（應用化學專業(yè)論文）城市污水地下回灌深度處理技術的試驗研究.pdf

東北大學碩士學位論文 摘要 城市污水地下回灌深度處理技術的試驗研究 摘要 2 l 世紀水資源短缺問題是世界關注的焦點。我國是一個水資源十分匱乏的國 家，尤其城市缺水問題更為突出。水資源短缺已經成為制約我國經濟發(fā)展的重要 因素之一，而將城市污水處理、回用，實現污水資源化是解決水資源短缺即經濟 又有效的途徑。 經過處理后的城市污水可回用于工業(yè)、農業(yè)、城市景觀、中水工程、地下回 灌、飲用水等諸多方面。在污水回用的各種形式中，地下回灌被認為是擴大污水 回用最有益的一種方式。地下回灌是將城市污水廠的二級出水經過深度處理后， 通過土壤滲濾或井灌的方式回灌地下，經過土壤含水層的處理后再作為新的水源 被開發(fā)出來。 生化處理后的城市污水中仍含有一定量的有機物、病原體等污染物，其中一 部分污染物可通過土壤的自凈被去除，而另一部分污染物就會富集在土壤中或直 接進入地下含水層。如果直接回灌地下，可能會污染地下含水層，危害人類健康。 因此，必須進行深度處理。本文利用具有脫氮除磷功效的s b r 系統出水，采用化 學混凝、過濾、活性炭吸附、消毒等深度處理方法對城市污水進行資源化處理。 本文系統地給出了城市污水地下回灌深度處理的工藝流程，確定了主要技術 參數，為實際應用提供了參考依據。采用該工藝處理后的城市污水，出水水質良 好，其主要水質指標達到了地下回灌的水質標準。并且處理藥劑費用較低。試驗 證明，該工藝是一種經濟且有效的城市污水資源化的途徑。 關鍵詞：城市污水回用地下回灌深度處理s b r 處理脫氮除磷混凝 活性炭吸附 蔓苧查蘭壁堂堡笙塞 ! ! ! ! 竺! ! s t u d yo nf u r t h e rt r e a t m e n to fm u n i c i p a l w a s t e w a t e rd r a i n a g ef o rg r o u n d w a t e r r e c h a r g e a b s t r a c t t v a t e rr e s o u r c es h o r t a g ew i l lb et h ef o c u sf a c e db ya 1 1o v e rt h ew o r l d i n2 1 r s tc e n t u r y c h i n ai sac o u n t r ys h o r to fw a t e rr e s o u r c e ，e s p e c i a l y i n c it i e s w a t e rr e s o u r c es h o r t a g eh a sb e c o m eo n eo fi m p o r t a n tf a c t o r s ， w h i c hc o n d it i o n sc h i n a e c o n o m yd e v e l o p m e n t b u t t h e m u n i c i p a ls e w a g e r e c l a i m i n ga n dr e u s i n gw i1 1b ea ne c o n o m i c a la n da v a il a b l ea p p r o a c ht os o l v e w a t e rr e s o u r c es h o r t a g e r e c l a i m e dm u n i c i p a ls e w a g ec a nb eu s e di na g r i c u l t u r e ，i n d u s t r y ，c i t y s i g h t ，r e u s i n ge n g i n e e r i n g ，g r o u n d w a t e rr e c h a r g e ，d r i n k i n gw a t e ra n ds o o n a n di na l1t h er e u s i n gw a y s ，g r o u n d w a t e rr e c h a r g ei st h o u g h to fa st h e m o s te f f e c t i v ew a yt oi m p r o v ew a t e rr e s o u r c e g r o u n d w a t e r r e c h a r g ei sa f t e r f u r t h e rt r e a t m e n tm u n i c i p a ls e w a g eb er e c h a r g e du n d e r g r o u n dt h r o u g hs o l l i n f i i i r a t i o uo rw e l lr e c h a r g e a f t e rs o i la q u i f e rt r e a t m e n t ，t h ew a s t e w a t e r w i1 1b e e x p o jt e da sn e wr e s o u r c e t h es b r ( s e q u e n c i n gb a t c hr e a c t o