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1、北京理工大学珠海学院毕业设计（论文）开题报告中文题目： 城市污水回用于冷却水问题的研究 英文题目： Study on problems about reusing the treated municipal sewage as cooling water 学 院： 化工与材料学院 专 业： 环境工程1班 学生姓名： 刘颂敏 指导教师： 彭祥捷 一、研究的现状及其意义我国是个贫水的国家,全国每年缺水总量达12109m3。而工业用水占城市供水量的80%左右,循环冷却水又占工业用水的70%80%以上,如电力工业的冷却水占总用水量的99%;石油工业的冷却水占90.1%。随着我国经济的快速发展,人口的增
2、加,水体污染的加重,用水问题已严重制约着工业的发展。节约用水、改进技术、提高水价和远地引水都能在一定程度上缓解水资源短缺问题。但目前世界各国都将城市污水回用作为解决缺水问题的首选方案,因为城市污水中只含0.1%的污染物(而海水含盐3.5%),而且水量水质稳定,不受季节影响。美国早在20世纪30年代就开始将城市污水回用于冷却水,到目前已达30多个项目;在英国、南非和以色列城市污水回用于冷却水都已比较普遍。国内城市污水回用冷却系统还处于起步阶段,尚没有大规模的工业实践。目前,国内城市污水经二级处理后再生回用于工业循环冷却系统的并不多。华能北京热电厂设计容量为654/770MW,其工业用水和循环冷却
3、系统补充水源为高碑店污水处理厂的二级处理出水。经深度处理后的回用水质BOD55 mg/L、SiO218.4 mg/L、Cl-180mg/L、SS10 mg/L、碱度300 mg/L, 已达到循环冷却水的水质标准。二、研究目标、研究内容和拟解决的关键问题城市二级污水,尽管去除了绝大部分的BOD、SS和COD,但与新鲜水相比,除磷和氨氮之外,其含Cl-、硬度和无机溶解性盐类较高。当污水回用到循环冷却系统,污水在冷却塔中蒸发浓缩,当达到一定的浓缩倍率时,水中的Ca2+、磷酸根等会引起腐蚀结垢。因此,城市污水并不等同于天然水,在冷却水系统中,除了要考虑常规冷却水处理的结垢、腐蚀和杀菌等问题,还要注意城
4、市污水回用带来的许多新问题。2.1 氨实践证明,氨在冷却塔内发生了硝化作用(被解吸和降解),而在循环水中不会发生富集,有的甚至消失。研究发现补充水的氨为29mg/L、浓缩倍数为614时,循环水中的氨氮为0.49 mg/L , 分析其原因可能是氨在冷却塔内被硝化和解吸,从而没有在冷却水中发生积累。经测定1,对氨氮的去除80%为硝化作用,10 %为解吸作用,10%为微生物同化作用。Palo Verde核电站利用二级处理出水作冷却水2,当浓缩倍数为15、补充水含5mg/L氨氮时,系统未出现很严重的结垢和腐蚀,仅造成微生物粘泥增多(可通过杀菌控制)。2.2 磷磷一方面是微生物的营养物质,使冷却水滋生大
5、量的微生物,造成循环水中生物粘泥增多;另一方面也会引起磷酸钙的沉积。磷酸钙是一种硬垢,不易除去,会造成热交换器清洗困难。对磷酸钙垢的控制主要从两方面着手:利用冷石灰或铝盐等去除回用水中的 PO34-,从而降低循环水的磷酸盐浓度;通过加入硫酸调节循环水的pH值,适当添加磷酸钙垢的分散剂。美国某大型石化厂引用二级处理出水为冷却水时3,利用石灰混凝深度处理,使磷酸盐浓度达到0.1mg/L,成功地抑制了磷酸钙垢的形成英国Croydon 电站曾遭受磷酸钙垢的影响,经调查发现其回用水中CO2在冷却塔内由于受吹脱作用而大量逸出,致使冷却水的pH值增高,促进了磷酸钙的形成,当然可以通过加H2SO4控制pH值使
6、磷酸钙垢明显减少。进一步研究发现,在不结垢的前提下,当pH值由8.0降至7.5、7.0、6.5 时,最大浓缩倍数可分别由1.1提高到1.5、2.2和3.7。三、研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析3.1 基本思路和方法城市污水经常规的二级处理后尽管可除去大部分的有机物,但与天然水相比,出水中的COD特别是氨氮浓度仍较高(浓度为1012mg/L,大大超过了冷却水水质要求的氨氮1mg/L),若再采用常规的深度处理(如折点加氯、空气吹脱、生物法等处理)4,不仅提高了回用水的成本,还增加了环境污染。为此,以城市污水厂的二级处理出水为原水,进行了动态模拟试验,以研究二级处理出水直接回用于
7、循环冷却水系统时氨氮和COD的变化,探索其直接回用作循环冷却水的可行性。3.2 技术路线和实验方案3.2.1 动态模拟装置图1为循环冷却水系统动态模拟装置图,图中设计内容和材质主要参照了化工行业标准冷却水动态模拟试验方法(HG/T216091)的设计要求和试验条件,还参考了化工行业标准中的水处理剂缓蚀性能测定旋转挂片法(HG/T215991)5、6。填料为2cm2cm聚乙烯鲍尔环；水泵最大流量为11.5m3/h；各连接管线为PVC管；分散器：有机塑料片；布水器：采用洒水器头；鼓风：采用普通的曝气器；其余各容器均采用有机玻璃定做。 装置要求：冷却塔进出口温差在1015；旋转器的转速在75150
