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循環(huán)冷卻水在工業(yè)用水中占比較高，特別是石油化工、電力、鋼鐵、冶金等行業(yè)循環(huán)冷卻水的用量占其用水總量的50%~90%。原水中含鹽，鈣、鎂等離子會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題。循環(huán)冷卻水濃縮到一定倍數(shù)（通常為2.5~3倍）必須排出一定的濃水，并補(bǔ)充新水。濃水即為循環(huán)冷卻水排污水，由于水量大，必須經(jīng)過(guò)除硬脫鹽系統(tǒng)凈化后，再返還循環(huán)冷卻水池補(bǔ)水。

目前除硬脫鹽系統(tǒng)主要處理工藝有：超濾+反滲透法，納濾（脫鹽），電滲析、電吸附（脫鹽）；離子交換樹脂法（除硬）；藥劑軟化法（投加化學(xué)藥劑除硬）等。

地表水用作循環(huán)冷卻水，除含鹽外，還含有一定的有機(jī)物，因此在經(jīng)過(guò)濃縮后會(huì)引起排污水COD超標(biāo)。為防止設(shè)備、管道等受鹽分腐蝕，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)常采用含有磷的緩蝕劑，因此排污水中總磷濃度也偏高。

為保障除硬脫鹽系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行并延長(zhǎng)使用壽命，通常會(huì)對(duì)排污水進(jìn)行針對(duì)性的強(qiáng)化預(yù)處理，目前主要做法有：混凝澄清（投加除磷劑除磷，投加石灰、燒堿、純堿除硬度）；投加藥劑（投加氧化劑去除有機(jī)物或殺菌，投加還原劑還原氧化性殺菌劑，投加阻垢劑延緩系統(tǒng)的結(jié)垢等）。在降解有機(jī)物、防止微生物滋生污染方面，目前的預(yù)處理工藝還有所欠缺。

為此，針對(duì)有機(jī)物和TP含量較高的循環(huán)冷卻水排污水，開展了高密度沉淀池、臭氧催化氧化以及曝氣生物濾池（BAF）組合工藝高效降解有機(jī)物和去除TP的研究及實(shí)踐，取得了較好的效果，可供類似項(xiàng)目參考。

1、廢水水量、水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)

某熱電聯(lián)產(chǎn)有限公司（熱電廠與聚酯切片-滌綸聯(lián)產(chǎn)）以地表水作為循環(huán)水的來(lái)源，循環(huán)冷卻水排污水主要污染物為有機(jī)物、總磷及硬度等，具有水量大、難以生化處理等特點(diǎn)。設(shè)計(jì)水量為890m3/h，污水經(jīng)預(yù)處理后，除總硬度要求達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022）外，其余水質(zhì)指標(biāo)需達(dá)到《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572—2015）中新建企業(yè)直接排放限值，達(dá)標(biāo)后再進(jìn)入雙膜系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽處理。

設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

2、處理工藝

2.1 工藝流程

由于循環(huán)冷卻水排污水中存在有機(jī)物，碳酸鹽硬度及總磷較高，因此采用循環(huán)冷卻水排污水→排污水調(diào)節(jié)池→高密度沉淀池→臭氧催化氧化池→氧化穩(wěn)定池→BAF→回用調(diào)節(jié)池的強(qiáng)化預(yù)處理工藝（見(jiàn)圖1），處理后總硬度達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022），其余水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572—2015）中新建企業(yè)直接排放限值要求，達(dá)標(biāo)后進(jìn)入雙膜回用處理系統(tǒng)。

高密度沉淀池采用燒堿（氫氧化鈉）軟化并投加絮凝劑降低總硬度、TP和SS，pH控制在8左右。循環(huán)冷卻水排污水在調(diào)節(jié)池中均質(zhì)均量后，經(jīng)泵提升進(jìn)入高密度沉淀池，通過(guò)投加藥劑進(jìn)行混凝反應(yīng)沉淀，降低水中總硬度、TP，并削減水中的膠體物質(zhì)和SS。

