城市中水回用于循环冷却水处理技术研究 33页

'2015工业节水及废水资源化技术高级论坛城市中水回用于循环冷却水处理技术研究姚光源中海油天津化工研究设计院工业节水与废水资源化重点实验室2015.06 城市中水回用于循环冷却水处理技术研究目录一、城市中水回用发展现状二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素研究三、城市中水回用前景展望 城市中水回用于循环冷却水处理技术研究一、城市中水回用发展现状 一、城市中水回用发展现状三条红线2012年2月：《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，提出到2030年“三条红线”,其中：全国用水总量控制在7000亿m3以内；万元工业增加值用水量降低到40m3以下；水资源利用效率水污染水十条2015年4月《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》。其中规定：具备使用再生水条件但未充分利用的钢铁、火电、化工、制浆造纸、印染等项目，不得批准其新增取水许可。 一、城市中水回用发展现状2013年工业增加值《21.7万亿m38%关于实2013年万元工业增降低行加值用水量67m3红线1最严2013年工业用水量刚性需求2030工业用水量理格1409亿m3论计算3200亿m3水约1800亿m3资源管2013年总供水量有限增加32030年总供水量红线2理6183亿m7000亿m3制817亿m3度的意见水缺口：》983亿m3 一、城市中水回用发展现状2013年全国污水排放量约695.4亿m3，其中工业废水排放量209.8亿m3，生活污水排放量485.1.7亿m3城镇污水年处理量456亿m3。。——《2013年环境统计年报》第二水源特点：水量大；成本低；水质相对稳定；便于区域化调配管理； 一、城市中水回用发展现状城市中水企业污水（第二水源）2011年回用率8.5%，2020:全国达到20%京津冀区域>30%深度处理难点2：水质成份复杂；营养物质丰富；难点1：缺乏相应氨氮、COD值高；的水质稳定技术细菌数量种类多；含盐量高等。 一、城市中水回用发展现状国内城市中水回用于工业循环冷却水状况快速发展阶段启动发展阶段示范引导阶段2010年至今起步阶2000-2010年段膜分离技术广1986-2000年2003年，天津滨泛应用。河北海热电厂，浓缩邯郸热电厂、倍率2-3倍。天津石化、山1985年以前技术储备。20002006年，甘肃张试验研究,1973年年6月，北京华掖电厂，一期工东潍坊电厂东方红炼油厂，能热电厂，国程2号机组。山西大同第二最早的探索，部内第一家采用2007年沧州华润发电厂、独山分污水回用于循中水回用的城热电有限公司，子石化、内蒙环水系统。市热电厂浓缩倍率3-5倍古临河热电厂 一、城市中水回用发展现状地表水企业中水循环水城市水质稳定技地下水水源术新需求中水海淡水工艺水影响因素研究 城市中水回用于循环冷却水处理技术研究二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素腐蚀关键影响因素：NH+-N、Cl-、SO2-、44BOD；硬度、碱度、PO3-和SO2-44BOD、COD、总P、氨氮、盐含量等 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素《城市污水再生利用工业用水水质》敞开式1.城市中水水质研究循环冷却水系统补充水的用水水质标准GB/T19923-企业中水企业中水自来水分析项目城市中水2005（石化）（化工）（天津）规定指标部总Femg/L000.010.06≤0.3分SiO2mg/L3.69.410.600.10≤50城SO42-mg/L225055196.0092.00≤250市Cl-mg/L669.6487.77251.3259.10≤250中水以PO43-计，总磷0.371.093.610.34≤1mg/L水质以CaCO3计，总碱度382.82489.32136.5969.01≤350mg/L数据以CaCO3计，总硬度332.80169.71334.96173.84≤450mg/L表电导率μs/cm650010721459.00514.00——TDSmg/L5091796730——≤CODmg/L362420.006.00≤60TOCmg/L15.46.027.876.38——氨氮mg/L4120.50.00≤10，钢厂≤1总细菌个/mL7.0×1052.0×1052.5×1031.5×102—— 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素1.