（市政工程专业论文）再生水回用于电厂循环冷却水的工艺研究.pdf

s t u d y o ft h et r e a t m e n tt e c h n i c s c o o l i n gs y s t e mi np o w e rp l a n t b ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l ij i a s u p e r v i s o r ：p r o f z h a n gl i p i n g c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 李侄 阳矽年多月7 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 鹰住 獭年 、 ) a 少年6 只lb 沏( o 年易具 摘要 水资源缺乏是二十一世纪我国社会经济可持续发展最突出的问题之一，如何解决水 资源问题，是当前急需解决的重要课题。电力工业是国民经济发展的支柱产业，发电厂 用水的6 0 - 8 0 主要用于循环冷却系统，由于城市二级排放液来源稳定，是火电厂循 环冷却系统的重要补充水源之一。因此，如何采取有效的处理工艺利用城市二级出水是 本课题研究的重点。 本课题针对某市污水厂二级排水的水质特点，即：低有机物浓度，高氨氮水平，将 传统工艺进行合理改良，提出适合处理低碳高氨氮污水的工艺方案，并对三种备选方案 在去除机理和经济性因素比较后得出一个最佳的处理方法。 方案一：生物接触氧化+ 混凝沉淀+ 微滤，该工艺适用于低有机物浓度的污水处理， 并能取得较好的去除效果，有一定的脱氮作用，出水水质较好。对c o d 、b o d 5 、s s 的 去除率分别为7 4 4 、8 5 6 、9 0 以上，但对于氨氮的去除率不高。 方案二：a o 结合接触氧化法+ d 型滤池，该工艺将生物接触氧化工艺与a o 相结 合，非常适合低碳、高氨氮污水的处理，对c o d 、b o d 5 、氨氮、s s 的去除率分别为 7 0 、9 0 、8 3 、9 5 以上。出水效果好，且能耗低，工艺流程简单，占地少，符合 该工程实际情况。 方案三：m b r 工艺，反应池中高浓度的m l s s 对于有机物的去除有很高的效率， 对c o d 、b o d 5 、氨氮、s s 的去除率分别为7 0 、8 0 、7 0 、9 0 。此工艺占地面积 小，但成本过高，运行及维护费用也偏高，并且m b r 工艺用于大规模再生水厂的实例 较少，具体可行性仍需进一步佐证。 三个备选方案在去除机理、经济性及去除效果方面综合比较后，确定方案二改良 a o + d 型滤池为最佳工艺。 关键词：再生水回用、脱氮、生物接触氧化、a o 、m b r a b s t r a c t a b s e n c eo fw a t e rr e s o u r c ei so n eo ft h em o s tp r o m i n e n tp r o b l e m so nc o n t i n u a b l e d e n e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m yi nt w e n t y f i r s tc e n t u r y s oh o w t or e s o l v et h ep r o b l e mh a s b e e nt h em o s ti m p o r t a n tr e s e a r c hf o ru s t h ee l e c t r i cp o w e r i n d u s t r yi su n d e r p i n n i n go n et h a t c i v i le c o n o m yd e v e l o p m e n t i nt h ep o w e rp l a n t6 0 8 0 o fw a t e ri sb e e nu s i n gc o o l i n g w a t e rs y s t e m s t h er e c y c l e dw a t e rh a sb e e no n eo fi m p o r t a n tc o o l i n gw a t e rs o u r c ei nt h e p o w e rp l a n tb e c a u s eo f i t ss t e a d ys o u r c e h o wt ot a k ee f f e c t i v em e a s u r e st ou s et h es