污水經(jīng)高密度沉淀池去除總硬度、TP和SS后，進(jìn)入臭氧催化氧化池。臭氧催化氧化具有很強(qiáng)的氧化還原效果，能加快氧化反應(yīng)的進(jìn)行，從而達(dá)到分解和降低有害物質(zhì)的目的。溶解于水中的臭氧直接或在催化劑作用下產(chǎn)生羥基自由基與水中有機(jī)物反應(yīng)，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化或部分氧化，出水自流進(jìn)入氧化穩(wěn)定池，待污水中的氧化劑分解后自流進(jìn)入BAF，進(jìn)一步進(jìn)行生物處理。

BAF用來(lái)處理經(jīng)臭氧催化氧化處理后的廢水，附著的微生物通過(guò)吸附截留和氧化分解作用對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解，處理出水效果好、抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)、氧傳輸效率高、水質(zhì)穩(wěn)定。BAF出水自流進(jìn)入回用調(diào)節(jié)池，達(dá)標(biāo)后進(jìn)入“雙膜”（超濾-反滲透）回用處理系統(tǒng)。

臭氧催化氧化池和BAF均需要定期清洗（水洗、氣洗、氣水聯(lián)合反沖洗），分別排除過(guò)濾黏泥、臭氧殺菌產(chǎn)生的黏泥和生化處理的剩余污泥，系統(tǒng)設(shè)置反洗排水池，臭氧催化氧化池和BAF反洗排水自流進(jìn)入反洗排水池，經(jīng)泵提升排至高密度沉淀池進(jìn)水端進(jìn)行循環(huán)處理。

高密度沉淀池產(chǎn)生的污泥經(jīng)污泥提升泵提升進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮后的泥水混合物經(jīng)螺桿泵提升進(jìn)入疊螺機(jī)脫水，脫水后的污泥進(jìn)入企業(yè)自身熱電廠內(nèi)部進(jìn)行焚燒處理。

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

①循環(huán)水排水調(diào)節(jié)池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積為2223m3，停留時(shí)間為2.5h。配備污水提升泵3臺(tái)（2用1備），流量450m3/h，揚(yáng)程110kPa，功率30kW，將循環(huán)冷卻水排污水調(diào)節(jié)池的水提升至高密度沉淀池；雙曲面攪拌機(jī)2臺(tái)，功率7.5kW，葉輪直徑2.8m；設(shè)超聲波液位計(jì)1臺(tái)。

②高密度沉淀池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座并聯(lián)運(yùn)行，表面負(fù)荷3.36m3（/m2·h）。配備反應(yīng)器2臺(tái)，規(guī)格?3.5m×4.5m；快速混合器2臺(tái)，功率7.5kW，用于反應(yīng)區(qū)攪拌；中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，直徑13m，功率0.75kW，將沉淀池底部周邊污泥刮至中間，便于排泥；斜管及支架265.2m2，斜管斜長(zhǎng)1m，內(nèi)切圓直徑?60mm，有助于提高表面負(fù)荷率；污泥泵4臺(tái)（兩兩互備），流量30m3/h，揚(yáng)程150kPa，功率3kW，通過(guò)污泥回流保持穩(wěn)定的懸浮污泥層，有助于提高表面負(fù)荷率；泥位計(jì)2臺(tái)。配備加藥系統(tǒng)3套，分別投加堿、PAC和PAM。

③臭氧催化氧化池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，8座并聯(lián)運(yùn)行，單座尺寸為6m×6m×6.5m，催化劑為粒徑?3~5mm的非均相金屬離子基負(fù)載型，填充高度3.09m，總有效容積890m3，總表觀停留時(shí)間1h，濾速3.09m/h。臭氧投加量為60mg/L。采用氣水聯(lián)合沖洗，反洗水由反洗供水泵提供，反沖洗后的水排入反洗排水池；反洗空氣采用廠內(nèi)壓縮風(fēng)；氣沖洗強(qiáng)度為40m3（/m2·h），水沖洗強(qiáng)度為20m3（/m2·h）；單座反沖洗氣量為24m3/min，單池反沖洗水量為720m3/h，單池1次反沖理論上全部置換水量為216m3，則該反沖洗強(qiáng)度下需要水沖洗18min。

