专题7中水深度处理方案技术经济优化比选

1、大唐保定南郊热电工程勘察设计投标专题七：中水深度处理方案技术经济优化比选批 准： 审 核： 校 核：傅 雷编 写：吴建旗目 录1 城市污水再生利用的目的和意义12 污水再生利用的水质指标13 污水再生水的水质要求23.1 城市二级污水处理厂出水水质23.2 再生水回用循环冷却水系统的水质标准24 污水深度处理的基本方法45 本工程水源水质56 本工程中水深度处理技术方案比较66.1中水深度处理现状66.2 本工程中水深度处理方案的拟定76.3 各方案的技术优缺点比较76.4 深度处理方案技术经济比较96.5 中水深度处理工艺分析与确定97 生物加强超滤加弱酸软化系统117.1浸没式生物加强超滤

2、处理系统介绍117.2 弱酸氢离子交换系统介绍147.3 生物加强超滤试验数据举例158 结论及建议19内容摘要：本文主要介绍了城市污水再生利用的目的和意义、污水再生利用的水质控制指标及污水深度处理的基本方法。列举了污水深度处理后作为电厂用水的工程实例，对污水深度处理中的石灰混凝澄清处理法和浸没式超滤弱酸法进行了详细介绍，并对以上两处理方法的技术经济性进行了比较。推荐以石灰混凝澄清处理法为本工程实施方案。1 城市污水再生利用的目的和意义水是人类赖以生存和社会发展的宝贵自然资源，没有水，就没有生命，也就没有我们生活的世界。它是人类社会可持续发展的限制因素，在自然界中以不同的形态存在并循环不息，其

3、水质也受多种因素的影响而变化。我国水资源十分缺乏，且分布不均，北方地区尤为匮乏。因此，我国未来水资源形式是非常严峻的。水已经成为制约国民经济可持续发展的重要因素。水是自然界中唯一不可替代、也是唯一可以重复利用的资源。城市污水作为可开发利用的水资源，已经越来越被人们所认识。城市污水就近可得，易于收集。城市污水再生利用的规模越来越大。火电厂是用水大户，其中主要是机组循环冷却水系统用水，以城市污水处理厂的出水经深度处理后作为火电厂机组循环冷却水系统的补充水，从而替代自然水，在技术上和工程上都易于实现。城市污水深度处理再生利用已经成为解决火电厂建设中水源问题的重要途径。2 污水再生利用的水质指标再生水

4、水质指标按性质可分为物理指标、化学指标、生物化学指标、毒理学指标、细菌学指标、其他特殊要求的指标等。1）物理指标主要包括：浊度（悬浮物）、色度、嗅味、电导率、含油量、溶解性固体、温度等。2）化学指标主要包括：pH值、硬度、金属与重金属离子（铁、锰、铜、锌、镉、镍、锑、等）、氧化物、硫化物、氰化物、挥发性酚、阴阳离子合成洗涤剂等。3）生物化学指标主要包括：生化需氧量（BOD）、化学需氧量（CODcr）、总有机碳（TOC）上述水质指标都反映水污染、污水处理程度和水污染控制标准的重要指标。4）毒理学指标主要包括：氟化物、有毒重金属离子、汞、砷、硒、酚类、各类“三致”物质、以及亚硝酸盐、一部分农药和放

5、射性物质等。5）细菌学指标细菌学指标反映威胁人类健康的病原体污染指标，主要包括：大肠杆菌数、细菌总数、寄生虫卵、余氯等。6）其他指标包括那些在工业生产中对再生水水质有一定要求的指标。3 污水再生水的水质要求再生水水质标准是保证用水的安全可靠及选择经济合理水处理流程的基本依据。水的再生利用及最终排放，必须保证不影响受纳的环境水体的使用功能。3.1 城市二级污水处理厂出水水质设计水质一般要达到污水综合排放标准（GB8978-1996）中第二类污染物最高允许排放一级或二级标准，见下表。项目一级标准二级标准BOD520 mg/L30 mg/LCODcr60 mg/L120 mg/LSS20 mg/L3