e c o n d a r y e f f l u e n tf r o mw a s t e w a t e rp l a n ti st h ei m p o r t a n tp r o b l e mi nt h ep a p e r a c c o r d i n gt ot h es e c o n d a r ye f f l u e n tq u a l i t yc h a r a c t e r i s t i c sf r o mw a s t e w a t e rp l a n t ，t h a ti s ： l o wc o n s i s t e n c yo r g a n i c sa n dh i g h c o n s i s t e n c ya m m o n i an i t r o g e n b yw a yo fp r o p e r l y i m p r o v e dt e c h n o l o g i e s ，a n db r o u g h t f o r w a r ds o m e a p p r o p r i a t e t h a tw a t e r q u a l i t y c h a r a c t e r i s t i c s ，c o m et ot h eb e s tc o n c l u s i o nb ym u l t i p l ec o m p a r e r i n ga b o u tt h r e et e c h n o l o g i e s o ne l i m i n a t i n gp r i n c i p l e sa n de c o n o m i c a le f f i c i e n c y m e t h o d1 ：b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n + c o a g u l a t i o n + m i c r o f i l t r a t i o n t h ep r o c e s sf o r l o wc o n c e n t r a t i o n so f o r g a n i cw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，a n dc a na c h i e v eg o o dr e m o v a le f f i c i e n c y , h a v es o m ed e n i t r i f i c a t i o n ，e f f l u e n tq u a l i t yi sb e a e r t h ev a r i o u si n d i c a t o r sc o d ，b o d 5 ，s s r e m o v a lr a t ew a s7 4 4 ，8 5 6 ，9 0 ，a n df o rt h er e m o v a lr a t ei sn o th i g h m e t h o d2 ：a oc o m b i n e dw i mc o n t a c to x i d a t i o n + d t y p ef i l t e r , t h ep r o c e s so f b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sw i t ht h ea oc o m b i n a t i o ni si d e a lf o rl o w - c a r b o n h i g h a m m o n i aw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ，t h er e m o v a lo ft h et a r g e tc o d ，b o d 5 ，a m m o n i a ，s sr e m o v a l r a t ew a s7 0 ，9 0 ，8 3 ，9 5 w a t e re f f e c t ，a n dl o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，t h ep r o c e s si s s i m p l e ，s m a l lf o o t p r i n t ，i nl i n ew i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h ep r o j e c t m e t