④氧化穩(wěn)定池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積849.6m3，停留時(shí)間0.95h。為防止殘留臭氧對(duì)后續(xù)BAF產(chǎn)生殺菌的不利影響，在穩(wěn)定氧化池內(nèi)設(shè)置曝氣攪拌，加快殘留臭氧的分解。設(shè)計(jì)曝氣強(qiáng)度為0.6m3（/m3·h），曝氣量為8.5m3/min。

⑤BAF

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，8座并聯(lián)運(yùn)行，單座尺寸為6m×6m×6.5m。采用粒徑為?5~8mm的多孔高效填料，填充高度為3.09m，總有效容積為890m3，總表觀停留時(shí)間為1h，濾速為3.09m/h。采用氣水聯(lián)合反洗，反洗水由反洗供水泵提供，反沖洗后的水排入反洗排水池；反洗空氣采用廠內(nèi)壓縮風(fēng)；氣沖洗強(qiáng)度為40m3（/m2·h），水沖洗強(qiáng)度為20m3（/m2·h）；單座反沖洗氣量為24m3/min，單池反沖洗水量為720m3/h，單池1次反沖理論上全部置換水量為216m3，則在該反沖洗強(qiáng)度下需要水沖洗18min。

⑥回用調(diào)節(jié)池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積為1039.5m3，停留時(shí)間為1.168h。配備反洗供水泵3臺(tái)（2用1備），流量360m3/h，揚(yáng)程200kPa，功率37kW，用于臭氧催化氧化池和BAF的反沖洗。

⑦反洗排水池

臭氧催化氧化池和BAF瞬時(shí)反沖洗排水量大，因此建設(shè)反洗排水池用于收集反沖洗排水。反洗排水池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池容為479.7m3。配備反洗排污水提升泵2臺(tái)（1用1備），流量360m3/h，揚(yáng)程105kPa，功率22kW，將反洗排水池的水提升至高密度沉淀池。

⑧污泥濃縮池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座直徑8m濃縮池并聯(lián)運(yùn)行，污泥固體負(fù)荷為42.52kg/（m2·d）。配備中心傳動(dòng)刮泥機(jī)2臺(tái)，直徑8m，功率0.55kW；集水堰板50m，板高300mm。污泥脫水處理系統(tǒng)1套。污泥量估算：絕干污泥為0.2kg/m3，干污泥量為4.272t/d，濕污泥量為213.6m3/d（濃縮污泥含水率98%）。以脫水污泥含水率80%計(jì)，則脫水后干污泥量為21.36t/d。

3、運(yùn)行調(diào)試

3.1 調(diào)試重點(diǎn)、難點(diǎn)

調(diào)試重點(diǎn)、難點(diǎn)：①對(duì)高密度沉淀池加藥量和污泥回流比的控制，需達(dá)到混凝沉淀效果最佳，同時(shí)兼具經(jīng)濟(jì)性；②合理調(diào)控臭氧催化氧化池和BAF的運(yùn)行周期，與整個(gè)污水處理工況適配。臭氧催化氧化池和BAF并聯(lián)運(yùn)行，組數(shù)較多，控制閥較多，在自控設(shè)計(jì)過(guò)程中需合理安排正常運(yùn)行、反沖水洗、氣洗、氣水聯(lián)合反沖洗的時(shí)序。

臭氧催化氧化池過(guò)程控制要求見(jiàn)表2。BAF過(guò)程控制要求與臭氧催化氧化池的不同之處在于少一路進(jìn)氣氣動(dòng)閥門操作，其余均相同。

