一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法

一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法，适用于处理COD、色度及盐含量较高的市政污水处理厂出水。以工业污水占有较大比例的市政污水处理厂的生化处理后出水为对象，通过石灰软化、混凝沉淀除浊、臭氧氧化脱色与提高可生化性、好氧膜生物法处理、过滤、超滤及反渗透脱盐单元，处理后出水直接回用作工业锅炉用水。本发明提出的方法可实现含COD、色度和盐含量较高的市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水，达到污水资源化利用和工业节水目的，符合循环经济和清洁生产等的要求。
【专利说明】—种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法，适用于COD、色度及盐含量较高的市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理。
【背景技术】
[0002]随着水资源的短缺，市政污水资源化利用已成为解决工业用水瓶颈的有效途径。然而对于一些以工业为主的城市、城镇、开发区的市政污水处理厂，由于进水中工业污水所占比例较高，特别是制药、发酵、印染、造纸、有机化工等工业污水会使市政污水处理厂进水中C0D、色度、盐含量、硬度、碱度等均较高，并呈难生物降解性，经现有常规生化处理工艺处理后，尽管BOD5已处理到10mg/L、甚至5mg/L以下，但出水COD (铬法，下同)仍高达IOOmg/L以上，并呈现高色度(如200度以上)、高电导率(3000 μ s/cm以上)、高硬度(350mg/L以上，以CaCOjf，下同)、高碱度(350mg/L以上，以CaCO3计，下同)、高浊度(20NTU以上)性质，无法满足回用做工业给水水质要求。 [0003]对于市政污水的进一步处理与资源化利用，目前对市政污水处理厂二级生化出水通常采用“混凝+澄清+过滤+消毒”的物理化学法进行二次处理，如北京高碑及北小河污水厂、大连开发区及马栏河污水厂、长春北郊及西郊污水厂、青岛团岛污水厂、西安邓家春污水厂、沈阳北城污水厂等，经处理后的中水则主要用作电厂冷却水、道路浇洒、河道景观、城市杂用等用水。“混凝+澄清+过滤+消毒”属于一种常规成熟的处理工艺，其目的主要是用于去除中水的悬浮物、浊度和杀灭水中传染病菌，但对溶解性物质的去除率较低，不能实现C0D、色度、总溶解性固体及硬度、碱度的脱除，即不能适用于C0D、色度及盐含量较高的市政污水处理厂出水的回用处理。基于市政污水处理厂出水水质和回用要求，天津纪庄子、开发区、北郊等污水厂采用了“连续微滤+反渗透”回用处理工艺，通过对市政污水处理厂出水进行脱盐处理，处理后的出水水质可达到或优于新鲜水水平，可被较好地回用做工业用水。但受到反渗透膜运行条件的要求，该工艺要求进水水质严格控制，如COD ( 50mg/L、总硬度+总碱度≤600mg/L、色度浊度等也须控制在较低值。因此，对于那些以工业污水所占比例较高的市政污水处理厂二级生化处理出水，由于C0D、色度、硬度、碱度等均较高，该工艺不能适用。为了保证市政污水处理厂出水回用做工业用水，CN101544448A提出了一种城市污水回用于循环冷却水和电厂锅炉给水的方法，将城市污水处理厂经二级处理后符合排放标准的外排污水送入移动床生物膜反应器(MBBR)，在移动床生物膜反应器中对BOD和氨氮进行降解，出水依次进入混凝、溶气气浮、多介质过滤处理，处理后的出水再经过超滤和反渗透脱盐处理后回用。该方法是在污水进入双膜前依靠MBBR和投加絮凝药剂去除水中的可生化降解性有机物和大分子有机物，使水质中的C0D、悬浮物和浊度满足双膜进水控制要求，但该方法因不具备对可溶性难生物降解性有机物、色度和硬度、碱度的有效去除手段，不适于以工业污水所占比例较高的市政污水处理厂二级生化处理出水的回用处理。CN102249491A提出了城市污水处理厂二级处理出水深度处理装置及工艺，通过对出水采用反硝化生物滤池、超滤膜过滤、臭氧氧化处理，达到脱除总氮、降低浊度、色度和部分COD的目的，实现市政中水回用的目的。