污水处理厂的再生水药剂成本和关键问题

污水处理厂的再生水药剂成本和关键问题今天要主讲的是东区再生水厂工程，这个项目于2011年2 月建成投产，设计产水能力为20000 m3/d,生产工艺采用微滤MF(Microfiltration)与反渗透RO(Reverse Osmosis)组合工艺，这个“神秘的过程”就是这样的:二级出水屮 何 水阻垢剂 还原捌LI浓木RJ浓I:水ihRO*d段ija池图1乐区|心匕水厂匸艺流程给水排才一表1微滤膜和反渗透膜参数顼目微遽般反渗透膜膜材质聚偏氛乙烯(PVDF)StK(PA)过滤孔橙nm1000. 1膜型号lrXA (120ABW30 亦 FR膜面积/曲5034设计通址L/(m -h)53, 3-6413 17设计回收率/ %90宅詢水排水再生水厂源水为小红门污水处理厂的二级出水，它的特性是这样的：由污水变为合格的高品质再生水，它是用什么改变了自己的身份呢?通常膜法水处理工艺在实际生产运行中需要使用多种药剂，其中包括杀 菌剂、阻垢剂、还原剂、pH调节剂、清洗剂等，同时为保证膜系统的 稳定运行工况，需要根据进水水质和膜的污染情况对其进行定期的清洗 和保养，通常根据设计要求微滤膜系统每17 d需要进行一次杀菌清洗, 当跨膜压差达到0.150.2 MPa时需要进行化学清洗;当反渗透系统跨膜 压差达到0.150.2 MPa时需要进行化学清洗，总之是个负责的过程。东区再生水厂主要生产药剂投加情况，清洗维护频次及药品投加量如下所示，而清洗频次和药剂使用量则是根据膜系统实际运行情况决定。顼H107(197851 0003T表2主要设计进.出水水质及各项污染物去除率设汁进水水质设计出水水质去除率俠COlJ/TTlg LB(. nig LSS nig? I Nil. N（W N il l mg/L 总氮（以N计）/mg/L *1总磷（以1、计）TI）S mg /L色度I也事率F inS m粪大肠杆倩数竹LClo1lot)2. 5而各个药剂在使用过程中所占的比重就是这样的： il匣刑 蛆垢剂試酸氢範化钠 扶諭钠I EDTA你想知道污水变身的药剂要花多少“黄金白银”吗?通过三年权威的蹲点 守候，我们拿到了第一手的数据。而且计划没有变化快，现实总是和我 们设想的不一样，设计值和实际运行中间永远要差着无数的小试、中试、 现场试验实际成本比例就是这样的：丄还原剂 2阻垢剂非氧化杀菌剂4盐駿 E氢氧化钠 枕蕊钠 寸柠凝寥IH8EDTA总给才排龙杀菌剂 双膜工艺杀菌剂设计使用量为71.23 g/m3，通过对3年实际生产中的 杀菌剂使用量进行统计， 2011 年、2012年、2013年杀菌剂使用量分 别为80.15 g/m3、84.09 g/m3、97.69 g/m3,分别比设计使用量增加了 12.5%、 18.05%、 37.15%。其主要原因在于为保证整个系统的运行稳 定，减少微生物的污染，在夏季对进、出水增加了杀菌剂的使用量，同 时随着微滤系统使用时间的增加，膜抗污染性能的降低也导致了清洗频 次和杀菌剂用量的增加。从使用成本来看设计使用成本为0.085元/m3, 2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.096元/m3、0.101元/m3、0.12元/m3，分别比设计使用成本增加了 12.9%、 18.8%、 41.2%。杀菌剂的使用与来水 水质有着密切的关系，尤其在夏季，如上游污水处理厂出水到再生水厂 进水端能够保证有足够的余氯，再生水厂进水就可以减少杀菌剂的投加 从而降低杀菌剂的使用量和成本的支出。杀菌剂虽然单价便宜，但其用 量最大，故在总成本中排名第一，应在实际生产中予以重点关注。阻垢剂再生水厂阻垢剂设计使用量为3.28 g/m3,通过对3年实际生产中的阻 垢剂使用量进行统计， 2011年、2012年、2013年阻垢剂使用量分别 为3.04 g/m3、3.32 g/m3、3.19 g/m3, 分别比设计使用量降低7.3%、上升 1.2%、降低2.7%。