技术领域
[0001] 本
发明涉及低浓度有机废水再生回用工艺，属于污水深度处理技术领域。
背景技术
[0002] 随着世界人口的猛增、工农业生产的迅速发展、城市化
进程的加快，以及江、河、湖等自然
水体污染日益严重，可利用的
淡水量逐渐减少，水资源供需矛盾日渐突出，据预测21世纪水资源危机将位于世界各种危机之首。因此，人们将目光投向了城市污水和工业废水。目前，这种污(废)水经过处理达标后排入自然水体，少数不处理，则直接排入自然水体，不仅加重了水体污染，而且还浪费了大量的淡水资源。这种现象与当今世界淡水资源紧缺形成了极大的反差。其实这种污水，尤其是城市污
水处理厂二级标准出水就近可得，水质稳定、数量大、易收集、容易于再生处理，再生处理后的出水可以作为除
饮用水外的低质用水，或经多级深度处理后作为水质要求较高的工业循环
冷却水或
锅炉用水，甚至饮用水。所以说大量的城市污水和处理达标的工业废水已成为城市的第二水源。
[0003] 为了对低浓度有机废水进行深度处理，目前，国内外正在运用的技术有：①直接过滤回用法。即向低浓度有机废水中加入絮凝剂搅拌混凝，然后加氯消毒再经
纤维球
过滤器直接过滤，出水仅作为生活杂用水及农灌用水；②采用
生物处理和膜技术法：如通过曝气
生物滤池、纤维过滤、
活性炭吸附、微滤和
反渗透工艺。其生物处理部分能将污水中的大悬浮物及大分子有机物有效去除，过滤与吸附进一步去除水中的小颗粒物，再经微滤和反渗透处理后的水可以作为工业循环冷却水系统的补充水。但由于传统生化处理出水水质达不到反渗透工艺进水要求，需微滤作为反渗透的前处理，因此整个工艺流程长，运行
费用高；③采用双膜法，即机械搅拌、双滤料过滤、
超滤、反渗透处理，其产水供给电厂锅炉补充水。
该工艺采用双膜法，其技术核心是超滤和反渗透，超滤与传统的机械过滤相比，其优点是出水水质好、占地面积小、自动化程度高等。但因超滤膜的种类、材质、加工工艺不同，在选择、使用方面存在一定难度。同时污水中的杂质、胶体等会在超滤膜表面富集，致使膜孔很快被堵塞，使出水率和出水水质下降，增加
反渗透膜的负担，因此，在超滤膜前还应增加一套预处理装置，从而使处理成本上升。这些是双膜法的不足，应引起使用者的重视。
发明内容
[0004] 本发明的目的和任务是要克服
现有技术存在的：①投资费用高；②工艺流程长；③出水水质偏低；④不能将低浓度有机废水中的污染物质(COD、BOD5、SS、石油类)、溶解性-
无机物(
氨氮、NO3-N)和病原
微生物进一步去除的不足。并提供一种能够达到工业冷却水或锅炉补充水水质要求，其水质比生活杂用水、景观用水及农灌用水水质好，且流程简单，便于操作和管理的废水再生回用工艺及技术，特提出本发明的低浓度有机废水再生回用工艺技术解决方案。
[0005] 本发明所提出的低浓度有机废水再生回用工艺，包括：生化法、物化法及膜法，其特征在于：
[0006] a)低浓度有机废水经集水池调解后，进入装有填料的组合式生物
氧化塔，进行好氧反应一兼氧反应的内循环处理后，进入斜板
沉淀池；
[0007] b)生化处理后的废水经斜板沉淀池沉淀后，进入纤维束过滤器，将未沉淀的絮体拦截过滤后，仅含有细微絮体或污染物的废水进入
石英砂过滤池；
[0008] c)工艺步骤是：
[0009] 第一步，低浓度有机废水经集水池调解后，进入组合式生物氧化塔，在曝气的作用下依靠组合式生物氧化塔的内循环导流外筒和内循环导流内筒进行好氧反应一兼氧反应的内循环，形成气、水、填料三相
流化床；在内循环过程中，废水中的有机质、氮化物与塔内的棱柱型亲水性软性填料和弹性填料上的微生物
接触，进行微生物、废水、气相的三相物质交换，利用附着于载体上的
生物膜内的微生物将有机物质氧
化成小分子物质或完全氧化成二氧化
碳和水，使废水获得
净化；
[0010] 第二步，向由组合式生物氧化塔至斜板沉淀池的进水管中加入含量在20克/m3～3
100克/m 之间的絮凝剂，在水流紊流作用下，废水经混合、絮凝后，进入斜板沉淀池，将比重大于1的絮体沉淀去除，使水体得到进一步的净化；
[0011] 第三步，废水
浊度≤20NTU后，进入纤维束过滤器，将未沉淀的絮体拦截过滤后，仅含有细微絮体或污染物的废水进入石英砂过滤池，对废水进行进一步的过滤净化，；
