生活污水凈化及再生回用系統工程方案
更新時間：2009-09-27 15:02
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一．概述：
石油的開采將荒無人煙的油田變成了擁有眾多人口的城鎮，因油田多處于海相沉積地帶，土壤呈鹽堿性，地表水水質不好，缺乏充足的淡水資源，在自然災害日益頻繁暴發的今天，缺水將對居民生活和油田生產構成嚴重的威脅，缺水危機常常是我們面臨的現實，解決油田缺水問題的重要途徑應該是將城鎮生活污水變為城鎮供水水源。城鎮污水就近可得，來源穩定，容易收集，是可靠且穩定的供水水源。城鎮污水經凈化后回用主要可作為市政綠化、工業用水、和景觀用水。
城鎮污水再生回用工程包括污水收集系統、污水凈化處理技術及其系統、出水輸配系統、回用水應用技術和監測系統。其中污水凈化再生技術及其系統是關鍵，污水凈化處理的流程要簡單可靠，投資和運行費用要為該城鎮經濟實力所能承受，處理后出水的水質要滿足回用的要求。
沿用了許多年的傳統的“一級處理”及“二級處理”水處理工藝技術和設備已經難以適應當今的高濁度和高濃度污水的凈化處理要求，處理后出水更不能滿足城市對水回用的水質要求。沿著傳統的工藝技術路線只能進一步附加傳統的“三級處理”設備系統，既回避不了龐大復雜的傳統二級生化處理系統，也回避不了投資和運行費用都十分昂貴的傳統三級過濾吸附處理系統。這些恰恰是實現污水回用的忌諱之處。所以，環保市場十分迫切需要凈化效率更高、處理后出水能滿足現有環保標準并且能回用于城市，投資和運行費用又要為現有城市的經濟實力所能接受的污水處理新技術和新設備。
最新發明的“SPR高濁度污水凈化系統”（2002年3月19日由美國專利局授予美國發明專利權）將污水的“一級處理”和“三級處理”程序合并設計在一個SPR污水凈化器罐體內，在30分鐘流程里快速完成。它容許直接吸入懸浮物（濁度）高達500毫克/升至5000毫克/升的高濁度污水，處理后出水的懸浮物（濁度）低于3毫克/升（度）；它容許直接吸入CODcr為200毫克/升至800毫克/升的高濃度有機污水，處理后出水CODcr可降為60毫克/升以下。只需用相當于常規的一、二級污水處理廠的工程投資和低于常規二級處理的運行費用，就能夠獲得三級處理水平的效果，出水可作為工業用自來水或城市綠化、景觀用水，實現城市生活污水的再生和回用。
SPR污水處理系統首先采用化學方法使溶解狀態的污染物從真溶液狀態下析出，形成具有固相界面的膠粒或微小懸浮顆粒；選用高效而又經濟的吸附劑將有機污染物、色度等從污水中分離出來；然后采用微觀物理吸附法將污水中各種膠粒和懸浮顆粒凝聚成大塊密實的絮體；再依靠旋流和過濾水力學等流體力學原理，在自行設計的SPR高濁度污水凈化器內使絮體與水快速分離；清水經過罐體內自我形成的致密的懸浮泥層過濾之后，達到三級處理的水準，出水實現回用；污泥則在濃縮室內高度濃縮，定期靠壓力排出，由于污泥含水率低，且脫水性能良好，可以直接送入機械脫水裝置，經脫水之后的污泥餅亦可以用來制造人行道地磚，免除了二次污染。
最新發明的SPR污水凈化技術以其流程簡單可靠、投資和運行費用低、占地少、凈化效果好的眾多優勢將為當今世界的城市污水的再利用開創一條新路。城市污水實現再利用之后，為城市提供了第二淡水水源，為城市的可持續發展提供了必不可少的條件，其經濟效益和社會效益是不可估量的。
城市生活污水處理廠的SPR工藝流程新模式：
污水經SPR系統處理后，回用于城市綠化、澆灌草地樹木，或作為工業用水
二．生活污水水質、處理后出水水質要求及處理水量
生活污水主要來自幾個生活小區，其中也有部分商業排放水。這個污水處理廠服務人口約14萬人。
根據油田缺乏淡水資源和防治水污染的要求，將油田居民生活污水經過凈化處理后，再生的出水用作城鎮綠化、工業用水和其他洗車、沖洗廁所等市政用水，既可以防止城鎮污水對水環境的污染，又能大大節省當地的淡水資源，而且為油田的工業生產提供了可靠的第二淡水水源。
