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城市污水深度处理及中水回用 ＊ 李长东 1 张兴文 1 杨凤林 1 曹伟娜 1 李文霞 2 1.大连理工大学环境与生命学院, 辽宁 大连 116023; 2.大连春兴环境工程有限公司, 辽宁 大连 116023 摘要 介绍了一套日处理量9 600 t的中水回用工程, 该工程应用生化两级过滤反渗透工艺深度处理二级城市污水 并将产水回用于热电厂的循环冷却水及锅炉补给水的源水。 探讨了该工艺关键单元的作用及特点并考察了其运行效 果。 结果表明 该工艺运行稳定, 产水各项指标满足该热电厂对回用水的要求。 关键词 热电厂; 中水回用; 循环冷却水; 反渗透预处理 ADVANCED TREATMENT OF URBAN SEWAGE AND REUSEOF TREATED WATER Li Changdong1 Zhang Xingwen1 Yang Fenglin1 Cao Weina1 Li Wenxia2 1. School of Environmental and Biological Science and Technology , Dalian University of Technology, Dalian 116023, China; 2. Dalian Chunxing Environmental Engineering Co. , Ltd, Dalian 116023, China Abstract An engineering example was introducedinwhichbiological treatment, two stage filtration and reverse osmosis process were applied to treat urban sewage for circulating cooling water and source water of boiler make -up water treatment system of the thermal power plant, whose designing ability was 9 600 t d.The function and characteristics of the key technological units were also investigated.The operational results showed that the process was reliable and the effluent quality couldmeet the index requirementsof reuse water for thermal power plants. Keywordsthermal power plant;reuse of reclaimed water;circulating cooling water;pretreatment of RO 我国城市缺水严重, 600 多个城市中有 400 多个 城市缺水, 中水回用是解决城市水危机 , 保持城市水 体健康循环和有效利用的重要措施 [ 1] 。大连市北海 热电厂长期以来一直购买城市自来水并利用预处 理复床 混床工艺处理后作为该厂工业用水,为解 决用水资金压力以及发电成本上升等问题,决定启用 中水回 用项目。 项目主要内容是建一套规模为 9 600 t d的污水回用装置, 将附近污水处理厂达标排 放污水经一系列预处理工艺处理后排入反渗透系统, 产水一部分回用于热电厂循环冷却水,一部分通过该 热电厂原有复床 混床工艺继续处理后用作锅炉补 给水 。 1 工艺进水水质及产水指标 该项目原水取自大连市春柳河污水处理厂排水, 污水水质见表 1。热电厂对回用水的具体指标要求 见表 2。 表 1 进水水质mg L 项目ρ COD ρ BOD5 ρ 氨氮 ρ 总氮 ρ 总磷ρ SSρ TDS 浊度 NTUpH碱度全硬度电导率 μ scm- 1ρ 铁 ρ 猛 ρ 氧化物 数值653228 . 635. 14 . 614 . 8738107. 413. 03411 2000 . 060 . 