CN110002676A - 一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,以污水厂二级出水为水源,依次对其进行电厂中水处理、冷却循环水和化水处理处理工艺和参数进行了优化调整,产水分别满足常规工业用水、冷却循环水、锅炉和热网补给水等水质要求。通过优化曝气生物滤池、絮凝‑沉淀工艺和参数以及缓释阻垢剂的复配配方,使之适应城市污水的水质特性,节约资源和能源,减少环境的污染,使产水能够满足热电厂的冷却循环用水的要求;进一步研发了“高盐高磷废水膜处理技术”,制定反渗透进水总磷限值(3 mg/L),据此取消了前续加药除磷工艺,并对膜处理系统工艺参数进行了优化调整,提升了产水水质、稳定性和运行效率,得到符合要求的锅炉、热网补给水。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,特别涉及一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺。
背景技术
将城市污水厂出水作为水源,深度处理后回用于热电厂冷却用水,在节水减排的同时带来了可观的经济效益,具有重要的示范意义。但是,常规处理工艺存在处理效率低,产水水质不稳定甚至明显恶化,运行维护成本高,同时导致后续膜处理系统污染严重,产水水质变差等问题,无法满足现有水质处理和工艺用水需求,具体问题如下:
1、曝气生物滤池产水浊度、碱度较低,不符合石灰混凝工艺的处理特征,经机械搅拌澄清池的石灰和铁系絮凝剂加药处理后,水质发生了明显恶化,硬度和铁含量严重超标,严重增加后续变孔隙滤池等过段的负担,同时能耗、药耗和运行维护成本极高。
2、中水处理系统产水作为循环水补充水,其硬度、碱度的增加直接导致凝汽器内容易发生结垢的危害,并且铁含量的超标也容易在凝汽器管内镀成膜,这些都会增大凝汽器端差。
3、以中水处理系统产水为原水的化学水处理系统中超滤膜丝外壁发生钙垢、铁垢沉积,堵塞严重,部分污染物透过超滤膜进入随产水进入反渗透工段致使反渗透膜污染加重,产水水质恶化。
4、处理成本较高。中水由于主要来自于污水处理厂,由于季节、气候、来源等多种因素的干扰,水质波动较大,处理技术和难度随之增加。所需处理费用成本较大,影响企业利用中水的积极性。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明的目的是提供一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,通过优化曝气生物滤池、絮凝-沉淀过程工艺和参数以及缓释阻垢剂的复配配方,使之适应城市污水的水质特性,提高经济性和稳定性,节约资源和能源,减少环境的污染,使最终产水能够满足热电厂的冷却循环用水的要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,以污水厂二级出水为水源,所述处理工艺包括以下步骤:
A. 将污水通过管线运输至中水集水池内,然后经过水泵将污水输送至曝气生物滤池内进行处理,所述曝气生物滤池中气水比为2-4:1,水力负荷为3~5 m3/m2·h,每运行24-36h进行反冲洗;
B. 向曝气生物滤池的出水中加入混凝剂和助凝剂,出水进入沉淀池进行絮凝反应,采用沿程加药方式,首次加药点提前至曝气生物滤池出水口,最终加药点位于沉淀池反应区,首次和最终加药点间每隔3-5米设置一个加药点,有效提升了混凝反应时间和效率,所述混凝剂和助凝剂的加药量分别为5-10 mg/L、0.3-1mg/L,而后先进行快速搅拌,且搅拌速率为200r/min~500r/min,搅拌时间为20s-60s,再进行慢速搅拌,且搅拌速率为20r/min~50r/min,搅拌时间为10min-30min,停留0.5h-1h后出水进行下一步处理;
C. 沉淀池的出水进入沙滤池,滤速为10m/h-20m/h,滤层的厚度为1m-2m,采用恒流速、恒水位运行,滤层以上的液面控制在0.5m-1m;
D1. 沙滤池的出水进入清水池,即可成为常规工业用水;
或,
D2. 沙滤池的出水进入清水池,向清水池中加入缓释阻垢剂,充分反应后,即得到热电厂可用的冷却循环水;
E. D1得到的常规工业用水,依次进行超滤、反渗透及离子交换处理,即得到锅炉、热网补给水;
其中,反渗透进水的总磷限制为不高于3mg/L。
进一步的,步骤A中反冲洗处理的条件为:
气冲强度为9~11L/(m2 s),持续时间为2~5min;水冲强度5~8L/(m2 s),持续时间为8~10min;水洗时维持上步水冲强度,以排除全部杂质,出水变清澈为重点,持续时间3~10min。