[0012] 第四步，石英砂过滤池出水经清水池被
泵入保安过滤器，出水浊度满足＜1NTU，SDI15≤5后，由高压
提升泵将废水泵入反渗透装置，其出水回用于工业循环冷却水或锅炉补给水；其浓水用作低质用水；反渗透装置由高脱盐率、抗污染排列方式为17∶8～8∶4的反渗透膜组件组成。
[0013] 本发明的进一步特征在于：
[0014] 组合式生物氧化塔中的填料呈棱柱形，其体积为1×1×1cm3，亲水软性填料与弹性填料的数量比为3∶4～5∶6；
[0015] 组合式生物氧化塔的内循环，其步骤是：经布水管均匀布出的废水，带动沉降于沉淀区底部的填料和
污泥，进入循环通道，随后进入好氧反应区；空气通过设置于好氧反应区底部的进气管进入盘式曝气管，通过曝气头将气泡均匀布至好氧反应区，为微生物的新陈代谢提供溶解氧，并起到对水、填料的混合搅拌作用，以及为好氧反应区与兼氧反应区间内循环提供循环动
力；在好氧反应区和厌氧反应区，在内循环导流外筒和内循环导流内筒的导流作用下，进行气、水、填料三相流化床的好氧反应一兼氧反应内循环，在内循环过程中，废水与填料上的生物膜接触，气、废水、微生物三相进行物质交换，利用填料上生物膜内的微生物将有机物质氧化分解，使废水获得净化；设置在内循环导流外筒下方的内循环出水口，使兼氧反应区内处理后的部分出水进入沉淀区，其中一部分水依靠净水压力进入过滤区，进行进一步的过滤处理，过滤后的水经过滤区上方的环形穿孔出水管排出，比重较大的填料和污泥沉降于沉淀区底部，在进水冲力带动下进入循环通道，继续进行内循环；组合式生物氧化塔底部设有排空管，其内设有滤网，可截流载体，排出比重较大、活性较差的剩余污泥，运至污泥填埋场填埋；组合式生物氧化塔内产生的尾气，经排气口排出；组合式生物氧化塔里出水进入斜板沉淀池；
[0016] 纤维束过滤器的滤料装填量为过滤器有效容积的2/3～4/5，其滤料是一种自适3
应滤料即亲水性合成纤维滤料，过滤
精度高，截污量大，为15～35kg/m，是普通砂滤池的4倍以上；过滤速度为40m/h～60m/h，是普通砂滤池的3倍以上；所用的絮凝剂有
硫酸铝和聚合硫酸铝(PAC)。
[0017] 使用本发明所提出的低浓度有机废水再生回用工艺处理的出水可以回用于工业循环冷却水系统。
[0018] 本发明所谈的低浓度有机废水指的是：城市
污水处理厂二级标准出水(以下简称二级标准出水)和工业企业处理达标排放的低浓度有机废水。
[0019] 当处理量≤600m3/h，纤维束过滤器的进水浊度近似20NTU，石英砂过滤池出水的3
SDI15＝5时，各参数的量值范围取上限为佳，系统出水满足用户要求；当处理量≤150m/h，纤维束过滤器的进水浊度在15NTU左右，石英砂过滤池出水的SDI15在4～5之间，各参数
3 3
的量值范围取下限时，系统出水已能达到设计要求；当处理量在150m/h～600m/h，纤维束过滤器的进水浊度在15～20NTU之间，石英砂过滤池出水的SDI15＜5时，各参数的量值范围取中间值为好，系统出水各项指标达到用水标准。
[0020] 采用上述技术方案，本发明所获得的效果是：①在同样规模、同样处理效果的情况下，组合式生物氧化塔比常规的
活性污泥法中活性污泥池占地面积减少30％，减少了占地面积；②由于组合式生物氧化塔中的填料附着了大量高活性的微生物，对污水中的污染物质吸附、分解、消化、吸收的过程快，致使剩余污泥产量低，组合式生物氧化塔中所产剩余污泥量仅为
活性污泥法的25％～30％；同时也致使处理负荷提高10％～15％，BOD5负荷高达3
3～8kg BOD5/m·h，可节省生物氧化塔空间25％～30％；③纤维束过滤器的过滤速度快、易反洗、设备体积小、纤维束机械强度高、使用寿命长、吨水造价低；④由于前处理效果达到设计要求，而且运行较平稳，所以反渗透装置运行稳定、纯水产率高为75％以上、运行成本和维修成本低。
[0021] 附表说明
[0022] 附表1是
实施例1所处理的城市污水处理厂二级标准出水再生回用工艺的处理效果