r ) e f f l u e n ts t i l lc o n t a i l i sac e r t a i n q u a n t i t yo fo r g a n i cc o m p o u n d p a t h o g e ne c t t h e r e i n t os o m ec o n t a m i n a t i o n c a nb er e m o v e db yp u r l f y s e i fo fs o l l b u tt h eo t h e r sw i1 te n r i c hi ns o l l o re n t e ri n t og r o u n da q u i f o r i ft h ew a t e ri sr e c h a r g e d ( i i r e c t l y ，i tw i l l p o l l u t eg r o u n da q u i f o r ，a n dh a r mp e o p l e sh e a l t h s of u r t h e rt r e a t m e n t i sn e c e s s a r y c e n t e r e do nt h es b re f f l u e n t ，al o to fw o r ki sc a r r i e do u t c h e m i e a l c o a g u l a t i o n ，f i l t r a t i o n ， n c t i r a t e dc a r b o n a d s o r p t i o n a n d s t e r i l i z a t i o na r ea d o p t e di nt h i sd i s s e r t a t i o nt ot r e a tm u n i c i p a ls e w a g e f u r t h e r t h ef l o wd i a g r a mo ff u r t h e rt r e a t m e n to fm u n i c i p a lw a s t e w a t e rd r a i n a g e f o rg r o u n d w a t e rr e c h a r g ei s g i y e ns y s t e m a t i c a l l y i nt h i sd i s s e r t a t i o n p r i m a r yt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa r ed e f i n e d ，a n do f f e rt h er e f e r e n c e dg i s t t op r a c t i c a la p p l i c a t i o n i nt h ep r o c e s s ，t h ee f f l u e n tq u a l i t yi sg o o da n d i i 東北大學碩士學住論文 t h em a i nq u a i t yc r i t e r i o no ff u r t h e rt r e a t m e n te f f l u e n tc a na t t a i nt ot h e s t a n d a r do fg r o u n d w a t e rr e c h a r g e t h ec h e m i c a le x p e n s ei sl o w ，e x a m i n a t i o n p r o v e dt h a tt h ep r o c e s si sa ne c o n o m i c a l a n da v a i 】a b l ea p p r o a c ht os o l v e w a t e rr e s o u r c es h o rr a g e k e y w o r d s m u l l i c i p a ls e w a g e r e u s e ，g r o u n d w a t e rr e c h a r g e ，a d v a n c e d t r e a t m e n t ，s b rp r o c e s s ，r e m o v a lo fn it r o g e na n dp h o s p h o r u s ，c o a g u l a t i o n ， a c t ir a t e dc a r b o na d s o r p t i o n i i i 東北大學碩士學位論文 聲明 聲明 本人聲明，我所呈交的學位論文是在導師的指導下完成的。論文 中取得的研究成果除加以標注和致謝的地方外，不包含其他人已經發(fā) 表或撰寫過的研究成果，也不包含本人為獲得其他學位而使用過的材 料。與我一同工作的同志對本研究所做出的任何貢獻均已在論文中作 了明確的說明并表示謝意。 本人簽名：張聰璐蘇幕，潞 日期：2 0 0 4 年1 月二日 東北大學碩士學位論文 第一章緒論 第一章緒論 1 1 城市污水資源化的意義 水是人類生命最基本的要素，是不可代替的資源。然而全球性的水荒問題己 日益嚴重地擺在全人類面前?？