再生水深度处理系统的几种方案

再生水处理深度处理的几个方案
西北电力设计院张乔
1．再生水深度处理的必要性
我国是一个水资源贫乏的国家，人均水资源仅为世界水平的1/4，西北地区尤为严重。

随着经济发展和城市化进程的加快，城市缺水问题尤为突出。

当前相当城市水资源短缺，城市缺水范围不断扩大，缺水程度日趋严重，据统计，全国669个城市中，400个城市常年供水不足，其中110个城市严重缺水，日缺水量达1600万m3 ，年缺水量60亿m3，由于缺水每年影响工业产值2000多亿元。

火力发电厂是用水大户，无论是抽取地下水还是从江河湖泊取水，代价都是非常大的。

很多煤炭资源丰富的地区因水资源匮乏，电站建设时不得不舍近求远。

而另一方面，随着城市规模的不断扩大和人民生活水平的不断提高，大量城市污水外排，既污染了环境，又浪费了资源。

城市污水作为新开发的第二种水源具有水量大而稳定的特点，是一种比较可靠的水资源，而且水价便宜。

若将经过适当处理后的城市污水作为电厂的水源（主要是循环冷却水），一方面能够解决因水资源短缺限制电厂的发展问题，另一方面也促进了城市污水对环境污染的治理。

2．污水的几个水质指标
反映水质的重要参数有悬浮物、有机物、生化耗氧量、反应值、细菌及有毒物质等。

1）悬浮物水体中悬浮物含量是水质污染的基本指标之一，指的是水中的不溶解的悬浮、漂浮物质，包括有机物和无机物。

2）有机物生活污水和许多工业废水中均含有有机物。

生活污水中的有机物主要是动植物的残体和排泄物，主要是碳水化合物、脂肪和蛋白质。

有机物分解分好氧分解和厌氧分解，好氧分解在好氧细菌的作用下进行，分
解过程较短，分解产物主要是CO
2，H
2
O，NO
3
-,SO
4
2-，PO
4
3-等，分解产物以酸性状
态存在，可与污水中的碱性物质发生中和反应；厌氧分解过程慢，分解产物主要
是CH
4，CO
2
，H
2
O，NH
3
，H
2
S，H
2
等，分解过程放出恶臭。

氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮。

氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。

氨氮主要来源于人和动物的排泄物，雨水径流以及农用化肥的流失也是氮的重要来源。

另外，氨氮还来自化工、冶金、石油化工、油漆颜料、煤气、炼焦、鞣革、化肥等工业废水中。

3）生化需氧量有机物在好氧分解过程中，需要消耗一定的氧气，我们常常以此值作为计量水中有机物的代表。

实验表明，污水有氧分解完全稳定需要很长的时间，为快速测定，将污水在20℃温度下培养5天，在此条件下测得的结果称作5日生化需氧量，记做BOD
5。

4）化学需氧量在酸性环境下，用强氧化剂氧化污水中有机物所消耗的氧
量为化学耗氧量。

氧化剂一般为高锰酸钾（KMnO
4）和重铬酸钾（K
2
Cr
2
O
7
）。

一般情况下， COD
Mn < BOD
5
< BOD
20
< COD
Cr。

废水处理的主要任务是去除废水中的悬浮物和BOD。

一般分为三级处理，一级处理，又称物理处理，主要去除水中的悬浮状态的固体物质，经一级处理的城市废水BOD仅去除30%；二级处理，又称生化处理，一级处理是二级处理的预处理，二级处理能大幅度去除水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，BOD去除率达90%以上，BOD降低至20~30mg/l；三级处理，又称深度处理，其目的在于进一步去除二级处理未能处理的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物和磷、氮等。