h o d3 ：m b rp r o c e s s ，t h er e a c t i o np o o lo fh i g hc o n c e n t r a t i o no fm l s sf o rt h e r e m o v a lo fo r g a n i cm a t t e rh a sh i g he f f i c i e n c y , t h er e m o v a lo ft h e t a r g e tc o d ，b o d 5 ， a m m o n i a ，s sr e m o v a lr a t ew a s7 0 ，8 0 ，7 0 ，9 0 t h i sp r o c e s sc o v e r st h em i n i m u m ，b u t t h ec o s ti st o oh i g h ，r u n n i n gc o s t sa r eh i 曲m a i n t e n a n c e a n dt h em b r t e c h n o l o g yf o r l a r g e s c a l er e c y c l i n gp l a n ti nt h ei n s t a n c eo ft h el e s ss p e c i f i cf e a s i b i l i t ys t i l ln e e d sf u r t h e r c o r r o b o r a t i o n t h et h r e eo p t i o n si nt h er e m o v a lm e c h a n i s m ，r e m o v et h ee f f e c to ft h ee c o n o m ya n d l i c o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o n ，t od e t e r m i n et h ep r o g r a mt w om o d i f i e da 0 + d - f i l t e ra st h e b e s tt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：r e c y c l e dw a t e r , d e n i t r i f i c a t i o n ，b i o l o g i c a lc o n t a c to x i d a t i o n , a 0 ，m b r i i l 目录 第1 章绪论1 1 1 水资源与水污染1 1 1 1 水资源短缺l 1 1 2 水污染l 1 2 污水的再生回用“2 1 2 1 城市污水再生回用概述2 1 2 2 国内外污水再生工业回用概况3 1 2 3 污水再生技术的概述4 1 3 课题来源及研究内容8 1 3 1 课题来源”8 1 3 2 研究内容”j 8 第2 章城市污水排水现状1 0 2 1 城镇污水处理厂排放标准1 0 2 2 城镇污水处理厂的出水排放情况1 1 第3 章工业用水水质标准1 4 3 1 工业循环冷却水水质要求1 4 3 2 污水二级处理后的水质1 7 3 2 1 与生物黏泥和藻类有关的水质指标”1 7 3 2 2 影响浓缩倍率的水质指标1 9 3 2 3 其他水质指标2 0 第4 章再生水处理工艺的分析与选择2 1 4 1 二级出水的深度处理方法概要2 l 4 2 污水再生处理工艺的分析与确定2 4 4 2 1 再生水厂实例分析一2 4 4 2 2 再生水厂工程概况2 7 4 2 3 再生工艺的确定2 7 i v 4 3 4 4 4 4 2 改良a o 脱氮技术”3 3 4 4 3 改良a o 脱氮工艺的影响因素3 5 4 4 4d 型滤池3 6 4 5 膜生物反应器( m b r ) 3 7 4 5 1m b r 的特点3 8 4 5 2m b r 的形式3 9 4 5 3m b r 在污水处理中的应用4 0 4 5 4m b r 膜前的预处理4 0 4 5 5 膜的选取一4 1 4 5 6m b r 工艺的脱氮除磷”4 l 4 5 7 影响m b r 处理效果的因素4 2 4 6 工艺比较4 4 4 6 1 反应机理一4 4 4 6 2 去除效果比较一4 7 4 7 经济性比较4 7 4 8 综合比较三个工艺优缺点5 2 4 8 1 各工艺优缺点“5 2 4 8 2 比较结果”5 4 v 5 5 ：5 5 5 5 5 6 5 6 5 8 5 8 5 9 5 9 6 0 参考文献6 3 攻读学位期间取得的研究成果6 6 致i 射6 7 v i 长安大学硕上学位论文 1 1 水资源与水污染 1 1 1 水资源短缺 第1 章绪论 随着人口的增长和经济的发展，淡水的需求量不断增加，同时由于不合理的利用， 本来短缺的水资源日益紧张。