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以二级出水作为景观补水和冷却水水源效益分析 周 律 1 霍振远 2 甘一萍 3 周 军 3 郝二成 3 姚 远 1 1.清华大学环境科学与工程系, 北京 100084; 2.北京科技大学土木与环境学院, 北京 100083; 3.北京市城市排水集团, 北京 100022 摘要 高碑店湖是以北京高碑店污水处理厂二级出水为主要补水水源的城市景观河道, 同时该湖用作电厂冷却水水 源。 通过对高碑店湖长期的水质监测分析、高碑店湖的优势藻类研究, 结果表明, 高碑店湖满足观赏性景观水体使用 要求, 水华得到有效控制, 产生了良好的水体景观效益; 二级出水满足电厂冷却水水质, 通过经济效益估算, 提出了再 生水回用于电厂改进建议。 关键词 污水处理厂 二级出水 回用 景观水体 冷却水 1 研究背景 高碑店湖位于北京东郊, 是通惠河从高碑店闸到 四惠 铁路 桥之间 的部 分, 长约 1 km , 湖面 积约 1. 5 hm 2 。高碑店湖水深 1 ～ 5 m ,湖宽 50 ～ 200 m, 容 量约 27万 m 3 。 高碑店污水处理厂将二级出水输送到高碑店湖 的水量约 20多万 t d ,承担着北京市景观河道的补水 任务 ,同时高碑店湖湖水还作为中电国华电力北京热 电分公司的直流冷却用水 。与高碑店湖上游补水相 比,高碑店污水处理厂的二级出水是高碑店湖补水的 主要来源 。 高碑店污水处理厂设计处理能力 100 万 t d, 是 我国最大的二级城市污水处理厂。设计出水水质为 CODCr 120 mg L ; BOD5 30 mg L ; SS 30 mg L ,经过 工艺完善 ,污水厂脱氮能力大为改善。 本研究通过对高碑店湖历时 1 a 的水质连续分 析,从景观回用和冷却水回用两方面, 分析和总结了 城市污水处理厂二级出水的应用效果, 并就再生水回 用还存在的问题进行了探讨。 2 高碑店湖的水质监测 2. 1 监测指标 参照地表水和污水监测技术规范 HJ T91- 2002 等标准, 监测时间从 2004 年 8 月到 2005 年 9 月 。 取样点分别为 取样点 1 高碑店桥 、 取样点 2 游船码头、取样点 3 铁路桥 、取样点 4 电厂循环水入湖处和上游对照断面 、 取样点 5 高 西店桥。 监测项目与频率 氨氮、 温度、 叶绿素 a、 DO 溶解 氧 、 pH、 SD 透明度 、 TN、 TP 、 SP 、 CODCr等项目为每周 1 次; 另外 LAS 阴离子表面活性剂 、余氯、色度、浊 度、 总大肠菌、粪大肠菌等为 2 周 1 次; BOD5每月 1 次; 石油类 、 总硬度 、 永久硬度、Pb 、 Cd、Ni 、 Zn、 NO - 2- N、TKN 凯氏氮 、NO - 3- N、TON 总有机氮 、HCO - 3、 CO 2- 3、 OH - 、 Ca 、 Mg 、 Fe 、 K、 Cu 等半年 1 次 。取样深度 按垂向分3 层 表层 0. 5 m , 底层为湖底以上 0. 5 m。 底泥春夏季各 1 次,项目为 pH 、 Zn 、 Pb、 Ni 、 Cd、 Cr、 Cu、 Mn 等。监测方法均采用国家相关标准方法及水和 废水监测分析方法 第四版 中的分析方法 [ 1] 。 2. 2 水质监测结果 高碑店湖实测水质数据与高碑店污水处理厂二 沉池出水对比见表 1。可以看出, 高碑店二沉池出水 SS 、CODCr、BOD5值远好于 污水综合 排放标 准 GB8978 -1996 二级排放标准 。其中TP 、 TN 在湖中削 减 15左右, 氨氮在湖中削减 52. 7; 而 BOD5、 CODCr、 SS 值有所增加 , 原因初步认为是通惠河上游 有排污口、浮游藻类的生长及夏季降雨引起的面源污 染。电厂冷却用水使得湖水流速快 ,混合效果好, 各 取样点不同指标的变化不显著 。 表 1 高碑店湖部分水质指标与高碑店污水处理厂出水比较 mg L pH 除外 项目CODCrBOD5SSTPTN氨氮pH 高 碑 店 湖 2004 ～ 2005 年均值 46. 0616. 915. 742. 2727 . 907. 217. 65 高碑店污水厂二级 出水年平均值 39. 29. 84 11. 92. 7532 . 515. 207. 65 高碑店湖优势藻种均为蓝藻门 ,颤藻和水华微囊 藻是优势种群。绿藻门中以盘星藻为优势种群,硅藻 门的优势种是小环藻 。蓝藻一般生活在营养盐和有 16 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 机质较为丰富的水体中, 适于在较高温度下生存, 是 藻类中最简单最低级的一门。颤藻 Oscillatoria 属于 颤藻科 。藻体呈蓝绿色, 为一列细胞组成的丝状体。 水温在35 ℃以上, 颤藻会在浮游植物中占优势。藻 类的大量增殖会影响水体的感官性状 ,溶解氧下降, 水体色度增加, 透明度下降,并散发出腥臭味 ,产生硫 化氢、甲烷等有毒气体污染居住环境, 丧失水体美学 价值 。