火電廠中水回用處理新工藝

劉 莉

（河北建投西柏坡發(fā)電有限責任公司，石家莊 050400）

1 概述

河北某電廠擬建設(shè)中水深度處理系統(tǒng)，對某縣城市污水處理廠二級出水進行深度處理后回用，作為電廠三期2臺600 MW燃煤發(fā)電機組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補充水，既加強了環(huán)境工程建設(shè)，增加了企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時也有效地緩解了水資源的緊缺局面。

某縣的污水主要以生活污水為主，工業(yè)廢水所占比例不足30%，污水處理廠采用吸附－生物降解（AB）處理工藝，去除污水中CODcr，BOD5，并可進行生物脫氮除磷。經(jīng)對污水處理廠連續(xù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，該污水油脂類物質(zhì)較多，冬季和夏季二沉池出水水質(zhì)差別較大，AB工藝對污水中的氮磷去除效果較差，污水廠出水中的氮磷含量超出了GB 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準［1－3］。污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范見表1。因此，采用氣浮－曝氣生物濾池耦合工藝對回用中水進行處理。

表1 污水再生利用工程設(shè)計規(guī)范

2 氣浮絮凝試驗

氣浮具有較好的除油效果，曝氣生物濾池有較強的抗季節(jié)性沖擊能力［4］，電廠在污水處理廠改造的基礎(chǔ)上，擬增加氣浮－曝氣生物濾池工藝，進而使中水回用水水質(zhì)符合循環(huán)水補水要求。為檢驗氣浮－曝氣生物濾池工藝處理效果，進行了以下試驗。通過進行氣浮池的優(yōu)化運行參數(shù)試驗，確定最佳的化學(xué)藥劑以及投藥量，對氣浮池存在的必要性進行分析論證。

2.1 氣浮絮凝試驗設(shè)計

2.1.1 除磷藥劑

試驗所選用3種除磷劑，見表2。

2.1.2 試驗用水

試驗用水為污水處理廠二沉池出水，水質(zhì)情況見表3。

表2 選用的3種除磷藥劑

表3 試驗用水水質(zhì)

2.1.3 試驗裝置及運行條件

采用燒杯試驗，其攪拌方法分為3個階段：快速攪拌1.5 min，轉(zhuǎn)速為200 r／min，G值為90.7，GT值為8 183；中速攪拌15 min，轉(zhuǎn)速為100 r／min，G值為37.7，GT值為18 432；慢速攪拌5 min，轉(zhuǎn)速為50 r／min，G值為13.6，GT值為31 943。最后靜沉30 min，試驗水樣經(jīng)混凝30 min后，取上清液檢測。

2.2 氣浮池絮凝劑選擇及加藥量確定

2.2.1 三氯化鐵投加試驗

為了檢測三氯化鐵在不同投藥量的情況下對磷的去除效果，采取靜態(tài)試驗，對在各個投加量前后的TP濃度進行測定，試驗結(jié)果顯示，氯化鐵質(zhì)量濃度在0～80 mg／L范圍內(nèi)，隨濃度的逐漸增大，磷的去除效果越來越好，當氯化鐵質(zhì)量濃度為60 mg／L時，出水磷的質(zhì)量濃度為0.749 1 mg／L，磷的去除率達到73.76%，滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準，當氯化鐵質(zhì)量濃度為80 mg／L時，出水磷的質(zhì)量濃度為0.327 9 mg／L，磷的去除率達到88.52%。

然而在工程應(yīng)用中，由于三氯化鐵容易潮解，為保證磷被去除完全，需要鐵鹽過量。處理后剩余的鐵鹽會在水中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生Fe（OH）3，即處理后的水會有泛微紅和渾濁的現(xiàn)象。由于鐵鹽的使用環(huán)境為p H值5.0～6.0，因此需要投加氫氧化鈉以調(diào)整p H值，但調(diào)整p H值后，又容易生成Fe（OH）3沉淀，具體操作過程很難實現(xiàn)，所以不能采用氯化鐵作為除磷藥劑。

2.2.2 硫酸鋁投加試驗

為了檢測硫酸鋁在不同的投藥量情況下對磷的去除效果，采取靜態(tài)試驗，對在各個投加量前后的TP濃度進行測定，試驗結(jié)果顯示，在投藥范圍內(nèi)，隨濃度的逐漸增大，磷的去除效果越來越好，在硫酸鋁濃度為80 mg／L時，出水磷的濃度為0.564 3 mg／L，磷的除率達到74.51%，但是考慮到一方面鋁離子濃度過大對生物會有毒性作用，進而影響后續(xù)的BAF處理，另一方面硫酸鋁的運行成本偏高，因此該項目不宜選用硫酸鋁作為除磷藥劑。