我国水资源总量为2 8 1 2 x 1 0 1 3 m 3 d ，占全世界的6 。据统 计，1 9 9 8 年我国人均水资源量为2 2 2 1m 3 d ，仅占世界人均的1 4 ，而且时空分布极不均 匀，开发利用有相当难度，致使许多地区和城市严重缺水，尤其是三北地区和沿海城市 连年闹“水荒 。日益严重的水资源短缺不但严重困扰着国民生产，并且成为制约我国 社会经济发展的重要因素1 1 。 我国的城市缺水现象更为严重，在6 6 9 个城市中，4 0 0 个城市常年供水不足，其中 有1 l o 个城市严重缺水，日缺水量1 6 0 0 万m 3 。与此同时，我国还是用水量最多的国家， 拒有关资料介绍，2 0 0 0 年我国总用水量5 4 9 8 x 1 0 8m 3 ，人均综合用水量为4 3 0 x 1 0 8m 3 ， 国内生产总值( 当年价) 万元用水量为6 1 0 x 1 0 8m 3 。生活用水占总用水量的1 0 5 ，其 中城镇生活用水占5 2 ，农村生活用水占5 3 ；生产用水占总用水量的8 9 5 ，其中 工业用水占2 0 7 ，农业用水占6 3 ，其他用水占5 8 勾。 中国的水资源问题是随着人口增长、经济发展、社会进步逐步显露并被人们逐步深 化认识的。全国用水量从1 9 4 9 的1 0 0 0 x 1 0 8m 3 增加到2 0 0 0 年的5 4 9 8 x 1 0 8m 3 ，人均综合 用水量从不足2 0 0 m 3 ，增加到4 3 0m 3 。改革开放以来，我国的国民经济得到了长足的发 展，但总用水量也成倍增加，相比国内生产总值来说，总用水量的年平均增长量则大幅 度减少，工业用水量和工业增加值的情况也基本相同。 1 1 2 水污染 水是环境的血液，也是生态环境的一个基本要素，影响范围大，其短缺造成的危害 严重。在水资源短缺的同时，也造成了大量的水资源的浪费，并产生了水污染问题。 水质污染的三种主要来源是生活污水、工业废水和土地利用的径流。都市化的结果造成 了人类废弃物和其他生活污水的积累，大量未经处理的生活污水直接排放到河流、湖泊、 和地下，造成了大面积的污染与富营养化。工业废水主要来自纸浆和造纸、化学、石油 化工与炼制、采矿与金属冶炼、食品加工和化肥工业。此外，汽车和工业中矿物燃料的 _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ 。1 1 。1 。 第l 章绪论 燃烧，所排放的氮和硫的化合物以及铅通过大气进入水体，形成了河流和湖泊的酸化作 用，造成水生态系统的破坏和大量水生物种的灭亡，农业灌溉过程、化肥和农药的大量 使用在世界很多地区对水质已产生重要恶劣影响。 目前，水环境污染越来越严重，2 0 0 4 年我国废水排放量为4 8 2 4 亿吨，其中工业排 放量为2 2 1 1 亿吨，生活排放量为2 6 1 3 亿吨。由于水污染，造成许多城市水质型缺水 或水量型缺水。此外，我国产业结构不合理，高耗水量行业集中，生产管理水平低，生 产用水浪费严重，节水意识差，对水资源管理缺乏宏观掌握，违反生态规律发展，出现 掠夺式开发、浪费式应用混合式管理，水的重复利用率极低，这些都是我国出现水危机 的原因。 长期以来，人们把污水总是与“肮脏的 、“污垢的”词语相联系起来，无论处理 的怎样好，也只能排放不能再用。通过国内外科技人员的技术攻关和工程实践，证明上 述观点是错误的。水在自然界是唯一不可替代的，也是唯一可以重复利用的资源。人类 使用过的水，污染物仅占0 1 左右，比海水3 5 少的多，其余绝大部分是可以利用的 清水。废水经过适当再生处理，可以重复利用，实现水在自然界的良性循环。废水就近 可得，易于收集，再生技术基本成熟，一般情况下污水回用工程比兴建天然水取水工程， 特别是长距离引水工程要节省投资并能相当程度地降低运行费用。 1 2 污水的再生回用 1 2 1 城市污水再生回用概述 城市污水以其量大、集中、水质稳定的特点可以作为一种稳定的再生资源，回用于 许多方面，具有重要的现实意义。在我国，国家“七五”、“八五 科技攻关计划都把 污水回用作为重大课题加以研究和推广。1 9 9 2 年，全国第一个城市污水回用于工业的示 范工程在大连建成，并成功运行多年。目前，北京、天津、太原、大连等城市在进行城 市污水回用解决水资源短缺的问题上初见成效，污水回用设计规范已颁布实施，一 大批污水厂的再生回用工程正在建设中，据统计，2 0 0 0 年我国城市污水回用率约达到 2 0 ，对缓解北方和沿海城市缺水起到一定作用。