准1化学需氧量CODcr5060100120①2生化需氧量BOD510203060①3悬浮物SS102030504动植物油135205石油类135156阴离子表面活性剂0.51257总氮（以N计）1520--8氨氮NH3-N（以N计）5(8)8(15)25（30）-9总磷（以P计）0.513510色度（稀释倍数）3030405011pH6~96~96~96~912粪大肠菌群数（个/l）103104104-序号项目直流冷却水循环冷却补充水1pH6.0~9.06.5~9.02悬浮物（mg/l）30-3浊度（度）-54生化需氧量BOD530105化学需氧量CODcr-756铁（mg/l）-0.37锰（mg/l）-0.28氯化物（mg/l）3003009总硬度（以CaCO3计mg/l）850450GB50050-2007直接补入循环水系统的再生水水质指标序号项目单位循环冷却补充水1pH-7.0~8.52悬浮物mg/l≦103浊度NTU≦54生化需氧量BOD5mg/l≦55化学需氧量CODcrmg/l≦306铁mg/l≦0.57锰mg/l≦0.28氯化物mg/l9碳酸盐硬度10NH3-Nmg/l≦5（当凝汽器为铜管时，1）11总磷mg/l112游离氯mg/l0.1~0.213石油类mg/l≦514细菌总数个/ml10004.几个电厂运行出水控制指标4.1华电邹县电厂再生水深度处理系统（石灰）出水控制指标：浊度2NTUCODcr30mg/lBOD52mg/lNH3-N1mg/l总磷（以P计）1mg/l10总碱度（以CaCO3计mg/l）50035011总固体（mg/l）1000100012游离氯（mg/l）-0.1~0.213异养菌总数（个/ml）-5×1054.2北方电力内蒙金桥热电厂再生水深度处理系统（MBR）出水控制指标：浊度1NTUCODcr30mg/lBOD55mg/lNH3-N1mg/l4.3华能北京热电厂再生水深度处理系统（石灰）出水控制指标：浊度2NTUBOD52mg/lPH7~8细菌总数500个/ml4.4国电康平电厂再生水深度处理系统（曝气生物滤池+石灰）出水指标：浊度5NTUCODcr30mg/lBOD55mg/lNH3-N3mg/l总磷（以P计）1mg/l5.再生水深度处理的工艺方案再生水深度处理有以下几种方案可供选择：方案一：单纯过滤或凝聚过滤处理方案二：石灰凝聚澄清过滤处理方案三：曝气生物滤池和砂过滤处理方案四：膜法处理系统5.1单纯过滤或凝聚过滤处理单纯过滤或凝聚过滤处理系统简单，运行安全，操作方便，投资也小，但受限制的条件较多，一般较少采用。1）要求再生水水质好，污水中工业废水比例小；2）根据循环水浓缩倍率和补充水碱度的大小，单纯过滤或凝聚过滤处理一般需要辅助加酸处理。当循环水浓缩倍率不高以及原水碱度较低时，采用单纯过滤或凝聚过滤处理辅助加酸是可行的，反之就不宜采用。5.2石灰凝聚澄清过滤处理5.2.1原理石灰处理系统作为电厂循环冷却水的补充水处理早在50年代就有应用的实例。尽管石灰处理系统具有运行费用低，不污染自然水体等优点，但由于劳动强度大，劳动环境差，污染，堵塞等原因影响了石灰处理技术的发展。随着科技的发展，人们环保意识的不断增强，石灰处理系统得到了许多改进，越来越多的电厂采用了石灰处理系统，积累了许多宝贵的经验。石灰处理是通过投加石灰石控制出水PH为10.3~10.5，进行下面三个反应，产生大量各种形态的CaCO3结晶，降低水中暂硬的，同时生成结晶核心还可以对其他杂质其凝聚，吸附作用；而且石灰乳引起的PH的升高也为氨氮和磷酸盐的去除创造了条件。为了提高工艺的沉淀效果，一般在处理过程中投加适量的凝聚剂与助凝剂，通过压缩双电层作用是分散的悬浮物，CaCO3结晶，有机物，有机粘泥，胶体物等带电体失稳，在机械混合搅拌和高分子助凝剂架桥与网捕作用下，颗粒物质碰撞结合长大，使污染物变的容易沉降。