2.2.3 聚合氯化鋁投加試驗

為了考察聚合氯化鋁在不同投藥量的情況下對磷的去除效果，采取靜態(tài)試驗，對在各個投加量前后的TP濃度進行測定，試驗結(jié)果顯示，當聚合氯化鋁濃度在0～40 mg／L時，隨PAC濃度的增大，出水中磷的含量驟降至40 mg／L時，出水中磷的濃度降為0.048 8 mg／L，去除率高達97.29%，當聚合氯化鋁質(zhì)量濃度為40～80 mg／L時，出水磷的質(zhì)量濃度變化非常小。

在分析對比的幾種藥劑中，投加聚合氯化鋁的濃度最小，能夠滿足出水TP＜1 mg／L的要求，同時PAC價格低廉，經(jīng)濟實惠，對p H值基本沒有影響，因此選擇聚合氯化鋁作為氣浮池化學(xué)除磷藥劑。

3 曝氣生物濾池優(yōu)化運行試驗

3.1 氣浮－曝氣生物濾池耦合試驗設(shè)計

該試驗研究的氣浮采用的是溶氣氣浮，氣浮池的容積為162 L，進水水量為200 L／h，氣浮池水力停留時間為0.81 h。氣浮池前有一個容積為288 L的貯水池，用定時器定時進水，攪拌機在氣浮池內(nèi)不停的攪拌，使投加的化學(xué)藥劑與溶液充分混合，保證氣浮池能夠連續(xù)運行。

該試驗采用的曝氣生物濾池為C／N曝氣生物濾池和A／O曝氣生物濾池，通過對比試驗選擇最佳的BAF類型。

3.2 曝氣生物濾池運行參數(shù)確定

3.2.1 曝氣生物濾池類型選擇試驗

該試驗通過分析C／N型BAF和A／O型BAF這2種類型的BAF對TN去除，選擇出最佳的BAF類型，為后續(xù)的BAF研究提供依據(jù)。其中A／O曝氣生物濾池是在C／N曝氣生物濾池基礎(chǔ)上，增加了二級BAF到一級BAF進水的回流管［5］。

為了探討C／N型BAF和A／O型BAF在有無加碳源情況下對TN的去除效果，采取4種方式作為對比（C／N無碳源、C／N加碳源、A／O無碳源、A／O加碳源），分別取BAF進出水水樣進行分析研究，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1為不同類型的曝氣生物濾池在有無碳源的情況下對總氮去除效果的研究情況。從圖1中可以看出，4個階段的總氮的進水濃度的波動性很相似，但其出水中A／O加碳源的去除效果明顯好于其他3個階段，并且能夠達到一級A標準，主要原因是充足的碳源以及良好的好氧厭氧環(huán)境。C／N無碳源階段和C／N有碳源階段的總氮去除效果都不理想，這主要因為兩者都不能提供脫氮所需的良好的好氧／厭氧環(huán)境，僅能依靠生物的吸附作用以及膜內(nèi)外微環(huán)境的好氧厭氧環(huán)境來脫氮（作用很小）。A／O無碳源階段較前2個階段去除率略有提高，但仍不理想，主要由于存在良好的好氧厭氧環(huán)境，而碳源成為了脫氮的主要限制因素。

圖1 不同類型BAF對總氮去除效果的影響

3.2.2 最優(yōu)氣水比試驗

溶解氧是曝氣生物濾池的一個關(guān)鍵因素，直接影響曝氣生物濾池的處理效果，根據(jù)厭氧微生物和好氧微生物的需氧要求，可以計算出曝氣生物濾池的需氧量，在該試驗中用氣水比這個參數(shù)來反映需氧量。分別在氣水比為3∶1和5∶1的條件下，通過試驗考察不同的氣水比對CODcr、氨氮等常規(guī)指標的去除效果，進而確定適宜的氣水比。

3.2.2.1 不同氣水比對去除CODcr的影響

為了考察不同氣水比的曝氣生物濾池對CODcr的去除效果，在選擇A／O型BAF（厭氧段：好氧段＝1∶4）的條件下，對BAF進水和BAF出水2個取樣口進行取樣測定。結(jié)果顯示，在氣水比為3∶1時對CODcr的平均去除率為60.86%，氣水比為5∶1時對CODcr的平均去除率為49.79%，但2個階段的出水都能夠滿足出水要求。

3.2.2.2 不同氣水比對去除氨氮的影響

為了考察不同氣水比的曝氣生物濾池對氨氮的去除效果，在選擇A／O型BAF的條件下，對BAF進水和BAF出水2個取樣口進行取樣測定。結(jié)果顯示，在進水氨氮濃度波動性不大的情況下，氣水比為5∶1時對氨氮的去除效果明顯好于氣水比為3∶1時，可見對于氨氮的去除，供氧量越大，去除效果越好，氧的供給是一個很重要也是很直接的因素。為了使氨氮穩(wěn)定出水，選擇氣水比為5∶1作為最優(yōu)氣水比。

