化工回用水處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例及分析

黃子逸

（廣州市環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州510655）

工業(yè)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，然而區(qū)域水資源承載能力有限，導(dǎo)致水資源日益短缺，同時(shí)水污染不斷加劇。因此，水資源的循環(huán)利用對(duì)于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，越來(lái)越多的工業(yè)用水大戶加入到水資源循環(huán)利用的行列〔1-3〕，不僅緩解了水資源短缺的壓力，還提高了資源的利用率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本〔4-5〕。筆者以某化工有限公司的回用水處理工程為案例，介紹了該工程的處理工藝、主要構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行了運(yùn)行成本分析，以期為相關(guān)企業(yè)的廢水處理回用提供參考。

1 工程概況

1.1 建設(shè)規(guī)模

本工程設(shè)計(jì)污水處理能力為9 600 m3/d，其中循環(huán)水排污水水量7 200 m3/d（循環(huán)水旁濾反沖洗水非連續(xù)產(chǎn)生，反沖洗時(shí)進(jìn)入循環(huán)排污水處理系統(tǒng)，同時(shí)考慮設(shè)計(jì)余量，取此部分水量為7 200 m3/d），二次生化處理水水量2 400 m3/d。

1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，并考慮不利工況的影響，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)，見(jiàn)表1。

表1 進(jìn)水水質(zhì)

由表1可知，循環(huán)水排污水濁度較高，硬度大，主要是鈣鹽、鎂鹽含量較高；二次生化處理水是經(jīng)現(xiàn)有的生化處理系統(tǒng)處理后的氣化灰水、沖渣水等廢水，其氨氮、COD需進(jìn)一步去除，以利于后續(xù)脫鹽處理系統(tǒng)的運(yùn)行。

按業(yè)主要求，廢水經(jīng)處理后需回用于循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水及未來(lái)其他生產(chǎn)用水的預(yù)制水，因此，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到《化工企業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（HG/T 20690—2000）中的敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水水質(zhì)要求及《工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 1576—2001）中表2的給水標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 工藝流程及說(shuō)明

生產(chǎn)廢水（100 m3/h）經(jīng)已有的生化系統(tǒng)處理（A2O工藝）后進(jìn)入本系統(tǒng)1#調(diào)節(jié)池，再經(jīng)提升泵提升依次進(jìn)入DN型BAF池+DC/N型BAF池。為了增強(qiáng)脫氮效果，本工程采用了前置反硝化的兩級(jí)BAF。因在缺氧環(huán)境下反硝化作用會(huì)消耗部分碳源，而原水中COD較低，為避免因碳源不足而限制反硝化作用的效果，在DN型BAF池設(shè)有甲醇加藥裝置。經(jīng)處理廢水中的TN、COD得到進(jìn)一步去除。處理后水自流進(jìn)入中間水池。

循環(huán)水排污水（300 m3/h）自流進(jìn)入2#調(diào)節(jié)池，然后通過(guò)提升泵提升進(jìn)入水質(zhì)軟化池。通過(guò)投加熟石灰，達(dá)到軟化水中硬度的目的，從而保證反滲透工藝正常有效地運(yùn)行。本方案設(shè)置的熟石灰投加裝置包括溶藥罐、加藥罐和加藥泵3部分。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，人工將生石灰投加到溶藥罐中，通過(guò)攪拌使生石灰溶解，配成Ca（OH）2溶液后流入加藥罐。加藥罐罐底出藥管與加藥泵連接，通過(guò)泵輸送至水質(zhì)軟化池。軟化池出水流入1#沉淀池反應(yīng)區(qū)，向其中加入PAC、PAM，以提高后續(xù)沉淀區(qū)的沉淀效果。沉淀池出水自流進(jìn)入中間水池與生產(chǎn)廢水混合。沉淀污泥通過(guò)污泥泵排入污泥池。