从某种程度上说，再生水可以成为城 市第二水资源朝。 城市污水处理厂二级出水指标为：s s 3 0 m g l ，b o d s 3 0 m g l ，c o d 1 2 0 m g l ， 鉴于这个指标，适当地采取可靠的再生技术，能够达到工业用水的标准，并可以使占城 2 长安大学硕士学位论文 市用水5 0 左右的工业用水的取水量大大减少，使城市自然水耗能减少3 0 以上，这就 可以很大程度上解决水资源不足的问题，同时还可以减少企业向水域的排污量，在水资 源合理重复利用的基础上也带来一定的经济效益。 城市污水再生后可回用于诸多方面：用于工业、农业、城市生活及回注地层。针对 于不同的回用要求，处理技术也是不同的。通常情况下，污水再生技术需要几种以上污 水处理技术进行合理组合，因为单一的某种污水处理技术是很难达到回用水水质标准 的。传统的污水处理技术有好氧、厌氧生物处理、混凝沉淀、过滤、活性炭吸附、消毒 等方法。以膜处理为代表一系列方法是一项新技术工艺，处理效果明显，但投资费用过 高。 1 2 2 国内外污水再生工业回用概况 水资源的缺乏是当今世界各国面临的重大问题，城市污水再生回用首当其冲地被选 为可靠且重复利用的第二水源，而且一直是研究重点。再生回用途径也很多，主要为农 业灌溉、工业和生活回用及市政杂用、地下水回灌、补充地表水等。国外再生水回用发 展历史悠久，规模也很大，并收到可观的经济效益和环境效益。多数发达国家深切地感 受到水资源的宝贵，逐步制定了相应的法律和法规，促使再生水得到合理的利用。 目前，国内外城市污水再生水作为工业用水的技术应用非常普遍，美国早在8 0 年 代已有回用工程5 3 6 项，年回用水量为9 3 7 亿m 3 ，其中3 1 用于工业生产。美国污水 工业回用实例较多，例如伯利恒钢铁公司因海水入侵问题，地下水含盐量增加，改用巴 尔的摩市污水处理厂二级出水作直接冷却水，截止1 9 7 0 年回用水量达5 4 x 1 0 4 m 3 d ；全 美最大的核电站一派洛浮弟电站，经过生物膜法处理后的出水经电站深度处理后作为冷 却水使用，水循环了1 5 次之多，二级处理水价为0 0 0 1 6 2 美元m 3 ，若从科罗拉多河取 水为：0 0 1 6 2 0 0 2 4 3 美元，m 3 ，可见，污水回用的经济效益非常明显。嵋前苏联也有大 量工业冷却水利用的是城市污水厂二级处理的出水。 日本更是靠着污水再生回用技术支撑了六十年代的经济复兴，在各大城市创建的 “工业用水道”纵穿全市，其中再生水4 1 被用于工业用水，其余用于农业灌溉、环境 用水等。回用水规模为：东京1 4 x 1 0 4 m 3 d ，供2 4 0 个工业企业，回用方式是将污水处理 后与地面水混合后供工业企业使用。日本在经过大量示范工程后，明确将污水再生回用 技术作为最主要的的开发研究项目，开发了很多污水深度处理工艺，在新型脱氮、除磷 第1 章绪论 技术、膜分离技术，膜生物反应器技术等方面取得很大进展的同时，对传统污泥的活性 污泥法、生物膜法进行不同水体的工艺实验，建立起许多“水再生工厂”【3 1 。 南非约翰内斯堡的3 座发电厂早在4 0 年代就已经开始使用处理过的污水作为冷却 水。其中一座发电厂的浓缩比是2 6 。进水的氨的浓度为8 9 m g l ，循环水中的氨大的浓 度为o 4 0 6m g l 。污水在冷却塔中发生了硝化作用，硝化作用使氨变成了硝酸。 以色列是严重缺水的国家，到1 9 8 7 年，全国有2 1 0 个市政回用工程，1 0 0 生活污 水和7 2 的城市生活用水，回用方式有小型社区就地回用、大中城市的区级回用，可用 于农业、工业和饮用水。污水的9 0 收集排放、8 0 经过处理、有6 0 , - - 6 5 处理后的 污水回用。以色列的工业布局也考虑了环境保护和污水再利用，降低了处理成本。进行 深度处理后建地下水库，由国家统一调配。 我国的污水再生回用事业也已进入全面启动状态，国家“七五”、“八五”期间完 成重大攻关项目“城市污水资源化研究 ，针对我国北方部分城市缺水问题，研究出污 水再生回用成套技术、水质指标及回用途径。并在大连、天津、长春、北京等城市建设 起回用于市政景观、工业冷却等示范工程，为我国污水回用提供了技术依据，并积累了 一定经验。 近年来，国家和地方对城市节约用水工作非常重视，通过调节水价，征收排污费等 行政手段增强社会各界的节水意识，同时也给工业企业增加了水费的负担，促使企业提 高水资源重复利用率及增加使用再生水比例。对于缺水城市而言，污水深度处理后回用， 比开发建设新的自来水水源更为重要，更符合我国贫水的客观现实。由此可见，再生水 回用工程是解决水资源短缺的有效途径，是缺水城市势在必行的重大决策。 