第24章其他给水与废水处理工艺系统

第24章其他给水与废水处理工艺系统24.1概述除常规的给水处理工艺及废水处理工艺外，实际生活及生产中还有许多特种水源水及工业废水，因原水水质及处理要求的不同，需要采用特别的工艺系统进行处理。24.1.1特种水源水处理概况地面水常规处理工艺，主要是指在以天然地面水为原水的城市自来水厂中采用最广的一种工艺系统，主要以去除水中的悬浮物和杀灭病原菌为目标而设计。但某些地区由于水源的特殊，需要采用特殊的处理工艺系统进行给水处理。某些工业企业因生产上的需要对用水水质要求比常规城市给水的要求更高，因此也需要采用特定的处理工艺系统进行给水处理。我国地域宽广，各地水源的水质水量差异较大，如有的地方以地表水为水源，有的地方只能以地下水为水源。有的地方水源水的水质好，只需进行简单的常规处理以去除悬浮物和杀灭病原菌，即能满足城市用水需求。而有的地方地表水水源存在含沙量过高、受到污染等问题，针对我国目前面临问题较多的黄河水含沙量大，浊度高的现实，本章对高浊度处理工艺系统进行了一些介绍。地下水资源是人类生存空间的重要组成部分，不仅在数量上具有举足轻重的地位，而且具有水质好、分布广泛、便于就地开采利用等优点，一直是重要的饮用水水源之一，尤其是对于郊区和农村地区的用水。目前我国半数以上的城市、乡村的经济发展和居民生活用水以地下水为主要供水水源，在地表水水源普遍受到污染的今天，对地下水的依赖程度将继续增加。近年来由于地表生态环境的破坏和污染，致使地下水水质日益恶化，污染问题越来越突出。我国地下水污染主要是由工业和生活的三废物质未经处理任意排放以及人为破坏水文地质条件所致，主要超标元素有矿化度、总硬度、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、氯化物、氟化物、砷化物、pH值、铁和锰等。针对地下水水源存在含铁、锰、氟等过高，对人体有害的现状，本章主要对水的除铁除锰、除氟除砷工艺做了一些介绍。针对许多工业企业对用水水质要求越来越高的现实，本章还介绍了工业给水预处理、软化和除盐工艺系统。24.1.2工业废水处理概况工业企业各行业生产过程中排出的废水，统称为工业废水，其中包括生产废水、冷却废水和生活污水3种。工业废水具有排放量大、组成复杂、污染重等特点，其防治对策取决于工业废水的特性。由于工业类型繁多，每种工业又由多段工艺组成，因此工业废水性质及特性各不相同。通常按4种方法对工业废水进行分类。①按产生废水的工业部门或生产工艺分类。如啤酒废水、造纸废水、纺织印染废水、制革废水、农药废水和石油化工废水等。②按工业废水中所含主要污染物的性质分类。含无机污染物为主的称为无机废水，含有机污染物为主的称为有机废水。例如，电镀和矿物加工过程的废水是无机废水，啤酒和石油化工生产过程中的废水是有机废水。这种分类方法比较简单，对考虑处理方法有利。如对易生物降解的有机废水一般采用生物处理法，对无机废水一般采用物理、化学和物理化学方法处理。不过，在工业生产过程中，一般废水既含无机物，也含有机物。③按废水中所含污染物的主要成分分类。如酸性废水、碱性废水、含酚废水、含油废水、含镉废水、含锌废水、含铜废水、含汞废水、含氟废水、含有机磷废水和含放射性废水等。这种分类方法的优点是突出了废水的主要污染成分，可有针对性地考虑处理方法或进行回收利用。④根据废水处理的难易程度、可生物降解性和危害性进行分类。通常可分：易处理危害小的废水，如冷却水，对其稍加处理即可排放或回用；易生物降解无明显毒性的废水，如啤酒废水，可采用生物处理法；难生物降解又有毒性的废水，如含重金属废水，含有机氯农药废水，可考虑物化处理或物化与生化联合的处理方法。上述废水的分类方法只能作为了解污染源时的参考。实际上，一种工业可以排出几种不同性质的废水，而一种废水又可以含有多种不同的污染物。通过这些分类，也可初步了解工业废水的性质，为研究其处理措施提供参考。随着我国工业的发展，工业废水的排放量日益增加，达不到排放标准的工业废水排入环境，会污染我们的生存环境。