某工業(yè)區(qū)再生水廠工藝選擇探討

薛春雷

（中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司，天津 300000）

1 工程概況

本項目為天津市某工業(yè)區(qū)再生水廠工程，來水為工業(yè)區(qū)污水處理廠達標(biāo)外排水，經(jīng)過再生水廠深度處理后作為再生水回用于工業(yè)區(qū)，由于外排水硬度和含鹽量較高，需要對進水進行軟化脫鹽處理，并對濃水進行再生化處理才能達標(biāo)外排。工程建設(shè)規(guī)模：再生水系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為2.5×104m3/d，再生水產(chǎn)量為1.75×104m3/d，產(chǎn)水率70%，濃水處理系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模為：7 500 m3/d。

2 進出水水質(zhì)

2.1 再生水處理廠進水水質(zhì)

該工業(yè)區(qū)污水處理廠污水來源以附近工業(yè)項目為主，經(jīng)過污水處理廠處理后符合天津市DB12/599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的A標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見表1；但由于上游為工業(yè)廢水和污水，經(jīng)過模擬計算，其他水質(zhì)指標(biāo)詳見表2；因此，最終確定的再生水廠進水指標(biāo)為表1和表2的20個指標(biāo)。

表1 污水處理后排放水質(zhì)

表2 設(shè)計進水水質(zhì)

2.2 再生水處理廠濃水處理進水水質(zhì)

濃水處理進水水質(zhì)即再生水系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水水質(zhì)，詳見表3。

表3 濃水處理進水水質(zhì)mg/L

2.3 濃水系統(tǒng)出水水水質(zhì)

再生水廠反滲透產(chǎn)水水質(zhì)達到GB/T 1576—2018《工業(yè)鍋爐水質(zhì)》表1中軟化水（1.0＜p≤1.6，p為額定蒸汽壓力）水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。詳情見表4。

表4 設(shè)計產(chǎn)水水質(zhì)

2.4 最終外排水質(zhì)

再生水廠濃水出水經(jīng)過處理后排放，出水水質(zhì)符合天津市DB 12599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的A標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)要求見表1。

3 處理工藝選擇

3.1 處理指標(biāo)分析

本再生水廠進水來自污水處理廠達標(biāo)排水，進水各項指標(biāo)已達到天津市地方標(biāo)準(zhǔn)DB12/599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中A標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)要求，大部分指標(biāo)已達到回用要求，但仍有部分指標(biāo)與本工程出水指標(biāo)有一些差距，主要指標(biāo)分析結(jié)果如下：

1）可以通過污水處理廠解決的指標(biāo)有：BOD5、SS、磷酸鹽、氨氮、總氮。

2）CODcr及色度：再生水廠進水中CODcr和色度指標(biāo)已基本達到回用水標(biāo)準(zhǔn)，但考慮到污水處理廠進水中CODcr及色度存在一定波動，需考慮對CODcr和色度的處理。

3）硬度和溶解性總固體：由于原水中溶解性總固體較高，已經(jīng)遠遠超過回用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計中需考慮對其處理。

因此，就本工程的進水水質(zhì)而言：BOD5、SS、磷酸鹽、氨氮、總氮、濁度等已在污水處理部分通過強化二級處理+三級深度處理解決，而溶解性總固體、硬度、CODcr、色度等的去除，則是本次再生水處理工程設(shè)計的關(guān)鍵。

綜合對常見典型再生水處理工藝的對比分析發(fā)現(xiàn)：再生水工藝總體上可分為傳統(tǒng)混凝沉淀過濾和預(yù)處理+膜過濾兩個部分，而回用對象包括工業(yè)、居民、市政雜用和河流補水幾個方面[1]。目前的趨勢為：回用于水質(zhì)要求不高的工業(yè)、河流補水和市政雜用等多采用傳統(tǒng)混凝沉淀過濾技術(shù)，如老三段工藝和各種濾池的組合工藝；對于回用要求較高的工業(yè)用水以及作為居民生活雜用水時，為保證供水的安全性，多采用預(yù)處理+超濾膜+反滲透膜[2]工藝的作為再生水處理的主要工藝。

3.2 再生水處理工藝選擇

通過分析進水水質(zhì)可知，廢水中鈣、鎂、堿度等含量較高，為使水中的鈣、鎂不在后續(xù)的提濃段結(jié)垢，產(chǎn)生污堵，需在預(yù)處理階段對硬度，堿度及有機物的去除。根據(jù)水質(zhì)情況，以工藝可靠、經(jīng)濟合理為原則，選擇工藝路線，具體如下：

預(yù)處理段工藝流程為：污水處理廠出水通過管道自流至再生水廠集水井內(nèi)，原水經(jīng)提升泵提升至高密度池，并向高密池內(nèi)投加PAC、Ca（OH）2、Na2CO3、PAM將水中的Ca2+、Mg2+轉(zhuǎn)化為難溶化合物通過沉淀池及斜管填料使其沉淀出來，使水質(zhì)得以軟化。通過混凝、絮凝作用，可使原水中的懸浮物、有機物、膠體等物質(zhì)凝聚成較大的絮凝物，通過沉淀去除，有效降低來水的有機物、懸浮物及濁度，還可通過沉淀去除部分CODcr。