6、0 mg/LNH4-N15 mg/L25 mg/L3.2 再生水回用循环冷却水系统的水质标准城市二级污水处理厂出水经深度处理后的再生水用于工业循环冷却水，其水质要求一般要根据试验结果来确定。特别是城市污水深度处理后回用电厂循环水系统，在国内运行业绩相对较少,也没有专门对电厂循环水系统的水质标准。像北京高碑店热电厂、河北邯郸热电厂在应用前均做了大量的试验研究工作,如: 污水处理厂出水水质连续检测研究、城市污水作为电厂循环水深度处理工艺系统选择试验研究、凝汽器管材选择和循环水系统耐腐蚀性能试验研究、循环水系统中粘泥试验研究、循环水阻垢剂缓蚀剂筛选试验研究、杀菌剂的选择试验研究、循环水系统综合效果试

7、验等等。总之, 经深度处理后的城市污水作为大型火电厂循环水, 在现阶段实际应用前应作好国内运行电厂实际运行情况的调查研究,以求借鉴, 在此基础上针对原水水质开展必要的多项试验研究工作,通过试验研究获得数据，再经过有关决策部门组织的专家论证后确定有关技术工艺系统和设备药剂以及运行控制参数, 为设计、调试、运行提供依据。1）华能北京热电厂通过试验及实际运行建议使用经深度处理的二级城市污水作为火电厂循环冷却水系统补充水的水质标准。详见下表：序号项目单位 指标1BOD5mg/L52CODcrmg/L303SSmg/L104NH4-Nmg/L15细菌总数个/mL10002）当无试验数据与成熟经验时，在目

8、前情况下，城市污水深度处理后的再生水用作循环冷却水系统的补充水的水质暂参考执行国家建设部和国家质量监督检验检疫总局在2003年1月联合发布，2003年3月1日开始实施的的国家标准污水再生利用工程设计规范(GB50335-2002)中条有关水质控制指标规定见下表。序号项目单位 指标1pH6.59.02SSmg/L3浊度NTU54BOD5mg/L105CODcrmg/L606铁mg/L0.37锰mg/L0.28Cl-mg/L2509总硬度mg/L（以CaCO3计）45010总碱度mg/L（以CaCO3计）35011氨氮mg/L 10（注）12总磷mg/L113溶解性总固体mg/L100014游离余

9、氯mg/L末端0.10.215粪大肠菌群个/L2000注：当循环冷却水系统为铜材换热器时，循环冷却水系统水中的氨氮1 mg/L。3）国家标准循环冷却水水质标准(GB50050-95)水质标准见下表。序号项目单位 指标1pH7.09.22SSmg/L203甲基橙碱度mg/L（以CaCO3计）5004Ca2+mg/L302005Fe2+mg/L0.56Cl-mg/L碳钢1000 不锈钢3007SO42-mg/L8硅酸mg/LMg2+与SiO2的乘积150009游离氯mg/L0.51.010石油类mg/L104） 循环冷却水系统中循环水对金属腐蚀性的要求见下表。金属管壁的腐蚀速率mm/年mm/年Mp

10、y碳钢0.1251255铜和铜合金0.00550.2不锈钢0.00550.2注：mpy为国际常用的金属平均腐蚀率单位，即密尔/年，1密尔=0.025mm4 污水深度处理的基本方法由于污水深度处理回用的目的不同，污水深度处理的工艺也不同。水处理按机理可以分为物理法、化学法、物理化学法和生物化学法等。污水再生利用技术通常需要多种工艺的合理组合，对污水进行深度处理，单一的某种水处理工艺很难达到回用水水质要求。城市污水二级处理后的深度处理的目的是进一步去除污水中的悬浮物（SS）、脱色、除臭、使水进一步澄清；进一步降低BOD5、COD、TOC等指标，使水进一步稳定；脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的