由于工业废水成分复杂，其引起的污染也不同，主要引起的污染有：固体污染、有机耗氧污染、油类污染、有毒污染、生物污染、酸碱污染、营养性污染、感官污染和热污染等。为保护环境，急需进行工业废水治理，消除工业废水污染，所有的工业废水排放，必须严格遵守相关的排放标准。工业废水的治理首先要强化清洁生产，实现源头控制，减少废水排放量，降低废水污染物浓度。工业废水的处理方法很多，大体可分为：物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法。由于工业废水的污染物成分复杂，仅靠一种处理方法，难于达到去除所有污染物的目的。一种工业废水往往要采用多种方法组合的工艺系统进行处理，才能达到预期的处理效果。选择工业废水处理方法，首先需要了解废水水质水量情况，分析其废水来源和污染特征，然后参考已有的相同企业的工业废水处理工艺流程进行设计；如无资料可参考，则可通过实验确定适宜的工艺流程。本章重点介绍了啤酒废水、含油及石油化工废水和纺织印染废水的处理工艺系统。24.2特种水源水处理工艺系统24.2.1高浊度水处理工艺系统1.高浊度水水质特点在给水工程范畴内，高浊度水系指原水水质浑浊度高、泥沙含量大的地表水。我国是高浊度水河流众多的国家，其中流经黄土高原的黄河干、支流的河水多为高浊度水。世界各国对高浊度水中的悬浮物含量或浑浊度的下限标准各有不同。我国长江水系与黄河水系对高浊度水的标准也不同，长江高浊度水的标准是：凡长江流域每年洪水期河水浑浊度经常（20~30天）出现大于或等于1000度，而且还出现数次大于5000度的浑水，就可称为长江水系高浊度水。黄河高浊度水除指含沙量高（一般为10~100kg/m3）以外，更重要的是在沉淀过程中出现明显的清浑水界面，即以浑液面沉淀（属拥挤沉降）为特征的水体。我国黄土高原沟壑地区，植被差，汛期暴雨集中，降雨强度大，水土流失极为严重，成为黄河干、支流的主要泥沙来源。黄河水是典型的高浊度河水，以黄河龙门监测站为例，其多年最高月平均含沙量为248kg/m3，历年最大含沙量达933kg/m3。高浊度河水的含沙量变化受暴雨影响明显。暴雨过后，河水含沙量会迅速增大，暴雨结束后，河水含沙量又会逐渐减少，所以高浊度河水的含沙量具有沙峰的特点，黄河的上、中游及其支流的沙峰现象尤其明显。由于黄河上游的干、支流中多个沙峰相互叠加，延长了中、下游沙峰的持续时间，含沙量波动减少，从而具有持续不断的特点。黄河高浊水中来源于黄土高原的泥沙，各沙峰颗粒组成各不相同，但总的特点是以粒径小于0.05mm细泥沙为主，一般占50%以上，所以当含沙量大于10kg/m3时一般都具有拥挤沉降的特点，沉淀十分缓慢。黄河高浊度水由于含沙量极高，给水处理带来很大困难。建国以来，以黄河高浊度水为水源，我国已建成大量水厂，积累了丰富的高浊度水处理经验。高浊度水沉淀时具有拥挤沉降的特点，浑液面沉降缓慢，且含沙量愈高沉速愈小。向高浊度水中投加混凝剂或絮凝剂可加速沉降。在黄河下游，特别是龙门以下的河段，属于游荡性河流，河水主流经常摆动，特别是洪水过后，主流会有大幅度摆动，常导致取水脱流，取不上水。因此应提前贮存足够的水，以保证取水脱流期的正常供水。我国高浊度水处理，过去主要处理对象是以泥沙为主，因此当时的高浊度水处理工艺重点是对水中泥沙，尤其是对其中的悬移质泥沙进行处理，满足水厂出水浊度的要求。随着水环境污染，我国高浊度水也同样面临遭受污染，水质日益恶化的威胁，对受污染高浊度水的净化问题已提到议事日程，并亟待解决。a.高浊度水处理工艺系统高浊度水处理对浊度的去除率要求更高，采用常规的一级混凝沉淀、澄清处理不能满足处理要求。因此，高浊度水处理的特点是在常规处理工艺前增加预处理工艺。高浊度水预处理工艺主要是用沉淀的方法除去水中的绝大部分泥沙，使水的浑浊度（泥沙含量）降低到几百NTU以下。预处理出水再用常规工艺进一步处理，即可满足水厂出水浊度的要求。高浊度水处理的一般工艺流程如图24-1所示：图24-1高浊度水处理的一般工艺流程图24-2为采用辐流式沉淀池进行预处理的高浊度水处理工艺。