2種廢水在中間水池混勻后，通過(guò)泵提升進(jìn)入保安過(guò)濾器，進(jìn)一步去除細(xì)小的懸浮物后經(jīng)過(guò)增壓泵進(jìn)入超濾膜（UF）處理系統(tǒng)和反滲透（RO）系統(tǒng)〔6-7〕。反滲透出水直接進(jìn)入回用水池達(dá)標(biāo)回用，超濾濃水以及反滲透濃水用作水煤漿混合用水。

污泥池中的污泥通過(guò)泵打入帶式機(jī)壓濾處理，濾液自流進(jìn)入1#調(diào)節(jié)池。工藝流程見(jiàn)圖1。

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 生化系統(tǒng)出水處理系統(tǒng)

圖1 工藝流程

（1）1#調(diào)節(jié)池。1座，外形尺寸 7.0 m×5.0 m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量100 m3/h，停留時(shí)間1.27 h。功能特點(diǎn)：收集廠區(qū)自有污水處理系統(tǒng)排出的污水，均勻水質(zhì)，并進(jìn)行預(yù)曝氣處理，保證后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。主要設(shè)備：潛水提升泵2臺(tái)，液位計(jì)1套，電磁流量計(jì)1套，空氣攪拌裝置1套。

（2）DN型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0 m×3.0 m×6.5 m。設(shè)計(jì)水量100 m3/h，停留時(shí)間1 h。濾料層高度3.0 m，濾料總?cè)莘e54 m3，反硝化負(fù)荷為1.94 kgNO3-/（m3·d）（按照氨氮全部轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮計(jì)）。 水氣反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25 m3/min，反沖洗水量180 m3/h，反洗時(shí)間5 min。功能特點(diǎn)：在缺氧生物濾池利用原水COD和補(bǔ)加的碳源，對(duì)前段生化處理（A2O工藝）產(chǎn)生的硝態(tài)氮進(jìn)行反硝化作用，將廢水中所含的NO3-及少量的NO2-轉(zhuǎn)化為N2去除。主要設(shè)備：陶粒濾料54 m3，濾板18塊，長(zhǎng)柄濾頭648個(gè)，鵝卵石承托層10.8 m3，出水電動(dòng)閥2個(gè)，進(jìn)水電動(dòng)閥2個(gè)，反洗氣電動(dòng)閥2個(gè)，反洗進(jìn)水電動(dòng)閥2個(gè)。

（3）DC/N型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0 m×3.0m×6.5 m。設(shè)計(jì)水量100 m3/h，停留時(shí)間0.9 h。濾料層高度3.0 m，濾料總?cè)莘e54 m3，有機(jī)負(fù)荷為2.3 kgCOD/（m3·d）。 氣水聯(lián)合反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25 m3/min，反沖洗水量180 m3/h，反洗時(shí)間5 min。功能特點(diǎn)：DC/N型BAF池由2部分組成，前段為DC型BAF池，為好氧階段，具有硝化功能；后段為N型BAF池，為缺氧階段，具有反硝化功能，通過(guò)兩段BAF處理，使水中的污染物質(zhì)得到進(jìn)一步去除。主要設(shè)備：陶粒濾料54 m3，濾板18塊，長(zhǎng)柄濾頭648個(gè)，鵝卵石承托層10.8 m3，生物濾池專用曝氣器2 556個(gè)，出水電動(dòng)閥2個(gè)，進(jìn)水電動(dòng)閥2個(gè)，進(jìn)氣電動(dòng)閥2個(gè)，反洗氣電動(dòng)閥2個(gè)，反洗進(jìn)水電動(dòng)閥2個(gè)。

（4）2#沉淀池。1座，外形尺寸 7.0 m×5.0 m×5.0m。設(shè)計(jì)水量 15 m3/h，沉淀負(fù)荷 0.429 m3/（m2·h）。 功能特點(diǎn)：收集各反洗水，進(jìn)行初步沉淀。上清液回流至1#調(diào)節(jié)池，沉淀污泥通過(guò)污泥泵排往污泥池。主要設(shè)備：排泥泵 2臺(tái)，斜管填料 35 m3，填料支架1套。

