再生水深度處理系統設計及調試問題討論

摘要：再生水深度處理系統的設計簡述，以及調試運行對設計參數的修正和調整，提出了對今后系統設計應注意的細節。

關鍵詞：再生水;循環冷卻水;曝氣生物濾池;石灰軟化;變孔隙濾池;設計;調試

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）04-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.057

Abstract：A brief description of the design of the reclaimed water advanced treatment system，as well as the correction and adjustment of the design parameters during commissioning，propose the details that should be paid attention to in the future system design.

Key words：Recycled water;Circulating cooling water;Aerated biological filter;Lime softening;Variable pore filter;Design;Commissioning

1 概述

近年來，隨著電力建設的高速發展，作為用水大戶的熱電廠循環冷卻系統用水，取水自城市污水二級處理后的排放水，并努力實現“零排放”。雖然中水經二級處理后已經去除了大部分的SS、COD、BOD、NH3-N、色度、濁度，但由于國家對電廠機組循環冷卻水的要求高于城市污水二級處理后的排放水，其成分中重點要求了硬度等指標，因此將二級處理水作為水源，必須對中水按要求進行再生水深度處理。

本工程中唯一的水源為城市污水處理廠二級排放水，雖然已經過回用水廠混凝、沉淀、過濾處理，基本能達到國家化工行業要求的《循環冷卻水用再生水水質標準》（HG/T 3923-2007），但此中水作為電廠唯一水源，電廠做了更高的要求，其中CODcr≤30mg/L，NH3-N≤5mg/L，碳酸鹽硬度（以CaCO3計）≤50mg/L。

目前，在再生水深度處理和回用技術中還存在一些技術難題，需要進一步研究和解決。本文依照作者的實踐經驗，就常規的系統設計進行綜述，并對相關問題提出自己的見解和建議。

2 設計簡述

2.1 水源水質分析及出水要求

本工程再生水設計產水規模為5x104m3/d，水源為城市污水處理廠二級排放水經回用水廠處理后的中水，水質分析表詳見表1，由于指標中CODcr和NH3-N的指標相對不穩定，冬季排水有時僅達到二級排放要求，即CODcr≤100mg/L，NH3-N≤25mg/L，而滿足回用需求的再生水水質要求相當的嚴格，詳見表2。

2.2 設計方案確定

經設計人員對進水水質資料進行分析，討論確定設計水源的水質按二級排放水指標考慮，由于CODcr和NH3-N指標偶爾會出現較高的可能，因此必須采用生物處理技術，保證當水源發生惡化時能有效地起到凈化效果，并采用石灰軟化法去除暫時硬度，因此確定的方案詳見圖1。

2.3 主要處理單元設計

2.3.1 曝氣生物濾池

考慮到本項目源水污染指標波動較大的因素主要為COD和NH3-N，因此選擇了C/N硝化工藝型曝氣生物濾池。具體設計參數如下：

2.3.2 機械加速攪拌澄清池

澄清池外壁采用為混凝土池設計形式，本項目為了施工方便，澄清池選用了內部鋼結構設備。詳細設計參數如下：

澄清池內徑：Φ26m;

數量：2座;

第一反應室停留時間：27min;

第二反應室停留時間：21min;

澄清區上升流速：0.9mm/s。

2.3.3 變孔隙濾池

由于出水濁度的要求≤2NTU，在比較了幾種傳統的濾池之后，本項目設計選用了納污能力強、出水效果好，操作相對簡單的變孔隙濾池。詳細設計參數如下：

2.4 調試運行

系統進入正式調試階段之后，對整個系統包括曝氣生物濾池進行了連續10d的聯調，進水量600m3/h，通過化驗數據指導系統調試，檢驗設計參數選取的合理性。進水至1#～8#曝氣生物濾池，1#～2#澄清池，1#～4#變孔隙濾池，通過每天的進水和出水水質化驗報告，分析整個系統的運行情況，不斷的調整pH值、曝氣溶氧量（DO）、反洗效果，并努力達到CODCr、氨氮、暫時硬度以及出水懸浮物等污染物的最佳去除效果，同時對運行提出優化建議。

2.4.1 曝氣生物濾池

2.4.1.1水質分析

（1）原水與出水PH值的變化。經過連續10d對曝氣池原水及出水的測試，原水pH值維持在6.5～7.68之間，較適宜微生物的生長，有利于生物膜的形成。出水6.88～7.7，經過微生物對污染物的分解和去除作用后，pH變化小。圖2為原水與出水的pH值變化趨勢。

（2）氨氮的去除效果。經過連續10d的測試，曝氣池對氨氮的去除效果見圖3。原水氨氮最高濃度為23.9mg/L，最低濃度為1.05mg/L，平均濃度為11.3mg/L，曝氣池出水氨氮濃度均低于2mg/L，平均值為0.95mg/L，氨氮去除率高達86.82%，說明本系統對氨氮有很好的去處效果，符合系統出水水質要求（?5mg/L）。

圖3 氨氮的去除效果

（3）CODCr的去除效果。由于原水經過污水廠預處理，CODCr含量低，濃度在20～40mg/L之間，有機物主要為難生物降解的有機物，所以去除率較低。第一次測試時，所取曝氣池出水水樣渾濁，水中含有脫落的生物膜，所以測試出出水的CODCr濃度高于原水。在接下來的9次測試中，原水CODCr平均濃度為28.1mg/L，曝氣池出水CODCr平均濃度為22mg/L，去除率為21.4%，符合系統出水水質要求（?30mg/L）。（如圖4）