居民區城鎮生活污水總量為6000立方米/天。
城鎮綠化灌溉需用水量為5000立方米/天。
油田工業用水需用水量為340立方米/天。
| 水質指標 |
COD mg/l |
SS mg/l
|
BOD5mg/l
|
NH3-N
|
磷酸鹽
|
|
城鎮生活污水水質
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360
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200
|
180
|
45
|
5
|
| 綠化灌溉水質要求 |
60
|
70
|
20
|
15
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（1.5） |
|
工業回用水質要求
|
50
|
10
|
10
|
10
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三．污水處理工藝技術方案
選用高效快速的SPR純物理化學法污水處理工藝技術及其設備為系統主體，配套污泥脫水設備，處理后出水全部達到配泥漿用水或修井壓裂用水等油田工業用水水質標準，同時作為當地城鎮綠化用水再利用。脫水后的污泥泥餅用以填埋。
1。SPR污水處理技術工藝流程圖
2。SPR污水處理設備系統工藝布置圖
3。SPR污水處理設備系統工藝平面布置圖
4。污水處理工藝過程
生活污水經過已有的化糞池沉降調節后進入城鎮下水道，集中流入污水處理廠，首先經過篩分去除大塊雜物，然后交替進入調節池A或B，向調節池內投加去除有機污染物的藥劑，靠攪拌完成調勻和初級反應過程，并防止在調節池引起沉淀（每個調節池容量為2小時流量：300立方米），靠污水泵將已經調節好的污水吸入管道，同時靠污水泵吸入端的負壓按照設計的藥劑配方吸入污水處理藥劑（包括混凝藥劑、殺菌消毒藥劑、污泥脫水助劑等），經管道混合后直接從SPR污水凈化器底部進入罐體，在SPR凈化器罐體內完成混凝、精細過濾和污泥濃縮全過程，凈化后出水經頂部出口管道流出進入清水儲存池，靠清水泵將再生水送給用戶（工業用水或灌溉用水），定時間靠清水泵的壓力將濃縮后的污泥漿從SPR凈水器的污泥濃縮室壓出（污泥漿的含水率<98%），并送入重力式污泥濃縮罐再次濃縮（再次濃縮后的污泥漿含水率<95%），靠泥漿泵將污泥濃縮罐再次濃縮后的濃泥漿直接送入污泥脫水機實施脫水，脫水后的泥餅由汽車運走用以填埋。每運行4～6小時左右實施一次罐體反沖洗操作，反沖洗時間為3～5分鐘。每運行6～8小時左右污泥濃縮室存滿后實施一次壓力排泥操作，排泥時間10～20分鐘。罐體反沖洗污水和污泥脫水過程產生的污水都流回污水調節池進入下一個凈化處理過程。
整個污水凈化過程只有一臺污水泵作為吸取污水、添加藥劑、混合、混凝、過濾和送出清水的動力源，凈化污水的電力消耗為0.125度/1立方米污水。
處理污水的藥劑消耗費用為0.6～0.8元人民幣/立方米。（根據實際污水工藝模擬試驗結果，將最后確定污水處理藥劑配方。）
污水凈化系統連續運行，由6臺SPR-50型污水凈化器系統并聯組成系統，每臺產水率為50立方米/小時，每天按20小時運行計算，日處理水量為1000立方米/臺，預留出充分的反沖洗、排泥等輔助操作和維護時間。全系統日處理污水量為6000立方米。
四．系統主要設備
1。雜物篩分機2套
（每臺允許污水通過流量 > 300立方米/小時，共2臺。）
（每臺允許污水通過流量 > 300立方米/小時，共2臺。）
2。污水調節池4座
（直徑9米，深5米；每座有效容積300立方米，共4座，4座合計有效容積1200立方米。）
（直徑9米，深5米；每座有效容積300立方米，共4座，4座合計有效容積1200立方米。）
3。污水池攪拌機（機械攪拌式或水力攪拌式）4套