颤藻及一些蓝藻产生微囊藻毒素 ,藻毒素释放 到水体中 ,会毒害水生生物。 叶绿素 a 是反映水体中浮游藻类生物量的综合 指标。从图 1 可以 看出叶绿素 a 的 峰值出现在 2005 年5月和 9月 ,叶绿素 a 的增加使水体的透明度 下降, 由图 2 可知藻类的个体数与叶绿素 a 值呈对应 关系 。浮游植物藻类的生长导致了水体透明度的下 降,影响了水体的感观效果,使水体丧失了美学价值。 图 1 高碑店湖月平均叶绿素a 与透明度关系 图 2 高碑店湖叶绿素a 与藻个体数关系 一 般富 营养 化湖 泊的 水华 都发 生 在夏 季, 叶绿素 a值出现高峰, 由于浮游植物藻类在夏季有适 宜的温度和充足的光照条件, 又有足够的营养盐, 导 致了藻类的快速繁殖。但是高碑店湖的叶绿素 a 值 比同期其它湖泊要低得多, 没有大面积的暴发水华。 主要原因不是氮磷营养盐不充足, 而是由于高碑店湖 受国华北京热电厂冷却用水的影响, 水的流动性较 强,水的快速流动破坏了藻类生长的环境 ,只有在水 流状况差的死角偶尔会有少量藻类漂浮物的存在 。 3 高碑店湖景观效果分析 高碑店湖的补水是由高碑店污水厂二级出水及 上游排水组成, 上游补水量少 。 与城市污水再生利用景观环境用水水质 GB T 18921 -2002 中观赏性景观环境用水河道模拟比较, 高碑店湖水质满足 GB T18921 -2002 的指标有 DO、 pH 、 SS 、 LAS 、 石油类 、 色度 、 浊度 。而 BOD5、 氨氮 、 TP 、 TN 、 粪大肠菌群值 均值为 3. 6 10 5 个 L 高于观赏 性景观环境用水河道类水体标准 GB T18921-2002 。 根据国内外有关文献 [ 2,3] 和本研究, 景观水体美 学指标应达到 无飘浮物 ; 无令人不愉快的嗅和味 ; 透 明度 ≥ 0. 5 m ; 溶解氧≥2mg L ; 浊度≤10 NTU; 色度≤ 30 度等 。高碑店湖满足以上的指标要求 。 GB T18921-2002 中规定 观赏性景观环境用水是 指人体非直接接触景观环境用水,当完全使用再生水 时,景观河道类水体的水力停留时间宜在 5 d 以内。 高碑店湖湖水的水力停留时间约为 1 d, 而热电厂的 使用使得高碑店湖水每天可以循环约 4次 ,这也是高 碑店湖水体的感官美学效果好的原因之一。 4 高碑店湖水回用于电厂冷却水 中电国华北京热电厂位于通惠河北岸,高碑店湖 以西 ,距高碑店污水处理厂约5. 5 km。该电厂从通惠 河上游距高碑店闸 3. 8 km 处取水, 经处理使用后经 由二道沟闸排入高碑店湖下游 高碑店闸上 ,靠水面 散热后再循环使用。电厂用水量夏季约 5 ～ 6 万 t h。 一般冬季, 进水温度10 ℃, 出水温度为 15～ 16 ℃; 夏 季,经过对蒸汽进行冷却后出水水温大概达47 ℃,进 入高碑店湖时水温平均约为43 ℃。 电厂装机容量为 400 MW。 4. 1 电厂冷却用水水质要求 高碑店湖水质与污水再生利用工程设计规范 GB50335- 2002 中对再生水用于工业直流冷却水标 准比较 , 其中 pH 、 SS 、 CODCr、BOD5、浊度 、铁、锰、Cl - 、 总硬度、 总碱度 、 氨氮 、 总磷、 溶解性总固体、 游离余氯 都可以达标 ,只有粪大肠菌指标超标 。 4. 2 电厂冷却用水效益分析 城市污水处理技术比较成熟,基建投资比远距离 引水少。以再生水代替自来水作为电厂冷却水,既可 以大大节约新鲜水, 有效地缓解了水资源的供需矛 盾,还可以减轻污水排放引起的环境污染问题 [ 4] 。 据文献 [ 5-7] ,采用直流冷却方式 ,100 MW 热电厂 用水量约 3. 5～ 4 m 3 s,采用敞开式循环冷却方式, 并 浓缩 2～ 3 倍, 排污量下降至原来的 0. 5～ 1. 0,补 充的新鲜水一般只是直流用水量的 1 40 左右。 17 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 国华北 京热电厂装 机 400 MW , 用水 量约为 14 m 3 s左右,由于冬季用水较夏季少,一年按照 300 d 的用水量计算 , 年用水量为 3. 6 10 8 m 3 。其中循环 冷却水补充水约占 50左右 [ 8] , 目前由于全部采用 高碑店湖作为冷却水源, 大大节约了地表水或地下水 资源 。如果国华热电厂改用循环冷却方式,估算循环 冷却水补充水年用量约为 4. 5 10 6 m 3 。 5 结论与建议 1 以高碑店污水处理厂二级出水为主要补水水 源的高碑店湖, 对于严重缺水的北京发展非常重要。 二级出水排入河道, 可以减轻河湖干涸 、 生态恶化 ; 也 可以提高水质, 净化水体 ,美化环境 。 2 虽然春、夏季高碑店湖中有时出现蓝藻门的 颤藻及微囊藻等浮游植物, 但是水力停留时间短, 加 上电厂的冷却循环使其有良好的流动性 ,使得藻类浮 游植物没有大规模繁殖, 水体无不良感观效果 ,无大 量漂浮物 ,透明度高 ,夏季未发生水华, 没有严重的嗅 和味 。高碑店湖可满足观赏性景观水体要求 ,具有良 好的水体景观效益。 