茖W家預測，城市缺水在2 l 世紀將成為一個世界性 的問題，甚至提出，水的危機很可能會比糧食危機或石油危機更早地到來，用水 問題很可能將與7 0 年代的能源問題一樣，成為2 l 世紀初世界大部分國家和地區(qū) 面臨的最嚴峻的自然資源問題。為緩解水的危機，目前，人們已尋找出的解決水 資源不足的主要途徑有：第一，改變生產結構，革新生產工藝及裝備，調整用水 方式，提高水的重復剝用率，最大限度的節(jié)約用水；第二，遠距離跨區(qū)域調水， 以豐補缺，改變水資源分布不均勻的自然狀況；第三，將城市污水資源化。 我國是一個水資源十分匱乏的國家，人均水資源僅為世界平均水平的1 4 。居 世界1 0 9 位，被聯合國列為1 3 個貧水國之一。1 。在總量不足的情況下，水資源在 時間和地區(qū)上分布很不平衡，南多北少，北方大部分地區(qū)人均水資源更低。目前， 我國正面臨著人口增長，人均水資源將降到低谷；經濟快速增長，工業(yè)用水量增 加；水的需求增長，供需矛盾：地區(qū)河道斷流情況加劇等挑戰(zhàn)。隨著經濟發(fā)展和 城市化進程的加快，城市缺水問題尤為突出。我國每年因缺水造成的經濟損失達 1 2 0 0 億元”! 。對缺水城市而言，城市污水再生回用比開發(fā)建設新水源更為重要， 更符合我國貧水的客觀現實，更具有深遠和現實意義?！拔鬯Y源化”將污水作為 第二水源是解決水危機的重要途徑。 城市污水資源化的重大意義在于： ( 1 ) 污水處理回用可以緩解水資源的供需矛盾。 由于全球性的水資源危機正威脅著人類的生存和發(fā)展，世界上的許多國家和 地區(qū)已對城市污水處理回用做出總體規(guī)劃，把適當經過處理的污水作為一種新水 源，以緩解水資源的緊缺狀況。 污水回用到底能給城市增加多少水量昵? 可以粗略的估計一下，城市供水量 的8 0 變?yōu)槌鞘形鬯湃牍芫W中，收集起來再生處理后7 0 可以安全回用，n - 者 合計起來，即城市供水量的一半以上，可以變成回用水，返回到城市水質要求低 的用戶上，替換出等量的自來水，相應增加了城市一半供水量?？梢妼θ彼鞘?來說，這種水源是一筆寶貴財富。這種潛力的開發(fā)非常值得。 我國城市污水年排放量已經達到4 0 0 億1 1 1 3 9 。已建成的污水處理設施4 0 0 余座， 城市污水處理率達到3 0 ，二級處理率達到1 5 。根據2 0 0 1 年初通過的“十五” 東北大學碩士學位論文第一章緒論 計劃的要求，2 0 0 5 年城市污水集中處理率達4 5 。這就給污水回用創(chuàng)造了條件， 凡是污水處理廠都可將污水再次適當處理回用。全國污水回用率如果平均達到2 0 ( 南水北調要求到2 0 3 0 年要達到3 0 ) ，則“十五”末期回用量可達到4 0 億m a ， 是正常年份缺水6 0 億m 3 的6 7 。污水回用規(guī)模潛力之大，足以環(huán)節(jié)一大批缺水城 市的供水緊張問題。 綜上所述，污水經處理后回用，具有深遠與現實的意義，它是解決水資源短 缺的有效途徑，是缺水城市勢在必行的重大決策。 ( 2 ) 污水處理回用體現了水的“優(yōu)質優(yōu)用、低質低用”原則。4 。 備科，用途的用水并非都需要優(yōu)質水，以生活用水為例，其中用于烹飪的水約 5 而對于占2 0 3 0 不與人體直接接觸的生活雜用水并無過高水質要求。為了 避免市政、景觀、娛樂、環(huán)境用水過多占用居民生活所需優(yōu)質水，美國佛羅里達 州規(guī)定：這些“用戶”必須采用能滿足其水質要求的較低水質的水源，即不允許 將高一級水質的水用于低一級水質的場合，這是合理利用水資源的一條普遍原則。 ( 3 ) 污水處理回用，有利于提高城市水資源利用的綜合效益。 城市污水一般是由生活污水和工業(yè)廢水兩者混合組成的，其水量往往很 大，約占整個城市用水量的5 0 8 0 ，水質污染較輕，污染物質僅占0 1 ，其余 絕大部分是可再用的清水，同時水質相對穩(wěn)定，不受氣候等自然條件的影響，且 城市污水就近可得，易于收集，不需要長距離引水，其再生處理比海水淡化成本 低廉，處理技術也比較成熟，其基建投資比遠距離引水經濟得多。所以，污水回 用在經濟上有明顯的優(yōu)勢。 除實行攤污費外，污承回用所收取的水費可以使污水處理行業(yè)獲得有力的 財政支持，使水污染防治得到可靠的經濟保證。 污水處理回用減少了污水排放量減輕了對水體的污染，并能使部分被污 染的水體逐漸變新、復活，可有效的保護水源，降低該水源的處理費用。因為將 嚴重污染水源的水處理至合格的程度不僅費用高，往往難度很大。 ( 4 ) 污水處理回用，是實現環(huán)境保護戰(zhàn)略的重要措施。 污水處理回用與“清潔生產”、“源頭削減”、“廢物減量化”等環(huán)境保護戰(zhàn)略 措施是密切相關的。事實上污水回用也是污水的一種“回收”和“削減”，而且水 中相當一部分污染物質只能在水回用的基礎上才能回收。 1 2 污水回用的途徑 城市污水回用到目前為止已開展了5 0 多年，就其回用目標而言，大致有如下 幾種： ( 1 ) 工業(yè)用水。 東北大學碩士學住論文 第一章緒論 在城市用水中，工業(yè)用水量所占比例相當大，其主要用途如下所述。 循環(huán)冷卻水； 工藝用水和鍋爐上水； 沖洗與洗滌水： 雜用水，包括廠區(qū)灌溉、消防和除塵。 ( 2 ) 農業(yè)灌溉。 ( 3 ) 市政雜用。 生活雜用水，包括沖廁、澆花草、空調、沖洗車、澆灑道路等； 娛樂及美化環(huán)境用水，包括供游冰和滑水的娛樂湖、供調魚和劃船的娛樂 湖、在天然河道中增加流量和流動的用水、野生動物棲息地和濕地、美化景點。 ( 4 ) 中水工程。 ( 5 ) 地下水回灌。 ( 6 ) 飲用水。 1 3 國內外污水資源化的現狀 1 3 1 國外情況 污水回用在國外已有悠久的歷史，回用工程的實旅也有上千座，回用水的規(guī) 模也很大，已經收到了明顯的效益。世界許多缺水的國家把污水資源化中水回用， 作為解決水資源貧乏的重要途徑。有的把它作為國策，加以法律化、制度化。 日本早在1 9 6 2 年就開始回用污水，7 0 年代已初見規(guī)模。：【業(yè)企業(yè)用污水處理 廠的再生水用于工業(yè)循環(huán)冷卻、空調和鍋爐用水；在賓館、學校、商場、居住區(qū)， 推，1 j 、型生活污水凈化設備，將處理后的水作為沖廁、洗車和庭院綠化用水。到 9 0 年末己有大型中水回用工程9 2 座，日回用中水量8 5 5 1 5 ) f m 3 。 美國也是世界上采用污水再生利用最早的國家之，7 0 年代初開始大規(guī)模建 設污水處理廠，隨后即開始回用污水。目前，有3 5 7 個城市【目用污水，再生回用 點5 3 6 個。全國城市污水回用總量約為9 4 1 0 9 m 3 年。1 ，其中包括：污灌用水、 景觀用水、工藝用水、工業(yè)冷卻水、鍋爐補水以及地下回灌水和娛樂養(yǎng)魚等多種 用途。 除日本和美國外。俄羅斯、西歐各國、以色列、印度、南非和納米比亞的污 水回用事業(yè)也很普遍。莫斯科市東南區(qū)有3 6 家工廠用污水總量達5 5 1 0 5 m 3 d l ； 南非和納米比亞等國甚至建起了飲用再生水制造工廠。南非的約翰內斯堡每天有 o 9 4 1 0 5 m 3 飲用水來自再生水工廠；納米比亞于t 9 6 8 年建起了世界上第一個再生 一3 一 東北大學碩士學位論文第一章緒論 飲用水工廠，日產水6 2 0 0 m 3 ，水質達到世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)保局公布的標準。 以色列也早在6 0 年代便把污水回用列為一項國家政策，至1 9 8 7 年，以色列全國 已有2 1 0 個市政污水回用工程，城市污水回用率達7 2 。 表1 1 是世界上幾項污水重復利用的大型工程“1 。 表1 1 世界上幾項污水重復利用的大型工程 t a b le 1 1s e v e r a li ，a r g e s c a ee n g i n e e rj n go fs e w a g er e u s i n gi nw o r l d 1 3 2 國內情況 我國的污水回用起步比較晚，“六五”才開始這方面的研究工作，但是發(fā)展很 快。北京、天津、大連、青島、淄博、邯鄲等缺水城市，城市污水回用已取得顯 著成績。特別是從上個世紀8 0 年代以來，各個城市都在興建大中型污水處理廠， 為污水再生回用產生了量大、質優(yōu)而穩(wěn)定可靠的中水水源。伴隨著污水處理廠的 建設，中水回用工程也都相繼產生了。到目前為止，就北方缺水的1 1 個城市1 6 座污水處理廠的統計，日處理城市污水總量3 3 0 萬m 3 ，中水回用量1 2 5 7 萬m 3 ， 回用率達3 8 。表1 2 是國內污水回用的實例。 天津紀蔣子污水處理廠污水處理規(guī)模為2 6 萬m 3 d ，其中有l(wèi) o 萬m 3 d 。1 的 出水經過濾、消毒處理后，用于廠內沖洗設備、廠園綠化；5 萬m 3 d 。出水用于梅 江生態(tài)居住小區(qū)沖廁、綠化、景觀環(huán)境；其余用于津南、靜海等農灌區(qū)；冬季作 為環(huán)境水補給地表的水源。 青島海泊河污水廠配套建設了4 萬m 3 d 1 的中水回用水廠，鋪設了1 8 公里的 中水道，供給附近的工廠冷卻水：市政綠化、道路噴灑等用水：兩岸生態(tài)公園景 觀環(huán)境用水，建成了區(qū)域性，多功能的中水系統。 大連是個節(jié)制用水、定額供水的城市。早在1 9 9 0 年大連春柳污水廠就建立了 一4 一 東北大學碩士學位論文 第一章緒論 回用水工程系統，是我國第一個污水回用示范工程。絮凝、澄清、過濾、消毒處 理后供應附近熱電廠、化工廠的冷卻水。馬蘭河污水廠采用曝氣生物池( b i o f o r 工藝) 一體化構筑物，出水已達到回用水水質標準，供給市政綠化用水，剩余作 為海濱景觀環(huán)境水。 鞍山西大溝污水處理廠，利用世行貸款將西大溝2 4 萬m 3 d 。1 的鞍鋼工業(yè)廢水， 經過隔油，氣浮過濾處理后，回用于鋼鐵生產。綠化和雜用，回用率達到9 0 以上， 使鞍山市的水環(huán)境和太子河的污染根本改善。 表1 2 北方部分城市污水處理回用情況表 t a b l e l 2s e w a g et r e a t m e n ta n dr e u s i n go fn o r t hp a r t i a lc i t i e s 1 4 污水回用處理技術 1 4 。1 城市污水處理技術 污水回用的關鍵是污水處理。