[0023] 该表列出了用户要求的四个主要指标：COD、氨氮、BOD5、浊度，同时列出了二级标准出水的实测值、再生回用处理系统出水的实测值、工业循环冷却水的GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》国家标准值以及污染物的去除率。由表1可见，该二级标准出水再生回用处理系统的处理效果优良，四项指标的去除率分别为：COD为97.2％、氨氮为99.6％、BOD5为98.9％、浊度为100％。系统出水达到了用户的要求。
[0024] 附表2是实施例2所处理的石化低浓度有机废水深度处理效果
[0025] 该表列出了用户要求的四个主要指标：COD、氨氮、石油类、浊度，同时列出了石化低浓度有机废水的实测值、再生回用处理系统出水的实测值、工业循环冷却水的GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》国家标准值以及污染物的去除率。由表2可见，该再生回用处理系统的处理效果优良，四项指标的去除率分别为：COD为98.6％、氨氮为99.2％、石油类为98.2％、浊度为100％。系统出水达到了用户的要求。
[0026] 附表3是实施例3所处理的城市污水处理厂二级标准出水再生回用于化工厂的处理效果
[0027] 该表列出了用户要求的四个主要指标：COD、氨氮、BOD5、浊度，同时列出了二级标准出水的实测值、再生回用处理系统出水的实测值、工业循环冷却水的GB/T19923-2005《城市污水再生利用工业用水水质》国家标准值以及污染物的去除率。由表3可知，该二级标准出水再生回用处理系统的处理效果优良，四项指标的去除率分别为：COD为98.4％、氨氮为99.6％、BOD5为99.4％、浊度为100％。再生回用系统出水达到了用户的要求。
附图说明
[0028] 图1低浓度有机废水再生回用工艺流程示意图
[0029] 该图指明了本发明的低浓度有机废水再生回用工艺主要由9套设备、装置组合来完成，它们是：集水池、组合式生物氧化塔、配药罐、斜板沉淀池、纤维束过滤器、石英砂过滤池、清水池、保安过滤器、反渗透装置；设备、装置之间通过管道、
阀门和泵连接；低浓度有机废水由污水处理厂出水管输入集水池，经泵泵入组合式生物氧化塔进行内循环，废水中的有机物被氧化分解；氧化后的废水在进入斜板沉淀池之前，通过加药管道将配药罐中的絮凝剂加入到组合式生物氧化塔和斜板沉淀池之间的管道中，进行混凝、吸附，并使细小的絮体凝聚成大
块絮体，然后进入斜板沉淀池进行沉降分离；沉降分离产生的污泥运至填埋场填埋，上层废水经管道进入纤维束过滤器，废水中95％以上的悬浮物被纤维束拦截，并对大分子有机物、病毒、胶体、
铁等杂质有去除作用，其出水再经管道进入石英砂过滤池进行二次过滤，使废水的SDI15＜5；二级过滤后的清水进入清水池，池中清水由泵泵入保安过滤器，将粒径＞5μm的颗粒物滤除，然后清水经高压泵泵入反渗透装置再过滤，其出水送到用户回用系统，所产浓水用作低质用水；反渗透装置中的反渗透膜是一种半透膜，膜孔径非常微小，仅为1nm左右，在高于溶液渗透压的作用下，水分子可以透过，其它物质不能透过，因此，能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等，其去除率高达97％～99％，具有系统出水水质好、能耗低、无污染、工艺简单、操作简便的优点，箭头方向是管道的流水方向。
[0030] 图2组合式生物氧化塔内工艺流程示意图
[0031] 该图表明了组合式生物氧化塔内的内循环工艺流程，低浓度有机废水(二级标准出水)，首先由塔顶通过复合管的里管进入位于内导流筒内的好氧反应区底部，同时，空气也从顶部经由复合管的外管进入好氧区底部进行曝气，在内导流筒内形成好氧区，装有棱柱状的小块填料作为生物载体，在此形成气、水、填料三相流化床，其废水中的大分子有机物被生物载体拦截，并发生生物氧化反应，将大分子的有机物分解成小分子物质或完全矿化成二氧化碳和水；在好氧反应区内，气、水、填料在三相流化床中不断上升、碰撞、翻滚，经内导流筒上沿，向下流入内导流筒和外导流筒之间的兼氧区，在此使氮化物彻底转化为无害物质，从而完成硝化反应；硝化反应后，随水流方向，一部分再返回好氧区底部，一部分由外导流筒末端出水口进入沉淀区，上流水进入过滤层，过滤出水由塔顶部的环形集水管排出，然后，该部分出水便流出塔外进入斜板沉淀池；而沉淀所产生的污泥和填料向下流动从塔底折流板又返回到好氧区底部，再次参与生物氧化反应；另一部分污泥由于重力作用由塔底排空口排出，运至污泥填埋场填埋；反应过程中的尾气从塔的顶部排气口排放，从组合式生物氧化塔里的出水进入斜板沉淀池。