3 高碑店湖水质可以满足电厂直流冷却用水要 求。目前国华电厂采用高碑店湖水作为冷却水,每年 可节约新鲜水约 3. 6 10 8 m 3 , 产生巨大的经济效益、 社会效益和环境效益 。若改敞开式循环冷却方式可 节约新鲜水还可以更进一步节约再生水资源 。 4 高碑店湖的粪大肠菌群指标偏高 ,为尽量降 低对人体健康的影响风险 ,应该强化二级出水卫生学 指标控制 。 5 电厂热循环水排水引起的水温升高 ,会影响 水中的含氧量, 改变水生生物的生长环境 。目前在火 电厂中运用最广泛的是敞开式冷却水循环系统,可以 节约用水量及排放量 。故建议改造直流冷却方式为 敞开式循环冷却水系统, 并适当提高浓缩倍率 。 6 由于降雨、周边少量的排污引起的污染也会 影响水体的水质及景观效果。因此要进一步加强高 碑店湖管理 ,采取有效措施减少上游和周边排污。 参考文献 [ 1] 国家环境保护总局编. 水和废水监测分析方法 第四版 . 北 京 中国环境科学出版社, 2002. [ 2] World health organization. Guidelines for safe recreational water environments volume 1 coastal and fresh waters Geneva 2003. [ 3] 薛惠锋. 水域景观美学价值评价理论研究. 人文地理, 1994, 9 2 1 -6. [ 4] 杨向平, 张瑞珠, 翟家骥, 许木启, 邵永怡. 北京市高碑店污水处 理厂 一期工程 水环境效益调查分析. 高碑店污水处理厂, 1996,12 12 -13. [ 5] 刘一平, 郭绍辉, 王嘉麟. 城市污水回用于工业的现状分析. 环 境工程, 2005, 23 6 3 -4. [ 6] 孙璐. 火电厂工业废水回用的研究 以渭河电厂为例. 西安 理工大学硕士学位论文, 2001, 3 2-3. [ 7] 曾建平. 循环冷却水系统的平衡碱度预测. 南京理工大学硕士 学位论文, 2004, 7 1 -2. [ 8] 尹连庆, 刘勇, 潘晓丽. 城市污水回用电厂技术分析. 河北电力 技术, 2003, 增刊, 22 46 -48. 作者通讯处 周律 100084 北京市海淀区 清华大学环境科学与 工程系 电话 010 62773079 2006- 02-09 收稿 上接第 15页 参考文献 [ 1] F. Sguret, et al. Hydrodynamic behaviour of a full -scale submerged biofilter and its possible influence on perances. Wat. Sci . Tech. , 1998,28 8 -9 249 -256. [ 2] P. Chudoba , et al. A three-stage bioances of a pilot plant . Wat . Sci . Tech. , 1998, 38 8 -9 257 -265. [ 3] 郑俊, 吴浩汀, 程寒飞. 曝气生物滤池污水处理新技术及工程实 例. 北京 化学工业出版社, 2002. [ 4] 国家环保总局. 水和废水监测分析方法 第三版 . 北京 中国环 境科学出版社, 1998. [ 5] 朱乐辉. 污水处理新工艺 曝气生物滤池. 世界环境, 2000, 1 34 -37. [ 6] 齐兵强, 王占生. 曝气生物滤池在污水处理中的应用. 给水排 水, 2000,26 10 4 -8. [ 7] 刘长荣. 曝气生物滤池技术应用与设计计算. 给水排水, 2000,28 7 15 -18. [ 8] 徐亚明, 蒋彬. 曝气生物滤池的原理及工艺. 工业水处理, 2002, 22 5 1 -5. [ 9] 李亚新, 华玉妹. 生物曝气滤池处理生活污水工艺特性研究. 给 水排水, 2001, 27 9 31 -33. [ 10] 牛学义. 生物滤床污水处理工艺的应用范围和效率. 给水排水, 1999,25 7 26 -29. 作者通讯处 朱乐辉 330029 江西南昌北京东路 339 号 南昌大学 南区环境科学与工程学院 电话 0791 8750343 E -mail estdray sina . com 2005- 10-17 收稿 18 环 境 工 程 2006年 10 月第 24卷第 5 期 TREATMENTOFMID -STAGEWASTEWATEROFPAPER -MAKINGBYCARROUSEL OXIDATION DITCHYan Xinping Teng Hongwen7 Abstract It was introduced the design of treating mid-stage wastewater of paper -making in a paper -mill using Carrousel oxidation ditch, its running condition, the existing problems and the suggestions