臭氧催化氧化池和BAF運(yùn)行方式均為：正常運(yùn)行→氣洗→氣水聯(lián)合反沖洗→水反沖洗（此循環(huán)為一個(gè)周期），每個(gè)周期暫設(shè)定為3d（根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)整，程序設(shè)定可調(diào)），其中清洗時(shí)間（根據(jù)實(shí)際使用情況調(diào)整，程序設(shè)定可調(diào)）依次分別暫定為：氣洗5min，氣水聯(lián)合反沖洗5min，水反沖洗10min。

3.2 問(wèn)題分析及解決對(duì)策

調(diào)試運(yùn)行過(guò)程中局部反沖洗劇烈，BAF出現(xiàn)“跑料”現(xiàn)象，分析原因主要有：①單格濾池跨度達(dá)到6m，而未設(shè)置反沖洗均勻布水裝置，當(dāng)跨度較小時(shí)（一般為3~4m以下），設(shè)置反沖洗均勻布水裝置與否影響不大，但當(dāng)跨度增大時(shí)，其不利影響顯現(xiàn)；②為了保證濾板的強(qiáng)度，在其下方設(shè)置了支撐梁，跨度較大時(shí)支撐梁高度相應(yīng)偏高，干擾了布水的均勻性。針對(duì)這些不足，一方面通過(guò)適當(dāng)減少反沖洗水量，另一方面在收水渠處設(shè)置濾網(wǎng)攔截濾料，進(jìn)而降低不利影響，從而有效解決運(yùn)行中的問(wèn)題。

4、處理效果

該項(xiàng)目于2023年8月完成調(diào)試并正式投入運(yùn)營(yíng)，一直運(yùn)行穩(wěn)定。取2023年9月—2024年8月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)平均數(shù)據(jù)，分析各主要處理單元的處理效果（見(jiàn)表3）。運(yùn)行過(guò)程中平均水量約816m3/h。

由表3可知，預(yù)處理后總硬度達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022），COD和TP穩(wěn)定達(dá)到《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572—2015）中新建企業(yè)直接排放限值要求。

5、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該工程總投資約6650萬(wàn)元，其中土建投資1800萬(wàn)元，工藝設(shè)備及管道材料等3700萬(wàn)元，電氣自控及線纜等350萬(wàn)元，施工安裝800萬(wàn)元。

日常直接運(yùn)行費(fèi)用主要為電費(fèi)、藥劑費(fèi)、人工費(fèi)，合計(jì)約1.45元/m3，其中電費(fèi)0.93元/m3、藥劑費(fèi)0.45元/m3、人工費(fèi)0.07元/m3。污水處理直接運(yùn)行費(fèi)用遠(yuǎn)低于該園區(qū)的供水水價(jià)（3.62元/m3），企業(yè)獲取較大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也降低了企業(yè)和園區(qū)污水排放總量。

6、結(jié)語(yǔ)

采用高密度沉淀池/臭氧催化氧化池/BAF組合工藝強(qiáng)化預(yù)處理循環(huán)冷卻水排污水，能有效降低COD、TP、總硬度指標(biāo)，COD和TP達(dá)到《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB31572—2015）中新建企業(yè)直接排放限值，總硬度達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2022），再進(jìn)入“雙膜”系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽處理，脫鹽后的水再返回循環(huán)冷卻水池作為補(bǔ)水。

經(jīng)過(guò)該工藝處理后，對(duì)循環(huán)冷卻水排污水的COD平均去除率為58.96%，TP平均去除率為83.24%，總硬度平均去除率為47.1%。

采用高密度沉淀池、臭氧催化氧化池以及BAF組合工藝處理循環(huán)冷卻水排污水的預(yù)處理成本為1.45元/m3，若園區(qū)補(bǔ)充新水，則供水水價(jià)為3.62元/m3，可見(jiàn)，通過(guò)回用預(yù)處理后的排污水，有利于減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)投入，符合國(guó)家“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水政策。