众所周之，电厂是耗能产业，由于对水量、水质都有着很高的要求，发电厂能耗、 成本过高都不利于企业发展。因此，既要做到降低电厂生产成本，又要满足工业生产的 需要是一项艰巨的任务。城市污水厂出水水量水质稳定，易于收集输送，以中水为原水 的制水成本远低于天然水为原水的制水成本，具有明显的经济优势。 1 2 3 污水再生技术的概述“1 通常的二级污水处理技术对污染物的去除是有限的，城市生活污水经过二级处理后 还会含有一定的污染物，可根据不同回用水水质标准要求再选择不同的深度处理工艺进 一步去除，如果没有稳妥的再生技术作为依托，不但没有水资源再生利用的良好效果， 还会给生产带来严重损失。对于再生水用于工业冷却水来说，将会造成以下危害： 4 长安人学硕士学位论文 ( 1 ) 腐蚀 污水中含盐量过高，不但会因自生引起腐蚀，还会使水的 化学腐蚀。如电厂最关心的是污水中氨氮的问题，因为电厂的冷凝器使用铜管制作，担 心氨氮对铜材质产生腐蚀。污水中氯离子也是一种腐蚀性很强的物质，对不 锈钢更易 造成应力腐蚀而致管材破裂。 ( 2 ) 水垢 由于污水中硬度、碱度、磷酸盐含量较高，而产生水垢。水中钙、镁盐类等，在循 环浓缩过程中，由于过饱和而析出c a c 0 3 、c a s 0 4 、c a ( p 0 4 ) 2 或m g s i 0 3 沉淀。这些沉 淀与悬浮物、金属腐蚀产物和微生物一起，在金属表面结成多孔垢层，造成局部垢下腐 蚀。 ( 3 ) 微生物粘泥( 生物垢) 污水中含有大量大肠杆菌，加上氮、磷等营养物质，给细菌、霉菌及藻类大量繁殖 创造了条件。二级出水还含有菌胶团，在敞开式废水处理设施和冷却塔中，温度和阳光 都适应藻类繁殖。这些微生物絮体连同粘土质和金属的氢化物等，附着在热交换器上、 输配水管道内，形成污泥状粘性物质，它们堵塞交换器管道，降低热交换效率并产生垢 下坑腐。生物本身还起粘结作用，它的粘液外壳粘结水中杂质，使垢层增厚。形成生物 垢的主要菌种有异养菌、铁细菌、硫酸盐还原菌、真菌、藻类等。 城市污水二级处理后的深度处理，目的是进一步去除污水中的悬浮物、有机物、氮 和磷等盐类物质。目前常用的城市污水深度处理的技术有混凝、沉淀、过滤、消毒等传 统技术、活性炭技术、膜技术和生物处理技术。常规技术包括混凝一沉淀一过滤 一消毒等单元，流程较长，对含有重金属的污水处理效果较好，但对于有机物的去除程 度有限。以下是再生水回用于工业生产的典型流程4 1 ( 1 ) 中国市政华北设计研究院与大连春柳污水厂经过长期科技攻关研究提出的城市 污水回用于工业循环冷却水的再生水处理流程如下： 城市污水一常规二级处理一澄清、过滤、杀菌一除氨氮、水质稳定一再生水 此种工艺的核心是利用循环冷却水系统去除氨氮的强大功能，使得污水在污水处理厂中 采用的常规活性污泥法成为可能，如此大大减少再生水处理费用，这是废水回用的关键 性突破。在十几年的应用中，掌握冷却水系统的几个参数：碱度、温度、生物膜量、停 留时间、水中含磷量等，即可有效地发挥冷却系统的冷却水与解析氨氮的双重功能。上 第l 章绪论 述工艺特别适合用于城市废水回用电厂，这对于推广废水回用有重要意义。电厂是耗水 大户，水的可靠供给是电厂建设的基本条件。在采用上述工艺通过长年运行表明，氨氮 可以控制在电力系统要求的标准l m l 以下，对铜管的腐蚀率判定为“几乎不腐蚀”。 火力发电厂使用再生水不论新厂或老厂，凝汽器管材都可以仍旧使用铜质管材，不会产 生不利影响。电厂使用再生水是很有推广前途的。 ( 2 ) 清华大学与太原化工厂等单位合作，提出城市污水回用化工循环冷却水的再生工 艺流程如下： 城市污水厂二级处理出水一颗粒填料生物接触氧化一混凝沉淀一双层滤料过滤一回用 该流程特点是进一步去除二级出水中的c o d 和s s 。由于颗粒填料生物接触氧化选 用2 - 4r n l i l 陶粒( 或炉渣) ，表面充满孔洞，可以提供巨大的表面积供微生物生长， 可以进一步去除二级出水中一般方法难以降解的溶解性c o d ，并能去除部分氨氮。生 物陶粒一过滤工艺可以使二级出水c o d 去除4 0 以上。使出水c o d r 1 0 0 0 ) 占大部分，而这部分经培养驯化后是 可以被生物降解的。颗粒填料生物接触氧化工艺在进水有机物负荷低、停留时间短的情 况下，仍有明显的生物净化效果。因此，可以将其作为一种污水深度处理的手段。 ( 3 ) 北京市环境保护科学院与太原市排水处、太原钢铁公司合作，提出城市污水回 用于钢铁工业的处理流程如下： 厂 原污水一沉砂池；厌氧沲一缺氧池一好氧池- 珥淀池一出水 上述流程简称为城市污水a 2 o 生物脱氮除磷工艺污泥龄较长、不投加碳源是该流 程的关键。该流程不设置一沉池，可以提高碳氮比。