on them. Keywords Carrousel oxidation ditch, activated sludge and mid -stage wastewater NITROGEN REMOVAL BY AEROBIC DENITRIFICAITON WITH SBR -BAF PROCESS Wang Baoyi Huang Shaobin 10 Abstract It is experimentally studied the influence of C N ratio, higher nitrate radical and CODCr, low temperature under aerobic condition on denitrification by a SBR and a biofilm-filter filledwith porous honeycomb ceramics. The results show that DO has great effect on denitrification efficiency of this system model, The result also illustrates that the aerobic denitrification efficiency is quite well even at a low 15 ℃ temperature with DO2. 0 mg L as comparing with anaerobic dinitrification. Keywords SBR -BAF, nitrate radical, C N ratio, temperature, DO and denitrification TEST AND PROJECT PRACTICE ON TREATMENT OF HIGH NH3-N AND CO CONTAINING WASTEWATER WITH BREAK POINT CHLORINATION Song Weifeng Luo Dingfa Wang Xiaowu et al 12 Abstract High NH3-N concentration wastewater from non -ferrous chemical metallurgy isvery difficult to treat. Its NH3-N concentration and salinity are very high and is very hard to use biological technology . Breakpoint chlorination treatment is employed to treat the true wastewater in laboratory scale, according to the experimental results and parameters, a project is conducted, the main pollutantsin the effluentmeet the second -order of the national effluent standards. Finally , the matters needing attention during the project design are summarized. Keywords break point chlorination, high NH3-N containing wastewater, project practice and experimental study TREATMENT OF CHINESE TRADITIONAL PHARMACY WASTEWATER BY BIOFILTRATION OXYGENATED REACTOR BIOFORZhu Lehui Gu Rui Zhu Zhongbang 14 Abstract One stage biological filtration oxygenated reactor BIOFORwas used to treat Chinese traditional pharmacy wastewater which was mixedwith some domestic wastewater. One -year -operating data revealed that when the concentrations of CODCr, BOD5, SS of the influent were respectively 500 mg L, 230 mg L, 250mg L, the volume loading of BOD5was4. 1 kg m3d, and the gas-water ratio was 6. 