2.4.1.2曝氣量及氣水比

本項目選用的曝氣風機風量為12.62m3/min，每座曝氣生物濾池處理水量為2～2.5m3/min，在線溶氧儀測試1#～8#曝氣池溶解氧在3.5～5.5mg/L之間，曝氣量稍微偏大，這與原水中的污染物濃度有關，初期進水水量未達到滿負荷，水力負荷約為3.5m3/（m2/h），源水中污染物濃度也較低，因此在滿負荷曝氣強度下，溶解氧稍稍偏高。

2.4.1.3反洗效果

曝氣生物濾池運行一段時間后，老化生物膜脫落，生物膜與大量懸浮物同時被濾料截留，孔隙率減小，水頭損失增大，需進行強制反洗，適當進行反沖洗能夠去除堵塞濾池的顆粒物，也能去除老化的生物膜，使生物膜長時間具有較好的凈化能力，提高微生物活力及系統處理性能。不進行反沖洗或者反沖洗強度不夠，長期下去會產生濾料板結等問題。但是，反沖洗強度過大又會對濾池內微生物量及活性產生一定的影響。

進行反洗試驗：進反洗水2min后，濾料層膨脹并伴有懸浮物和老化微生物上浮，水質變渾濁，但并未有濾料流失;氣水反洗8min后，停曝氣風機，單獨水反洗8min，濾料中沉降污泥及老化微生物被沖走，再關閉反洗水泵并啟動曝氣風機，曝氣池恢復正常運行;又以11#及12#做相同反洗試驗，反洗效果明顯（見圖5），可起到將濾料表面懸浮物及老化微生物沖洗出去的目的。

2.4.2 機械加速攪拌澄清池

2.4.2.1澄清池pH值的控制

在初期調過程中，一般將澄清池的pH值控制在10.5～11.2左右，效果較好，實際運行效果看，從進水的暫時硬度3.1～3.6降至2.1～2.8，效果不太理想，經現場調試人員多方面尋找更換了石灰原產品，并適當調整了石灰加藥量和加藥濃度、以及混凝劑和助凝劑的加藥量之后將暫時硬度將至0.5mmol/L以下，水質不穩定時，偶爾出現波動。

2.4.2.2澄清池攪拌機頻率控制

澄清池的攪拌機頻率設計為18r/min，調試時由于一反水面波動較大，將頻率調整至15Hz，效果較為明顯，絮狀體形成較好，石灰乳與水反應較完全。

2.4.2.3澄清池排泥控制

通常水中暫時硬度較大，有時在4～6mmol/L時，澄清池產泥會較多，如不及時排泥，會對澄清池的出水濁度產生影響，另一方面，對刮泥機正常運行也會產生不良影響，本項目在調試時將程序控制在間隔6h排泥一次，泥層在池內停留越過6h以上時，即出現板結，板結嚴重時會將刮泥機損壞。因此定時排泥是控制機械加速攪拌澄清池運行的關鍵。

2.4.3 變孔隙濾池

2.4.3.1變孔隙濾池進水pH值的控制

澄清池投加石灰進行軟化反應后，變孔隙濾池的進水PH值與澄清池相同，在10.5～11.2之間波動。為了保障變孔隙濾池的過濾效果，以及對濾料及濾板的保護，設計在變孔隙濾池進水處設置了混合槽，在混合槽的起端投加工業級濃硫酸，將PH值調整至6～8，此過程會有一些碳酸鈣等細小懸浮顆粒再次被溶解，影響出水硬度。注意控制pH值不低于6，否則出水硬度會受到較大影響。

2.4.3.2變孔隙濾池反洗控制

變孔隙濾池運行較穩定，出水濁度穩定在0.5NTU以下，其運行效果的保障是定期反洗，本項目濾池設計為變孔隙濾池，形式為下向流，通過濾板濾頭收水至清水池，反洗模式為氣水反洗，通過預制濾板及長柄濾頭實現氣水同時反洗。反洗時先停止進水，然后進行空氣擦洗3～5min，再開啟反洗水泵氣水同時反洗3min，最后進行單水洗5min，即可恢復變孔隙濾池的截污功能，反洗周期控制在1次/d。

值得注意的是，氣水同時反洗時，水量應控制在3～5L/S·m2，水量過大會造成濾料流失。氣擦洗時間也不宜過長，時間過長對濾料的磨損較大，影響濾料的使用壽命。

3 總結

針對本項目再生水處理的工藝，得出以下結論：曝氣生物濾池適用水質范圍廣、處理能力強、出水水質好，當進水CODcr、NH3-N、濁度等都較低時，單用曝氣生物濾池就可以達到很好的處理效果，出水CODcr降到30mg/L以下，出水NH3-N降到2mg/L以下。機械加速攪拌澄清池運行穩定成熟，對去除暫時硬度較高的中水水源有較好的實用效果，是性價比較高的工藝選擇。變孔隙濾池在機械加速攪拌澄清池后起到截留澄清池出水懸浮物的作用，保障出水的濁度低于0.5NTU。總之，對于曝氣池+機械加速攪拌澄清池+變孔隙濾池工藝處理中水達到再生水回用已逐漸成熟和穩定化，已成為主流工藝首選。

對今后的設計可改進和優化的幾點建議：對于污染物濃度較小的原水，可適當降低生化曝氣量，減少曝氣風機臺數或降低曝氣風機的風量。石灰乳加藥系統建議在機械加速攪拌澄清池就近布置，以便能通過機械加速攪拌澄清池的在線pH計及時反饋到PLC程序及時調整石灰乳加藥量控制。可適應降低機械加速攪拌澄清池的公頻轉速，降低電耗及變頻器功率。

參考文獻

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收稿日期：2020-02-01

作者簡介：孫陽（1985-），男，漢族，本科學歷，工程師，研究方向為市政及工業水處理。