但该工艺方法仍主要适用于低浓度COD、色度和低浓度含盐污水，因其臭氧氧化单元后没有生化处理设施，其功能也主要用于脱色和除少量的C0D，不具备对可溶性难生物降解性有机物、高色度和硬度、碱度、总盐的去除手段，处理后出水不能回用做工业用水、特别是锅炉给水。CN1796314A提出一种城市污水深度处理方法，通过对出水采用混凝过滤、臭氧氧化、生物活性炭过滤、反渗透处理，达到去除城市污水处理厂二级生化出水中残余的难降解微生物、细菌、病毒、色度等，实现市政中水安全回用的目的。但该工艺方法主要用于常规生活污水处理厂二级生化出水中微量的、残余的污染物深度去除，适用于低浓度污水，如COD≤30mg/L、色度≤40度的深度处理。CN101182084A提出再生水回用组合处理方法，通过对市政污水处理厂二级生化出水采用臭氧预氧化混凝、沉淀、砂滤、微孔过滤、臭氧氧化、活性炭吸附、消毒处理，实现市政中水回用。但该工艺方法处理流程长，且处理单元全部采用的是物理化学法，完全依靠药剂、臭氧投加量以及牺牲活性炭吸附容量来完成污染物及色度的脱除，因此较适用于低浓度C0D、色度污水处理；而对于高浓度C0D、高色度污水处理，该方法的处理费用和能耗将显著增加。此外，该方法没有对污水中的电导率、总盐、碱度、硬度的去除功能，处理后出水无法满足回用做锅炉给水的水质要求。
[0004]基于以上分析，对于以工业污水所占比例较高的市政污水处理厂二级生化处理出水，因难生物降解性C0D、色度、硬度、碱度、电导率较高，目前尚无可靠的处理回用、特别是回用做工业锅炉给水的工艺技术。

【发明内容】

[0005]针对现有技术的不足，本发明提出一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法，适用于C0D、色度及盐含量较高的市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理。本发明方法可实现含COD、色度和盐含量较高的市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水，达到污水资源化利用和工业节水目的，符合循环经济和清洁生产等的要求。
[0006]本发明一种市政污水处理厂出水回用做工^锅炉给水的处理方法主要分为六个处理单元:
(1)石灰软化处理，来自市 政污水处理厂的生化出水在管道混合器中与石灰乳充分混合，使水中的钙盐、镁盐与石灰乳发生化学沉淀；
(2)混凝沉淀处理，步骤(1)处理后的混合污水直接进入混凝沉淀池，在投加的混凝剂及残余石灰乳助凝剂作用下，将水中的沉淀物和悬浮物通过澄清去除；
(3)臭氧氧化处理,步骤(2)处理后的污水送入臭氧氧化装置处理,通过向污水中通入臭氧氧化剂，使污水中的难生物降解性有机物氧化成可生化性的低分子物，达到改善水质和脱色目的；
(4)好氧膜生物法处理，步骤(3)处理后的出水用酸调节pH至6~9后进行好氧膜生物法处理；
(5)过滤处理，步骤(4)处理后的出水进行过滤处理；
(6 )超滤及反渗透处理，步骤(5 )处理后的出水进行超滤及反渗透脱盐处理，处理后的出水回用做工业锅炉给水。
[0007]本发明中，步骤(1)的石灰软化处理，控制混合后污水的pH值为9.5~10.5，石灰乳优选采用饱和石灰乳。该处理单元使水中的钙盐、镁盐与石灰乳发生化学沉淀反应，在随后的混凝沉淀过程中得以去除，降低水的硬度。[0008]本发明中，步骤(2)的污水在混凝沉淀池的水力停留时间为10~30min。pH值一直保持弱碱性，无须调节。向混凝沉淀池中投加的混凝剂为常规有机混凝剂和无机混凝剂，其中有机混凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为I~5mg/L ;无机混凝剂可以采用聚合硫酸铁或三氯化铁，投加量为10~30mg/L。通过该单元处理，污水中原有的悬浮物以及步骤(1)所产生的沉淀物可以得到深度脱除，出水悬浮物≤10 mg/L，浊度≤5 NTU，硬度≤150 mg/L、碱度< 150 mg/L,同时色度、COD也得到部分去除。