6∶ 1. Only inwinter, the effluent CODCrwasoccasionally above 60 mg L, others were generally lessthan 50mg L. The water quality of finaleffluentmeets the first -order of Integrated Wastewater Discharge Standard GB8978 -1996. Keywords biological aerated filter, BIOFOR and pharmacy wastewater BENEFIT ANALYSIS OF TAKING SECONDARY EFFLUENT AS LANDSCAPE RUNOFF SOURCE AND COOLING WATERZhou Lǜ Huo Zhenyuan Gan Yiping et al 16 Abstract Gaobeidian Lake, as an ornamental water body in eastern Beijing, is supplied by the secondary effluent from Gaobeidian Wastewater Treatment Plant. Meanwhile the lake is also the cooling water source for the power plant. Intensive survey of water quality and preponderant algae show the lake has good aesthetics appearance, water bloom isunder the active control, and the water quality meets cooling water use, considering effective reclamation for the power plant, some suggestion is offered. Keywords wastewater treatment plant, secondary effluent, reclamation, ornamental water body and cooling water APPLICATION OF ECOTYPIC STABILIZATION POND SYSTEM IN MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENTLiu Rupeng Yu Shuili Wang Quanyong 19 Abstract Application of ecotypic stabilization pond system in Dezhou municipal wastewater treatment was presented, with an emphasis on engineering design parameters and characteristics of the design. Keywords stabilization pond, wastewater treatment and engineering design SEWAGE TREATMENT TECHNOLOGY OF LAZARETTOWu Beigen Yu Zhiyong 21 Abstract According to the characteristics of waste water of lazaretto, a process of disinfectionaerobic bio -contact oxidationdisinfection was adopted to treat the sewage of Yangquan SAR S Hospital. Operation results showed that all the indsof the effluent could meet the first -order of“ National Overall Discharge Standard of Sewage” , thus obtaining good environmental and economic benefits. Keywords lazaretto, bio -contact oxidation, disinfection and chlorine dioxide TESTOFCHARACTERISTICSOFANAEROBIC -AEROBICBIOLOGICALFILTERFOR MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENTFang Junhua He Qiang Xu Jianbin et al 23 2 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 24, No. 5,Oct. , 2006