在脱氮、除磷的同时还可以有效去 除c o d 、b o d 5 等有机物。 6 长安人学硕士学位论文 ( 4 ) 中国科学院生态环境研究所与北京燕山石油化工公司提出石油化工废水回用冷却水 的处理流程如下： 石油化工废水经处理后的出水1 ：物接触氧化一絮凝沉淀一精密过滤一杀菌一回用 石油化工系统在生产中需要大量新鲜水，且排出大量对环境有害的废水。经二级处 理后再经过深度处理就可以回用在本厂作为循环冷却补充水，达到节水与环保同步。 上述流程中的生物接触氧化主要担负对水中c o d 、b o d 5 、油、氨氮、总磷的去除 作用，絮凝沉淀主要负责对水中s s 、胶体和磷的去除，同时进一步降低水中c o d ，精 密过滤主要负担对水中s s 的去除。在污水深度处理全流程停留时间3 3 5 h ，出水c o d 在1 3 3 0m g l ，s s 5m g l ，氨氮 5m g l ，总p l m g l ，可以达到石化系统循环冷却 水水质的要求。 ( 5 ) 再生水回用工业工艺水再生水可作为水源供给不同行业作为生产工艺用水，如产 品处理及洗涤用水，原料用水等。在金属初级加工、制浆造纸、石油化工、采矿及矿石 加工等行业已有多年应用。天津污水处理研究所和清华大学对再生水回用于造纸工艺用 水提出如下流程 污水厂二级出水一过滤一活性炭一出水 或污水厂二级出水一过滤一超滤一出水 ( 6 ) 再生水用于低压锅炉用水北京环保所、天津大学等单位分别做了以再生水为水源 供锅炉补给水试验，流程如下： 污水厂二级出水一过滤一磺化煤软化或离子交换树脂软化一进锅炉 城市污水的资源化应该建立在水的良性社会循环的基础上，这对水资源的合理开发 和再生利用至关重要。结合我国国情寻求适合我国经济发展和社会发展的水污染控制及 水资源再生利用的技术与良好模式，将会推动我国社会污水资源化研究的进展，逐步形 成和完善与我国国情相适应的水资源良性社会循环体系，实现出水与水资源开发利用的 可持续发展。 7 第1 章绪论 1 3 课题来源及研究内容 1 3 1 课题来源 随着工业化进程的进一步发展，火力发电在电力生产中仍占重要地位，然而火电厂 的用水量是巨大的，一般占到工业用水量的2 0 左右，如何解决火电厂生产用水问题已 是限制电力生产运行及规划的关键，因此考虑将城市污水厂二级出水经深度处理作为电 厂循环冷却系统用水。本文以城市污水厂二级出水深度处理满足电厂循环冷却用水为目 的，研究、比较生物接触氧化+ 混凝、沉淀+ 连续微滤与a o 结合生物接触氧化法+ d 型 滤池以及m b r 工艺三组方案在工艺技术上、经济指标方面的内容，从中选出最优的再 生水处理工艺，从而达到污水厂、火电厂节能减排，水资源合理利用的双赢目的。 1 3 2 研究内容 某市污水厂的处理工艺是s b r ( 间歇式污泥反应系统) ，此种工艺方式总容积利用率 较低，一般小于5 0 ，且出水不连续，污水厂二级出水指标基本达到国家污水排放标准 中的二级标准即：c o d 1 0 0 m g l ，b o d 5 3 0m g l ，s s 3 0m g l , n h 3 - n 3 0m g l ，而二 级出水经过再生处理后供给电厂循环冷却水的标准是c o d 6 0 m g l ，b o d 5 1 0m g l ， n h 3 - n 1 0m g l 浊度小于5 n t u 。对于这种低碳高氨氮的特殊水质，本文提出三组再 生工艺，通过对备选工艺方案综合比较后，从而得到一个脱氮能力强，适合低浓度有机 物污水处理并且经济可行的再生处理方案。鉴于上述情况，本文研究内容如下： ( 1 ) 对污水再生处理技术的现状和发展进行研究，了解国内外再生水处理工艺的基 本情况、应用范围及特点。 ( 2 ) 分析并弄清城市污水厂二级出水水质及火电厂循环冷却用水水质标准，以及火 电厂循环冷却水需要重视的问题。 ( 3 ) 对于该市二级污水低碳高氨氮的水质特点，提出合适、有效的处理工艺，分析 其去除原理、优缺点。 ( 4 ) 在经济上对三组方案进行比较，得出最优者。 ( 5 ) 综合技术、经济方面比较得出可行的再生水处理工艺，再进行工程设计。 本工程目的是将城市污水厂二级排水进行深度处理并回用于发电厂作为工业循环 冷却水。由于该市二级出水水质低碳高氨氮的特点使得常规工艺难于运行和操作，本课 题针对低碳高氨氮的水质特征，将适用于低浓度有机物的生物膜技术与生物接触氧化法 8 进行适当组合，改良成 续过滤采用d 型滤池， 确定一个最佳处理方案 9 第2 章城市污水排水现状 第2 章城市污水排水现状 2 1 城镇污水处理厂排放标准 2 0 世纪9 0 年代以来，我国污水治理工作取得较大进展，建成一批城市污水处理厂， 还有一部分污水处理厂的建设正在进行中。