電廠再生水回用的工藝分析
2018-05-21 14:15:28
作者：水處理事業(yè)部 郭鋒
摘要：結(jié)合城市二級污水處理工藝及再生水用于電廠工業(yè)用水水源的現(xiàn)狀，探討常采用的混凝澄清過濾、石灰處理、BAF、MBR等工藝系統(tǒng)特點及選用條件。
關(guān)鍵詞：再生水回用;電廠; 石灰處理;BAF;MBR
隨著我國城鎮(zhèn)化進程不斷推進，水環(huán)境的不斷惡化，將城市污水處理廠二級出水進行深度處理用于工業(yè)企業(yè)的情況越來越多。而燃煤電廠作為用水大戶，如果采用再生水作為其工業(yè)用水水源可大幅減少新鮮水的用量，是解決電廠水資源緊缺，防止環(huán)境污染的重要途徑。城市污水二級處理水回用面臨水質(zhì)差，暫硬較高，含有氨氮、磷酸鹽及微生物污泥等污染物質(zhì)，容易導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)化學(xué)與生物結(jié)垢，以及造成設(shè)備腐蝕等問題。污水深度處理的方法根據(jù)二級處理后的水質(zhì)來選擇。目前工程實踐中常用的水處理方案包括：混凝澄清+石灰處理+過濾、曝氣生物濾池（BAF）、膜生物反應(yīng)器（MBR）等工藝系統(tǒng)。
1、水質(zhì)特點及再生水水質(zhì)要求
新疆所建的城市污水處理廠大多數(shù)設(shè)計出水水質(zhì)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）中的二級標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)指標(biāo)如表一。
電廠用水主要為循環(huán)冷卻水補水及鍋爐補給水水源。循環(huán)冷卻水補水水質(zhì)可參照以下表二水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
由表一及表二對比可知，采用再生水作為電廠循環(huán)水補水需要作好以下幾方面的工作：
1) 進一步去除殘余的懸浮物及膠體；
2) 進一步去除二級生化處理后殘留的溶解性有機物；
3) 去除無機鹽類（例如氮、磷、重金屬等）及微生物難以降解的有機物；
4) 去除色素；
5) 殺滅細(xì)菌及病毒等。
要達到以上5個方面的處理效果，現(xiàn)在國內(nèi)比較常用的有混凝澄清+石灰處理+過濾、曝氣生物濾池（BAF）、膜生物反應(yīng)器（MBR）。而作為鍋爐補給水水源除了要經(jīng)過以上工藝系統(tǒng)的預(yù)處理，還需要后續(xù)的超濾（UF），反滲透（RO），離子交換及EDI等工藝系統(tǒng)進一步處理以達到鍋爐補給水補水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
2、常用工藝系統(tǒng)
2. 1石灰處理工藝系統(tǒng)
石灰處理工藝系統(tǒng)通常會結(jié)合混凝澄清系統(tǒng)、深度過濾系統(tǒng)，以達到處理水質(zhì)達到再生水回用標(biāo)準(zhǔn)。
a. 混凝澄清過程
通過投加混凝劑、助凝劑，在電中和、吸附以及泥渣吸附過濾等作用下，經(jīng)過膠體脫穩(wěn)、凝聚、形成絮凝體并不斷長大、最終沉淀等過程，混凝澄清工藝可以去除水中的懸浮物、膠體、部分有機物以及藻類等雜質(zhì)。一般情況下，城市污水處理廠二級出水經(jīng)混凝澄清處理，濁度去除率為50％～60％，SS去除率為40％～60％，BOD去除率為30％～50％，COD去除率為25％～35％，總氮去除率為5％～15％，總磷去除率為40％～60％。圓形機械加速澄清池是目前燃煤電廠較為普遍采用的混凝澄清設(shè)備，此外還有HW高效澄清池等。混凝澄清一般與過濾配合使用。
b. 深度過濾
在城市污水處理廠二級出水回用于燃煤電廠的水處理中常采用混凝澄清過濾，一般情況下，經(jīng)混凝
澄清過濾處理，濁度去除率為70％～80％，SS去除率為70％～80％，BOD去除率為60％～70％，COD去除率為35％～45％，總氮去除率為10％～20％，總磷去除率為60％～80％；其出水濁度3～5 NTU，SS 5～10 mg／l。變孔隙濾池是較常用的過濾設(shè)備。
c. [2] 石灰處理
石灰處理的主要目的是去除水中的暫時硬度，軟化水質(zhì)。同時，它還可以去除水中的多種雜質(zhì)，包括懸浮物、大分子有機物、膠體硅等，還可用于后除磷等。
石灰參與的軟化反應(yīng)有:
CO2 + Ca (OH) 2 →CaCO3 ↓+ H2O
Ca (HCO3 )2 + Ca (OH) 2 →2CaCO3 ↓+ 2H2O
Mg(HCO3 )2 + Ca (OH)2 →2CaCO3 ↓+Mg(OH)2 ↓+ 2H2O