从使用成本来看,设计使用成本分别为0.098元/m3, 2011年2012年2013年实际使用成本分别为0.091元/m3、0.099元/m3、0.095元/m3,分别比设计使用成本降低7.1%、上升1%、 降低 3.1%。2011 年再生水厂处于调试阶段,故药剂用量有所波动,其他两年药剂 实际使用量和成本与设计值相比变化不大,其原因在于上游来水中影响 结垢的离子种类和含量较为稳定，进水含盐量变化不大，3年TDS平 均进水浓度为640700 mg/L,故在实际生产中阻垢剂投加量较为稳定， 与实际设计值较为接近。根据3年的实际生产情况，可以考虑降低阻垢剂的投加量，以节约其使 用成本，原因如下：首先设计时为降低反渗透系统受无机盐结垢污染的 风险，阻垢剂投加量偏于保守，通常为3 mg/L;其次，基于多年来实际 运行情况，进水TDS较为稳定，反渗透系统受无机盐结垢污染并不明 显，主要体现在酸洗后压差变化不大。因此可以考虑在保证系统安全运行的前提下将阻垢剂投加量降低，由于 阻垢剂单价昂贵，降低用量能够直接实现药剂成本的大幅度下降，当投 加量由 3 mg/L 降至 2 mg/L 时，年阻垢剂成本将减少24 万元。还原剂还原剂设计使用量为 3.69 g/m3，2011年、2012 年、2013年还原剂实际使用量分别为2.98 g/m3、3.61 g/m3、3.29 g/m3，分别比设计使用量下降了 19.2%、2.2%、10.8%。设计使用成本为0.013元/m3,2011、2012、2013年实际使用成本分别为0.011元/m3、0.013元/m3、0.012元/m3，分别比设计使用成本下降了 15.3%、0%、7.7%。还原剂的投加量主要受反渗透系统前端进水余氯值的影响，在满足脱除 水中余氯的前提下，还要有一些安全储备量。由于2011 年按照设计投 加量投加进水杀菌剂，导致反渗透前端进水余氯值偏低，还原剂投加量 也相应降低，但生物污染也较为严重;之后调高进水杀菌剂的投加量， 余氯量也随之上升，随着余氯量的增高， 2012 年、 2013 年还原剂投加 量基本与设计值相当。对于还原剂的成本控制应做到在控制好进水微生物污染的前提下，尽量 减少杀菌剂的投加，保持余氯量在一个稳定的区间，这有助于控制还原 剂的投加量，降低药剂使用成本。pH 调节剂工业级的NaOH由于其价格低廉和便于取得的特征，通常作为pH调节 剂在再生水生产中使用。再生水厂反渗透出水端设计添加NaOH,反渗 透产水多为弱酸性， pH 在 5.36.2 波动，为达到满足供水设计指标和 保护管网的目的，通常根据产水实际pH投加NaOH予以调节。在实际 生产中反渗透产水 pH 基本稳定,因此 3 年的 NaOH 投加量基本保持在 4 g/m3,药剂投加成本约为0.006 8元/m3,由于pH调节剂投加稳定、 用量少，因此可以不作为成本关注的重点。清洗剂系统的HCI设计使用量为10.95 g/m3，2011年、2012年、2013年 HCl实际使用量分别为2.09 g/m3、5.31 g/m3、2.62 g/m3，分别比设 计使用量下降了80.9%、 51.5%、 76.1%。系统的设计使用成本为0.025 元/m3, 2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.005元/m3、 0.012元/m3、0.006元/m3，分别比设计使用成本下降了 80%、52%、 76%。 HCI 的实际使用量之所以比设计使用量有大幅度的降低，在于本 系统源水为市政生活污水处理后二级出水，其含盐量较低，离子成分较 为稳定，微滤和反渗透系统受无机盐污染较轻，因此酸洗频次及药剂使 用量远低于设计酸洗频次和使用量，基于上述原因，HCI的使用成本也 远低于设计使用成本。NaOH 的设计使用量为 14.1 g/m3, 2011 年、2012 年、2013 年 NaOH 实际使用量分别为15.42 g/m3、16.15 g/m3、22.8 g/m3，分别比设计 使用量增加了9.4%、 14.5%、 61.7%。系统的设计使用成本为0.024 元/m3, 2011年、2012年、2013年实际使用成本分别为0.026元/m3、 0.027元/m3、0.039元/m3,分别比设计使用成本增加了 8.3%、12.5%、 62.5%。