11、因素；消毒、杀菌，去除水中的有毒有害物质。目前采用的再生水基本处理方法如下：1）物理方法(1) 筛滤截流 主要有档栅、格网、微滤、过滤技术。(2) 重力分离 如：重力沉降，依靠重力分离悬浮物；气浮，依靠气泡黏附上浮分离不宜沉降的悬浮物。2）化学方法(1) 化学沉淀 以化学方法析出沉淀分离水中的物质。(2) 中和 中和处理酸性或碱性物质。(3) 氧化还原 氧化分解或还原去除水中的污染物质。3）物理化学方法(1) 离子交换 以交换剂中的离子基团交换去除水中的有害离子。(2) 吸附处理 以吸附剂（多孔物质，如活性炭）吸附分离水中的物质。4）膜分离技术(1) 反渗透 在压力作用下通过半透膜反方向地使水

12、与溶解性盐类分离。(2) 超滤 通过超滤膜使水溶液中的大分子物质同水分离。 5）生物法(1) 活性污泥法 以曝气方式使水充氧利用水中微生物分解其中的有机物。(2) 生物膜法 利用生长于各种载体上的微生物分解水中的有机物。 以上是污水深度处理的基本处理方法，而在实际应用中是多种水处理技术的合理组合，这不仅与污水的水质特征、处理后水的用途有关，还与各处理工艺的互容性及经济上的可行性有关。以下是可供选择的水处理技术单元。水中污染物质可选择的水处理单元溶解性物质有机物TOC）好氧生物处理，厌氧生物处理，化学氧化活性物质泡沫分离，活性炭吸附，好氧生物处理，超滤有毒物质化学氧化，活性炭吸附无机物硝酸盐生物

13、脱氮氨氮吹脱，好氧生物氧化，折点加氯离子交换，电渗析磷酸盐混凝/沉淀，生物氧化总溶解性固体离子交换，反渗透，电渗析悬浮性物质有机物COD（氮、磷、碳）混凝/气浮，沉淀，过滤病毒、病原体寄生虫混凝/气浮，沉淀，过滤无机物矿物质混凝/沉淀， 金属离子化学沉淀，过滤，氧化还原，电解 5 本工程水源水质本工程锅炉补给水处理系统原水水源和循环水系统的补充水水源设计采用的是城市污水处理厂二级出水。由于城市污水的水质属于污染性水质，其中的水质成分及水质变化规律受多种因素影响。城市污水处理厂出水一般经二级处理后水质达到污水综合排放标准GB8978-1996中的二级标准，城市污水处理厂进水是排入城市排水管网的全

14、部污水，包括生活污水、部分工业废水和合流制管道截流的雨水，不同城市的城市污水水质差异很大，因此，城市污水处理厂出水水质受进水水质影响，其水质除具有地下水一般特征外，还含有较多的有机物质、溶解物质，水质属于污染性水质，尤其是COD、氨氮、BOD及重金属和磷，具有腐蚀性水型的特征。这些污染成分进入循环水系统后，循环水中杂质被浓缩，其中致垢、致污染成分增加，特别是在未经深度处理污水中，含氮化合物存在形式主要为有机氮，含氮化合物在微生物作用下，再通过水塔曝气作用，有机氮化合物相继产生氨化反应、亚硝化反应和硝化反应，其中亚硝化过程是耗碱过程（将1克氨氮氧化为硝酸盐，需耗7.14克HCO3-碱度），从而使

15、循环水pH值下降，对循环水系统设备产生腐蚀。因此，城市污水处理厂出水（二级处理）直接作为电厂循环水系统补充水，易造成循环水系统的结垢、腐蚀、粘泥附着，将直接影响机组安全运行。本工程水质如下表：送样单位：保定热电厂取样日期：2004年5月25日试验日期：04年5月26日-6月20日报告日期：2004年6月22日样品名称：1水样(银定庄污水处理厂出水)分 析 结 果检测离子结 果(mg/l)结 果(mmol/l)检测离子结 果(mg/l)结 果(mmol/l)阳 离 子子K+16.10.41阴 离 子Cl-144.64.08Na+146.16.36SO42-138.21.44Ca2+70.51.7

