1、概 述
隨著社會的發展，水資源緊缺的問題日益嚴重，水將成為制約社會發展的一項重要因素。目前我國缺水主要呈現水質性缺水的特點，城市污水經二級處理后出水直接排到水體，一方面增加了水體的自凈負荷，另一方面也是一種水資源的浪費，所以保護資源除了從節約用水出發外，我們還要提高水處理技術水平，使得各種水質都能夠得到充分的利用，來解決目前的水資源緊缺問題。二級處理出水占不能直接利用的水資源的很大比例，如果得到進一步處理，可以被應用于各種工業生產，這將對保護水資源、解決部分地區水質性缺水問題會起到重要作用，為此本文介紹一種針對二級處理出水及相仿水質原水的新型回用水處理工藝。
2、工藝流程簡介
2.1 二級處理出水的一般水質指標如下：
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以上各指標為大多數污水廠的處理出水指標,不同水廠指標略異。以上水質一般可以用于灌溉等，但還不能滿足城市景觀水或工業用水的水質要求。
2.2 工藝流程簡介：
針對以上及類似水質，我們提出了一種能夠回用于電廠循環冷卻用水或其它一些工業用水的處理工藝，設計流程如下圖：
二級出水 → 調節水箱 → BAF → 高效混凝沉淀池 → 出水回用
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混凝劑、液氯
根據循環冷卻用水的水質要求，把設計的工藝分為生物處理和物化處理兩部分。
生物處理部分為曝氣生物濾池（BAF）。曝氣生物濾池實質是生物膜的一種實現形式，是在曝氣池中填充生物陶粒，利用陶粒表面附著的生物膜降解水中污染物的處理單元。由于陶粒具有粒徑小，孔隙率大，堆積密度小，比表面積大等特點，陶粒表面容易附著生物膜。陶粒表面附著大量的生物膜，生物膜中生長著眾多種屬和數量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對水中的各種有機物都有一個很好的去除作用，同時對氨氮也有很高的去除效率。
物化處理法是通過向原水中投加混凝劑，經過合理的反應和沉淀來去除水中的懸浮物和膠體同時又可以去除水中的磷的一種物理化學處理方法。本次設計中采用高效混凝沉淀池作為物化處理單元，高效混凝反應沉淀池是利用流體力學理論，通過折板和一些整流板來實現控制水的流態使得水在反應池中的剪切力從大到小，使脫穩膠體形成致密的污泥礬花，從而實現對絮凝合理控制，并保證絮凝反應效果最佳且沉淀出水效果最好的一種反應沉淀池。本單元特點：反應時間短，沉淀池表面負荷高，沉淀池出水水質好且出水穩定，可以保證沉淀池出水濁度小于3NTU。
曝氣生物濾池要求進水中不能含有滅菌劑或影響生物活性的混凝劑，而出水中會有大量細菌、懸浮物。根據這一工藝特點在其后布置高效混凝沉淀池，水力流程合理，運行靈活方便，而且不必考慮投加藥劑對微生物的影響。
2.3 中試模型設計參數
1、曝氣生物濾池：外型設計尺寸為800×800×7500mm，由鋼板焊制而成，曝氣生物濾池內濾層厚度3.5m（4.5m）。設計水量為2m3/h，曝氣生物濾池的有效停留時間為1.5小時。本次試驗采用的曝氣生物濾池為上向流式，即下部進水，上部出水，濾池設有進水管、曝氣管、反沖洗進水管、反沖洗氣管、生產出水管、反沖洗出水管，系統進水、進氣管路上均裝有流量計，以計量水量、氣量。
2、混凝沉淀池：池型為800×1500×2200mm，設計水量為2m3/h。反應池的反應時間為12min，沉淀池上升流速為2.4mm/s。
3、中試實驗結果與討論
試驗的進水為城市二級處理沉淀出水，開始運行二十天左右進行掛膜馴化等實驗前準備，不對水質進行檢測，只是觀察生物膜的生物相，二十天后，生物相狀態基本穩定，生物膜基本成型，可以進行實驗檢測分析。系統啟動快是此新工藝主要特點。BAF生物陶粒采用自然掛膜方式，當陶粒表面生物膜中的生物相穩定后，即可認為掛膜成功，此過程僅需要10～20天時間。肉眼觀察生物陶粒表面無明顯生物膜，但在顯微鏡下，可看到陶粒表面周圍有不連續的生物膜（菌膠團為主體）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常運行，因此BAF掛膜成功可認為整體系統啟動完成。