8、r/min，能连续工作200h以上；水浴锅(恒温)要求在50。3.2.1 试验水质以武汉市为沙湖水质净化厂城市二级处理出水为试验用水，其水质状况见表1。 表1 动态试验的原水水质项目pH (mg/L）（mg/L）（mg/L）COD（mg/L)数值7.4712.090.020.3449.591.3 试验说明试验开始时取城市污水厂二级处理出水置入系统进行调试(控制浓缩倍率在23左右)，试运行30d后开始试验研究。试验时，首先排尽试运行时的水样,加入城市污水厂二级处理出水、调节流量和控制冷却水在进、出冷却塔的温度,进行启动试验和不同浓缩倍率试验,其试验条件:Q=0.06 L/s；水浴锅温度为55；冷
9、却水进塔温度为40 ；冷却水出塔温度为32 ；旋转器速度为80r/min；排污时间为6h。3.3 可行性分析 由于冷却塔的作用，使得城市污水厂二级处理出水中的高氨氮浓度在敞开式循环冷却水系统迅速下降，最后稳定在2mg/L左右，且不随系统的运行时间和浓缩倍率而变化，且其中有约60%的氨氮转变为硝酸盐氮，另有约30%的则通过解吸作用除去。冷却水中的COD浓度基本保持稳定，降低了对冷却水系统的影响。城市污水厂的二级处理出水回用作循环冷却水，有效地缓解了城市和工业用水紧张的问题。对于敞开式循环冷却水系统，因其水质要求不高及冷却水系统的特殊性，大大降低了由氨氮和COD带来的不利影响，故十分有利于城市污水
10、厂二级处理出水回用作冷却水。4、 研究计划及进度安排根据污水再生回用现状和我国城市污水二级处理出水的水质情况，结合冷却水水质要求，重点考虑以下四种处理工艺：直接过滤、杀菌后回用；经混凝沉淀、过滤、杀菌后回用；经混凝沉淀、过滤、活性炭吸附、杀菌后回用；将二级处理改造为A/O法，经混凝沉淀、过滤、杀菌后回用。研究结果表明，过滤对去除SS十分有效，还可去除约30%BOD5、约60%COD，但直接过滤工艺对于溶解性物质、色度、总磷去除不高，并且很难使出水浊度10NTU（冷却水的浊度标准为低于5NTU）。若直接过滤回用于冷却水系统，势必造成磷酸盐结垢。而经混凝沉淀后过滤可明显降低SS和磷酸盐含量（加入石
11、灰或铝盐混凝剂可使磷酸盐浓度降至0.5mg/L以下），而且过滤前大量去除SS提高了过滤周期。经过滤杀菌后出水BOD510mg/L、SS5mg/L、TDS900mg/L、Cl-200 mg/L、磷酸盐（以P计）0.5mg/L，已完全达到冷却水水质标准。对于处理工艺，尽管活性炭吸附脱色效果明显，出水水质与自来水水质相近，但考虑到冷却水对色度要求不高，而活性炭处理费用昂贵，故一般不选用。而工艺的A/O法可去除60%70%的氨氮，对提高回用的安全性十分有利，但其生产构筑物庞大，控制厌氧、缺氧条件的操作复杂。综上所述，按目前国情推荐采用工艺，因冷却塔具有吸收和降解氨氮的作用，在设计中应考虑是否需要进行脱
12、氨氮处理。五、参考文献 1 周彤.城市污水回用与于循环冷却水时氨氮去除J.工业用水与废水,2000,31(6):9-11.2 Thomas A Shaw . Palo Verde nuclear generating station secondary sewage effluent as a cooling water source J . International Water Conference , 1990( 2 ) : 26 -34 .3 Rebhun . Reuse of wastewater for industrial cooling system J . Water Pol
13、lution Control Federal, 1995 , 60 ( 2 ) : 32 -35 .4 周彤.污水零费用脱氮J.给水排水,2002,26(2):37-39.5 HG/T 216091,冷却水动态模拟试验方法S .6 HG/T 215991,水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法S.7 张智,阳春.城市污水回用技术J.重庆建筑学院院报,2000,(4):103107.8 徐寿昌.工业冷却水技术M.北京:化学工业出版社,1984:32165.9 中国腐蚀与防护学会.工业冷却水系统中金属的腐蚀与防护M.北京:化学工业出版社,1993.10 虞启义,黄种买,张青.城市污水回用于冷却水问题的研究B.工业水处理,2002,(8):19-21.指导教师意见：指导教师签名： 年 月 日工作小组审查意见：工作小组组长签名： 年 月 日 注：可附页