2.2 循環(huán)水排污水處理系統(tǒng)

（1）2#調(diào)節(jié)池。1座，外形尺寸 7.0 m×7.0m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量300 m3/h，停留時(shí)間0.6 h。功能特點(diǎn)：收集廠區(qū)排出的循環(huán)水排污水和循環(huán)水旁濾反沖洗水，均勻水質(zhì)，并進(jìn)行預(yù)曝氣處理，保證后續(xù)設(shè)備的正常運(yùn)行。主要設(shè)備：潛水提升泵3臺(tái)，液位計(jì)1套，電磁流量計(jì)1套，空氣攪拌裝置1套。

（2）軟化池。1座，外形尺寸 8.0 m×4.0 m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量300 m3/h，停留時(shí)間0.39 h。功能特點(diǎn)：投加Ca（OH）2與水中 Mg2+反應(yīng)生成 Mg（OH）2沉淀，降低部分硬度。主要設(shè)備：攪拌機(jī)2臺(tái)，pH計(jì)1套。

（3）1#沉淀池。1座，混凝區(qū)外形尺寸4.0 m×4.0 m×5.0 m，沉淀區(qū)外形尺寸17.0 m×12.0 m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量300 m3/h，反應(yīng)時(shí)間0.25 h，沉淀負(fù)荷1.6 m3/（m2·h）。 混凝區(qū)有效水深 4.5 m，沉淀區(qū)有效水深4.5 m，總有效容積900 m3，總停留時(shí)間3.0 h。功能特點(diǎn)：投加PAC、PAM進(jìn)行絮凝沉淀；設(shè)置攪拌器以提高混合反應(yīng)效果；設(shè)置斜管填料以提高沉淀池的表面負(fù)荷及處理效果。主要設(shè)備：攪拌機(jī)2臺(tái)，排泥泵2臺(tái)，斜管填料204 m3，填料支架1套。

2.3 混合廢水處理系統(tǒng)

（1）中間水池。1座，外形尺寸7.5 m×6.0m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量400 m3/h，停留時(shí)間0.42 h。功能特點(diǎn)：暫存BAF及1#沉淀池出水，通過(guò)泵提升到超濾裝置，并提供BAF反洗用水。主要設(shè)備：中間水池潛水提升泵4臺(tái)，BAF池反洗水泵（清水離心泵）2臺(tái)，電磁流量計(jì)3臺(tái)，空氣攪拌裝置1套，液位計(jì)1套。

（2）超濾、反滲透車間。外形尺寸25.5 m×20.0 m。功能特點(diǎn)：放置過(guò)濾器、反滲透處理裝置。主要設(shè)備：袋式過(guò)濾器1套，UF系統(tǒng)60支，UF反洗水泵（多級(jí)離心泵）2臺(tái)，UF系統(tǒng)產(chǎn)水箱2個(gè)，UF藥洗計(jì)量泵（堿）1臺(tái)，UF溶藥箱3個(gè)，UF藥洗計(jì)量泵（酸）1臺(tái)，UF藥洗計(jì)量泵（氧化劑）1臺(tái)，RO加壓泵2臺(tái)，保安過(guò)濾器2套，RO系統(tǒng)增壓泵3臺(tái)，RO系統(tǒng)模塊360套，RO系統(tǒng)高壓泵6臺(tái)，RO系統(tǒng)CEB藥洗計(jì)量泵3臺(tái)，RO系統(tǒng)CEB溶藥箱3個(gè)，化學(xué)離線清洗系統(tǒng)1套，多介質(zhì)過(guò)濾器4套，軸流風(fēng)機(jī)4臺(tái)。

（3）回用水池。 1座，外形尺寸14.0 m×6.0 m×5.0 m。設(shè)計(jì)水量400 m3/h，停留時(shí)間0.81 h。

2.4 輔助系統(tǒng)