3. 污水排放和再生水利用水质标准
电厂中水回用水一般用于工业冷却水，再生水深度处理系统出水指标首先满足污水综合排放标准（GB18918-2002），也要满足污水再生利用工程设计规范（GB50335-2002）和工业循环冷却水处理设计规范（GB50050-2007），现将这几个标准中的水质控制指标摘录如下：
GB18918-2002基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）
注：①下列情况下按去除率指标执行：当进水COD大于350mg/l时，去除率应大于60%；进水BOD大于160mg/l时，去除率大于50%。

②括号外数值为水温大于12℃的控制指标，括号内的数值应为水温≤12℃的控制指标。

GB50335-2002再生水用作冷却水的建议水质标准
GB 50050-2007 直接补入循环水系统的再生水水质指标
4. 几个电厂运行出水控制指标
4.1华电邹县电厂再生水深度处理系统（石灰）出水控制指标：
浊度 < 2NTU
CODcr < 30 mg/l
BOD
< 2mg/l
5
-N < 1 mg/l
NH
3
总磷（以P计） < 1 mg/l
4.2北方电力内蒙金桥热电厂再生水深度处理系统（MBR）出水控制指标：
浊度 < 1NTU
CODcr < 30 mg/l
BOD
< 5mg/l
5
-N < 1 mg/l
NH
3
4.3华能北京热电厂再生水深度处理系统（石灰）出水控制指标：
浊度 < 2NTU
< 2mg/l
BOD
5
PH 7~8
细菌总数 500个/ml
4.4国电康平电厂再生水深度处理系统（曝气生物滤池+石灰）出水指标：
浊度 < 5NTU
CODcr < 30 mg/l
BOD
< 5mg/l
5
-N < 3 mg/l
NH
3
总磷（以P计） < 1 mg/l
5. 再生水深度处理的工艺方案
再生水深度处理有以下几种方案可供选择：
方案一：单纯过滤或凝聚过滤处理
方案二：石灰凝聚澄清过滤处理
方案三：曝气生物滤池和砂过滤处理
方案四：膜法处理系统
5.1 单纯过滤或凝聚过滤处理
单纯过滤或凝聚过滤处理系统简单，运行安全，操作方便，投资也小，但受限制的条件较多，一般较少采用。

1）要求再生水水质好，污水中工业废水比例小；
2）根据循环水浓缩倍率和补充水碱度的大小，单纯过滤或凝聚过滤处理一
般需要辅助加酸处理。

当循环水浓缩倍率不高以及原水碱度较低时，采用单纯过滤或凝聚过滤处理辅助加酸是可行的，反之就不宜采用。

5.2 石灰凝聚澄清过滤处理
5.2.1 原理
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，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。

石灰处理是通过投加石灰石控制出水PH 为10.3~10.5，进行下面三个反应，产生大量各种形态的CaCO
3
结晶，降低水中暂硬的，同时生成结晶核心还可以对其他杂质其凝聚，吸附作用；而且石灰乳引起的PH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是分散的悬浮物，CaCO
3
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。

石灰参与的软化反应有：
CO
2＋Ca(OH)
2
→ CaCO
3
↓＋H
2
O
Ca(HCO
3)
2
＋Ca(OH)
2
→ 2CaCO
3
↓＋2H
2
O
Mg(HCO
3)
2
＋Ca(OH)
2
→ 2CaCO
3
↓＋Mg(OH)
2
↓＋2H
2
O
理论上经石灰软化后，水中的硬度能降低到CaCO
3和Mg(OH)
2
溶解值，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，这样在去除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值得升高；（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，BOD
和CODcr的能力在30%以上。

5
该工艺具有如下优点：
（1）水质使用范围广，基本上适用于各种城市污水，可以抵御或缓冲二级处理污水（水源水）水质波动影响；
（2）可以除磷、可以除钙，镁，硅，氟的一部分；
（3）可以去除某些重金属；
（4）可以降低细菌及病菌含量；石灰有巨大的表面积和新生态活性,具有良好的吸附功能,去接触、捕捉微小的胶体颗粒,从而可以对悬浮
物、有机物和菌藻类有效地去除；
（5）可以降低碱度；
（6）石灰处理所形成的环境条件可以有益于NH3-N的分解，金属和混凝土材料缓蚀，反应产物的沉降分离；
（7）便于排出物的进一步固态化浓缩处理；
（8）价格低，有效成分含量高，有较好的经济性。