具体实施方式
[0032] 实施例一
[0033] 某市污水处理厂600m3/h二级标准出水再生回用于热电厂
[0034] 采用本发明方法处理，其过程如下：
[0035] 第一步，进水水质、国家标准与去除率
[0036] 二级标准出水水质要求为COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、氨氮≤25mg/L、浊度(无要求)(GB 18918-2002)。本发明的工艺要求进水水质控制在此标准以内。用户所需水水质应满足GB/T19923-2005标准：COD≤50mg/L、BOD5≤10mg/L、浊度≤3NTU、氨氮≤10mg/L(当循环冷却水系统换热器为
铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L)。
[0037] 第二步处理过程：
[0038] a)城市污水处理厂二级标准出水经集水池，首先进入组合式生物氧化塔的好氧区，在曝气的作用下依靠反应器的导流筒作内循环反应。同时，污水中的有机质、氮化物被塔中填料拦截，并被附着在填料上的微生物分解成小分子物质或完全矿化成二氧化碳和水；塔中装入亲水性软性填料和弹性填料，填料在运行时呈悬浮态；塔中亲水性软性填料和弹性填料的体积比为5∶6；
[0039] b)向斜板沉淀池的进水管中加入聚合氯化铝(PAC)，进行混凝、吸附，在斜板沉淀3
池中沉淀，以减少污水中的化学耗氧量及氨氮含量；聚合氯化铝的加入量为100克/m。加入聚合氯化铝的污水在斜板沉淀池中进行固液分离，上层清液经过纤维束过滤器、石英砂过滤池，进一步将细小的悬浮物、胶体粒子等拦截，使出水浊度＜1NTU，SDI15＜5；其中纤维束过滤器中滤料的装填量为过滤器有效容积的4/5；
[0040] c)石英砂过滤池出水进入清水池，再经过保安过滤器泵入反渗透装置，其中每套反渗透装置中膜组件的排列方式为17∶8；其出水(产水)进入热电厂工业循环冷却水系统使用，所产生的浓水用作热电厂冲渣水；
[0041] 第三步检查验收
[0042] 经过上述技术方案处理后，污水的平均净化效率，其中COD为97.2％、氨氮为99.6％、BOD5为98.9％、浊度为100％，详见表1。
[0043] 实施例二
[0044] 某石化厂150m3/h石化低浓度废水再生回用处理
[0045] 第一步，进水水质、国家标准与去除率
[0046] 石化厂废水处理车间出水水质要求为COD≤100mg/L、氨氮≤25mg/L、石油类≤5mg/L、浊度(无要求)(GB 18918-2002)。本发明的工艺要求进水水质控制在此标准以内；用户所需水水质应满足GB/T19923-2005标准：COD≤50mg/L、BOD5≤10mg/L、浊度≤3NTU、氨氮≤10mg/L(当循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L)；
[0047] 第二步处理过程
[0048] a)首先将石化厂废水净化车间达标出水泵入组合式生物氧化塔，水中的有机质、氮化物等被微生物氧化分解；塔中亲水性软性填料与弹性填料的体积比为3∶4；
[0049] b)向经过生物氧化处理后的废水加入硫酸铝，进行混凝、吸附、沉淀、脱色、除菌、3
除微生物和藻类。后续的石英砂过滤池出水的SDI15＜5，加入硫酸铝20克/m ；
[0050] c)加入硫酸铝的污水进入斜板沉淀池沉淀，上层清液经过纤维束过滤器、石英砂过滤池，进一步将细小的悬浮物、胶体粒子等拦截，使出水浊度＜1NTU，SDI15＜5；其中纤维过滤器中滤料的装填量为过滤器有效容积的2/3；
[0051] d)石英砂过滤池出水进入清水池，再经过保安过滤器泵入反渗透装置，其中每套反渗透装置中膜组件的排列方式为8∶4；其出水(产水)用作厂内一次水补水和厂内“中心
循环水厂”的补水。从该装置出来的浓水用作车间地面冲洗水和冲厕水；
[0052] 第三步检查验收