（1）污泥池。 1座，外形尺寸 5.0 m×5.0 m×5.0 m。功能特點(diǎn)：收集1#沉淀池和2#沉淀池的污泥，調(diào)節(jié)污泥的泥質(zhì)。主要設(shè)備：中心筒1套，污泥泵2臺(tái)。

（2）污泥脫水車間。1座，改造現(xiàn)有污水站脫水間。功能特點(diǎn)：放置帶式壓濾機(jī)，壓濾脫水后的污泥外運(yùn)處置或與煤拌合燃燒。主要設(shè)備：污泥帶式壓濾機(jī)（帶濃縮功能）1臺(tái)，管道混合器1套，空壓機(jī)1套。

（3）加藥間。1座，外形尺寸 12.0 m×6.0 m。功能特點(diǎn)：放置加藥裝置及存放藥劑。主要設(shè)備：Ca（OH）2加藥罐 2個(gè)，Ca（OH）2計(jì)量泵 2臺(tái)，PAC加藥罐 1個(gè)，PAC計(jì)量泵2臺(tái)，陰離子PAM加藥罐2個(gè)，陰離子PAM計(jì)量泵2臺(tái)，陽(yáng)離子PAM加藥罐2個(gè)，陽(yáng)離子PAM計(jì)量泵2臺(tái)，甲醇加藥罐2個(gè)，甲醇計(jì)量泵2臺(tái)，軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

（4）鼓風(fēng)機(jī)房。1座，位于設(shè)備間一樓，外形尺寸12.0 m×5.0 m。功能特點(diǎn)：放置鼓風(fēng)機(jī)，提供曝氣及所需空氣。主要設(shè)備：調(diào)節(jié)池鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，DC/N型BAF鼓風(fēng)機(jī)2臺(tái)，多介質(zhì)過(guò)濾器反洗風(fēng)機(jī)1臺(tái)，軸流風(fēng)機(jī)2臺(tái)，消聲彎頭2套。

（5）配電間。1座，位于設(shè)備間一樓，外形尺寸6.0 m×5.0 m。功能特點(diǎn)：放置配電柜。主要設(shè)備：軸流風(fēng)機(jī)1臺(tái)。

3 運(yùn)行效果及運(yùn)行成本分析

運(yùn)行結(jié)果表明，該工程工藝運(yùn)行效果良好，出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。實(shí)際出水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 實(shí)際出水水質(zhì)

該化工回用水處理工程運(yùn)行成本主要包括廢水處理及回用動(dòng)力費(fèi)用、藥劑費(fèi)用、人力資源費(fèi)。運(yùn)行成本以處理量為9 600 m3/d進(jìn)行計(jì)算。（1）廢水處理及回用動(dòng)力費(fèi)用。設(shè)備裝機(jī)總功率870.13 kW，耗電量15 623.4 kW·h，電費(fèi) 0.3 元/（kW·h），功率因子 0.7，動(dòng)力費(fèi)用為（15 623.4×0.3×0.7）/9 600=0.342 元/m3。（2）藥劑費(fèi)用。該工程日藥劑費(fèi)用為14 773.4元，折算成本為1.538元/t。（3）人力資源費(fèi)。每月工資支出為10人×2 500元/月=25 000元，則每天費(fèi)用為833.33元，噸水費(fèi)用為0.087元。該工程總運(yùn)行費(fèi)用為 1.967 元/m3。

4 結(jié)語(yǔ)

工程運(yùn)行結(jié)果表明，采用兩級(jí)曝氣生物濾池法（DN型BAF+DC/N型BAF）+保安過(guò)濾器+膜處理技術(shù)等工藝對(duì)化工回用水進(jìn)行處理，處理出水完全滿足回用水要求。該工程的實(shí)施減少了環(huán)境污染，節(jié)約了水資源，同時(shí)大大降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。