进一步的,步骤B中所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC),所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)。或混凝剂为聚合硫酸铁(PFS),所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)
进一步的,步骤C中沙滤池为变孔隙滤池,采用大粒径滤料和小粒径滤料混合的滤料,所述大粒径滤料的粒径为1mm-3mm,所述小粒径滤料的粒径为0.5mm-1mm,其中小粒径滤料的占比为2%-5%。
进一步的,步骤D中所述缓释阻垢剂为PASP、PBTCA、HEDP、水溶性咪唑啉和EDTMPS组成的混合物,缓释阻垢剂的投加量为5-20mg/L。
进一步的,步骤D中所述缓释阻垢剂中各原料的浓度分别为:
PASP 15-20mg/L
PBTCA 18-25mg/L
HEDP 18-35mg/L
水溶性咪唑啉 15-20mg/L
EDTMPS 15-20mg/L。
进一步的,步骤E中超滤的运行压力设置为0.2Mpa-0.4Mpa,系统每运行40分钟反洗一次,每次反洗时间为30s-60s,每15天后进行化学增强反洗(EFM),即采用900ppm的高浓度NaClO清洗膜表面。
进一步的,步骤E中反渗透的进水水质要求还包括:
进一步的,步骤E中反渗透的运行压力为1Mpa-1.2Mpa,且反渗透运行的加药体系为还原剂NaHSO3、阻垢剂和酸性清洗剂。所述酸性清洗剂优选为HCl溶液,备选的清洗剂为2.0%柠檬酸,1.0%Na2S2O4,0.5%磷酸。
进一步的,步骤E中所述还原剂NaHSO3按4倍余氯剂量控制,控制氧化还原电位<200mV调节加药;所述阻垢剂加药点在保安过滤器前,正常运行时阻垢剂的加入量为3.0~5.0ppm;为防止反渗透膜浓水侧结垢,反渗透投运后,根据反渗透入口水质情况,加酸性清洗剂调节入口水pH值在6.5-7.5,加酸点在保安过滤器前。
进一步的,所述离子交换处理依次采用:强酸阳离子交换器→强碱阴离子交换器→混合离子交换器。
本发明相比现有技术的有益效果为:
1、本发明所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,所述工艺以城市污水厂二级出水为水源,通过工艺改造,取消了石灰澄清工艺和铁系混凝剂投加工艺,改造为沿程多点精确加药强化-混凝工艺;取消了硫酸中和工艺,改为复合缓释阻垢工艺;根据前续工艺变化,优化了膜处理系统工艺参数,确定反渗透进水的总磷限制为不高于3mg/L,有效减轻了前续除磷负担和药剂消耗;
2、本发明所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,充分发挥了各工段的处理优势,有效降低水处理系统含盐量,减小循环水系统腐蚀、结垢倾向,减轻了水处理系统工作负担,避免了化水处理系统膜污染和水质恶化趋势,提高了产水效率;
3、本发明所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,不仅能够有效提升系统稳定性和处理效率,而且可取得明显的经济效益,具体的:
通过工艺优化和改造,全系统能源、药剂和设备维护费用显著降低;
1)按产水7417543吨计算,停止加石灰和硫酸后每年可节约石灰费用:0.085(元/吨)*7417543吨=63.19万元;每年节约硫酸费用:0.059(元/吨)*7417543吨=43.94万元;
2)石灰、硫酸各两套加药设备的维护费用每年至少节约50余万元;
3)减少沙滤池的反洗次数,节水、节电费用每年至少20余万元;
4)改善了化学水处理系统超滤、反渗透的运行条件,减少了化学清洗次数,延长了使用寿命,每年可节约生产成本100余万元;
以上生产费用合计每年可节约277.13万元。
以下通过附图和实施例对本发明进行详细的描述。
附图说明
图1为本发明所述基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺的流程示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,以污水厂二级出水为水源,所述处理工艺包括以下步骤:
A. 将污水通过管线运输至中水集水池内,然后经过水泵将污水输送至曝气生物滤池内进行处理,所述曝气生物滤池中气水比为3:1,水力负荷为4 m3/m2 h时,出水水质的氨氮和COD都已经满足冷却水的水质标准;每运行24~36h后进行反冲洗处理。反冲洗的主要参数为,气冲强度9~11L/(m2 s),持续时间3min;水冲强度5~8L/(m2 s),持续时间为10min;水洗时维持上步水冲强度,以排除全部杂质,出水变清澈为重点,持续时间约5min。