国家在治理污废水方面也投入了大量的人力 物力。随着水污染治理工作的发展，城市污水处理技术已取得一定进展，涌现出大量新 工艺、新设备和新材料，并在实际中得到了应用和推广。这样就为城市再生水回用工程 奠定了良好的基础，有利于再生水处理工作的开展和进行。 由于我国污水处理工作的广泛深入开展，城镇二级污水处理厂成批建设起来，为有 利于城镇污水治理事业统一管理和监督，国家环保总局根据我国污水治理事业的客观发 展现状制定了新标准，从而把污水处理工作提到一个更高层次。表1 2 为城镇污水处 理厂污染物排放标准 ( g b l8 9 18 - 2 0 0 2 ) 。 表1 1 基本控制项目最高允许排放浓度( 日均值)单位 m g l 一级标准 序号基本控制项目二级标准三级标准 a 标准b 标准 l c o d5 06 01 0 01 2 0 2 b o d 5 l o2 03 06 0 3 悬浮物s s l o 2 03 05 0 4 动植物油 1 35 2 0 5 石油类 l 35 1 5 6 阴离子表面活性剂l a s 0 5l25 7总氮( 以n 计)1 5 2 0 8氨氮( 以n 计)5 ( 8 )8 ( 1 5 )2 5 ( 3 0 ) 9 总磷( 0 5 年1 2 月前建设) 11 535 1 0( 0 6 年1 月l 同后建设)0 5135 1 l 色度 3 03 04 05 0 1 2 粪大肠菌群数( 个，l ) 1 0 31 0 41 0 4 1 3 p h 6 9 1 0 长安大学硕士学位论文 上述标准规定一级a 标准是城镇污水处理厂出水作为回用 入g b 3 8 3 8 地表水、v 类功能水域或g b 3 0 9 7 海水三四类功 非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件和水污染控 制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准。 由( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 城镇污水处理厂污染物排放标准可知，城市污水处理厂污 染物排放基本标准的划分更为细化，更具有针对性，指标的限值也更加严格。一些基本 指标比如化学需氧量c o d 由原来的一级标准6 0m g l 、二级标准1 2 0m g l 和三级标准 细化为现在的一级( a 标准5 0m g l 、b 标准6 0m g l ) 、二级标准1 0 0m g l 和三级标 准1 2 0m g l ；生化需氧量b o d 5 由原来的一级标准2 0m g l 、二级标准3 0m g l 提高到 现在的一级( a 标准1 0m g l 、b 标准2 0m g l ) 、二级标准3 0m g l 、三级标准6 0m g l ， 还有氨氮从原来的2 0m g l 、3 0m g l 变为现在的5m g l 、8m g l 、2 5m g l ，可见排 放限值呈现多样化，精细化的形势，这样对污水处理厂的管理工作提供了有效的依据。 2 2 城镇污水处理厂的出水排放情况 目前，我国近几年在加快城市污水处理厂的建设，污水处理技术逐渐成熟并普及 全国各个城市甚至县、镇，使得水环境污染得到了相应控制，但仍存在各种问题，还需 要继续加大投资力度，保证处理效果。下表1 2 是全国一些城市污水处理厂的出水排放 情况咖： 表1 2 部分城镇污水处理厂的出水排放情况一览表 污水厂投产时间污水量 c o d b o d 5 s s n h 3 - n 名称 年m 3 d m g lm g lm g lm g l 青岛市团岛污 1 9 9 81 0 x 1 0 4 进水 9 0 04 5 06 5 0t k n l 2 4 水处理厂出水 8 0 2 0 2 0 t k n 6 长沙市第一污 2 0 0 21 8 x 1 0 4 进水 2 3 01 0 02 0 0 t k n 2 5 水处理厂出水 6 02 02 01 5 高碑店污水处 2 0 0 01 0 0 1 0 4 进水 3 0 01 7 02 5 0 3 0 理厂二期出水 6 02 02 4 1 5 南京市城北 2 0 0 73 0 1 0 4 进水 2 5 01 2 01 5 02 0 污水厂 出水 6 02 02 01 5 第2 章城市污水排水现状 西安市邓家村1 9 9 41 6 x 1 0 4进水5 6 02 7 52 6 53 3 污水厂出水 1 0 02 0 2 02 5 兰州市雁儿湾 1 9 8 52 0 x 1 0 4 进水 3 8 01 5 02 0 0t k 4 0 污水厂 出水 6 02 02 0t k n l 5 污水厂投产时间污水量进出水 c