城市污水處理按其處理程度分為一級處理、二 級處理和三級處理。 一5 一 東北大學碩士學位論文 第一章緒論 ( 1 ) 一級處理。污水的一級處理其主要任務是去除污水中呈懸浮狀態(tài)的固體污 染物質，故多采用物理處理法中的各種處理單元。污水一級處理后懸浮固體去除 率為7 0 8 0 ，而8 0 d 。的去除率只有3 0 左右，一般達不到排放標準，還必須進 行二級處理。 ( 2 ) 二級處理。污水的二級處理的目的是大幅度去除污水中呈膠體和溶解態(tài)的 有機( 污染物( 即g o d 物質) ，去除率可達9 0 以上。處理后的b o d 。一般可降至2 0 3 0 m g l ，二級處理通常采用生物處理法作為主體工藝，處理后的污水可達到排 放標準。 ( 3 ) 三級處理。目的在于進一步去除二級處理所未能去除的污染物。包括生物 未能降解的有機物、以及氮、磷等能加速水體富營養(yǎng)化的可溶性無機物。三級處 理方法多樣，如生物脫氮、混凝沉淀、砂濾、活性炭吸附、離子交換法、電滲析 和反滲透等。通過三級處理，b o d 。可從2 0 3 0 m g l 1 降至5 m g l 1 以下，同時能 去除大部分的氬和磷。 三級處理是深度處理的同義語，只是三級處理是在常規(guī)處理后為了去除更多 有機物及某些特定污染物而增加的一項處理工藝，而深度處理是以污水回用為目 的進行的廢水再處理。污水的三種基本方法和處理程度的大致功能對應關系如圖 1 1 所示。 原污水 物理法l 不宣捌生物法l 可排n 化學法等l 可做 一級處理f 入水體i 二級處理f 水體i 三級處理f 回用水再生水 機械處理生化處理 c 預巳l i 常規(guī)處理 圖1 1 污水處理方法和功能 高級處理 ( 深度處理) 城市污水處理廠各級出水水質排放標準見附表l 。 城市污水深度處理是以二級出水為處理對象。目前城市污水二級處理常采用 生物法，其中較成熟，處理效果良好且出水適用于回用水源的工藝有：缺氧一好 氧法( a o 工藝) 、厭氧一缺氧一好氧活性污泥法( a a o 工藝) 、兩段活性污泥法( a b 工藝) 、浮動生物床( f l o o b e d 工藝) 、曝氣生物濾池( b i o f o r 工藝) 、間歇式活性 污泥法( s b r 工藝) 、生物接觸氧化法和生物一滲透膜處理法( m b r 工藝) ，其中s b r 東北大學碩士學位論文第一章緒論 法及其衍生出的處理工藝( 如i c e a s 工藝、d a t i a t 工藝、c a s s 工藝、u n i t a n k 工藝、m s b r 工藝等) 以其工藝簡單、造價低：時間上具有理想的推流式反應器的 特性：運行方式靈活、蛻氮除磷效果好；良好的污泥沉降性能；對進水水質水量 的波動具有較好的適應性等優(yōu)點，近年來被國內外廣泛的研究和應用。 1 4 2 深度處理工藝 如前所述，污水深度處理是用于去除在常規(guī)二級處理過程中未被去除的和去 除不夠的污染物，以使出水在排放時符合受納水體的水質標準，而在回用時符合 具體用途的水質標準。隨著環(huán)保要求的提高，以及因水資源短缺污水再生利用的 需要，過去人們曾認為二級處理是“完全”處理的觀點是不正確的了。還有一些 污染物質，如營養(yǎng)型無機鹽氮磷、膠體、細菌、病毒、微量有機物、重金屬以及 影響回用的溶解性礦物質是二級處理不能完全去除的。這就需要二級處理后。選 擇一些單元技術進步對二級出水進行后續(xù)處理。這些技術單元有的是從給水處 理技術移植過來的，有的是單獨針對水處理的。由于處理對象與給水不同，因而 不能簡單套用給水技術。為了滿足回用水質的要求，深度處理提到了議程，它已 是污水處理整套技術的重要組成部分。 城市污水深度處理單元技術有：混凝( 化學除磷) 、沉淀( 澄清、氣浮) 、過 濾、消毒。對水質要求更高時采用的深度處理單元技術有：活性炭吸附、反滲透、 除氨、離子交換、折點加氯、電滲析、臭氧氧化等，可選用一種或幾種的結合。 城市污水回用設計規(guī)范給出了深度處理單元技術的處理效率和目標水質 ( 見表1 3 和1 4 ) 。 表1 3 二級出水進行程凝沉淀、過濾的處理效率與目標水質 t a b l e i 3t r e a t m e n te f f ic i e n c ya n do b j e c t i v ew a t e rq u a l i t yo f s e c o n d a r ye f f l u e n t t oc o a g e l a t i o n ，f i l t r a t i o n 一7 東北大學碩士學位論文 第一章緒論 1 5 地下回灌技術 從持續(xù)發(fā)展的觀點，雖然工業(yè)和農業(yè)是污水回用的主要用戶，但地下回灌被 認為是擴大污水回用最有益的一種方式。3 。它以土壤基質作為生物反應器，使再生 廢水借助物理一化學和生物作用將其中的有機物和病原體進一步去除，使其水質 與天然地下水沒有差別，由于不受水文條件的制約，將會帶來污水回用的長遠利 益。地下水回灌可以水力阻攔海水入侵，擴大地下水資源的存儲量，控制或防止 地面沉降及預防地震，調節(jié)水溫，保持取水構筑物出水能力，使河流的生態(tài)得到 不同程度的恢復，使溶解氧增加，美觀上也有所改善，它實質是水的長循環(huán)，比 污染水僅在處理廠中管對管的循環(huán)要好得多。