16、6HCO3-536.98.80Mg2+32.11.32CO32-00NH4+56.03.08NO2-32.00.70Al3+<0.01NO3-1.510.02合计320.8合计853.2分析项目含 量(CaCO3)/(mg/l)分析项目含 量(mg/l)分析项目含 量(mg/l)全硬度308.3活性SiO217.6悬浮物4.8永久硬度0离子总量1174.0溶解总固体835.2暂时硬度308.3CODCr53.0 色度54负硬度132.1游离CO219.4 pH7.8总碱度440.4铁0.050氨氮43.5总酸度22.0锰0.054臭和味无铜<0.02混浊度46 本工程中水深度处理技

17、术方案比较6.1中水深度处理现状中水回用在国外已实施很久，1979年美国已有中水利用工程536项，年利用水量9.37亿立方米，其中62%用于农灌，31.5%用于工业，5%用于地下回注，1.5%用于娱乐、渔业等。随着中水回用技术的提高，回用的范围逐渐扩大，并使用到电厂。如美国加州的伯班利电厂和格兰得尔电厂，亚利桑那州的派拉窝得核电站均采用了深度处理后的城市中水作为循环水补充水源。我国的中水利用起步较晚，但由于近几年城市严重缺水，已引起各级政府对解决水资源短缺问题的高度重视，并加紧了中水利用课题的研究和实施。在电力工程项目中已有成功利用中水的实例，如华能北京热电厂、邯郸热电厂、衡水电厂均采用了将二

18、级处理后的城市污水经石灰深度处理后作为电厂冷却水的补充水，并具有了初步的运行经验。山西侯马电厂三期扩建工程已完成城市污水经二级处理及石灰深度处理后，回供电厂作为循环水补充水使用。大同第二发电厂一期6×200MW机组采用工业废水和生活污水经生化处理和深度处理后，回供电厂用作循环水弱酸软化离子交换树脂的进水，项目投产于2003年2月；大同第二发电厂二期2×600MW空冷机组工程全面采用城市二级污水经超滤及反渗透膜处理后作为生产水和锅炉补给水，项目投产于2004年底，已运行了两年。内蒙古金桥热电厂2×300MW供热机组工程全面采用城市二级污水经生物加强超滤及弱酸处理后作

19、为循环冷却水补水，该项目目前已经做过中试、系统招标，正在实施阶段。目前利用城市污水作为循环冷却水系统补充水水源的主要有以下工程：序号工程名称设计单位水源阶段水处理系统1华能北京热电厂华北院城市污水已投运石灰凝聚澄清，过滤处理2河北邯郸热电厂河北院城市污水污污染河水已投运石灰凝聚澄清，过滤处理3大同二电厂二期华北院城市污水已投运超滤、反渗透处理4衡水电厂二期河北院城市污水施工图生物滤池，石灰凝聚澄清，过滤处理5内蒙包头东华电厂内蒙院城市污水施工图石灰凝聚澄清，过滤处理6山西柳林电厂二期西北院城市污水施工图浸没式超滤7内蒙金桥热电厂内蒙院城市污水施工图浸没式超滤、弱酸处理（目前正在设计的项目还很多

20、，不一一列举）目前利用城市污水作为锅炉补给水系统水源的工程正在做设计的项目很多，但已经投产的工程很少，了解到的仅有一处：序号工程名称设计单位水源阶段预处理系统1大同二电厂二期华北院城市污水已投运浸没式超滤、反渗透处理目前，我国对城市污水处理厂出水经深度处理后回用电厂循环水已经有实际运行业绩，但再生水作为高压以上电厂锅炉补给水处理原水水源，运行业绩很少，其处理系统是需要慎重选择的。6.2 本工程中水深度处理方案的拟定根据本工程拟采用水源水质的特性及目前国内电厂中水深度处理系统的经验及发展动向，在现阶段，初步考虑了如下两个方案：方案一：城市污水处理厂二级污水澄清池推流沟变空隙滤池清水泵循环水系统方