城市中水水质研究调节酸性水过中性萃富GC-MS样滤取集分析碱性丰度丰度丰度TIC:20130627(UF-B)-02.Ddata.msTIC:20130627(UF-A)-01.Ddata.ms230000024.74623.908TIC:20130627(UF-Z)-03.Ddata.ms115000023.91424.740220000028000025.5731100000210000025.3192600001050000200000024.7341000000190000024000025.850950000180000023.878900000170000022000015.63725.32526.3648500001600000200000800000150000075000025.567140000018000024.67526.36470000026.364130000025.56716000022.76823.86665000023.872120000023.06923.78460000023.07023.790110000014000023.68927.13122.99955000024.150100000027.12515.63723.68922.97527.13150000027.86928.58329.28012000024.11427.86990000028.58316.85324.40428.12945000022.76930.03580000010000025.13026.77128.12920.81424.46340000022.96924.40425.85070000027.86924.48625.13021.75324.2443500006000008000021.29821.81222.02524.24416.22230000021.81222.82250000028.58321.29922.03125.04722.0316000015.78521.03925000023.58340000017.56220.01221.12121.52321.43421.75929.28017.84520000020.81521.04521.1223000004000015.78521.64122.27921.04516.30420.66115000017.84520.01220000020.81520.97425.26026.06830.03518.93120.12421.23420.12410000017.79218.04018.53010000020.01230.8912000016.22218.9966.38119.0026.8775000015.88516.30417.0316.87706.72305.0010.0015.0020.0025.0030.0005.0010.0015.0020.0025.0030.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间-->时间-->时间--> 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素1.城市中水水质研究OOSiSiOOOHOOOOHO八氢-1，8α-二甲基-7-（1-柠檬酸乙酯十氢-1，5,5,8-四甲基-1,4-苯1,1,3,3-四甲基-1,3-二硅杂1-菲羧酸-1,2,3,4,4，9,10,10a-八甲基乙烯基）-萘丙醇啉氢-1，4α-二甲基-7-（1-甲基乙OH基）-甲酯OOHOOHOHOOO八氢-1，8α-二甲基-7-（2-甲基-3-[4-叔丁基苯基]-4,6-二（1,1-二甲基1-羟基-1,5,8-三甲氧基二丁基羟基甲苯1-甲基乙烯基）-萘丙酸乙基）-2-甲基-苯酚蒽-9-酮OHH邻二甲苯对二甲苯间二甲苯十氢-1，1,3α-三甲基-7-2,4,6-三（1-甲基乙基长叶烯V4亚甲基环丙萘）-苯酚某中水的GC-MS分析结果 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素2.腐蚀因素研究—Cl-、PO3-4城市中水CL-含量对A3碳钢腐蚀性的影响城市中水PO3--含量对A3碳钢腐蚀性的影响4•城市中水中Cl-含量对A3碳钢腐蚀非常大；随着中水水质中Cl-浓度增大，A3碳钢的腐蚀性增强，高于400mg/L后对铜材的腐蚀性也会超标。•[PO3-]≥5mg/L后，可控制系统的腐蚀小于0.05mm/a。4 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素2.腐蚀因素研究—氨氮氨氮含量对A3碳钢腐蚀性的影响氨氮含量对铜材腐蚀性的影响•[氨氮]≤4.mg/L时，碳钢腐蚀速率低于国家标准；当[氨氮]＞10mg/L后，试片表面开始出现锈瘤；当[氨氮]≥20mg/L时，腐蚀严重。•[氨氮]≤6.00mg/L时，铜腐蚀速率低于国家标准；当[氨氮]＞6mg/L后，腐蚀速率超标。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素3.