[0053] 经过上述技术方案处理后，污水的平均净化效率，其中COD为98.6％、氨氮为99.2％、石油类为98.2％、浊度为100％，详见表2。
[0054] 实施例三
[0055] 某市污水处理厂400m3/h二级标准出水再生回用于化工厂
[0056] 采用本发明方法处理，其过程如下：
[0057] 第一步，进水水质、国家标准与去除率
[0058] 二级标准出水水质要求为COD≤100mg/L、BOD5≤30mg/L、氨氮≤25mg/L、浊度(无要求)(GB 18918-2002)。本发明的工艺要求进水水质控制在此标准以内。用户所需水水质应满足GB/T19923-2005标准：COD≤50mg/L、BOD5≤10mg/L、浊度≤3NTU、氨氮≤10mg/L(当循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L)；
[0059] 第二步处理过程
[0060] a)城市污水处理厂二级标准出水经集水池，首先进入组合式生物氧化塔的好氧区，在曝气的作用下依靠反应器的导流筒作内循环反应。同时，污水中的有机质、氮化物被塔中填料拦截，并被附着在填料上的微生物分解成小分子物质或完全矿化成二氧化碳和水；塔中装入亲水性软性填料和弹性填料，填料在运行时呈悬浮态；塔中亲水性软性填料和弹性填料的体积比为4∶5；
[0061] b)向斜板沉淀池的进水管中加入聚合氯化铝(PAC)，进行混凝、吸附，在斜板沉淀池中沉淀，以减少污水中的化学耗氧量及氨氮含量；聚合氯化铝(PAC)的加入量为60克/3
m。石英砂过滤器出水的SDI15＜5。加入聚合氯化铝的污水在斜板沉淀池中进行固液分离，上层清液经过纤维束过滤器、石英砂过滤池，进一步将细小的悬浮物、胶体粒子等拦截，使出水浊度＜1NTU，SDI15＜5；其中纤维束过滤器中滤料的装填量为过滤器有效容积的3/4；
[0062] c)石英砂过滤池出水进入清水池，再经过保安过滤器泵入反渗透装置，其中每套反渗透装置中膜组件的排列方式为13∶7；其出水(产水)进入化工厂工业循环冷却水系统使用，所产生的浓水用作化工厂冲洗车间地面水和冲厕水；
[0063] 第三步检查验收
[0064] 经过上述技术方案处理后，污水的平均净化效率，其中COD为98.4％、氨氮为99.6％、BOD5为99.4％、浊度为100％，详见表3。
[0065] 表1是实施例1所处理的城市污水处理厂二级标准出水再生回用处理效果[0066]COD(mg/L) 氨氮(mg/L)BOD5(mg/L) 浊度(NTU)
二级标准出水 115.2 25.8 30.7 18.6
再生回用系统出水 3.3 0.1 0.3 0
COD(mg/L) 氨氮(mg/L)BOD5(mg/L) 浊度(NTU)
工业循环冷却水水质要求 ≤50 ≤10(1) ≤10 ≤3
污染物去除率(％) 97.2 99.6 98.9 100
[0067] 注：当循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L。
[0068] 表2是实施例2所处理的石化低浓度有机废水再生回用处理效果
[0069]COD(mg/L) 氨氮(mg/L) 石油类(mg/L) 浊度(NTU)
污水处理车间出水 102.2 24.5 10.7 20.5
再生回用系统出水 2.5 0.2 0.2 0
工业循环冷却水水质要求 ≤50 ≤10(1) ≤10 ≤3
污染物去除率(％) 98.6 99.2 98.2 100
[0070] 注：当循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L。
[0071] 表3是实施例3所处理的城市污水处理厂二级标准出水再生回用于化工厂的处理效果
[0072]COD(mg/L) 氨氮(mg/L)BOD5(mg/L) 浊度(NTU)
污水处理车间出水 108.5 25.2 30.5 27.4
再生回用系统出水 1.8 0.1 0.2 0
工业循环冷却水水质要求≤50 ≤10(1) ≤10 ≤3
污染物去除率(％) 98.4 99.6 99.4 100
[0073] 注：当循环冷却水系统换热器为铜质时，循环冷却水的氨氮指标应小于1mg/L。