高浊度水先经辐流式沉淀池进行预处理，此时既可采用自然沉淀，也采用絮凝沉淀。辐流式沉淀池自然沉淀时的排泥浓度为150~300kg/m3，在絮凝沉淀时为150~350kg/m3。由于辐流式沉淀池为钢筋混凝土结构，造价较高，故多采用效率较高的絮凝沉淀。采用絮凝沉淀时，在高浊度水流入沉淀池以前向进水管中投加高分子絮凝剂（如阴离子型聚丙烯酰胺HPAM），水与药剂在进水管中混合后，进入沉淀区进行沉淀。沉淀后水的浑浊度可降至几百NTU甚至几十NTU。随后再用常规工艺处理，即向水中投加混凝剂（如聚合铝PAC），经混合、絮凝、沉淀、过滤和消毒，即可获得合格的处理水。图24-2高浊度水处理工艺示例高浊度水辐流式沉淀池混合絮凝沉淀过滤清水池出水预处理常规处理HPAMPAC排泥Cl2排泥高浊度水预处理常规处理出水排泥采用絮凝沉淀对高浊度水进行预处理时，占地面积小、处理效率较高，但药剂费用增加。当厂区面积允许时，也可采用自然沉淀的方法进行高浊度水的预处理。由于高浊度水的沉淀缓慢，自然沉淀池的容积较大，为了降低造价，自然沉淀池常修建成长方形的由土堤围成的池子。水在自然沉淀池中常沉淀数十小时，沉淀池出水的浑浊度一般可降至几十NTU，其排泥则多采用挖泥船完成。高浊度水沉淀池的排泥浓度一般只有几百kg/m3，如果进池高浊度水的含沙量比排泥浓度还高，那么进池原水将全部被排出而达不到沉淀预处理效果，反而白白浪费了许多抽水和排泥的电能。忽略出流清水中的泥沙含量，可得沉淀池进出水和泥沙平衡关系如下：uoouCCQQ（24-1）式中Qo——进水流量；Qu——排泥流量；Co——进水泥沙浓度；Cu——排泥泥沙浓度。由上式可知，进水泥沙浓度越高，排泥流量所占比例就越大，预处理就越不经济。实际工程中一般认为，进水泥沙浓度超过100kg/m3（有的选取更低的限值）便不经济了。为了降低运行成本，许多水厂在高浊度水含沙量超过上述限值时，便暂停取水，直到沙峰过后进水泥沙浓度降至限值以下时再恢复取水，即“躲避沙峰”。在躲避沙峰期间，水厂仍需不间断地向用户供水，这就需要提前贮水备用。此外，在黄河中、下游，如果取水口处有脱流现象发生，也需要贮水备用。在黄河下游甚至出现过断流现象，许多从黄河取水的水厂需要贮存数月甚至1年的备用水，以保证黄河断流时不间断供水。一般将贮水与自然沉淀结合起来，即将自然沉淀池扩建，兼具自然沉淀和贮水的双重功能。水在贮水池中经长时间的沉淀，可使沉淀效果进一步提高，使后续的常规处理更好地进行。这种工艺如图24-3所示：图24-3用贮水池作预处理的高浊度水处理工艺高浊度水沉淀处理也可采用斜板或斜管沉淀池，以提高沉淀效果。由于浑水密度流的影响显著，采用上向流斜板斜管沉淀装置比较适用。为了减少水中的泥沙，还可在取水构筑物头部安设斜板沉沙装置，以去除水中部分粗沙，防止在管渠中沉淀。有的水厂在河边修建斗槽取水构筑物，斗槽可沉淀部分泥沙，还可防止冰凌堵塞取水口，对保障取水安全起重要作用。高浊度水澄清池滤池清水池出水PACCl2HPAM高浊度水自然沉淀池贮水池混合絮凝沉淀过滤清水池出水预处理常规处理PAC排泥Cl2排泥图24-4采用澄清池的高浊度水处理工艺对于中、小水厂，当高浊度水的含沙量不是很高时，也可采用适于高浊度水处理的澄清池直接进行处理，它集预处理和常规沉淀于同一个净水构筑物，简化了处理流程，降低了建设费用，其处理工艺流程如图24-4所示。高浊度水水厂排出的泥量很大，必须妥善处置。黄河上、中游流下来的泥沙，在黄河下游河床中淤积，使河床每年抬高约0.1m。为了不再加重黄河下游的淤积，黄河水利委员会规定，以黄河水为水源的水厂不得将沉下的泥沙再排回黄河。所以黄河水厂必须对沉淀下来的泥沙进行处置。常见的泥沙处置利用途径有：①淤坝；高浊度水的预处理沉淀池，一般都建于黄河岸边取水口旁，由水厂排出的泥水可直接抽送至黄河堤坝进行沉淀淤积，以加高加宽堤坝。②制砖；将泥沙在岸边空地沉淀淤积、干化，用作制砖原料。③淤田造田；使排泥水在河边沙石地带