[0009]本发明中，步骤(3 )的臭氧氧化装置采用反应塔或接触氧化池，臭氧氧化剂由处理装置外的臭氧发生器提供。臭氧氧化剂的投加量为10~50mg/L污水，最好为20~30mg/L污水；所投加的臭氧氧化剂气体入口浓度为50~120mg/L，最好为100~120mg/L ;污水在反应塔或氧化池中的水力停留时间为10~60min，最好为20~30 min。混凝沉淀处理后出水在管道混合器中与臭氧氧化剂充分混合后由下部进入反应塔或氧化池，在臭氧氧化剂的作用下，使污水中的高分子难生物降解性有机物发生断链、开环、双键等高级氧化反应，转化成低分子有机物，达到提高污水可生化性和脱色的目的，处理后的出水再由反应塔或氧化池上部排入好氧生物膜处理单元处理。该单元的污水臭氧氧化处理保持在弱碱性条件进行，保持PH值为9.5~10.5，不需调节pH值。在此pH值条件下有助于臭氧分解产生氧化性极强的羟基自由基，对污水中的难生物降解物和发色度物发生高级氧化反应，达到脱色和提高B0D5/C0D的。通过该单元处理,污水中的色度可脱除70wt%以上，出水色度≤30度；出水 COD ≤ 80mg/L, B0D5/C0D ≥ 0.2。
[0010]本发明中，步骤(4)的好氧膜生物法可采用常规生物膜法，如MBBR、BAF、生物活性碳等。通过该单元处理，出水COD ≤ 50mg/L,氨氮≤5mg/L。
[0011]本发明中，过滤处理可选用常规的过滤设备，如多介质过滤器、砂滤器、流沙过滤器、微孔过滤器等。通过对污水进行过滤处理，使出水SS ≤ 20mg/L、浊度≤ 5NTU，满足进超滤及反渗透处理要求。
[0012]本发明中，步骤(6 )的超滤及反渗透单元可选用常规的超滤及反渗透设备。经步骤(1)~(5)处理后的污水指标可以满足进超滤及反渗透的进水指标要求，如COD ( 50 mg/L、池度≤ 5NTU、硬度≤ 150mg/L、碱度≤ 150mg/L、色度≤ 30度、氨氮≤ 5mg/L,经本单兀处理后出水水质可全面满足回用做工业锅炉给水的水质要求回用，并能保持膜的长周期运行。
[0013]本发明方法以工业污水占有较大比例的市政污水处理厂的生化出水为对象，采用石灰软化、混凝沉淀、臭氧氧化、好氧膜生物法、过滤、超滤及反渗透组合处理流程，处理后出水可满足回用做工业锅炉给水的水质要求回用，且能保证超滤及反渗透膜组件的长周期运行。本发明提出的方法具有可实现含C0D、色度和盐含量较高的市政污水处理厂出水回用做工业锅炉用水，达到污水资源化利用和工业节水目的，符合循环经济和清洁生产等的要求。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1是本发明一种具体市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法工艺流程示意图。
[0015]其中:1_石灰软化管道混合器；2_混凝沉淀池；3_臭氧氧化装置；4_好氧生物膜反应器；5_过滤器；6_超滤装置；7_反渗透装置。【具体实施方式】
[0016]以下结合附图对本发明方法的具体工艺过程进行说明。本发明中，wt%为质量分数。
[0017]如附图1所示，来自市政污水处理厂的生化出水用泵连续打入石灰软化管道混合器1，与石灰乳进行充分混合，控制石灰乳的加入量，将混合污水的PH值调节至9.5~
10.5，使水中的钙盐、镁盐与石灰乳发生化学沉淀反应后，进入混凝沉淀池2进行混凝澄清分离。向混凝沉淀池2中连续投入无机混凝剂和有机混凝剂，使污水中原有的悬浮物以及石灰乳软化过程所产生的钙、镁沉淀物在混凝剂和过剩石灰乳助凝剂的作用下混凝沉淀，污水中的悬浮物、浊度和硬度得到深度脱除，同时色度、COD也得到部分去除。混凝沉淀后的出水在管道混合器(图中未列出)中与来自臭氧发生器(图中未列出)的臭氧氧化剂充分混合后送入臭氧氧化装置3处理。在臭氧氧化剂的作用下，污水中的高分子难生物降解性有机物直接与臭氧及其分解产生的羟基自由基发生断链、开环、双键氧化等高级氧化反应，被转化成低分子有机物，污水的可生化性得到增强，并实现污水脱色和部分COD的脱除。出水经加酸调节pH至6~9后再排入好氧生物膜反应器4进行生化处理。在好氧生物膜反应器4中，经臭氧氧化装置3处理后的低分子有机物及氨氮等进一步被异养菌和硝化菌生物降解，实现污水深度脱C脱N，在满足后续超滤及反渗透进水COD和氨氮控制指标要求后送入过滤器5进行脱悬浮物处理。