（每池3臺水下渦輪攪拌機、共12臺；或每池配置1套活動噴嘴射流攪拌裝置，共4套）
（每池3臺水下渦輪攪拌機、共12臺；或每池配置1套活動噴嘴射流攪拌裝置，共4套）
4。污水泵10臺（其中4臺備用）
（離心式污水泵：工作流量 > 50立方米/小時，工作壓力30米水柱，共10臺）
（離心式污水泵：工作流量 > 50立方米/小時，工作壓力30米水柱，共10臺）
5。SPR－50型污水凈化器6臺
（輪廓直徑4.2米，輪廓高度7.8米，基礎承重100噸，共6臺）
（輪廓直徑4.2米，輪廓高度7.8米，基礎承重100噸，共6臺）
6。污泥濃縮罐6座
（輪廓直徑2米，輪廓高度7.2米，基礎承重20噸）
（輪廓直徑2米，輪廓高度7.2米，基礎承重20噸）
7。泥漿泵10臺（其中4臺備用）（與污泥壓濾機配套）
8。自動廂式（板框）壓濾機7臺（其中1臺備用）
（處理污泥漿能力> 2立方米/小時。臺，共7臺）
（處理污泥漿能力> 2立方米/小時。臺，共7臺）
9。清水泵4臺（其中2臺備用）
（工作流量 > 300立方米/小時，工作壓頭30米水柱，共4臺）
（工作流量 > 300立方米/小時，工作壓頭30米水柱，共4臺）
10。藥劑儲存桶及加藥流量計系統6套（含支承平臺構架）（非標制作）
11。藥劑溶解配制裝置系統7套（含支承平臺構架）（非標制作）
12. 沖氧噴射清水泵4臺（其中2臺備用）
五．經SPR系統處理后的出水水質
CODcr < 50 毫克/升， BOD5 < 20, SS < 3毫克/升，氨氮 < 10 毫克/升，
大腸桿菌群 < 3 個/升，余氯 >0.3 毫克/升，pH 6~9.
六．工程建設和運行
為了使工程建設技術水平達到中國國內最先進水平，同時工程投資和運行費用又能為中國現有經濟實力承受，采取引進美國發明專利SPR污水處理工藝技術及其SPR污水凈化器主體設備制造技術，在中國境內制造，并選用中國國內輔助設備配套，盡可能國產化的方針。污水處理藥劑全部國產化，由指定的公司提供，以合同形式保證長期供應，以確保污水凈化系統擁有持續良好的運行質量。
污水處理廠建設周期為4～6個月。
由于總體工程占地面積很小，全部設備系統都可以設置在簡易廠房內，廠房建筑面積為1296平方米（長36米，寬36米，安裝污水凈化器的局部地區高度12米）全套系統冬天防凍的問題容易解決，廠房投資少，采暖費用低。
由于污水凈化工藝流程短，只需30分鐘，而且是在密閉的罐體內進行，不會有臭氣向環境散發。所以，允許在各居民生活區附近設置污水處理廠。從而大大減少污水輸送渠道和再生回用水輸送管道的建設費用。
主要設備是離心式污水泵、離心式清水泵和水中攪拌裝置，不會造成噪聲污染。
全部操作實現了機械化或半自動化，工人主要操作為開關閥門、按電鈕和配制藥劑，操作工人勞動強度低。
七．SPR污水處理系統與眾不同的技術特點
1 。城市生活污水和處理藥劑的混合主要是在泵前吸藥管道、污水泵葉輪、蛇形反應管和瓷球反應罐的組合作用下完成的，依照紊流速度、混合時間、和水力學結構數據設計，得以十分充分的混合，為取得最佳混凝凈化效果和最大限度地節省藥劑創造了前提條件。這是過去常規的一級處理和二級處理之水工結構所做不到的。
2 。SPR系統處理城市污水時，采用五種以上污水處理藥劑及其最佳配方組合使用，靠化學反應使污水中溶解狀態的有機污染物、重金屬離子和有害的鹽類從水中析出，成為有固相界面的微小顆粒（它包含有污水三級處理的作用）。其中還選用了一種吸附效果很好而價錢又很便宜的吸附劑,以吸附有機污染物和色度。靠消毒劑在30分鐘的流程內殺滅細菌和大腸桿菌。靠混凝的物理化學吸附作用將懸浮物及各類雜質凝聚成大而且密實的絮團。這樣發揮各藥劑的單獨作用和它們之間的交聯作用的用藥方式是與常規的物理化學法不相同的。而且SPR系統使用的組合藥劑配方，只能在具有十分精細的水動力學參數設計的SPR污水凈化器及其系統里才能充分發揮作用，在常規的水工系統里是無法使用的。
