再生水深度处理系统设计及调试问题讨论
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摘要：再生水深度处理系统的设计简述，以及调试运行对设计参数的修正和调整，提出了对今后系统设计应注意的细节。
关键词：再生水;循环冷却水;曝气生物滤池;石灰软化;变孔隙滤池;设计;调试
中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：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
近年来，随着电力建设的高速发展，作为用水大户的热电厂循环冷却系统用水，取水自城市污水二级处理后的排放水，并努力实现“零排放”。虽然中水经二级处理后已经去除了大部分的SS、COD、BOD、NH3-N、色度、浊度，但由于国家对电厂机组循环冷却水的要求高于城市污水二级处理后的排放水，其成分中重点要求了硬度等指标，因此将二级处理水作为水源，必须对中水按要求进行再生水深度处理。
本工程中唯一的水源为城市污水处理厂二级排放水，虽然已经过回用水厂混凝、沉淀、过滤处理，基本能达到国家化工行业要求的《循环冷却水用再生水水质标准》（HG/T 3923-2007），但此中水作为电厂唯一水源，电厂做了更高的要求，其中CODcr≤30mg/L，NH3-N≤5mg/L，碳酸盐硬度（以CaCO3计）≤50mg/L。
目前，在再生水深度处理和回用技术中还存在一些技术难题，需要进一步研究和解决。本文依照作者的实践经验，就常规的系统设计进行综述，并对相关问题提出自己的见解和建议。
2 设计简述
2.1 水源水质分析及出水要求
本工程再生水设计产水规模为5x104m3/d，水源为城市污水处理厂二级排放水经回用水厂处理后的中水，水质分析表详见表1，由于指标中CODcr和NH3-N的指标相对不稳定，冬季排水有时仅达到二级排放要求，即CODcr≤100mg/L，NH3-N≤25mg/L，而满足回用需求的再生水水质要求相当的严格，详见表2。
2.2 设计方案确定
经设计人员对进水水质资料进行分析，讨论确定设计水源的水质按二级排放水指标考虑，由于CODcr和NH3-N指标偶尔会出现较高的可能，因此必须采用生物处理技术，保证当水源发生恶化时能有效地起到净化效果，并采用石灰软化法去除暂时硬度，因此确定的方案详见图1。
2.3 主要处理单元设计
2.3.1 曝气生物滤池
考虑到本项目源水污染指标波动较大的因素主要为COD和NH3-N，因此选择了C/N硝化工艺型曝气生物滤池。具体设计参数如下：
2.3.2 机械加速搅拌澄清池
澄清池外壁采用为混凝土池设计形式，本项目为了施工方便，澄清池选用了内部钢结构设备。详细设计参数如下：
澄清池内径：Φ26m;
数量：2座;
第一反应室停留时间：27min;
第二反应室停留时间：21min;
澄清区上升流速：0.9mm/s。
2.3.3 变孔隙滤池
由于出水浊度的要求≤2NTU，在比较了几种传统的滤池之后，本项目设计选用了纳污能力强、出水效果好，操作相对简单的变孔隙滤池。详细设计参数如下：
2.4 调试运行
系统进入正式调试阶段之后，对整个系统包括曝气生物滤池进行了连续10d的联调，进水量600m3/h，通过化验数据指导系统调试，检验设计参数选取的合理性。进水至1#～8#曝气生物滤池，1#～2#澄清池，1#～4#变孔隙滤池，通过每天的进水和出水水质化验报告，分析整个系统的运行情况，不断的调整pH值、曝气溶氧量（DO）、反洗效果，并努力达到CODCr、氨氮、暂时硬度以及出水悬浮物等污染物的最佳去除效果，同时对运行提出优化建议。
2.4.1 曝气生物滤池
2.4.1.1水质分析
（1）原水与出水PH值的变化。经过连续10d对曝气池原水及出水的测试，原水pH值维持在6.5～7.68之间，较适宜微生物的生长，有利于生物膜的形成。出水6.88～7.7，经过微生物对污染物的分解和去除作用后，pH变化小。图2为原水与出水的pH值变化趋势。
（2）氨氮的去除效果。经过连续10d的测试，曝气池对氨氮的去除效果见图3。原水氨氮最高浓度为23.9mg/L，最低浓度为1.05mg/L，平均浓度为11.3mg/L，曝气池出水氨氮浓度均低于2mg/L，平均值为0.95mg/L，氨氮去除率高达86.82%，说明本系统对氨氮有很好的去处效果，符合系统出水水質要求（?5mg/L）。
图3 氨氮的去除效果
（3）CODCr的去除效果。由于原水经过污水厂预处理，CODCr含量低，浓度在20～40mg/L之间，有机物主要为难生物降解的有机物，所以去除率较低。第一次测试时，所取曝气池出水水样浑浊，水中含有脱落的生物膜，所以测试出出水的CODCr浓度高于原水。在接下来的9次测试中，原水CODCr平均浓度为28.1mg/L，曝气池出水CODCr平均浓度为22mg/L，去除率为21.4%，符合系统出水水质要求（?30mg/L）。（如图4） 2.4.1.2曝气量及气水比
