某工业区再生水厂工艺选择探讨

2023-01-16薛春雷

工程建设与设计 2022年24期

薛春雷

（中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300000）

1 工程概况

本项目为天津市某工业区再生水厂工程，来水为工业区污水处理厂达标外排水，经过再生水厂深度处理后作为再生水回用于工业区，由于外排水硬度和含盐量较高，需要对进水进行软化脱盐处理，并对浓水进行再生化处理才能达标外排。工程建设规模：再生水系统建设规模为2.5×104m3/d，再生水产量为1.75×104m3/d，产水率70%，浓水处理系统建设规模为：7 500 m3/d。

2 进出水水质

2.1 再生水处理厂进水水质

该工业区污水处理厂污水来源以附近工业项目为主，经过污水处理厂处理后符合天津市DB12/599—2015《城镇污水处理厂水污染物排放标准》中的A标准，具体指标见表1；但由于上游为工业废水和污水，经过模拟计算，其他水质指标详见表2；因此，最终确定的再生水厂进水指标为表1和表2的20个指标。

表1 污水处理后排放水质

表2 设计进水水质

2.2 再生水处理厂浓水处理进水水质

浓水处理进水水质即再生水系统产生的浓水水质，详见表3。

表3 浓水处理进水水质mg/L

2.3 浓水系统出水水水质

再生水厂反渗透产水水质达到GB/T 1576—2018《工业锅炉水质》表1中软化水（1.0＜p≤1.6，p为额定蒸汽压力）水质标准。详情见表4。

表4 设计产水水质

2.4 最终外排水质

再生水厂浓水出水经过处理后排放，出水水质符合天津市DB 12599—2015《城镇污水处理厂水污染物排放标准》中的A标准，具体水质要求见表1。

3 处理工艺选择

3.1 处理指标分析

本再生水厂进水来自污水处理厂达标排水，进水各项指标已达到天津市地方标准DB12/599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》中A标准执要求，大部分指标已达到回用要求，但仍有部分指标与本工程出水指标有一些差距，主要指标分析结果如下：

1）可以通过污水处理厂解决的指标有：BOD5、SS、磷酸盐、氨氮、总氮。

2）CODcr及色度：再生水厂进水中CODcr和色度指标已基本达到回用水标准，但考虑到污水处理厂进水中CODcr及色度存在一定波动，需考虑对CODcr和色度的处理。

3）硬度和溶解性总固体：由于原水中溶解性总固体较高，已经远远超过回用标准，设计中需考虑对其处理。

因此，就本工程的进水水质而言：BOD5、SS、磷酸盐、氨氮、总氮、浊度等已在污水处理部分通过强化二级处理+三级深度处理解决，而溶解性总固体、硬度、CODcr、色度等的去除，则是本次再生水处理工程设计的关键。

综合对常见典型再生水处理工艺的对比分析发现：再生水工艺总体上可分为传统混凝沉淀过滤和预处理+膜过滤两个部分，而回用对象包括工业、居民、市政杂用和河流补水几个方面[1]。目前的趋势为：回用于水质要求不高的工业、河流补水和市政杂用等多采用传统混凝沉淀过滤技术，如老三段工艺和各种滤池的组合工艺；对于回用要求较高的工业用水以及作为居民生活杂用水时，为保证供水的安全性，多采用预处理+超滤膜+反渗透膜[2]工艺的作为再生水处理的主要工艺。

3.2 再生水处理工艺选择

通过分析进水水质可知，废水中钙、镁、碱度等含量较高，为使水中的钙、镁不在后续的提浓段结垢，产生污堵，需在预处理阶段对硬度，碱度及有机物的去除。根据水质情况，以工艺可靠、经济合理为原则，选择工艺路线，具体如下：

预处理段工艺流程为：污水处理厂出水通过管道自流至再生水厂集水井内，原水经提升泵提升至高密度池，并向高密池内投加PAC、Ca（OH）2、Na2CO3、PAM将水中的Ca2+、Mg2+转化为难溶化合物通过沉淀池及斜管填料使其沉淀出来，使水质得以软化。通过混凝、絮凝作用，可使原水中的悬浮物、有机物、胶体等物质凝聚成较大的絮凝物，通过沉淀去除，有效降低来水的有机物、悬浮物及浊度，还可通过沉淀去除部分CODcr。