石灰参与的软化反应有：CO2＋Ca(OH)2→CaCO3↓＋H2OCa(HCO3)2＋Ca(OH)2→2CaCO3↓＋2H2OMg(HCO3)2＋Ca(OH)2→2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O理论上经石灰软化后，水中的硬度能降低到CaCO3和Mg(OH)2溶解值，但实际上钙，镁离子的残留量常高于理论值，这是因为反应所生成的沉淀中会有少量呈胶体状悬浮于水中不能沉淀下来。所以为了尽量减少残留的碳酸盐硬度，同时加入了聚合硫酸铁作为絮凝剂，这样在去除碳酸盐硬度的同时也去除了一部分悬浮物。石灰及聚合硫酸铁后加入硫酸的作用为：（1）调节石灰加入造成的pH值得升高；（2）把石灰没有去除的碳酸盐硬度转化为溶解度较大的非碳酸盐硬度。深度处理可以去除90%以上的碱度，磷酸盐，浊度，铜，铝和亚硝酸盐，去除硅酸盐，铁，氨，BOD5和CODcr的能力在30%以上。该工艺具有如下优点：（1）水质使用范围广，基本上适用于各种城市污水，可以抵御或缓冲二级处理污水（水源水）水质波动影响；（2）可以除磷、可以除钙，镁，硅，氟的一部分；（3）可以去除某些重金属；（4）可以降低细菌及病菌含量；石灰有巨大的表面积和新生态活性,具有良好的吸附功能,去接触、捕捉微小的胶体颗粒,从而可以对悬浮物、有机物和菌藻类有效地去除；（5）可以降低碱度；（6）石灰处理所形成的环境条件可以有益于NH3-N的分解，金属和混凝土材料缓蚀，反应产物的沉降分离；（7）便于排出物的进一步固态化浓缩处理；（8）价格低，有效成分含量高，有较好的经济性。5.2.2系统简介石灰处理系统主要流程一般为：聚合硫酸铁石灰乳硫酸杀菌剂杀菌剂↓↓↓↓↓二级污水→泥渣分离接触澄清池──────→变孔隙滤池→过滤水池→循环水系统↑↑反洗水压缩空气混凝澄清系统澄清池的具体设备内部流程反应如下：接触--进水管在池的中部以切线方向直接进入混合室内，在高流速下与药剂迅速混合，激烈的搅拌可以使钝化层不断脱落，混合室给予凝聚剂溶合的必要条件，微粒在此间经凝聚达到失稳效果，并碰撞聚合，反应室下部有搅拌器，帮助水流呈旋流上升状态。聚合--水流进入反应室后继续进行凝聚反应和絮凝反应，逐渐结合为不同类型的初期絮团，絮团在此间及以后需要受到较好的保护不被粉碎，未能凝聚的残余微粒也可能被絮凝剂或絮团扑捉。分流--水流折返向上时分流，一股向外进入澄清区，折返的离心力使已经反应变大的颗粒向下沉淀，原水得到第一次澄清。另一股水流向内回流，被搅拌器提升再次进入反应室，与新鲜水混合，未分离颗粒再次反应并可以起核心作用。后期反应--进入澄清区的水中带有初凝絮团和残余未凝微粒，在流速变化下悬浮滞留于水层间，慢慢形成一定厚度的悬浮泥渣层。此悬浮泥渣层具有吸附活性，初凝絮团逐渐长大，形成巨大的活性透水滤层，它可以有效吸附残余微粒和非溶胶体物，也可以继续行后期接触反应，这是提高出水质量的重要阶段。活性泥渣由水中反应产物补充，失去活性的悬浮层在上部通过收集器排除。澄清--澄清水最后通过清水区，它可以起到稳定和某些变化的缓冲作用。出水--水流经环形出水槽中间的小孔溢流进入槽内，汇集至出水口。保持四周小孔同时出水是保证澄清池效率（容积系数）的重要标帜，环形槽的水平度是可以调节的。排泥—沉降渣由底部排出，悬浮渣由上部引出。位于池底的刮泥机为全程刮泥，防止有死泥淤积、有机物繁殖并产生气体，干扰澄清环境。池底部的沉积泥渣被刮泥机渐次刮到池的中部泥斗中储存，斗内的浓缩泥渣因搅动不会凝固堵塞，定期通过排污口排放。泥斗排泥和池外泥渣池构成排泥系统，自动定时排泥和清洗。浓泥渣送至脱水机。澄清池在在异常情况下出现的水面污物，可以通过溢流口排出。泥渣分离接触型澄清池设备技术参数及规范澄清池分离区的上升流速不大于0.8mm/s停留时间：～3.0h；澄清池出水应保证悬浮物≤10mg/l，控制出水碳酸盐硬度