21、案二：城市污水处理厂二级污水曝气池浸没式生物加强超滤超滤出水泵超滤水箱超滤水泵弱酸氢离子交换除二氧化碳器循环水系统石灰处理系统作为电厂循环冷却水的补充水处理早在50年代就有应用的实例。尽管石灰处理系统具有运行费用低，不污染自然水体等优点，但由于劳动强度大、劳动环境差、污染、堵塞等原因影响了石灰处理技术的发展。随着科技的发展，人们环保意识的不断增强，通过科技人员的不断努力，石灰处理系统得到了许多改进，越来越多的电厂采用了石灰处理系统，积累了许多宝贵的经验。近年来国内，尤其北方地区，越来越多的电厂采用石灰处理工艺对中水进行处理，处理出水用作电厂循环冷却水。6.3 各方案的技术优缺点比较综合比较各方

22、案的优缺点如下：中水深度处理方案技术比较对照表 方案 比较项目方案一方案一工程选用水源中水中水中水处理主工艺石灰处理方案浸没式生物加强超滤+弱酸氢离子交换工艺特点工艺成熟、石灰能去除暂硬，能去除进水中的部分有机物。工艺先进、出水不受来水影响，压力要求低，能去除进水中的有机物、氨氮和暂硬，运行费用低。缺点出水不稳定，受来水影响大。 投资稍高前过滤工艺不需要不需要工艺复杂性复杂简单对环境的影响工作环境差工作环境好工艺先进性较差好出水水质较好好对锅炉补给水系统的影响锅炉补给水系统复杂，需再设超滤锅炉补给水系统简单，不用再设超滤占地面积稍大较小6.4 深度处理方案技术经济比较 各方案的经济比较 (单位

23、：万元)比较项目石灰处理方案浸没式超滤弱酸处理方案占地尺寸(m)66x6262x50一次性投资建筑工程费 1234860设备购置及安装工程费16602998合计28943958(3858)年运行费固定资产折旧费174271药品费450227膜元件更换费用298总计624796由于石灰系统采用高纯度石灰做为主要的药品，石灰的加药量与进水中的碳酸氢盐硬度有很大关系，同时由于高纯度石灰采用密闭罐车进行运输，其价格与运输距离也有很多关系。以上超滤系统膜元件按五年寿命计算是根据膜厂家和工程公司的担保年限确定的，根据反渗透膜的使用经验实际的使用年限应该要大于五年。6.5 中水深度处理工艺分析与确定分析污水

24、处理厂的中水水质和热电厂所需要的水质要求，要达到处理目的，需去除中水中含有的悬浮物、胶体物质、碱度、有机物、氨氮及碳酸盐硬度。根据污水处理厂水源水质分析资料，该水质属于高碱度高硬度水，石灰处理运行多年，在中水深度处理系统应用于电厂循环水补水，有着丰富的运行经验，可以达到降低或除去碳酸盐硬度的目的，是成熟工艺。综上所述，为满足处理要求，本工程中水深度处理系统应采用出水水质好、对循环水处理和锅炉补给水系统影响小、有利环境保护的石灰处理方案。虽然超滤方案出水水质较好，但鉴于目前在国内大型工程上业绩较少、投资费用高等原因，在现阶段推荐采用石灰处理系统方案。7 石灰处理系统7.1石灰处理原理石灰处理是通

25、过投加石灰乳控制出水PH为10.310.5，进行下面三个反应，产生大量各种形态的CaCO3结晶，降低水中暂硬的，同时生成结晶核心还可以对其它杂质起凝聚、吸附作用；而且石灰乳引起的PH值的升高也为氨氮和磷酸盐的去除创造了条件。为了提高工艺的沉淀效果，一般在处理过程中投加适量的凝聚剂与助凝剂，通过压缩双电层作用使分散的悬浮物、CaCO3结晶、有机物、有机粘泥、胶体物等带电体失稳，在机械混合搅拌和高分子助凝剂架桥与网捕作用下，颗粒物质碰撞结合长大，使污染物变的容易沉降。我公司在山西侯马电厂已有成功的运行经验。石灰参与的软化反应有:CO2 + Ca (OH) 2 CaCO3 + H2OCa (HCO3