5.2.2 系统简介
石灰处理系统主要流程一般为：
聚合硫酸铁石灰乳硫酸杀菌剂杀菌剂
↓↓↓↓↓
二级污水→泥渣分离接触澄清池──────→变孔隙滤池→过滤水池→循环水系统↑↑
反洗水压缩空气
混凝澄清系统
澄清池的具体设备内部流程反应如下：
接触--进水管在池的中部以切线方向直接进入混合室内，在高流速下与药剂迅速混合，激烈的搅拌可以使钝化层不断脱落，混合室给予凝聚剂溶合的必要条件，微粒在此间经凝聚达到失稳效果，并碰撞聚合，反应室下部有搅拌器，帮助水流呈旋流上升状态。

聚合--水流进入反应室后继续进行凝聚反应和絮凝反应，逐渐结合为不同类
型的初期絮团，絮团在此间及以后需要受到较好的保护不被粉碎，未能凝聚的残余微粒也可能被絮凝剂或絮团扑捉。

分流--水流折返向上时分流，一股向外进入澄清区，折返的离心力使已经反应变大的颗粒向下沉淀，原水得到第一次澄清。

另一股水流向内回流，被搅拌器提升再次进入反应室，与新鲜水混合，未分离颗粒再次反应并可以起核心作用。

后期反应--进入澄清区的水中带有初凝絮团和残余未凝微粒，在流速变化下悬浮滞留于水层间，慢慢形成一定厚度的悬浮泥渣层。

此悬浮泥渣层具有吸附活性，初凝絮团逐渐长大，形成巨大的活性透水滤层，它可以有效吸附残余微粒和非溶胶体物，也可以继续行后期接触反应，这是提高出水质量的重要阶段。

活性泥渣由水中反应产物补充，失去活性的悬浮层在上部通过收集器排除。

澄清--澄清水最后通过清水区，它可以起到稳定和某些变化的缓冲作用。

出水--水流经环形出水槽中间的小孔溢流进入槽内，汇集至出水口。

保持四周小孔同时出水是保证澄清池效率（容积系数）的重要标帜，环形槽的水平度是可以调节的。

排泥—沉降渣由底部排出，悬浮渣由上部引出。

位于池底的刮泥机为全程刮泥，防止有死泥淤积、有机物繁殖并产生气体，干扰澄清环境。

池底部的沉积泥渣被刮泥机渐次刮到池的中部泥斗中储存，斗内的浓缩泥渣因搅动不会凝固堵塞，定期通过排污口排放。

泥斗排泥和池外泥渣池构成排泥系统，自动定时排泥和清洗。

浓泥渣送至脱水机。

澄清池在在异常情况下出现的水面污物，可以通过溢流口排出。

泥渣分离接触型澄清池设备技术参数及规范
澄清池分离区的上升流速不大于0.8mm/s
停留时间：～3.0h；
澄清池出水应保证悬浮物≤10mg/l，控制出水碳酸盐硬度≯2mmol/l。

残留量： 1mg/l；
胶体SiO
2
COD脱除率：一般50～80%（与入口含量和溶解度有关）；
BOD脱除率：一般40-60%（与入口含量和溶解度有关）；
-N脱除率：一般40-50%(与入口含量和控制条件有关)；
NH
3
TP脱除率：95%；
石灰储存计量装置
1) 概述：
全系统设备和流程的储存、下料、粉输送与计量、配浆、浆计量、系统清洁等实现高度机械化自动化，做到无专门人工操作。