NaOH的实际使用量和投加成本都远高于设计值，其原因主要 有以下两点。(1) 以市政生活污水处理后的二级出水为源水的双膜工艺,受微生物、细 菌和有机物的影响较大,系统的有机物污染程度远远高于无机盐污染。 源水有机物含量直接影响到双膜系统的清洗频率和用药量,当进水水质 极为恶劣时微滤系统每812 h就需要进行清洗，远高于设计的30 d清 洗时间;反渗透系统也是如此,当前端有机污染不能得到很好的控制或 前端过滤部件出现问题时就会引起系统受到有机物的快速污染，使系统 清洗频次和用药量大幅提高，污染严重时每1530 d就需清洗一次，远 高于设计90 d清洗一次的要求。(2) 从3年的统计数据可以看出NaOH的使用量逐年呈上升趋势，这间 接反应了膜系统抗污染性能的下降，同时也说明了膜的经济使用寿命在 逐步降低，随着膜的使用时间不断增加、膜污染的不断累积和膜材料的 老化，其自然使用寿命和经济使用寿命都在缩短，同时膜系统的维护成 本将大大提高，当膜的维护成本高于其价值时，应考虑予以更换。基于实际生产情况，对于HCI的成本控制，可根据膜系统无机盐污染的 情况决定清洗频次和用药量即可。对于 NaOH 的成本控制，应重点关 注进水水质，控制好微生物及有机物的污染，做好预处理设施的维护， 保证其发挥应有的截污效果。同时应做好日常膜系统的维护保养工作， 使其在良好的状态下运行，这样不但有助于延长膜的使用寿命，也可以 大幅度降低清洗药剂的使用。面我们以2012年为例，用两个表格来详细的看一下到底有什么区别：东区再生水厂设计年苗剂便用培和莆用|lEt 聊项目设计年用量她药品单拚 (7E/Dtj谡计使用费用吨水琶药量吨水费用1275&00$7200玄的0.GL32阴垢剂243000(7200003.2a.os3非氧化杀菌剂17132002244W2.330.G314盐馥602；001S24&01D.950.CZ55氮氧化*内1Q31700_17510014A0.Q2465201200624XX)7L230.0S57柠舷33MOD2D7M03A&0.018aEDVA1312W3I2OO044O.OM9十二烷基芸蛊酸钠&.023000600.003可忽略10合计795022251360108/ + G亠.-注：上裏相关数提汰产烈価加別州为基础计阜序项目实际年用量 （吨）葯品单你L7tM）实际使用费用（元碎吨水祐药壘 足曲吨水逼用（元曲）1还瘪剂24.33&00S74SQ3.610,0131阻垢剤12133DOGC6&9COD3.320.0993菲氧化杀菌別15.B4132002090882J60.0314站闕J28O81350.45.310+012IDS.驅170018455216A5G.O27F56,341200G784D8&4.M04017柠楼酸|13.&B900017S52O23O.OZ7SEDTA0.3.312)249600.1200049十二煩基苯憲酸钠0,00330009可迦售可忽略10舍计&52.2432113767.411792G.314注：h 2削2年全年共rK 6723073吨，上表木拱数振以此产水量为基础计算。接下来我们要做一个课堂总结了，同学们请拿出小本本，认真记笔记。精华，这都是精华!从设计值可以看出阻垢剂在总吨水成本中占比第一，次氯酸钠占比第二。 但从 3 年实际运行数据统计和分析中可以看出，在双膜法工艺中次氯酸 钠用量最大，虽然药品单价不高，但因其使用量占比最大，故药剂的使 用成本占比第一，应作为重点成本控制对象。同时还应对阻垢剂予以特 别关注，虽然其投加量不大，但其单价在所有药品中最高，达到30 000 元/t,因此其在吨水费用占比位居第二，阻垢剂用量的变化能够引起药 剂总成本较大幅度的变化。通过设计值与实际值的对比，可以看出两者 略有不同，在今后市政污水回用的设计中应充分考虑有机物和微生物对 系统的污染。在以后的生产过程中应重点对杀菌剂和阻垢剂予以关注，并结合进水水质做进一步的深入研究。这个就当做课后作业吧，大家自行研究，一起讨论