超濾處理工藝選用浸沒式超濾工藝：經(jīng)過pH調(diào)節(jié)過的后絮凝出水自流并進入超濾膜池配水渠，并通過成套次氯酸鈉投加裝置投加次氯酸鈉，控制水中的微生物，然后均勻分布到每個系列的超濾膜過濾池中，經(jīng)抽吸泵的抽吸作用，使超濾膜過濾的膜內(nèi)孔形成負壓，產(chǎn)水進入產(chǎn)水管經(jīng)抽吸泵提升送至清水罐，根據(jù)需要定時氣水反沖洗，并設(shè)置化學(xué)清洗裝置。

脫鹽段采用反滲透裝置[3]，脫鹽段工藝流程說明：反滲透增壓泵從清水罐取水提升進入保安過濾器。進入保安濾器前，加入還原劑還原前面處理工藝中遺留的余氯，以防止氧化劑對膜化學(xué)結(jié)構(gòu)的破壞，造成反滲透膜性能的衰減；在進水中投加阻垢劑，以防止反滲透膜裝置濃水側(cè)產(chǎn)生結(jié)垢。保安過濾器出水通過反滲透高壓泵提升進入反滲透膜裝置，反滲透裝置產(chǎn)水進入產(chǎn)品水罐，經(jīng)產(chǎn)品水外供泵送至界區(qū)外，通過管道供至用水點。反滲透裝置的濃水進入反滲透濃水罐，經(jīng)濃水外供泵送至濃水處理裝置。膜系統(tǒng)配套設(shè)施還包括化學(xué)清洗系統(tǒng)。

3.3 濃水處理工藝選擇

由于反滲透濃水溶解性總固體達到20 000 mg/L，普通的活性污泥法、生物膜法等細菌最大耐鹽度為1%，因此，一般生物法無法實現(xiàn)脫氮除磷功能。經(jīng)過相關(guān)論文查詢[4-5]及實地調(diào)研，目前濃鹽水脫氮除磷項目較少，可采用的處理方法主要有“超濾+納濾膜”和“高密池+耐鹽菌反硝化濾池+催化氧化+活性炭過濾”。

納濾膜是通過物理分離的過程，將氮磷截留到濃水側(cè)，并沒有實現(xiàn)氮磷的去除，濃水需要繼續(xù)處理或者作為液體固廢處置。納濾膜耐酸堿，有優(yōu)良的截留率，對重金屬有很好的去除率，膜污染容易控制。

高密池+耐鹽菌反硝化濾池+催化氧化+活性炭過濾是一種比較穩(wěn)妥的處理工藝，處理是采用向高密池加藥的方式除磷和去除硬度，耐鹽菌反硝化濾池內(nèi)有經(jīng)過長期在高鹽環(huán)境下馴化而成的特效耐鹽菌，特效耐鹽菌能夠在高鹽環(huán)境下將通過硝化反硝化作用將氨氮經(jīng)過硝態(tài)氮轉(zhuǎn)變成氮氣釋放到大氣中，實現(xiàn)脫除廢水中總氮的功能，同時能夠去除部分COD，若COD較低，還需要向污水中投加碳源，經(jīng)過耐鹽菌處理后的污水在經(jīng)過催化氧化進一步去除有機物和總氮，最后經(jīng)活性炭過濾確保出水水質(zhì)達標(biāo)。

通過以上分析高密池+耐鹽菌反硝化濾池工藝作為濃水脫氮的核心工藝是比較合理的，因此，濃水處理工藝采用“高密池+耐鹽菌反硝化+催化氧化+活性炭過濾”的工藝，出水達到標(biāo)準(zhǔn)后進入園區(qū)污水處理廠排水管道外排。

4 最終確定的工藝流程

經(jīng)過上述方案比選，最終確定的工藝流程為：污水處理廠高級氧化池出水自流進入集水池，集水池設(shè)有泵坑和提升泵，原水經(jīng)過提升進入高密池，在高密池內(nèi)加入石灰、純堿、PAC和PAM去除硬度后自流進入超濾膜池，經(jīng)過自吸泵抽吸透過超濾膜進入超濾產(chǎn)水罐，在經(jīng)過反滲透泵加壓后通過反滲透裝置，反滲透產(chǎn)水進入產(chǎn)品水罐，經(jīng)過加壓后沿場外輸水管線供至用戶；濃水經(jīng)過濃水高密池再次去除硬度，自流進入耐鹽菌生物反硝化濾池，在濾池投加碳源滿足硝化反硝化對碳源的需求，經(jīng)過耐鹽菌處理后的污水再經(jīng)過催化氧化進一步去除有機物和總氮，最后經(jīng)活性炭過濾確保出水水質(zhì)達到天津市DB12/599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》A標(biāo)準(zhǔn)后進入園區(qū)污水處理廠排水管道外排。

5 結(jié)語

該再生水廠項目作為再生水廠具有極強的代表性，其原水為污水廠出水且高鹽高硬度，處理工藝較為復(fù)雜，該項目的建設(shè)可每年為南港工業(yè)區(qū)提供638.75萬t的優(yōu)質(zhì)水資源，為減少該地區(qū)水資源開采有極大意義，也為后續(xù)工業(yè)區(qū)再生水廠提供了一些經(jīng)驗。