第七章 火电厂废水处理及回用技术
中国是一个缺水的国家,人均年径流量列世界第八十四位,属世界上十三个贫水国之一。中国的水资源多集中在南方地区,北方众多地区水资源严重短缺,约100多个城市严重缺水。火电厂是用水量最大的工厂之一,在北方工业基地和城市电厂新、扩、改建工程中,水资源短缺成为主要的制约因素,已出现以水定厂的现象。火电厂也是排水大户,随着环保法规愈来愈完善,对火电厂废水排放控制也愈来愈严格。目前中国已实施征收水资源费,用水收费、排水收费、排水污染超标收费等制度,同时在调整各类用水排水定额收费制度,逐步实现对用户发放用水、排水许可证,实现定额管理。因此控制火电厂排水量、排水污染,加强废水治理、废水资源化的利用,是当前电力行业面临的紧迫任务。
第一节 废水概论
一、废水的相关术语 1. 废水中的污染物
废水中的污染物种类大致可如下区分:固体污染物、需氧污染物、营养性污染物、酸碱污染物、有毒污染物、油类污染物、生物污染物、感官性污染物和热污染等。
为了表征废水水质,规定了许多水质指标。主要有有毒物质、有机物质、悬浮物、细菌总数、pH值、色度、温度等。一种水质指标可能包括几种污染物;而一种污染物也可以属于几种水质指标。 (1)固体污染物
固体污染物常用悬浮物和浊度两个指标来表示。
固体污染物在水中以三种状态存在:溶解态(直径小于lnm)、胶体态(直径介于1~l00nm)和悬浮态(直径大于l00nm)。水质分析中把固体物质分为两部分:能透过滤膜(孔径约3~l0μm)的叫溶解固体(DS),不能透过的叫悬浮固体或悬浮物(SS),两者合称为总固体(TS)。必须指出,这种分类仅仅是为了水处理技术的需要。
浊度是对水的光传导性能的一种测量,其值可表征废水中胶体和悬浮物的含量。 (2)需氧污染物
废水中能通过生物化学和化学作用而消耗水中溶解氧的物质,统称为需氧污染物。绝大多数的需氧污染物是有机物,无机物主要有Fe、Fe2+、S2-、CN-等。因而在一般情况下需氧物即指有机物。在工程实际中,采用以下综合水质污染指标来描述。
生化需氧量(BOD)指在有氧的条件下,由于微生物的活动,降解有机物所需的氧量,单位(mg/L)。实用中把20℃,5天测定的BOD5作为衡量废水的有机物浓度指标。
化学需氧量(COD)指在酸性条件下,用强氧化剂将有机物氧化为CO2、H2O所消耗的氧量。氧化剂一般采用重铬酸钾,化学需氧量用CODCr、或COD表示。而采用高
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锰酸钾做氧化剂的测定值写作CODmn或OC。单位均为mg/L。
一般来说COD>BOD5>OC。而BOD5/COD大于0.3的废水才适合生化处理。 另外还可以用总需氧量(TOD)、总有机碳(TOC)来表示需氧污染物的量。 (3)营养性污染物
废水中所含的N和P是植物和微生物的主要营养物质。当废水排入受纳水体,使水中N和P的浓度分别超过0.2mg/L和0.02mg/L时,就会引起受纳水体的富营养化,刺激各种水生生物(主要是藻类)的异常增殖,从而造成一系列的危害。
对应这类污染物的指标是N和P的浓度。
(4)酸碱污染物
酸碱污染物主要是由工业废水排放的酸碱以及酸雨带来的。水质标准中以pH值来反映其含量水平。 (5)有毒污染物
废水中能对生物引起毒性反应的化学物质,称有毒污染物。废水中的毒物可分为三大类:无机化学毒物、有机化学毒物和放射性物质。工业上使用的有毒化学物已经超过12000种,而且每年以500种的速度递增。毒物是重要的水质指标,各类水质标准对主要的毒物都规定了限值。
(6)油类污染物E
油类污染物能在水面上形成油膜,隔绝大气与水面,破坏水体的复氧条件。它还能附着于土壤颗粒表面和动植物体表,影响养分的吸收和废物的排出。表征指标为含油浓度。当水中含油0.01~0.1mg/L,对鱼类和水生生物产生影响。水中含油0.3~0.5mg/L,会产生石油气味,不宜饮用。
(7)生物污染物.