流程见下图
2) Ca(OH)
2
流程简释：粉石灰由密封罐车运输，电动卸灰。

气体由罐顶气粉分离后排至大气。

粉在储罐内自然储存和下落，出灰口处经防蓬堵设施进入给料机，定量的粉料落入输送机入口，输送机将粉料输送至溶解箱的上部，干粉在落进溶解箱的同时，与排出的水蒸汽在粉汽分离器相遇并被分离，粉落入箱中，汽则排至箱外。

在溶解箱内粉与从另侧进入的清水强烈搅拌，充分混合和溶解成过饱和石灰乳，按需要浓度配制均匀的浆乳液由升压泵送往澄清器。

加药系统的设计
1）凝聚剂储存计量装置
铁盐凝聚剂较适应石灰处理时的pH范围，在它的溶液中含有聚合铁的络合物，反应后残余铁离子较少，形成的胶体电荷密度高，随计量增大水质浊度持续降低，比较容易控制。

2）助凝剂计量装置
助凝剂采用粉粒状非离子型或阴离子型高分子聚合物。

投加助凝剂是保证高质量产品水的重要环节，澄清过程中动态活性泥渣渣或悬浮泥渣层的形成，主要靠基本絮团，而基本絮团是靠助凝剂产生架桥、吸附、凝聚等作用的结果。

3）加酸计量装置
目的是调节石灰处理后的pH值。

采用高pH值运行方式或低pH值运行方式，调节量有差异。

也可以根据循环水浓缩倍率的要求，调整适当碱度值和控制相应的pH值。

4）杀菌剂计量设备
二氧化氯发生器采用化学复合法，所用的化学药剂为氯酸钠和盐酸。

过滤系统
过滤系统按重力运行考虑，滤池出水保证悬浮物≤2mg/l，滤池进水设置加酸系统，以去除澄清池出水中的过饱和碱度。

另外滤池进水设有投加杀菌剂设施。

整个过滤系统设计充分考虑防止滤料板结及有机物滋生的措施。

滤池反洗设计有可强制反洗功能，配有合适的反洗水泵、风机。

反洗水回收，重新进入澄清系统。

滤池出水流入清水池，之后由补水泵补入循环水系统。

和其他颗粒杂质，通过过滤进一石灰澄清处理后的过滤物质主要残余CaCO
3
步净化。

调节滤料深层过滤滤池是以变孔隙过滤原理，经对滤料级差、粒度、比例、重差较大的改进，并经石灰处理系统中长期实践考验，证实在入口杂质含量较高含量为10～20mg/l，静压水头约2m即可达到反洗周期24h，滤速V=10－
13m/h，出水悬浮物正常<1 ～2mg/l。