以下是處理水量穩定在2m3/h時的進、出水檢測數據：
3.1 本系統對有機物的去除
本次試驗的進水COD為60～140mg/L，出水COD維持在30～50 mg/L之間，COD的平均去除率在50%左右。 其余未被降解的部分多數成分為難生物降解有機物，這種水質一般可以應用于電廠的循環冷卻或一般工業生產中，如印染行業等。
本工藝對比其它處理工藝對COD的去除效率高，且運行穩定。進水為二級出水，因此原水可生化性較差，進水COD為60～140mg/L，出水COD維持在30～50 mg/L之間。從試驗數據分析，BAF對原水COD的去除率僅為30~40%，物化法高效混凝沉淀池對COD的去除率可達到30%，整套系統COD的平均去除率在50%左右。
實驗的COD的容積運行負荷為： 2.14㎏COD/m3d。對于有機物濃度比較低的進水水質，COD的容積負荷不宜太高。
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3.2 本系統對氨氮的去除
如上圖所示，進水中的氨氮在50mg/L左右，在此負荷下，出水的氨氮可以控制在3mg/L以下，經過投加氯氣，氨氮在投加氯氣的氧化作用下，出水氨氮值小于1mg/L，達到一般循環冷卻水的指標要求，氨氮的去除率在95%以上。對于一般的城市二級出水，氨氮值較低，一般小于15 mg/L，經本工藝處理后很容易滿足循環冷卻用水標準。本次實驗氨氮的運行容積負荷為1.07㎏氨氮/m3d。
3.3 本系統對濁度的去除
新工藝出水濁度低且穩定。原水為二級出水濁度較低，在8～18NTU之間，BAF通過濾料的截留作用，是出水的濁度穩定在10NTU左右，高效混凝沉淀通過脫穩的膠體形成污泥礬花在沉淀池中沉淀去除原水濁度，沉淀池出水濁度小于3NTU，整套系統對濁度的去除率在80%以上。
4、 工程實例
我國江浙的大部分城市內河水污染嚴重，一般水質指標與城市二級排放的水質相仿（主要是由于內河水流速度慢，很多加工企業超標準排放造成）。工程實例是采用本技術處理江蘇某地區的污染河水，處理后用于電廠循環冷卻水系統。本工程處理規模為600m3/h，原水污染嚴重，一般水質為河水溫度1℃～40℃，懸浮物25～350mg/l，CODMn9.5～20.0mg/l，氨氮2.0～8.0mg/l，色度15～50度，水呈現暗綠色，有藻類漂浮。要求處理后出水為濁度小于3NTU，CODMn小于5mg/l，氨氮小于1.0mg/L，滿足電廠的用水要求。
處理工藝流程為曝氣生物濾池＋混凝沉淀池，曝氣池體積為13200×4900×8000mm，反應沉淀池體積為9000×13000×5500mm，曝氣量為23m3/min，曝氣鼓風機功率為45kw，曝氣池出水經過投加聚鋁后，直接進入混凝沉淀池，同時在反應池首端設一根投加液氯管道，定期投氯滅藻殺菌，出水直接進入循環冷卻水系統或化水車間。現已經運行一年多，運行穩定，系統容易停運和再次啟動，運行管理方便，抗沖擊負荷能力強，處理出水的水質指標可以穩定為：
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5、結論
1) 對于二級出水，曝氣生物濾池加高效混凝沉淀處理工藝對氨氮具有很好的去除效果，氨氮去除率達95%以上，氨氮負荷為N=1.07kg/(m3.d)，在此負荷下，氨氮的處理出水可以達到循環冷卻水的水質標準（氨氮小于1mg/L）；
2) 二級出水經過新工藝處理，COD可以達到《再生水回用于景觀水體的水質標準》CJ/T95-2000（CODCr小于50 mg/L），接近《地表水環境質量標準》（GHZB1-1999）IV；
3) 新工藝的出水濁度可以達到循環冷卻水的水質標準。
4) 新工藝抗沖擊負荷能力很強，沖擊負荷影響過后，系統可以很快恢復。同時可以參照中國污水處理工程網其他技術文檔。
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