生物污染物主要指废水中的致病性微生物,它包括致病细菌、病虫卵和病毒。生物污染物污染的特点是数量大,分布广,存活时间长,繁殖速度快。水质标准中的卫生学指标有细菌总数和总大肠菌群数两项。 (8)感官性污染物
废水中能引起异色、浑浊、泡沫、恶臭等现象的物质,虽无严重危害,但能引起人们感官上的极度不快,被称为感官性污染物。需要色度、臭味、浊度、漂浮物等多种指标来表示。各类水质标准中,对色度、臭味、浊度、漂浮物等指标都作了相应的规定。
(9)热污染
废水温度过高而引起的危害,叫做热污染。 2. 水质排放标准
废水需要排入水体时,应处理到允许排入水体的程度,以降低或消除其对水体水质的不利影响。我国有关部门为此制定了废水的各种排放标准。可分为一般排放标准与行业排放标准两类。
一般排放标准有《工业“三废”排放试行标准(GBJ4-73)》以及《污水综合排放
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标准(GB8978-96) 》等。行业排放标准涉及各种行业,标准很多。
其中应用最广泛的是《污水综合排放标准(GB8978-96)》。该标准根据废水污染物危害程度把污染物分为两类。
第一类污染物能在环境或在动植物体内积蓄,对人类健康产生长远的影响。规定含此类污染物的污水必须在车间或车间处理设施排放口处取样分析,同时其含量必须符合表7-1的规定。第二类污染物的长远影响小于第一类,规定的取样地点为排污单位的排出口,其最高允许排放浓度要按地面水使用功能的要求和污水排放去向,分别执行表7-2中的一、二、三级标准。
表7-1 第一类污染物最高允许排放浓度(mg/L) 污染物 1总汞 最高允许排放浓度 0.05a 不得检出 0.1 污染物 4 总铬 5 六价铬 6 总砷 最高允许排放浓度 1.5 0.5 0.5 污染物 7 总铅 8 总镍 9 苯并芘b 最高允许排放浓度 1.0 1.0 0.00003 2烷基汞 3总镉 a 烧碱行业(新建、扩建、改建企业)采用0.005mg/L。
b 为试行标准,二级、三级标准区暂不考核。
表7-2 第二类污染物最高允许排放浓度 (mg/L)
标准分级 1 pH值 2 色度 3 悬浮物 4 BOD5 5 CODcr 6 石油类 7 动植物油 8 挥发酚 9 氰化物 10 硫化物 11 氨氮 12 氟化物 13 磷酸盐d 14 甲醛 15 苯胺类 16 硝基苯类 一级标准 新扩改 6~9 50 70 30 100 10 20 0.5 0.5 1.0 15 10 0.5 1.0 1.0 2.0 现有 6~9 80 100 60 150 15 30 1.0 0.5 1.0 25 15 1.0 2.0 2.0 3.0 二级标准 新扩改 6~9 80 200 60 150 10 20 0.5 0.5 1.0 25 10 1.0 2.0 2.0 3.0 现有 6~9a 100 250b 一级标准 新扩改 20 40 1.0 0.5 2.0 40 15 2.0 3.0 3.0 5.0 三级标准 6~9 400 300c 现有 30 100 2.0 1.0 2.0 20 5.0 5.0 3
17 LAS 18 铜 19 锌 20 锰 5.0 0.5 2.0 2.0e 10 0.5 2.0 5.0 10 1.0 4.0 2.0 15 1.0 5.0 5.0e 20 2.0 5.0 5.0 a现有火电厂和黏胶纤维工业,二级标准pH值放宽到9.5。