在过滤器5中，污水好氧生化处理后的悬浮污泥及颗粒物等被过滤去除，出水进入超滤装置6及反渗透装置7进行深度脱盐处理。在超滤装置6及反渗透装置7中将污水中的各种低浓度污染物、无机盐等深度去除，所获得的出水(纯水)可满足工业锅炉给水水质要求进行回用。同时，因污水进超滤装置6及反渗透装置7前经过了以上完善的预处理过程，主要进水指标COD ≤ 50mg/L、浊度≤5NTU、硬度≤150mg/L、碱度< 150mg/L、色度< 30度、氨氮< 5mg/L，可保持超滤及反渗透膜组件的长期运行。
[0018]本发明石灰软化管道混合器I中所投入的石灰乳可以直接采用饱和石灰乳，也可以用工业生石灰配制，其投加量取决于混合后污水的pH值控制在9.5~10.5范围内，如300~500mg/L。
[0019]本发明混凝沉淀池2中所投加的有机混凝剂为常规聚丙烯酰胺，投加量为I~5mg/L ;无机混凝剂可以采用聚合硫酸铁或三氯化铁，投加量为10~30mg/L ;污水在混凝沉淀池2中无须进行pH调节，其水力停留时间为10~30min。通过该单元处理，污水中原有的悬浮颗粒物以及石灰软化所产生的沉淀物可以得到深度脱除，可使出水悬浮物≤IOmg/L、浊度S5NTU，可以满足后续臭氧氧化过程对进水浊度和悬浮物控制的指标要求，使臭氧氧化效率得到高效发挥；同时，利用该处理单元，水中钙、镁盐沉淀物得到了高效去除，出水硬度和碱度均< 150mg/L，可以满足后续超滤及反渗透对进水硬度控制的指标要求，使超滤及反渗透膜组件可以保持长周期运行；同时色度、COD也得到5wt%~40wt%的去除。
[0020]本发明所采用的臭氧氧化装置3主要由反应塔或接触氧化池、尾气破坏设施等组成，污水在进入臭氧氧化装置3前在管道混合器中先与臭氧氧化剂均匀混合，臭氧氧化剂的投加量为10~50mg/L污水，最好为20~30mg/L污水；所投加的臭氧氧化剂气体入口浓度为50~120mg/L，最好为100~120mg/L ;污水在反应塔或氧化池中的水力停留时间为10~60min,最好为20~30min。污水的臭氧氧化反应保持在弱碱性条件进行，即不调节PH值，这样可使臭氧在弱碱性下分解产生氧化性极强的羟基自由基，对污水中的难生物降解物和色度氧化作用效率更高，达到更高的脱色和提高B0D5/C0D的目的。如色度可脱除70wt%以上，出水色度≤30度；出水COD≤80 mg/L, B0D5/C0D≤0.2。[0021]本发明所采用的好氧膜生物反应器4可采用常规生物反应器结构，如MBBR、BAF、生物活性碳等。在异养菌和硝化菌的作用下，将经臭氧氧化装置3处理后低分子有机物降解为二氧化碳和水，将污水中原有的氨氮进一步硝化降解，实现污水深度脱C脱N目的，以满足后续超滤及反渗透进水COD和氨氮控制指标要求，如COD <50 mg/L、氨氮<5 mg/L,色度进一步减小。
[0022]本发明所采用的过滤器5可采用常规污水过滤设备，如多介质过滤器、砂滤器、流砂过滤器、微孔过滤器等。通过对污水进行过滤处理，可使出水SS ( 20mg/L、浊度< 5 NTU,出水可满足进超滤及反渗透处理要求。
[0023]本发明所采用的超滤装置6及反渗透装置7可选用常规的超滤及反渗透设备及膜组件。经过以上各步骤处理后的出水COD ( 50mg/L、浊度≤5NTU、硬度≤150mg/L、碱度(150mg/L、色度≤30度、氨氮≤5mg/L，可以保证超滤装置6及反渗透装置7的膜组件保持长周期稳定运行，如达到3年以上。处理后的出水水质可全面满足回用做工业锅炉给水的水质要求回用。
[0024]采用发明方法对以工业污水占有较大比例的市政污水处理厂的生化出水采用石灰软化、混凝沉淀、臭氧氧化、好氧膜生物法、过滤、超滤及反渗透组合工艺处理，处理后出水可达到回用做工业锅炉给水的水质要求回用，进而实现了高C0D、色度和盐含量市政污水资源化利用和工业节水目的，符合循环经济和清洁生产等的要求。
[0025]下面通过实施例进一步说明本发明方法和效果。
[0026]实施例1