本项目选用的曝气风机风量为12.62m3/min，每座曝气生物滤池处理水量为2～2.5m3/min，在线溶氧仪测试1#～8#曝气池溶解氧在3.5～5.5mg/L之间，曝气量稍微偏大，这与原水中的污染物浓度有关，初期进水水量未达到满负荷，水力负荷约为3.5m3/（m2/h），源水中污染物浓度也较低，因此在满负荷曝气强度下，溶解氧稍稍偏高。
2.4.1.3反洗效果
曝气生物滤池运行一段时间后，老化生物膜脱落，生物膜与大量悬浮物同时被滤料截留，孔隙率减小，水头损失增大，需进行强制反洗，适当进行反冲洗能够去除堵塞滤池的颗粒物，也能去除老化的生物膜，使生物膜长时间具有较好的净化能力，提高微生物活力及系统处理性能。不进行反冲洗或者反冲洗强度不够，长期下去会产生滤料板结等问题。但是，反冲洗强度过大又会对滤池内微生物量及活性产生一定的影响。
进行反洗试验：进反洗水2min后，滤料层膨胀并伴有悬浮物和老化微生物上浮，水质变浑浊，但并未有滤料流失;气水反洗8min后，停曝气风机，单独水反洗8min，滤料中沉降污泥及老化微生物被冲走，再关闭反洗水泵并启动曝气风机，曝气池恢复正常运行;又以11#及12#做相同反洗试验，反洗效果明显（见图5），可起到将滤料表面悬浮物及老化微生物冲洗出去的目的。
2.4.2 机械加速搅拌澄清池
2.4.2.1澄清池pH值的控制
在初期调过程中，一般将澄清池的pH值控制在10.5～11.2左右，效果较好，实际运行效果看，从进水的暂时硬度3.1～3.6降至2.1～2.8，效果不太理想，经现场调试人员多方面寻找更换了石灰原产品，并适当调整了石灰加药量和加药浓度、以及混凝剂和助凝剂的加药量之后将暂时硬度将至0.5mmol/L以下，水质不稳定时，偶尔出现波动。
2.4.2.2澄清池搅拌机频率控制
澄清池的搅拌机频率设计为18r/min，调试时由于一反水面波动较大，将频率调整至15Hz，效果较为明显，絮状体形成较好，石灰乳与水反应较完全。
2.4.2.3澄清池排泥控制
通常水中暂时硬度较大，有时在4～6mmol/L时，澄清池产泥会较多，如不及时排泥，会对澄清池的出水浊度产生影响，另一方面，对刮泥机正常运行也会产生不良影响，本项目在调试时将程序控制在间隔6h排泥一次，泥层在池内停留越过6h以上时，即出现板结，板结严重时会将刮泥机损坏。因此定时排泥是控制机械加速搅拌澄清池运行的关键。
2.4.3 变孔隙滤池
2.4.3.1变孔隙滤池进水pH值的控制
澄清池投加石灰进行软化反应后，变孔隙滤池的进水PH值与澄清池相同，在10.5～11.2之间波动。为了保障变孔隙滤池的过滤效果，以及对滤料及滤板的保护，设计在变孔隙滤池进水处设置了混合槽，在混合槽的起端投加工业级浓硫酸，将PH值调整至6～8，此过程会有一些碳酸鈣等细小悬浮颗粒再次被溶解，影响出水硬度。注意控制pH值不低于6，否则出水硬度会受到较大影响。
2.4.3.2变孔隙滤池反洗控制
变孔隙滤池运行较稳定，出水浊度稳定在0.5NTU以下，其运行效果的保障是定期反洗，本项目滤池设计为变孔隙滤池，形式为下向流，通过滤板滤头收水至清水池，反洗模式为气水反洗，通过预制滤板及长柄滤头实现气水同时反洗。反洗时先停止进水，然后进行空气擦洗3～5min，再开启反洗水泵气水同时反洗3min，最后进行单水洗5min，即可恢复变孔隙滤池的截污功能，反洗周期控制在1次/d。
值得注意的是，气水同时反洗时，水量应控制在3～5L/S·m2，水量过大会造成滤料流失。气擦洗时间也不宜过长，时间过长对滤料的磨损较大，影响滤料的使用寿命。
3 总结
针对本项目再生水处理的工艺，得出以下结论：曝气生物滤池适用水质范围广、处理能力强、出水水质好，当进水CODcr、NH3-N、浊度等都较低时，单用曝气生物滤池就可以达到很好的处理效果，出水CODcr降到30mg/L以下，出水NH3-N降到2mg/L以下。机械加速搅拌澄清池运行稳定成熟，对去除暂时硬度较高的中水水源有较好的实用效果，是性价比较高的工艺选择。变孔隙滤池在机械加速搅拌澄清池后起到截留澄清池出水悬浮物的作用，保障出水的浊度低于0.5NTU。总之，对于曝气池+机械加速搅拌澄清池+变孔隙滤池工艺处理中水达到再生水回用已逐渐成熟和稳定化，已成为主流工艺首选。
对今后的设计可改进和优化的几点建议：对于污染物浓度较小的原水，可适当降低生化曝气量，减少曝气风机台数或降低曝气风机的风量。石灰乳加药系统建议在机械加速搅拌澄清池就近布置，以便能通过机械加速搅拌澄清池的在线pH计及时反馈到PLC程序及时调整石灰乳加药量控制。可适应降低机械加速搅拌澄清池的公频转速，降低电耗及变频器功率。
参考文献
[1]张玉先，邓慧萍，张硕，等.现代给水处理构筑物与工艺系统设计计算[M].北京：化学工业出版社，2010.
[2]崔玉川，等.给水厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3]杭世珺，张大群.净水厂、污水厂工艺与设备手册[M].北京：化学工业出版社，2011.
收稿日期：2020-02-01
作者简介：孙阳（1985-），男，汉族，本科学历，工程师，研究方向为市政及工业水处理。
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