理論上經(jīng)石灰軟化后,水中的硬度能降低到CaCO3 和Mg(OH) 2 溶解度值,但實際上鈣、鎂離子的殘留量常高于理論值,這是因為反應(yīng)所生成的沉淀中會有少量呈膠體狀懸浮于水中不能沉淀下來. 所以為了盡量減少殘留的碳酸鹽硬度,同時加入了聚合硫酸鐵作為絮凝劑,這樣在去處碳酸鹽硬度的同時也去除了一部分懸浮物.石灰及聚合硫酸鐵后加入硫酸的作用為: (1) 調(diào)節(jié)石灰加入造成的pH 值的升高. (2) 把石灰沒有去除的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化為溶解度較大的非碳酸鹽硬度。深度處理可以去除90 %以上的堿度、磷酸鹽、濁度、銅、鋁和亞硝酸鹽,去除硅酸鹽、鐵、氨、CODCr和BOD5 的能力在30 %以上。
石灰處理常與混凝澄清結(jié)合，將石灰直接投加于機械加速澄清池或者高效澄清中。電廠循環(huán)冷卻水補充水水質(zhì)一般要求濁度≤5 NTU，SS≤10 mg／L，BOD5≤5 mg／L，CODcr,≤30 mg／L，硬度(以CaCO3計)≤250 mg／L，氨氮≤5 mg／L，總磷≤1 mg／L。通常達標(biāo)的城市污水處理廠二級出水BOD、COD、氨氮、總磷較低時，經(jīng)過石灰處理+混凝澄清+深層過濾工藝處理后，能滿足循環(huán)冷卻水補充水的水質(zhì)要求，可直接回用。
2. 2 BAF系統(tǒng)
氨氮是微生物的營養(yǎng)物質(zhì)，過高濃度的氨氮可能會造成循環(huán)水系統(tǒng)的生物粘泥、結(jié)垢增多，殺菌
劑用量增大等問題。氨氮還可能導(dǎo)致pH明顯下降和設(shè)備腐蝕等問題，對電廠的安全運行不利。BAF集生物氧化和過濾于一體，具有去除COD、BOD、氨氮等的作用。當(dāng)經(jīng)過二級處理的城市污水的COD、BOD、氨氮等指標(biāo)較高時，可以用BAF進行進一步的去除。一般情況下，CODcr,去除率可達50％"--80％，氨氮去除率可達90％以上。
同時BAF在再生水來水水質(zhì)波動較大的情況下，能起到一定的去除COD、BOD、氨氮的能力，起到較強的抗水質(zhì)惡化沖擊的能力。另外BAF后還能與混凝澄清一起使用，達到更理想的處理效果。
2. 3 膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝系統(tǒng)
MBR將活性污泥法與膜過濾相結(jié)合，同時具有活性污泥法的二級處理功能和超濾的處理功能，其活性污泥濃度可高達8～12 g／L，處理效率及抗沖擊負(fù)荷能力大大提高。水力停留時間與固體停留時間相互獨立，污泥齡長且完全可控，各種微生物充分生長。因此，經(jīng)過MBR后，出水水質(zhì)好，水質(zhì)穩(wěn)定化徹底。MBR可以將城市污水直接處理后回用，也可以在后面接RO等進行除鹽，滿足需要除鹽的用途。
3、工藝流程的選定原則
3. 1 技術(shù)工藝的適用范圍
3. 2 環(huán)境的影響
不同的技術(shù)、工藝，其產(chǎn)生的環(huán)境影響、特別是跨介質(zhì)環(huán)境影響也不相同?；炷吻濉⑹姨幚?、BAF、MBR等技術(shù)均會有污泥產(chǎn)生，需要經(jīng)過脫水等處理后進行無害化處置。石灰法工藝中產(chǎn)生的污泥雖然較多，但與普通生化法產(chǎn)生的活性污泥不同，石灰法工藝產(chǎn)生的污泥中無機成分較多，易于進行脫水及無害化處理。由于污泥循環(huán)回流、污泥齡長等原因，MBR產(chǎn)生的剩余污泥量較少。在石灰法工藝中容易產(chǎn)生粉塵污染，通過設(shè)備改進，實現(xiàn)石灰粉的全密閉運輸、存儲、計量、制乳和投加，可以較好地解決粉塵污染問題。
3. 3 經(jīng)濟性比較
石灰處理+混凝澄清+深層過濾處理工藝，具有一次性工程投資低、主要消耗品石灰價格低廉、運行費用便宜等特點。采用高效澄清池時，占地面積較大且系統(tǒng)復(fù)雜。BAF容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大，水力停留時間短，出水水質(zhì)好，所需基建投資少，運行能耗低，運行費用省。MBR的初次建設(shè)投資及運行費用較高，與傳統(tǒng)活性污泥二級處理工藝相比縮短了流程、減少了占地面積，適合于土地緊缺、來水水質(zhì)較好、處理高濃度有機廢水、出水水質(zhì)要求較高的情況。
四、結(jié)束語
城市污水處理廠二級出水作為電廠水源需綜合分析中水來水水質(zhì)情況，結(jié)合以上幾種工藝系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟比較、當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門要求及廠區(qū)總平面規(guī)劃等最終確定適用于不同工程條件的工藝流程系統(tǒng)。
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