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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、鎂等離子會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢等問題。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)過除硬脫鹽系統(tǒng)凈化后，再返還循環(huán)冷卻水池補水。

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，還含有一定的有機物，因此在經(jīng)過濃縮后會引起排污水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)定運行并延長使用壽命，通常會對排污水進行針對性的強化預(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，針對有機物和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物和去除TP的研究及實踐，取得了較好的效果，可供類似項目參考。

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)水的來源，循環(huán)冷卻水排污水主要污染物為有機物、總磷及硬度等，具有水量大、難以生化處理等特點。設(shè)計水量為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)后再進入雙膜系統(tǒng)進行脫鹽處理。

設(shè)計進、出水水質(zhì)見表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)池的強化預(yù)處理工藝（見圖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)泵提升進入高密度沉淀池，通過投加藥劑進行混凝反應(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，進入臭氧催化氧化池。臭氧催化氧化具有很強的氧化還原效果，能加快氧化反應(yīng)的進行，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物反應(yīng)，對有機物進行氧化或部分氧化，出水自流進入氧化穩(wěn)定池，待污水中的氧化劑分解后自流進入BAF，進一步進行生物處理。

BAF用來處理經(jīng)臭氧催化氧化處理后的廢水，附著的微生物通過吸附截留和氧化分解作用對有機物進行降解，處理出水效果好、抗負(fù)荷沖擊能力強、氧傳輸效率高、水質(zhì)穩(wěn)定。BAF出水自流進入回用調(diào)節(jié)池，達(dá)標(biāo)后進入“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反洗排水自流進入反洗排水池，經(jīng)泵提升排至高密度沉淀池進水端進行循環(huán)處理。

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

2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(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，停留時間為2.5h。配備污水提升泵3臺（2用1備），流量450m3/h，揚程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2臺，功率7.5kW，葉輪直徑2.8m；設(shè)超聲波液位計1臺。

②高密度沉淀池

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，2座并聯(lián)運行，表面負(fù)荷3.36m3（/m2·h）。配備反應(yīng)器2臺，規(guī)格?3.5m×4.5m；快速混合器2臺，功率7.5kW，用于反應(yīng)區(qū)攪拌；中心傳動刮泥機2臺，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1m，內(nèi)切圓直徑?60mm，有助于提高表面負(fù)荷率；污泥泵4臺（兩兩互備），流量30m3/h，揚程150kPa，功率3kW，通過污泥回流保持穩(wěn)定的懸浮污泥層，有助于提高表面負(fù)荷率；泥位計2臺。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)；氣沖洗強度為40m3（/m2·h），水沖洗強度為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，停留時間0.95h。為防止殘留臭氧對后續(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)計曝氣強度為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)；氣沖洗強度為40m3（/m2·h），水沖洗強度為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，停留時間為1.168h。配備反洗供水泵3臺（2用1備），流量360m3/h，揚程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（1用1備），流量360m3/h，揚程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)運行，污泥固體負(fù)荷為42.52kg/（m2·d）。配備中心傳動刮泥機2臺，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，則脫水后干污泥量為21.36t/d。

3、運行調(diào)試

3.1 調(diào)試重點、難點

調(diào)試重點、難點：①對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，同時兼具經(jīng)濟性；②合理調(diào)控臭氧催化氧化池和BAF的運行周期，與整個污水處理工況適配。臭氧催化氧化池和BAF并聯(lián)運行，組數(shù)較多，控制閥較多，在自控設(shè)計過程中需合理安排正常運行、反沖水洗、氣洗、氣水聯(lián)合反沖洗的時序。

臭氧催化氧化池過程控制要求見表2。BAF過程控制要求與臭氧催化氧化池的不同之處在于少一路進氣氣動閥門操作，其余均相同。

臭氧催化氧化池和BAF運行方式均為：正常運行→氣洗→氣水聯(lián)合反沖洗→水反沖洗（此循環(huán)為一個周期），每個周期暫設(shè)定為3d（根據(jù)實際使用情況調(diào)整，程序設(shè)定可調(diào)），其中清洗時間（根據(jù)實際使用情況調(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 問題分析及解決對策

調(diào)試運行過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（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，其不利影響顯現(xiàn)；②為了保證濾板的強度，在其下方設(shè)置了支撐梁，跨度較大時支撐梁高度相應(yīng)偏高，干擾了布水的均勻性。針對這些不足，一方面通過適當(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，進而降低不利影響，從而有效解決運行中的問題。

4、處理效果

該項目于2023年8月完成調(diào)試并正式投入運營，一直運行穩(wěn)定。取2023年9月—2024年8月的水質(zhì)監(jiān)測平均數(shù)據(jù)，分析各主要處理單元的處理效果（見表3）。運行過程中平均水量約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)濟分析

該工程總投資約6650萬元，其中土建投資1800萬元，工藝設(shè)備及管道材料等3700萬元，電氣自控及線纜等350萬元，施工安裝800萬元。

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

6、結(jié)語

采用高密度沉淀池/臭氧催化氧化池/BAF組合工藝強化預(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），再進入“雙膜”系統(tǒng)進行脫鹽處理，脫鹽后的水再返回循環(huán)冷卻水池作為補水。

經(jīng)過該工藝處理后，對循環(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)補充新水，則供水水價為3.62元/m3，可見，通過回用預(yù)處理后的排污水，有利于減少企業(yè)的經(jīng)濟投入，符合國家“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。