以往的經濟一效益分析結果表明， 在城市中期回用水計劃中，地下回灌是最可取的回用方法。在長期看來，直接回 灌后用作飲用水，也是經濟一效益分析最為合適的回用方法。 1 5 1 地下回灌技術分類 地下回灌包括天然回灌和人工回灌。人工回灌按回灌對象分為地表水回灌、 雨水回灌和城市污水二級處理出水回灌。回灌方式有兩種：一種是在透水性較好 的土層上修建溝渠、塘等蓄水建筑物，利用水的自重進行回灌；另一種方式就是 井灌，它適合于地表土層透水性較差或地價昂貴，沒有大片土地的用水蓄水，或 要回灌承壓含水層，或要解決寒冷地區(qū)冬季回灌越冬問題等情況。 實際上在談到地下回灌時，只有兩種概念：在土壤含水層處理( s o i la q u i f e r t r e a t m e n t ，s a t ) 前，污冰經過深度處理達到飲用永的水質，因此從地下提升出 來的水，可以不受限制的應用。將s a t 結合到回用流程中，污水在s a t 前只部 東北大學碩士學位論文 至二主竺笙 化學和生物凈化作用，再生水則通過分凈化，然后再借助土壤含水層中的物理、 取水井抽出。 1 5 2 地下回灌對水質的要求 再生水地下回灌要考慮四個因素，即致病菌、礦物質總量、重金屬和穩(wěn)定的有 機化合物。1 。對回灌水水質的要求取決于當地地下水的用途、自然和衛(wèi)生條件、回 灌過程和含水層對水質的影響及其他技術經濟條件?；毓嗨乃|應符合以下條 件： ( 1 ) 水質應優(yōu)于原地下水水質或達到生活飲用水水質標準( 我國生活飲用水衛(wèi) 生標準見g b 5 7 4 9 8 5 ) ； ( 2 ) 回灌后不會引起區(qū)域地下水的水質變化和污染： ( 3 ) 不會引起井管或濾水管的腐蝕和堵塞。 目前，各國都沒有制定統一的標準。美國加州衛(wèi)生署曾負責制定過幾個與危害 健康有關的再生水水質標準。1 9 7 6 年與1 9 7 7 年分別制定了利用再生水回灌地下的 水質標準，1 9 7 6 年為建議標準。1 9 7 7 年為建議標準的修正，詳見附表3 。迄今我 國尚未制定再生水回灌地下的水質標準，為了推動污水資源化，對回灌水水質除 與當地地下水水質相符外，我們還根據美國和德國的有關法規(guī)和建議指南對回灌 水水質提出以下建議并在試驗研究中加以遵循，見表1 5 【6 】。 表1 f5再生水人工地下回灌水質控制標準 t a b l e j 5t h ec o n t r o ls t a n d a r do fw a t e ro u a l i t yo fg r o u n d w a t e rr e c h a r g e 1 5 3 地下回灌發(fā)展現狀和工程實例 通過透水性良好的土層回灌潛水層已有很長的歷史。而人工回灌在近二十幾年 里才取得了長足發(fā)展。在提供飲用水進行高標準水處理方面積累了很多經驗。據 統計，當前l(fā) o 個國家中7 0 多個人工回灌地下水的事例，回灌能力從每年的幾千 立方米到幾百萬立方米不等，有資料可查的例子中有3 8 例在技術上是可行的。其 中以美國、以色列、荷蘭居于世晃領先地位。加拿大、日本、澳大利亞、印度等 國家都在發(fā)展自己的地下水回灌技術。據統計美國加州有2 0 0 多個污水回用廠， 每年回用水量約為3 3 1 0 8 m 3 ，回用水中約1 4 被回灌到地下。其中， 9 6 2 年美國 一9 一 東北大學碩士學位論文 第一章緒論 洛杉磯的w h i t t e rn a r r o w s 原城市污水經過一級處理一粉末活性炭的二級處理一 石灰澄清一再碳酸化一過濾一臭氧氧化一顆粒活性炭吸附等處理后深井回灌到地 下；1 9 7 6 年美國加州奧蘭奇縣( o r a n g ec o u n t r y ) 的海水入侵屏障工程，它利用 抽出注入系統城市污水經過二級處理一化學凈化一氨解析一混合濾料濾池過濾 一活性炭吸附一氯化一反滲透等處理后，出水水質達到地下水質標準，然后注入 地層，有效控制了海水入侵；1 9 9 9 年w e s tb a s i n 再生水廠回灌工藝：二級出水一 脫碳一石灰澄清一再碳酸化一過濾一反滲透一消毒一深井回灌”1 。目前，全美每年 回用城市污水回灌地下為0 4 7 1 0 8 m 3 ( 占3 9 ) 。在德國，l a n g e n 市為解決地下 水位下降問題，采用就近污水處理廠的二級出水經曝氣一沉淀一砂濾池過濾一臭 氧氧化一活性炭吸附等措旌深度處理后，通過土壤滲濾補充地下水”。 六七十年代，人工回灌曾在我國盛行一時，主要是為了補給地下水，緩解供 水緊張，同時也是東南沿海城市防止地面沉降和海水入侵的主要措施。沒有得到 廣泛推廣的原因是注水井常常發(fā)生堵塞?！捌呶濉逼趩?，清華大學進行了地下回灌 土壤滲濾的實驗研究，取得了一定成果?！熬盼濉逼陂g，由清華大學和北京高碑店 污水廠承擔地下回灌的課題研究，提交了中試成果。其處理工藝如下： d g b 工藝：二級出水一d g b 吸附+ p a c 絮凝一沉淀一砂濾一土壤柱 廠一二級出水一p a c 絮凝一沉淀一砂濾一活性炭過濾一土壤柱 活性炭工藝：i l 一二級出水一d g b 吸附+ p a c 絮凝一沉淀一砂濾一活性炭過 濾一加氯消毒一土壤柱 目前沈陽市中科院生態(tài)所也在進行此項研究。