采用本发明的处 理方法对国内某市政污水处理厂二级生化出水进行中试处理试验。该市政污水处理厂进水中因含有大量的难生物降解的制药污水，经二级处理后，出水COD100 ~140 mg/L、pH 7.2 ~7.8、氨氮 28 ~35mg/L、色度 150 ~200 度、BOD5 为 O ~3mg/L、浊度 10 ~25 NTU、总硬度 380 ~520mg/L、总碱度 350 ~400mg/L、电导率 3000 ~3200 μ s/cm。
[0027]采用本发明的方法，对上述污水进行组合处理试验。污水处理规模为lm3/h，各处理单元的主要试验装置构成、运行条件及处理效果见表1。
[0028]表1实施例1的主要处理单元构成及处理效果
【权利要求】
1.一种市政污水处理厂出水回用做工业锅炉给水的处理方法，其特征在于包括如下过程:(1)石灰软化处理，来自市政污水处理厂的生化出水在管道混合器中与石灰乳充分混合，使水中的钙盐、镁盐与石灰乳发生化学沉淀；(2)混凝沉淀处理，步骤(1)处理后的混合污水直接进入混凝沉淀池，在投加的混凝剂及残余石灰乳助凝剂作用下，将水中的沉淀物和悬浮物通过澄清去除；(3)臭氧氧化处理,步骤(2)处理后的污水送入臭氧氧化装置处理,通过向污水中通入臭氧氧化剂，使污水中的难生物降解性有机物氧化成可生化性的低分子物，达到改善水质和脱色目的；(4)好氧膜生物法处理，步骤(3)处理后的出水用酸调节pH至6~9后进行好氧膜生物法处理；(5)过滤处理，步骤(4)处理后的出水进行过滤处理；(6 )超滤及反渗透处理，步骤(5 )处理后的出水进行超滤及反渗透脱盐处理，处理后的出水回用做工业锅炉给水。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(1)的石灰软化处理，控制混合后污水的pH值为9.5~10.5。
3.按照权利要求 1或2所述的方法，其特征在于:步骤(1)石灰软化处理中的石灰乳采用饱和石灰乳。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(2)混凝沉淀处理中，污水在混凝沉淀池内的水力停留时间为10~30min。
5.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于:步骤(2)混凝沉淀处理中所投加的混凝剂为有机混凝剂和无机混凝剂，其中有机混凝剂为聚丙烯酰胺，投加量为I~5mg/L ;无机混凝剂为聚合硫酸铁或三氯化铁，投加量为10~30mg/L。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(3)的臭氧氧化装置采用反应塔或者接触氧化池，臭氧氧化剂由处理装置外的臭氧发生器提供。
7.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于:臭氧氧化剂的投加量为10~50mg/L污水,臭氧氧化剂的气体入口浓度为50~120mg/L ;污水在反应塔或氧化池中的水力停留时间为10~60min。
8.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于:臭氧氧化剂的投加量为20~30mg/L污水,臭氧氧化剂的气体入口浓度为100~120mg/L ;污水在反应塔或氧化池中的水力停留时间为20~30min。
9.按照权利要求1或6所述的方法，其特征在于:步骤(3)臭氧氧化处理保持在弱碱性条件进行，保持PH值为9.5~10.5。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(4)好氧膜生物处理采用MBBR、BAF或生物活性碳。
11.按照权利要求1所述的方法，其特征在于:步骤(5)过滤处理采用多介质过滤器、砂滤器、流沙过滤器或微孔过滤器。
【文档编号】C02F9/14GK103771651SQ201210404191
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月23日 优先权日:2012年10月23日
【发明者】郭宏山, 陈中涛, 张蕾, 许莹, 朱卫, 李建涛 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院