超滤处理工艺选用浸没式超滤工艺：经过pH调节过的后絮凝出水自流并进入超滤膜池配水渠，并通过成套次氯酸钠投加装置投加次氯酸钠，控制水中的微生物，然后均匀分布到每个系列的超滤膜过滤池中，经抽吸泵的抽吸作用，使超滤膜过滤的膜内孔形成负压，产水进入产水管经抽吸泵提升送至清水罐，根据需要定时气水反冲洗，并设置化学清洗装置。

脱盐段采用反渗透装置[3]，脱盐段工艺流程说明：反渗透增压泵从清水罐取水提升进入保安过滤器。进入保安滤器前，加入还原剂还原前面处理工艺中遗留的余氯，以防止氧化剂对膜化学结构的破坏，造成反渗透膜性能的衰减；在进水中投加阻垢剂，以防止反渗透膜装置浓水侧产生结垢。保安过滤器出水通过反渗透高压泵提升进入反渗透膜装置，反渗透装置产水进入产品水罐，经产品水外供泵送至界区外，通过管道供至用水点。反渗透装置的浓水进入反渗透浓水罐，经浓水外供泵送至浓水处理装置。膜系统配套设施还包括化学清洗系统。

3.3 浓水处理工艺选择

由于反渗透浓水溶解性总固体达到20 000 mg/L，普通的活性污泥法、生物膜法等细菌最大耐盐度为1%，因此，一般生物法无法实现脱氮除磷功能。经过相关论文查询[4-5]及实地调研，目前浓盐水脱氮除磷项目较少，可采用的处理方法主要有“超滤+纳滤膜”和“高密池+耐盐菌反硝化滤池+催化氧化+活性炭过滤”。

纳滤膜是通过物理分离的过程，将氮磷截留到浓水侧，并没有实现氮磷的去除，浓水需要继续处理或者作为液体固废处置。纳滤膜耐酸碱，有优良的截留率，对重金属有很好的去除率，膜污染容易控制。

高密池+耐盐菌反硝化滤池+催化氧化+活性炭过滤是一种比较稳妥的处理工艺，处理是采用向高密池加药的方式除磷和去除硬度，耐盐菌反硝化滤池内有经过长期在高盐环境下驯化而成的特效耐盐菌，特效耐盐菌能够在高盐环境下将通过硝化反硝化作用将氨氮经过硝态氮转变成氮气释放到大气中，实现脱除废水中总氮的功能，同时能够去除部分COD，若COD较低，还需要向污水中投加碳源，经过耐盐菌处理后的污水在经过催化氧化进一步去除有机物和总氮，最后经活性炭过滤确保出水水质达标。

通过以上分析高密池+耐盐菌反硝化滤池工艺作为浓水脱氮的核心工艺是比较合理的，因此，浓水处理工艺采用“高密池+耐盐菌反硝化+催化氧化+活性炭过滤”的工艺，出水达到标准后进入园区污水处理厂排水管道外排。

4 最终确定的工艺流程

经过上述方案比选，最终确定的工艺流程为：污水处理厂高级氧化池出水自流进入集水池，集水池设有泵坑和提升泵，原水经过提升进入高密池，在高密池内加入石灰、纯碱、PAC和PAM去除硬度后自流进入超滤膜池，经过自吸泵抽吸透过超滤膜进入超滤产水罐，在经过反渗透泵加压后通过反渗透装置，反渗透产水进入产品水罐，经过加压后沿场外输水管线供至用户；浓水经过浓水高密池再次去除硬度，自流进入耐盐菌生物反硝化滤池，在滤池投加碳源满足硝化反硝化对碳源的需求，经过耐盐菌处理后的污水再经过催化氧化进一步去除有机物和总氮，最后经活性炭过滤确保出水水质达到天津市DB12/599—2015《城镇污水处理厂水污染物排放标准》A标准后进入园区污水处理厂排水管道外排。