但由于多方面的限制因素，如系統 的運行與維護、公共健康與地下水污染、法律與經濟等問題，一直沒有得到大規(guī) 模的推廣使用。 1 6 本文研究的主要內容和工作 根據國內外城市污水處理和回用的發(fā)展現狀。本研究的目標是城市污水地下 回灌深度處理。以地下回灌為目的，通過試驗研究，尋找出一條經濟且有效的將 城市污水資源化的途徑，為實際中的應用提供參考依據，而且對污水地下回灌早 日走出實驗室，適應2 l 世紀水資源持續(xù)利用與保護的要求也具有重要的理論和實 際意義。研究中通過以脫氮除磷為目的s b r 技術，用實驗室的中試系統處理城市 污水，重點通過試驗確定其適宜的工況運行參數，進一步提高其出水水質。再以 化學絮凝、過濾、吸附、消毒等方法進行深度處理。 一1 0 東北大學碩士學位論文第二章s b r 工藝對城市污水的處理 第二章s b r 工藝對城市污水的處理 含有大量氮磷等營養(yǎng)物質的廢水流入水體所引起的富營養(yǎng)化在世界各地日趨 普遍，已經成為人類所面i 臨的嚴重水環(huán)境問題之一”】。采用常覘處理工藝的污水處 理廠( 包括生活污水和工業(yè)廢水) 其排放水中都含有相當數量的氮和磷，并隨出 水排入河道，成為藻類合適的營養(yǎng)料，引起水質的富營養(yǎng)化和黑臭的現象。自7 0 年代出現生物脫氮除磷的工藝以來，至今已開發(fā)了多種工藝流程，并被廣泛采用。 但是在實際的運行過程中，經常出現脫氮效果好時除磷效果差、除磷效果好時脫 氮效果不佳的j 清況。因此，人們需要開發(fā)和研究兼有兩種功效的污水處理工藝。 s b r 就是其中種兼有良好脫氮除磷功效的可行工藝。 s b r 是序批式間歇活性污泥法( 又稱為序批式反應器，s e q u e n c i n gb a t c h r e a c t o t ) 的簡稱。它與傳統的活性污泥法相比，具有以下特點：不需要二沉池 和污泥回流設備，投資及運行費用低：s v i 值較低，污泥易于沉淀，一般情況下 不產生污泥膨脹現象；s b r 操作管理比較簡單，占地??；具有較好的脫氮除磷 效果。對于s b r 脫氮除磷的效果，國內外資料表明：s b r 系統中總磷的去除率可達 9 5 以上，總氮和氨氮的去除率也分別達到6 5 和9 0 ”。 由于s b r 工藝具有以上諸多優(yōu)點，且利于現有污水廠的改建，加上自動化技 術的發(fā)展，自2 l 世紀8 0 年代以來，s b r 的研究和應用受到較廣泛的重視。我國環(huán) 境污染與資金短缺的矛盾十分突出，而s b r 正是一種適合我國國情的處理工藝， 具有廣泛的研究和應用前景。 2 1s b r 工藝的基本流程 序批式間歇活性污泥法工藝由按一定時間順序間歇操作運行的反應器組成。 s b r 工藝的一個完整的操作過程，亦即每個間歇反應器在處理廢水時的操作過程包 括如下五個階段：進水期( 或稱充水期) ；反應期；沉淀期i 排水排泥期； 閑置期。圖2 1 所示為s b r 處理工藝一個運行周期內的操作過程1 “。 東北大學碩士學位論文 第二章s b r 工藝對城市污水的處理 進水 曝氣 曝氣或不曝氣 曝氣靜置，不曝氣 排水排泥 污泥活化 進水期反應期沉淀期排水排泥期閑置期 圖2 】s b r 一個周期內的操作過程 f i g u r e 2 1o n e p e r i o d i co p e r a t i o np r o c e s so f s b r s b r 的運行工況以間歇操作為主要特征。所謂序批式有兩種含義：一是運行 操作在空間上是按序列、間歇的方式進行的，由于污水大多是連續(xù)排放且流量的 波動是很大的，此時間歇反應器( s b r ) 至少為兩個池或多個池如圖2 2 所示。 剩余污泥 l 一格柵：2 - 沉砂池； 3 一初沉池；4 - 污泥管 圖2 2 處理生活污水的三池s b r 系統 污水連續(xù)按序列進入每個反應期，它們運行時的相對關系是有次序的，也是 間歇的；二是每個s b r 反應器的運行操作在時間上也是按次序排列間歇運行的， 一般可按運行次序分為五個階段，如圖2 1 且所示。其中自進水、反應、沉淀、 一1 2 東北大學碩士學位論文第二章s b r 工藝對城市污水的處理 排水排泥至閑置期結束為一個運行周期。在一個運行周期中，各個階段的運行時 間、反應器內混合液體積的變化及運行狀態(tài)等都可以根據具體污水的性質、出水 水質及運行功能要求等靈活掌握。對于單一的s b r 而言，不存在空間上控制的障 礙，只在時間上進行有效的控制與變換，即能達到多種功能的要求，運行是非常 靈活的。 對于問歇排污的情形，s b r 處理工藝中可省去污水貯存池，將水直接引人s b r 反應器，使之成為貯存污水、曝氣池和二沉他使用。對于連續(xù)排污的情形，可按 如上所述使用多個s b r 問歇反應單元并聯運行，按操作順序依次對每個s b r 反應 器進行充水即第1 個反應器充滿水后，將污水接入第2 個反應器，依次接入第3 、 第4 和第n 個反應器。當處理系統中的最后一個反應器充水完成后，第一個反應 器已完成整個運行周期并接著充水，如此循環(huán)往復運行。s b r 工藝運行過程中，進 水期接納污水，有貯存和調蓄的功能，如果在進水期間進行曝氣，則還可起到預 曝氣的作用。圖2 3 所示為多個s b r 反應器的運行系統操作示意。 