b磷肥工业悬浮物放宽至300mg/L。
c对排入带有二级污水处理厂的城镇下水道的造纸、皮革、食品、洗毛、酿造、发酵生物制药、肉类加工、纤维板等工业废水、BOD5可放宽至600mg/L;CODcr可放宽至100mg/L。具体限度还可以与市政部门协商。
d为排入蓄水性河流和封闭性水域的控制指标。
e合成脂肪酸工业新扩改为5mg/L,现在企业为7.5mg/L。
3. 废水工程中常用的专有名词
表7-3 废水工程中常用专有名词 名 词 生物固体 废水特性 成分 污染物 消毒 出水 杂质 非点源 营养物 参数 点源 再生 循环 再净化 回用 污泥 固体 定 义 基本上是有机的,半固体的废水产物,经生物或化学稳定后保留下来, 并适于有效使用的固体物 废水成分的总体分级,例如物理特性、化学特性、生物特性和生化特性 独立的组分、元素或是生物体,例如:悬浮固体或氨氮 在使用过程中进入给水的成分 采用物理或化学方法减少致病的微生物 某个工艺阶段排出的液体 在使用过程中进入给水的成分 在相对大的面积上,污染源来自多个污染源 动植物生长的基本元素。废水中的营养物,通常是氮和磷 可能造成河湖中有害的藻类和植物的生长 可测量的因素,例如温度 来自城市处理厂或是工业废水处理设施的管道、下水道出口或转运的污染 物负荷集中排放于某一特定位置 为以后的污水回用所进行的废水处理或指经处理后的废水进行回用的活动 对经处理过的废水和生物固体进行有效回用 将废水处理到适于各种应用要求的水平,包括直接或间接的饮用回用 有效利用经再生的或再净化的废水和稳定的生物固体 在废水处理过程中去除的固体。这些固体经过进一步处理后称为生物固体 废水处理过程中通过重力分离方式(包括澄清池、浓缩池及氧化塘)去除 的物质以及脱水操作中的固体残余物 4
二、废水的处理
以物理手段为主,处理废水的方法称为单元操作。借助于化学或生化反应去除各种污染物的废水处理方法称为单元过程。目前,单元操作和单元过程已结合在一起,形成所谓预处理、一级、二级、高级处理。见表7-4。而常用的去除废水中主要污染物的单元操作和单元过程见表7-5。
表7-4 废水处理程度 处理程度 预处理 一级处理 一级半处理 二级处理 除营养物的 二级处理 三级处理 高级处理 描 述 去除类似破布、木棍、漂浮物、粗砂和油脂等可能会对处理操 属 系统造成养护和运行问题的废水成分 去除废水中部分悬浮固体和有机物 进一步去除废水中的悬浮固体和有机物。典型的是添加化学药品或过滤 去除可生物降解的有机物(溶解的或悬浮的)和悬浮固体。消毒也是典型的传统二级处理的一部分 去除可生物降解的有机物、悬浮固体和营养物(氮、磷或氮和磷) 通常使用中级粒料滤池或微滤去除处理后午间余的悬浮固体。消毒 是典型的三级处理的一部分。此外也包括去除营养物 为满足各种水回用用途,去除在普通生物处理之后残留的溶解和悬浮物质
表7-5 用于去除废水成分的单元操作及单元过程 成 分 单元操作及单元过程 筛分 沉砂 沉淀 悬浮固体 高速澄清 浮选 化学沉淀 深床过滤 表面过滤 好氧生物处理 厌氧生物处理 有机物 化学氧化 高级氧化 膜滤 氮和磷 各种生物营养物去除 气味 挥发性有机物 胶体和溶解固体 病原体 成 分 磷 单元操作及单元过程 化学处理 生物脱磷 氯化物 二氧化氯 臭氧 紫外线(UV)辐射 膜 化学处理 炭吸附 离子交换 气提 炭吸附 高级氧化 化学洗涤 5