B. 向曝气生物滤池的出水中加入混凝剂聚合氯化铝(PAC)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM),采用沿程加药方式,首次加药点提前至曝气生物滤池出水口,最终加药点位于沉淀池反应区,首次和最终加药点间每隔3-5米设置一个加药点,有效提升了混凝反应时间和效率,出水进入沉淀池进行絮凝反应,所述PAC和PAM的加药量分别为8mg/L、1mg/L,而后先进行快速搅拌,且搅拌速率为300r/min,搅拌时间为50s,再进行慢速搅拌,且搅拌速率为40r/min,搅拌时间为10min,停留0.5h-1h后出水,当浊度达到3.09~5.02NTU,总磷含量0.488~0.456mg/L时可进行下一步处理。
C. 沉淀池的出水进入沙滤池,所述沙滤池为变孔隙滤池,采用大粒径滤料和小粒径滤料混合的滤料,所述大粒径滤料的粒径为1mm-3mm,所述小粒径滤料的粒径为0.5mm-1mm,其中小粒径滤料的占比为3%,变孔隙滤池中先采用大粒径滤料填充,使得平均空隙较大,不容易发生阻塞和表面过滤的现象,再加入3%的小粒径滤料,使小粒径滤料均匀的分散在整个滤层中,降低局部的孔隙率,从而促进絮凝作用;滤速为16m/h,滤层的厚度为1.8m,采用恒流速、恒水位运行,滤层以上的液面控制在0.9m。
D1. 沙滤池的出水进入清水池,即可成为常规工业用水;
经上述曝气生物滤池、沉淀池和沙滤池,主要去除COD、氨氮、总磷和浊度等污染物,产水满足冷却循环水水质标准,用于电厂冷却循环水和常规生产用水,同时为膜处理系统提供原水,经超滤和反渗透膜处理后,进一步去除有机物,降低电导,产水满足热网补给水水质标准,用于电厂锅炉和热网补给水。改造后,步骤A-D1(中水处理系统)各处理工段产水水质明显优于改造前(如下表所示),避免了碱度、浊度和铁等污染物指标不降反升现象。
或,
D2. 沙滤池的出水进入清水池,向清水池中加入缓释阻垢剂,充分反应后,即得到热电厂可用的冷却循环水;
所述缓释阻垢剂的为PASP、PBTCA、HEDP、水溶性咪唑啉和EDTMPS组成的混合物,各原料的浓度分别为18mg/L、20mg/L、30mg/L、17mg/L、16mg/L。
缓蚀阻垢剂的平均阻垢率为84.8%,腐蚀率为0.040mm/a,远小于GB50050-2007《工业循环冷却水设计规范》规定(碳钢腐蚀率低于0.075mm/a)。加入上述缓释阻垢剂后,能够有效降低腐蚀和结垢趋势,循环水浓缩倍数提升至3倍以上。
E. D1得到的常规工业用水,依次进行超滤、反渗透及离子交换处理,即得到锅炉、热网补给水;
所述超滤的运行压力设置为0.2Mpa-0.4Mpa,系统每运行40分钟反洗一次,每次反洗时间为60s,主要是防止颗粒物质在膜丝内部沉积,维持膜的通量,利于保护膜系统的正常运行。每15天后进行化学增强反洗(EFM),即采用900ppm的高浓度NaClO清洗膜表面,使之彻底恢复原有过滤性能。
反渗透进水总磷限值为3 mg/L,有效减轻了前续除磷负担和药剂消耗。为保证反渗透的安全稳定运行,所述反渗透的进水水质要求为:
反渗透膜运行压力为1-1.2 Mpa,单支膜产水率为15%。由于反渗透原水属于高磷高硬度水质,反渗透运行加药系统主要包括:还原剂NaHSO3、阻垢剂和盐酸加药。将还原剂NaHSO3按4倍余氯剂量控制,控制氧化还原电位<200mV调节加药;阻垢剂加药点在保安过滤器前,正常运行时阻垢剂的加入量为3.0~5.0ppm;为防止反渗透膜浓水侧结垢,反渗透投运后,根据反渗透入口水质情况,加酸调节入口水pH值在6.5-7.5左右,加药点在保安过滤器前。
经上述处理得到的锅炉、热网补给水中,电导率小于80 μS/cm,符合锅炉、热网补给水的使用标准。
所述反渗透的进水属于高磷高硬度水质,当运行条件不变的情况下,产水量下降10-15%,运行增加10-15%,段间压差增加30%时,必须进行化学清洗。反渗透原水属于高磷高硬度水质,反渗透膜污染主要为如钙垢,首选化学清洗剂为0.2%HCl溶液,清洗pH值为1-2。备选化学清洗剂为:2.0%柠檬酸,1.0%Na2S2O4,0.5%磷酸。
所述离子交换处理主要采用:强酸阳离子交换器→强碱阴离子交换器→混合离子交换器,主要参数如下:
经测定,D1得到的常规工业用水的电导为1089 μS/cm,而经过所述超滤、反渗透及离子交换处理后的产水电导为25 μS/cm,远低于80 μS/cm的标准值。
Claims (10)
1.一种基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,以污水厂二级出水为水源,其特征在于,所述工艺包括以下步骤:
A. 将污水通过管线运输至中水集水池内,然后经过水泵将污水输送至曝气生物滤池内进行处理,所述曝气生物滤池中气水比为2-4:1,水力负荷为3~5 m3/m2·h,每运行24-36h后进行反冲洗处理;
B. 向曝气生物滤池的出水中加入混凝剂和助凝剂,采用沿程加药方式,首次加药点提前至曝气生物滤池出水口,最终加药点位于沉淀池反应区,首次和最终加药点间每隔3-5米设置一个加药点,出水进入沉淀池进行絮凝反应,所述混凝剂和助凝剂的加药量分别为5-10 mg/L、0.3-1mg/L,而后先进行快速搅拌,且搅拌速率为200r/min~500r/min,搅拌时间为20s-60s,再进行慢速搅拌,且搅拌速率为20r/min~50r/min,搅拌时间为10min-30min,停留0.5h-1h后出水进行下一步处理;
C. 沉淀池的出水进入沙滤池,滤速为10m/h-20m/h,滤层的厚度为1m-2m,采用恒流速、恒水位运行,滤层以上的液面控制在0.5m-1m;
D1. 沙滤池的出水进入清水池,即可成为常规工业用水;
或,
D2. 沙滤池的出水进入清水池,向清水池中加入缓释阻垢剂,充分反应后即得到热电厂可用的冷却循环水;
E. D1得到的常规工业用水,依次进行超滤、反渗透及离子交换处理,即得到锅炉、热网补给水;
其中,反渗透进水的总磷限制为不高于3mg/L。
2.根据权利要求1所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤A中反冲洗处理的条件为:
气冲强度为9~11L/(m2 s),持续时间为2~5min;水冲强度5~8L/(m2 s),持续时间为8~10min;水洗时维持上步水冲强度,以排除全部杂质,出水变清澈为重点,持续时间3~10min。
3.根据权利要求1所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤B中所述混凝剂为聚合氯化铝(PAC)和/或聚合硫酸铁(PFS),所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)。
4.根据权利要求1所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤C中沙滤池为变孔隙滤池,采用大粒径滤料和小粒径滤料混合的滤料,所述大粒径滤料的粒径为1mm-3mm,所述小粒径滤料的粒径为0.5mm-1mm,其中小粒径滤料的占比为2%-5%。
5.根据权利要求1所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤D中所述缓释阻垢剂为PASP、PBTCA、HEDP、水溶性咪唑啉和EDTMPS组成的混合物,缓释阻垢剂的投加量为5-20mg/L。
6.根据权利要求5所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤D中所述缓释阻垢剂中各原料的浓度分别为:
PASP 15-20mg/L
PBTCA 18-25mg/L
HEDP 18-35mg/L
水溶性咪唑啉 15-20mg/L
EDTMPS 15-20mg/L。
7.根据权利要求5所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤E中超滤的运行压力设置为0.2Mpa-0.4Mpa,系统每运行40分钟反洗一次,每次反洗时间为30s-60s,每15天后进行化学增强反洗(EFM),即采用900ppm的高浓度NaClO清洗膜表面。
8.根据权利要求5所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤E中反渗透的进水水质要求还包括:
9.根据权利要求5所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤E中反渗透的运行压力为1Mpa-1.2Mpa,且反渗透运行的加药体系为还原剂NaHSO3、阻垢剂和酸性清洗剂。
10.根据权利要求9所述的基于分质利用的污水厂和热电厂水循环利用工艺,其特征在于,步骤E中所述还原剂NaHSO3按4倍余氯剂量控制,控制氧化还原电位<200mV调节加药;所述阻垢剂加药点在保安过滤器前,正常运行时阻垢剂的加入量为3.0~5.0ppm;为防止反渗透膜浓水侧结垢,反渗透投运后,根据反渗透入口水质情况,加酸性清洗剂调节入口水pH值在6.5-7.5,加酸点在保安过滤器前。
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