5.2.3 系统缺点
处理系统存在系统复杂、设备多、占地面积大等缺点。

如水量大，较经济合理；如水量小，较之其它方案来说不经济。

5.3 曝气生物滤池和砂过滤处理
伴随着曝气生物滤池（Biological Aerated Filter,简称BAF）的出现，再生水深度处理也出现了新的工艺。

曝气生物滤池是二十世纪八十年代后期开发的一种污水处理新工艺，1990年法国OTV公司建造了世界第一座曝气生物滤池，称为“淹没式固定生物膜曝气滤池”。

由于它克服了活性污泥法占地面积达，易散发臭气及运行不稳定等缺点而备受关注。

目前全世界建成运行的曝气生物滤池已达几百座。

它属于生物膜法的范畴，又兼具有活性污泥法某些特点。

滤池内放置直径只有几个毫米的多孔滤料作为生物群落的附着繁殖介质，通过设在滤层下面的配气系统（也有置于滤层中间者）向生物群落供气（气源为鼓风机）。

对污水的净化除主要依靠滤料上的生物膜外，滤层内还截留了大量类似活性污泥的悬浮生物，对污染物质也具有吸附，降解作用。

水流方向多采用上向流式，即池底进水池顶出水，有的也用下向流式。

上向流式采用穿孔管池底配水，钢筋混凝土滤板及滤头则安装于池的顶部，以阻挡滤料流失并收集出水。

下向流式采用大阻力配水系统。

轻质多孔滤料粒径小，比表面积大，容积负荷可以很高，滤池面积可
大大缩小。

由于水流方向与滤料压密方向一致，可同时完成生物接触氧化与固液分离，通常可省去后续的二沉池。

随着过滤进程，生物膜不断增厚，老化，脱落，滤层截留的悬浮物也逐渐增多，过滤阻力同步增加，需定期进行反冲洗以恢复其净化能力。

冲洗方式为三段式气水反冲洗，即先气洗，气水联合冲洗然后单独水冲洗。

反洗空气由鼓风机通过池底的配气系统提供。

反洗水流方向则自上而下（上向流式滤池）或自下而上（下向流式滤池）。

上向流滤池的冲洗水贮存于滤板之上，利用同组滤池的出水进行重力冲洗，不需要冲洗水泵。

曝气生物滤池与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高，占地面积小（是普通活性污泥法的1/3），投资小（节约30%)，不会产生污泥膨胀，氧传输效率高，出水水质好等优点（1～3）。

曝气生物滤池采用颗粒滤料固定生物膜的好氧或缺氧生物反应器，集生物接触氧化与悬浮物滤床截留功能于一体，可有效去除
水中SS、BOD
5、CODcr、NH
3
-N、TN、TP、AOX （有害物质）及硬度，浊度，色度
等。

由于曝气生物滤池所具有的诸多优点，目前已经广泛用于市政污水，工业污水，再生水深度处理及给水污染水源的预处理等领域。

曝气生物滤池要求再生水有一定的有机物含量，BOD
5、CODcr、NH
3
-N等指标
不宜太小，曝气生物滤池的硝化反应，1g氨氮（以N计）完全硝化需7.14g碱度（以CaCO3计）。

5.4 浸没式超滤膜处理系统
5.4.1 原理
随着膜技术的不断进步及膜技术的广泛应用，采用膜法处理城市再生水也渐渐成了一种趋势。

为了降低投资，一般是将城市再生水全部经过超滤（微滤）过滤，用于工业水系统的补充水直接采用，用于锅炉补给水处理系统的水用泵送入锅炉补给水处理站，再经反渗透处理。

采用膜法处理，如选用普通超滤膜，在运行中由于进水水质较差，易造成膜的污堵，清洗频繁，压差增大，出力下降，膜更换率增加。

如选用浸没式超滤膜，在运行中由于其是外压式反洗系统，具有易清洗、不易污堵等优点；另外浸没式超滤膜还具有抗氧化性能好、膜丝韧性高、不易损坏等优点。

该系统的实际运行证明，城市二级污水采用超滤或微滤+反渗透双膜处理工艺作为预处理，处理效果完全可以满足锅炉补给水及辅机冷却水的水质要求。

再生水深度膜处理系统适用于对污水厂来中水的处理，该系统可除去中水中的悬浮物及杂质，处理后的水用做锅炉补给水的进水及热力冷却塔的冷却水。

5.4.2 系统简介
灵武电厂一期再生水深度处理系统流程如下：
NaClO 絮凝剂
↓↓
二级污水→污水调节水池→污水提升泵→盘式过滤器→超滤装置→空气分离器→超滤出水泵→清水箱→服务水泵→机力通风塔服务水池
↑
NaClO
清水泵→锅炉补给水处理系统
二级污水经水泵提升后进入化学水处理站污水调节池，在污水调节池内和清水箱加入NaClO进行杀菌，防止微生物滋生。

超滤后的过滤水分别供水工专业和化学专业使用，通过各自的水泵分别进入工业水系统和锅炉补给水处理系统。

5.4.3 系统出水质量标准
SDI<3
浊度<0.1NTU
TSS<1mg/L。