结垢因素研究SO2-与Ca2+保有率评测PO3-与Ca2+保有率评测44•城市水中[SO2-]＜510mg/L时，不会产生硫酸钙沉积，SO2-保有率接近98%；44•随着SO2-含量继续增加，水中Ca2+和SO2-的保有率迅速下降，生成大量的CaSO垢;444•城市中水中PO3-含量是循环水系统结垢最主要的影响因素，即使控制循环水的pH值4到8.0，也很难控制磷酸钙的结垢。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.1细菌滋生研究—BOD1.E+091.E+091.E+081.E+07)L)mLm//1.E+07个个1.E+05((数数菌120h菌01.E+03101.E+06501001.E+012001.E+050105010020002472120168BOD(mg/L)时间（h）图1BOD浓度对细菌生长影响图2不同BOD水平时细菌随时间的生长变化图1可见：总细菌数量随BOD的增图2可见：细菌数量在一周内随时加而生长速度呈几何数增长，间增长在第5天左右出现最高值，BOD对细菌的生长影响明显。然后逐渐下降。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.1细菌滋生研究—总P1.E+071.E+07)L1.E+06)mL/1.E+05m/个个((数数120h0菌菌1.E+0311.E+0548121.E+011.E+0402472120168014812时间(h)总P(mg/L)图3总磷浓度对细菌生长影响图4不同总磷水平时细菌随时间的生长变化图3、4可见：总细菌数量随总P的增加而逐渐增加，当P>4mg/L后趋于稳定增长。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.1细菌滋生研究—COD1.E+081.E+07))LLm1.E+05m//个0个1.E+07((数50数120h菌2001.E+03菌4001.E+061.E+0105020040002472120168COD(mg/L)时间（h）图5COD浓度对细菌生长影响图6不同COD水平时细菌随时间的生长变化固定BOD（50mg/L)，改变COD总值，得到BOD/COD值=1:1~1:4。图5、6可见：细菌生长并不随着COD的增长而增加，即在循环水系统中起关键影响因素的并不是单纯的COD数值大小，而是BOD值，不可生化的COD值对总细菌的滋生影响很小。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.1细菌滋生研究—NH-N31.E+081.E+07))LLmm//1.E+05个1.E+07个（(数120h数0菌菌1.E+0310501001.E+061.E+010105010002472120168氨氮(mg/L)时间（h）图7NH3-N浓度对细菌生长影响图8不同NH3-N水平时细菌随时间的生长变化图7、8可见：总细菌数量随氨氮的增加总体呈逐渐增长趋势，但增加幅度不大。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.1细菌滋生研究—总盐1.E+081.E+07))L1.E+07Lmm//1.E+05个个((数数菌1.E+06菌0120h1.E+03500200050001.E+051.E+0105002000500002472120168总盐含量(mg/L)时间(h)图9总盐浓度对细菌生长影响图10不同总盐水平时细菌随时间的生长变化图9、10可见：总细菌数量随总盐的增加明显增长，当总盐>500mg/L后趋于稳定增长。盐的存在对细菌生长有明显促进作用。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.2旋转挂片验证实验旋转挂片实验方案N-NH3（盐含量（序号COD（mg/L)BOD（mg/L)P（mg/L)mg/L)mg/L)100000200010100032000101000410000101000520000101000616.7100101000750300101000883.35001010009333200010100010002101000COD以聚乙二醇800（其BOD值=0）配制；BOD的获得以葡萄糖配制。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.2旋转挂片验证实验说明：初始菌数为人为投加菌种使各系统初始菌数在100个/ml左右。图11旋转挂片不同营养水平时细菌的生长速度分析：（1）无论是纯水、还是含有COD或BOD或P的水，细菌都会继续生长繁殖；（2）BOD或P的存在可以大大促进细菌的生长速度，无BOD的水质中，细菌的生长速度比较慢；（3）120h，细菌均生长达到最高峰；168h后，6#～10#的细菌数量比1#～5#少10倍左右。这是因细菌经过高速大量繁殖期后，由于营养的匮乏而大量死亡。