3.2.3 不同的回流比對脫氮效果的影響

該試驗將曝氣生物濾池的氣水比控制在5∶1，選擇在2種回流比分別為100%和200%的情況下，通過考察其對脫氮效果的影響，確定適宜的回流比。

3.2.3.1 不同回流比對氨氮去除的影響

為了考察不同回流比的曝氣生物濾池對氨氮的去除效果，在選擇A／O型BAF的條件下，對BAF進水、厭氧末端出水和好氧末端出水3個取樣口進行取樣測定。結(jié)果顯示，不同的回流比對氨氮的去除效果影響不大，并且氨氮出水都遠遠低于GB 50335－2012中關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準。另一方面，第1階段進水波動性較第2階段大，平均進水氨氮質(zhì)量濃度很相近，而平均出水質(zhì)量濃度分別為22.23 mg／L和19.41 mg／L，這主要是由于回流比越高，那么帶入到厭氧段的氧氣含量就越多。

3.2.3.2 不同回流比對硝態(tài)氮去除效果的影響

為考察不同回流比的曝氣生物濾池對硝態(tài)氮的去除效果，在選擇A／O型BAF的條件下，對BAF進水、厭氧末端出水和好氧末端出水3個取樣口進行取樣測定，試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 回流比對硝態(tài)氮去除效果的影響

圖2所示是硝態(tài)氮去除效果受回流比的影響。硝態(tài)氮主要是由于有機氮和氨氮轉(zhuǎn)化過來的，在一般的A／O反應(yīng)器好氧末端，一般將硝態(tài)氮的濃度保持在1 mg／L左右，在該試驗中好氧末端硝態(tài)氮的濃度維持在5 mg／L左右，主要因為如果回流比太高，那么大量的溶解氧被帶入到厭氧段中，影響反硝化過程，但是如果回流比太低也不行，會影響到反硝化的底物濃度，也會影響反硝化，所以通過控制好氧段末端硝態(tài)氮濃度來確定適宜的回流比。

3.2.3.3 不同回流比對總氮去除效果的影響

為考察不同回流比的曝氣生物濾池對總氮的去除效果，在選擇A／O型BAF的條件下，對BAF進水、厭氧末端出水和好氧末端出水3個取樣口進行取樣測定。總氮的去除主要依靠硝化階段和反硝化階段，讓這2個階段相對獨立以及充分的進行，那么對總氮的去除效果必然好。試驗結(jié)果顯示，這2個階段對總氮的去除效果對比變化不大，分析原因可能回流比取的相對較小，回流比為300%或400%也許效果會比較明顯，但是這樣己經(jīng)能夠使總氮穩(wěn)定滿足回用水水質(zhì)標準，最后考慮到經(jīng)濟因素，采用回流比為100%。

4 氣浮－曝氣生物濾池耦合工藝出水水質(zhì)分析

在PAC的投藥量為40 mg／L，選用A／O型曝氣生物濾池，BAF氣水比為5∶1，回流比為100%的前提下，對氣浮－曝氣生物濾池耦合工藝5種常規(guī)指標的去除效果進行了試驗分析，結(jié)果如下。

4.1 耦合工藝對CODcr的去除效果

試驗結(jié)果顯示，進水CODcr變化不大，最大值為61.5 mg／L，最小值為42.4 mg／L，CODcr出水比較穩(wěn)定，滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準，去除率最高為42.37%。

4.2 耦合工藝對氨氮的去除效果

試驗結(jié)果顯示，進水的氨氮濃度比較穩(wěn)定，耦合工藝對氨氮的去除率超過85%以上，出水能穩(wěn)定的滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準。

4.3 耦合工藝對TN的去除效果

試驗結(jié)果顯示，進水TN基本控制在20 mg／L左右，出水TN的濃度小于15 mg／L，滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準。

4.4 耦合工藝對TP的去除效果

試驗中TP的進水濃度比較高，最大值為8.26 mg／L，最小值為4.83 mg／L，但是出水仍能穩(wěn)定的滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準，說明其對進水總磷具有一定的抗沖擊能力。

4.5 耦合工藝對SS的去除效果

進水SS濃度為20 mg／L左右，波動性不大，出水SS濃度都小于10 mg／L，滿足GB 50335－2002關(guān)于循環(huán)冷卻系統(tǒng)補充水的水質(zhì)標準，氣浮單元和曝氣生物濾池單元對SS都有較好的去除效果。

5 結(jié)論

a.氣浮－曝氣生物濾池耦合工藝能夠?qū)⑽鬯幚韽S的二級出水凈化至滿足電廠循環(huán)冷卻系統(tǒng)補水水質(zhì)要求。

b.建議氣浮工藝中優(yōu)選聚合氯化鋁（PAC）作為化學(xué)除磷藥劑，且投加量在40 mg／L時即對磷有較好的去除效果。

c.與C／N曝氣生物濾池相比，A／O型曝氣生物濾池對總氮的去除效果更好，控制BAF氣水比為5∶1，回流比為100%，即可達到較好的處理效果。

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