63136 表 2 中水回用工程工艺产出水指标mg L 项目ρ COD ρ SS ρ 石油 ρ TDS浊度 NTU 细菌总数 个mL- 1 pH碱度 电导率 μ scm- 1ρ 全硅 ρ 活性硅 限值350. 51255 1105 6. 5～ 8 . 51. 53003 . 53. 0 项目ρ 胶体硅全硬度钙硬度镁硬度ρ 腐殖酸盐 ρ 铁ρ 铜ρ 硫化物 ρ 硫酸根 ρ 硝酸根ρ 氯化物 限值0 . 50. 80. 60. 20 . 05510- 30. 1925740 ＊2006 国家科技型中小企业技术创新基金 06C26222120795 。 26 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 2 工艺介绍 该项目工艺流程如图 1 所示 ,其中生化单元与两 级过滤单元为反渗透单元的预处理部分 。 图 1 工艺流程 2. 1 生化单元 生化单元由生物氧化塔与斜板沉淀池组成。 该污水处理厂二级污水中可降解有机物较少 ,鉴 于接触氧化法对污染程度较低的污水中的氨氮、 溶解 性可生物降解有机物 、 铁 、 锰、浊度等均有较好的去除 效果 ,因此生化单元采用接触氧化工艺 ,设计为塔状, 塔体置于地面以上。 氧化塔性能参数 尺寸 7 m 14 m ; 数量 4 座, 并联运行 ; 停留时间3 h; 气水比10∶ 1; 曝气量15 m 3 h。 14 m的塔高设计是出于节省占地面积的考虑, 同时也 是借鉴了深井曝气的原理 ,延长氧气在塔内的停留时 间,提高其利用率。塔内由弹性立体填料和组合填料 按1∶ 1配比填充 , 弹性立体填料为特殊加工处理的弹 性丝条 ,对水中的微小气泡具有一定的吸附能力, 其 弹性丝对水中的气泡可进行多层次连续切割 ,加速氧 气的转移速率, 可以显著提高曝气池充氧效率 [ 2] 。组 合填料易挂膜, 不易缠结 、 堵塞 ,因而广泛应用于接触 氧化法处理各种废水的工艺之中。氧化塔塔内两种 填料混合填充, 既具备弹性立体填料充氧效率高、污 泥产量小的特点 ,又综合了组合填料容易挂膜 、 耐冲 击性强的优势。 高效生物氧化塔可使原水中有机物得到一定的 去除 , 同时可以改善水体的混凝沉淀性能, 减少后 续工艺的投药量 ,减轻后续常规处理和深度处理过程 的负荷,延长过滤单元处理工艺的使用周期。 沉淀池2 座 ,并联运行 ,为斜板沉淀池 ,单池有效 容积420 m 3 ,水力停留时间3 h, 投加聚合氯化铝做絮 凝剂 ,平均投药量15. 6 mg L 。 2. 2 两级过滤单元 两级过滤单元由纤维束过滤器及石英砂滤池两 部分组成 ,各性能参数见表 3。 表 3 过滤单元性能参数 性能参数纤维素过滤器石英砂滤池 尺寸 2m4 . 82m4 . 5 m 4. 5m3 . 8m 数量 个5, 并联运行6, 并联运行 运行压力 MPa0. 34 滤速 mh- 128～ 365 反洗周期 h2472 反洗方式气水联合冲洗气水联合冲洗 单位体积滤料截污量 kgm- 3 5～ 102～ 4 经提升的沉淀池出水与投加的杀菌剂 NaClO 混 合均匀后进入纤维束过滤器进行过滤,去除水中的悬 浮物和有 机物。本 工艺使用的纤维束过滤器为 DA863高效过滤器, 在过滤过程中, 滤床横断面空隙 率的均匀性和纵断面的合理梯度变化确保了过滤的 速度与精度 ; 同时在反冲洗时, 滤料在水中散开并相 互碰撞使得附着在滤料表面的固体颗粒易脱落,保证 滤料的洗净度, 减少反冲洗耗水量。 纤维束过滤器出水进入石英砂滤池继续处理 ,以 提高反渗透单元预处理工艺的可靠性 。石英砂滤池 由反洗排水槽、滤料层、 承托层 、 配水系统组成 。池内 填充石英砂滤料 ,过滤时来水进入池内 , 并通过滤层 和垫层流到池底 ,水中的悬浮物和胶体被截留于滤料 表面和内层空隙中, 出水由溢流堰排至清水池 。 2. 3 反渗透单元 由于预处理系统在斜板沉淀池后投加了 NaClO 对进水进行杀菌消毒 ,使预处理系统出水中含有一定 量的残余氯 ,而反渗透单元采用的聚酰胺复合膜对进 水中的余氯量有严格的限制, 故反渗透单元在保安过 滤器之前采用了投加还原剂 NaHSO3的方式 ,去除反 渗透进水中的残余氯 ,处理后的水经过保安过滤器和 高压泵之后进入反渗透膜 。 反渗透单元主要包括 保安过滤器、高压泵、 反渗 透膜组件, 此外还包括药剂投加系统、膜冲洗系统及 自动控制系统等部分。