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.2旋转挂片验证实验旋转挂片生物粘泥照片图12旋转挂片生物粘泥滋生情况分析：（1）1#～5#的粘泥以无机质为主，生物粘泥量极少；6#～10#多糖和蛋白质含量各为7.5%～16.5%，生物粘泥特征明显；（2）从5#看，其生物粘泥量明显低于6#-10#。结合细菌繁殖情况表明：在BOD值为0mg/L～10mg/L的范围内，存在一个生物粘泥滋生的突变值。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.3动态评价验证实验动态实验生物粘泥滋生营养水平设计方案编号BOD（mg/L)COD(mg/L)B/C水质菌种100-251000.053101000.1自来水自来水4301000.3自带5501000.560100-注：（1）BOD由添加葡萄糖配制;（2）无BOD贡献的COD由聚乙醇800配制；（3）去离子水和自来水经氧化型杀菌剂杀菌至<1个/mL后，添加同一配制菌种，控制初期菌数<100个/mL。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.微生物滋生因素研究4.3动态评价验证实验COD值随时间变化动态试验细菌生长100000000300100000002501#10000001#2002#2#3#1000001503#4#100004#COD(mg/L)1005#5#6#10006#50细菌数量（个/mL)100002448729612014416810024487296120144168时间（h）时间（h）图13动态粘泥滋生实验细菌生长情况图14动态粘泥滋生实验COD值变化情况（1）从图13可见，BOD=0的1#和6#细菌滋生比其他有BOD的系统数量明显少1～2个数量级。（2）从图14、15可见，BOD值比理论值均有增长；但COD值则差别很大，随着时间增长，增加了1倍以上，其原因是由于随着细菌数量的增加，会产生很多代谢分泌产物，如多糖、蛋白质、甲烷、ATP等有机质，腐蚀产物二价铁离子的存在也会增加COD值等因素，导致COD值增高明显。图15动态粘泥滋生实验BOD值情况 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素4.3动态评价验证实验生物粘泥多糖含量变化25.00生物粘泥滋生质量变化20.005.004.0015.001#1#2#3.0010.002#3#3#2.004#多糖含量（%）4#5#5.005#1.006#生物粘泥质量(g)6#0.000.0048h96h144h168h48h96h144h168h时间（h）时间图17动态实验粘泥蛋白质含量变化情况图16动态实验粘泥质量变化情况生物粘泥蛋白质含量变化（1）由图16～18可见，生物粘泥的数量与BOD存在16.0014.00极其重要的关联性，BOD贫乏的1#和6#中，其生物粘12.00泥量极少，多糖及蛋白质含量均极低；而2#～5#随10.001#8.002#着BOD含量增加，生物粘泥增速明显呈上升趋势，3#6.004#为典型的生物粘泥特征。蛋白质含量（%）4.005#6#(2)由此可见：BOD≥5mg/L，会对生物粘泥的滋生2.000.00产生极大促进作用；不可生化的COD对生物粘泥的48h96h144h168h时间（h）生长几乎无影响。图18动态实验粘泥多糖含量变化情况 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素5、水处理方案的开发针对中水水质特点，重点进行了高磷含量水质的磷系处理方案和无磷水质中水的无磷处理方案的开发。磷系处理方案有效利用既有无机磷！药剂用量：60～100mg/L；pH：8.2～8.4；PO43-浓度：≥5mg/L；循环水系统浓缩倍数：4～5倍；碳钢腐蚀率：≤0.04mm/a；不锈钢腐蚀率：≤0.005mm/a；磷酸钙阻垢率：≥93%；空白对比样1项目研发技对比样2碳酸钙阻垢率：≥95%；术杀菌率：≥99%；腐蚀率0.642mm/a0.267mm/a0.020mm/a0.068mm/a允许再生水PO3-波动范围：0～44mg/L。 二、城市中水回用于循环冷却水关键影响因素5、水处理方案的开发无磷处理方案绿色环保要求药剂用量：80-120mg/L；pH：自然平衡；碳钢腐蚀率：≤0.0245mm/a；不锈钢腐蚀率：≤0.005mm/a；极限碳酸盐：1454.9mg/L(以CaCO3计)；细菌数量：≤1×105个/mL 城市中水回用于循环冷却水处理技术研究三、城市中水回用前景展望 三、城市中水回用前景展望工业水资源的短缺与城市中水特点，决定大势所趋了城市中水回用必将全面推行。腐蚀、结垢不是问题；微生物控制也不是难题。菌藻控制关键因素是技术ok控制BOD值而不是COD值；杀菌不是目的，控制生物粘泥滋生才是目的——开发性能优异的生物膜的剥离抑制剂。合理控制合理控制中水回用水质指标，实现技术与成本的最佳组合。关键政策环保政策、监管力度、管网建设。决定城市中水回用的发展速度和程度。 谢谢！欢迎交流！'