26、 )2 + Ca (OH) 2 2CaCO3 + 2H2OMg(HCO3 )2 + Ca (OH)2 2CaCO3 +Mg(OH)2 + 2H2O理论上经石灰软化后,水中的硬度能降低到CaCO3 和Mg(OH) 2 溶解度值,但实际上钙、镁离子的残留量常高于理论值,这是因为反应所生成的沉淀中会有少量呈胶体状悬浮于水中不能沉淀下来. 所以为了尽量减少残留的碳酸盐硬度,同时加入了聚合硫酸铁作为絮凝剂,这样在去处碳酸盐硬度的同时也去除了一部分悬浮物.石灰及聚合硫酸铁后加入硫酸的作用为: (1) 调节石灰加入造成的pH 值的升高. (2) 把石灰没有去除的碳酸盐硬度转化为溶解度较大的非碳酸盐硬度。深度

27、处理可以去除90 %以上的碱度、磷酸盐、浊度、铜、铝和亚硝酸盐,去除硅酸盐、铁、氨、CODCr和BOD5 的能力在30 %以上。7.2石灰处理系统技术特点该处理方式水质适用范围广，基本上适用于各种城市污水，深度处理方案在技术上有许多优越性。此外，通过近几年个别工程几年来的运行经验看，石灰凝聚澄清过滤处理是城市污水深度处理比较成熟的技术方案。7.2.1处理系统的特征1)使用凝聚剂、助凝剂与反应产物CaCO3、Mg（OH）2及源水中污染物形成共沉淀缩短了沉淀时间，减小了澄清池体积，减少了占地面积；2)澄清池合理的结构和水力流动性能，充分发挥活性泥渣的絮凝作用，通过网捕作用提高了沉淀效率，出水浊度一

28、般小于2.0NTU；3)不同粒径滤料的采用，提高了滤池滤速，使滤池的处理能力大幅度增加; 4)不同粒径滤料的采用使滤池变得不易堵塞，延长了过滤周期，减少了反洗水量的消耗；5)气水反冲洗使滤池反洗彻底，且反洗时间大大缩短。7.2.2工艺优点1）水质适用范围广，运行费用低，对环境污染小；2）可以除氮、磷；3）可以去除钙、镁、硅、氟的一部分，对水质可进一步软化；4）可以去除重金属及其离子；5）可以降低细菌及病毒含量；6）可以降低悬浮态无机物和有机物；7）可以大大降低出水碱度。各种污染物的去除使循环冷却水系统结垢和腐蚀减弱，对循环水的使用提供了更安全的保证，提高了循环水浓缩倍率，节水效益明显。7.3石

29、灰处理系统流程及主要构成7.3.1石灰处理系统基本流程 7.3.2石灰处理系统主要单元设计（1）机械加速澄清池单元该机械加速澄清池是一种引进型机械加速澄清池，澄清池是利用池中积聚的泥渣与原水中的杂质颗粒相互接触、吸附，以达到清水较快分离的构筑物。原水沿切线方向进入第一反应室搅拌叶轮上方，搅拌叶轮旋转时，将池底泥浆提升到第一反应室，并与原水、石灰乳、絮凝剂、助凝剂迅速均匀混合，发生絮凝。水和初步形成的絮凝物进入第二反应室后，强力旋转的水流在此处被整流，形成轻度的湍流，从而有利于微小絮凝胶粒的长大和悬浮的回流泥渣颗粒粘附。在分离区，水和泥渣颗粒分离，清水经集水槽送至下一处理工艺，泥渣除定期排出外，大部分参加回流。澄清池内部设置第一反应室，第二反应室，同时设置了机械搅拌提升装置，这创造了快速混合、速度剃度递减和调节泥渣适宜循环量的良好絮凝条件。池中设置底部刮泥机，底部坡度很小，相当于全池刮泥，这样即保证了较重的石灰