圖2 3多個s b r 反應器的運行操作方式 f i g u r e 2 3t h eo p e r a t i o n a lm o d eo fn u t t i s b rr e a c t o t s 由圖2 3 可看出，多個s b r 反應器處理系統中需要較多的控制閥門以根據需 要進行流量和污水水流的調節(jié)和控制。因而，s b r 處理工藝大多適用于處理水量比 較小的情形，但如有自動化程度較高的控制系統的話，則也可應用于大水量的處 理過程。這是s b r 處理工藝有別于其它污水生物處理工藝的個重要方面，也是 為什么此工藝在活性污泥法發(fā)明之初未能得到應用的原因所在。 1 3 東北大學碩士學位論文第二章s b r 工藝對城市污水的處理 2 2s b r 處理城市污水的試驗 2 2 1 試驗裝置與試驗流程 本研究的對象為實驗室規(guī)模的動態(tài)試驗，試驗裝置是具有自動控制系統的s b r 反應器，如圖2 4 所示，其t 藝流程見圖2 5 。 圖巾從左至右依次為：調節(jié)池、s b r 反應池、曝氣系統 進水斗 圖2 4 試驗裝置圖 可 co l 斗 出水 貯水池s b r 反應池 圖2 5s b r 工藝流程圖 i 4 東北大學碩士學位論文第二章s b r 工藝對城市污水的處理 2 2 2 分析方法 試驗中測試項目及分析方法見表2 1 。 表2 1 分析項目及分析方法1 t a b l e 2l a n a l y t i c a l i t e l l i sa n da n a l y t i c a lm e t h o d 2 2 3 試驗原水 試驗中所用污水取自沈陽市區(qū)排向渾河沈陽段的羅士圈污水排放口，羅士圈 的污水來自于沈陽市和平區(qū)砂山地區(qū)的生活污水和部分生產廢水。表2 2 為羅士 圈生活污水的水質。該污水的生物學特性為c o d 負荷中等，而總氮含量較高，原 水c 0 1 ) 。，在3 0 0 m g 一左右，氨氮含量平均為3 5 m g - l 1 左右，總磷含量平均為3 m g - l 。1 左右，懸浮物含量則較低，平均為8 0 m g l 1 左右 表2 2 原水水質 d h 值c o d c ，m g l - lb o d 5 m g l 一1 t n m g l 1氨氮m g l - 】t p m g k , - 1 一j _ 一一一一，一一一一一一一一一 一一一 6 5 7 52 0 3 4 2 8 1 0 8 2 3 03 5 8 5 7 3 1 7 ，【5 0 ，51 8 2 4 8 5 1 5 東北大學碩士學往論文第二章s b r 工藝對城市污水的處理 2 2 4 試驗方案 試驗采用的s b r 反應器是由有機玻璃制成。設計日處理量為8 0 l ，s b r 反應池 的有效容積為6 0 l ，調節(jié)池容積為1 0 0 。一個運行周期為6 小時，每周期進水量 為2 0 l 。進水量由調節(jié)閥控制，反應池底部設有曝氣管，進行布氣，空壓機進行曝 氣，曝氣量由空氣流量計控制。好氧階段反應池內的溶解氧濃度可達2 o m g l 1 以上，厭氧攪拌階段溶解氧濃度接近于0 ，出水由電磁閥控制。在本研究中首先進 行了兩種工況的對比運行試驗，選擇出最佳工況，再以最佳工況作為最終s b r 的 運行參數。兩工況的運行時間和運行參數見表2 3 和2 4 。 表2 3 各工況的階段運行時間單位h t a b l e 2 3t h eo p e r a t i 0 1 1t i m eo fe a c hc o n d i t i o n 表2 4 運行參數 t a b l e 2 4o p e r a t i o np a r a m e t e r s 項目 參數 迸水量幾d 1 污泥齡( s r t ) d 停留時間h 周期。 混合液懸浮物濃度( 札s s ) m g l 4 活性污泥有機負荷( f m ) 8 0 1 5 2 0 2 9 0 0 7 0 0 0 0 0 3 0 0 6 2 2 5 曝氣方式的確定 通常情況下，根據開始曝氣的時間與充水過程的時間順序的不同，s b r 工藝分 為三神不同的曝氣方式，即 非限量曝氣一邊充水一邊曝氣； 限量曝氣充水完畢后再開始曝氣； 一1 6 東北大學碩士學位論文 第二章s b r 工藝對城市污水的處理 半限量曝氣在充水階段的后期開始曝氣； 采用非限量曝氣時，在充水的同時進行曝氣，使逐步向反應器內投入的污染 物能及時得到吸附、吸收和生物降解，從而限制了混合液中的污染物積累，并能、 在短時間內獲得較高的處理效果。這種方式適用于有毒廢水的處理，但對于污水 濃度不高、無毒性污水或需要脫氮時不適用。如果污染物濃度不高，采用非限量 曝氣方式，在充水期也存在著污染物降解，從而使混合液中污染物濃度增加不多， 在反應期不能形成明顯的濃度梯度，也容易引起污泥膨脹。采用半限量曝氣時， 在充水的起始階段，混合液中污染物的濃度不大，降解速度不大，耗氧量也不大， 但隨著污染物的投入，混合液中污染物的積累量也逐漸增大，降解速度增大，耗 氧量也增大，因而在充水的后半期應開始逐漸加大供氧量。采用限量曝氣時，由 于在充水前s b r 反應器有一個沉淀、排水和閑置過程，混合液中的溶解氧接近于 零，所投入的污染物僅能在厭氧條件下得到降解，而且速度緩慢，從而會形成污 染物的大量積累，使反應過程中有較大的濃度梯度，這