反渗透膜组件采用 GE 水处 理公司提供的 AG8040F-1296WET 聚酰胺复合膜 , 该 反渗透膜元件不是通过提高膜通量而是通过增加有 效膜面积来提高产水量, 因此 ,污堵速率低,使膜元件 能保持长期稳定并且高产水量运行 。脱盐系统共设 4 套, 每套有压力容器 25 个 ,整个 RO 系统采用 17∶ 8 一级两段式排列, 每个压力容器装 7 支膜元件 ,系统 设计总出水量9 600 m 3 d。 27 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 3 运行效果 鉴于反渗透工艺的特点, 稳定的高质量进水是确 保在反渗透膜运行良好的必要条件 [ 3] , 故进膜预处理 部分的运行效果是此工艺运行的关键。自 2007 年 1 月开始正式投产 ,在将近一年半运行时间里对反渗透 膜预处理工艺运行效果和稳定性测试, 结果如图 2 所 示。反渗透预处理工艺出水 SDI 在 3. 2 ～ 4. 0 波动, 浊度0. 1NTU,余氯含量接近为 0, 满足反渗透膜进 水的要求 。 图 2 预处理系统出水水质 投产运行以来反渗透系统的运行情况见表 3。 由表 3 可以看出 ,反渗透运行正常。投产后一年左右 反渗透膜运行压差、产水电导有所增大, 故于 2007 年 12 月进行第 1 次膜清洗, 清洗后运行状态得到恢复。 大连市环境监测中心检测结果表明 ,产水各项指标满 足表 2 中所示热电厂对回用水的水质要求 。 表 3 反渗透运行结果 日期 运行压差 MPa 一段二段 回收率 产水量 m3h- 1 脱盐率 产水电导 μ scm- 1 2007 020. 150 . 163. 636598. 738. 3 2007 040. 170 . 1366. 638899. 135. 4 2007 060. 180 . 1469. 139398. 936. 6 2007 080. 160 . 1469. 539098. 438. 7 2007 100. 180 . 137039698. 637. 4 2007 120. 210 . 1468. 538498. 143. 1 2008 020. 170 . 1568. 838498. 436. 5 2008 040. 180 . 1469. 439198. 337. 9 2008 060. 180 . 1468. 638998. 335. 8 4 效益分析 项目总投资2 860万元 ,设计日处理水量14 400 t , 日产水量9 600 t 。 污水处理厂售中水 0. 48 元 t , 每年 可增加收入约 230万元。 该中水回用装置水处理成本为 2. 353 元 t , 按年 运行 累计 330 d 计算 , 每 年的 污水处 理费 用约 845 万元 。 目前大连市工业用自来水价格 4. 1 元 t 含 0. 9 元 t 的污水处理费 , 每年可节约自来水 317 万 t , 节约自来水费用约 1300 万元 。此外 , 考虑用反渗透 产水代替自来水后, 锅炉补给水处理工艺中每年节约 处理费用约 245 万元 ,该项目理论上每年可为热电厂 节支总额约 700 万元 ,投产后 4年可收回投资成本。 项目每年可回用约 475 万 t 城市污水处理厂二 级出水 ,对提高城市污水回用率有积极作用。另外, 每年可削减 COD 排放量约307 t , 削减总氮的排放量 约163 t ,其中氨氮量约131 t ,环境效益显著。 5 结论 该套二级城市污水深度处理工艺采用生化 两 级过滤作为反渗透膜的预处理单元 ,投产运行以来的 监测结果表明, 反渗透工艺产水满足该热电厂回用水 要求 ,整套工艺迄今为止运行状况良好。 污水处理厂达标出水以明显低于工业用自来水 的价格出售给热电厂或者其它用户 ,经过可行的深度 处理工艺进一步处理后实现回用,为污水处理厂增加 收入 ,同时也降低用户的用水成本。 参考文献 [ 1] Anderson J M.Integrating recycled water into urban water supply solutions[ J] . 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