3 。SPR系統裝置能夠依照模擬試驗得出的配方，借助大氣壓力和流量計，十分精確地投加混凝藥劑和絮凝藥劑，不致因加藥過量而造成藥劑殘留在凈化后的出水中，而且動力消耗很少。
4 。SPR污水凈化器內部結構是完全按照混凝機理精確設計的，形成的渦旋流動和各部位恰當的水流速度，使得膠體顆粒之間有最多的碰撞次數，并且有凝聚吸附所需的最佳流速環境。從而在極小的容積內獲得了極充分的凝聚效果。這也是常規水工裝置無法比擬的。
5 。根據混凝形成的絮團實際狀況，準確確定了SPR污水凈化器內部的水動力學數據，使得在罐體中上部形成了一個有幾十厘米厚的、十分致密的懸浮泥層。所有經過混凝的出水都必須通過此懸浮泥層的過濾，才能升流到罐體上部的清水匯集區。它十分成功地起到了污水高級處理工藝中極為重要的過濾作用。
這個致密的懸浮泥層是由污水中的污泥及混凝藥劑形成的絮體本身組成的。隨著絮體由下向上運動，使泥層的下表層不斷增加、變厚；同時，隨著過濾水力學原理形成的罐體的旁路流動，引導著懸浮泥層的上表層不斷流入中心接泥桶，上表層不斷減少、變薄。這樣，懸浮泥層的厚度達到一個動態的平衡。當混凝后的出水由下向上穿過此懸浮泥層時，此絮體濾層靠界面物理吸附和電化學特性及范德華力的作用，將懸浮膠體顆粒、絮體、細菌菌體等等雜質全部攔截在此懸浮泥層上，使出水水質達到三級處理的水平。
由于泥層是由絮體組成，致密度高，過濾效率遠遠高于常規的砂粒層過濾；由于是處于懸浮狀態的絮體泥層作濾層，其過濾的水頭（阻力）損失非常小，所以動力消耗遠遠低于常規的砂層過濾、微孔過濾、或反滲透膜過濾；又由于過濾泥層是凈化過程中由污水中的污泥自動補充添加，又自動被引走，即過濾泥層自身在不斷地更新，過濾泥層總是保持著穩定的厚度，而且總是保持著穩定的物理吸附和電化學吸附性能，因此能獲得穩定的過濾效果。而且完全免去了常規系統中必不可少的過濾層的反沖洗以及反沖洗帶來的眾多麻煩。這種結構和原理與常規的三級污水處理的過濾裝置是完全不同的，這里沒有價格昂貴的反滲透膜過濾、微孔過濾、或活性炭過濾等裝置。所以，投資省、動力消耗小、運行費用低是SPR系統的必然優勢。
6 。SPR系統選用的絮凝劑，同時也是良好的污泥助濾劑，所以，系統最后排出的污泥漿，其脫水性能良好，可以不另外添加助濾劑，就直接泵入壓濾機脫水。泥餅添加一些填料后可以制成人行道地磚再利用，不會帶來二次污染的問題。它沒有傳統的生化法產生的污泥含水率很高、脫水性能很差的致命弱點。
7 。本類型污水凈化器曾開機運行處理過養豬場污水、養雞場污水、煤礦礦井坑道污水、生豬屠宰場污水、高粱釀酒廠酒糟污水、紡織印染污水、再生紙造紙污水和城市生活污水等等含有大量有機污染物和氨氮的污水；也成功應用于陶瓷廠污水、墻地磚廠污水、大理石水磨拋光污水、洗煤污水、燃煤鍋爐濕法除塵污水、石英砂洗砂污水等懸浮物含量極高的污水的凈化和回用。各地權威檢測部門測試了污水凈化器進水和出水的有關數據。測試報告單表明：氨氮去除率可以達到85％，總氮去除率可達95％，有機氮去除率可達96％，BOD去除率可達95％，懸浮物的去除率則高達98.3% ~ 99.6%，出水濁度達到3 度（3 毫克 / 升）以下。這是本凈水系統在低投資、低運轉費的前提下所獲得的出水指標。這是常規的物化法和生物化學法的一級、二級處理系統都無法達到的。
除發達國家有專門的城市生活污水管路系統外，實際的城市污水往往混入有許多工業污水，可生化性差和污染物成分不規則地快速變化是我們面臨的現實，而針對降解某種有機污染物的微生物生長、繁殖的過程卻太長，所以，傳統生化系統難以適應當今愈來愈工業化了的城市的污水。SPR系統已擁有處理眾多工業污水的適應能力和物化法具有的快速應變能力，容易通過自動化的手段應付系統入口污水水質的變化，保持穩定的凈化效果。
8 。其實，經過SPR污水凈化系統處理后的出水，其懸浮物的含量小于3 毫克 / 升，濁度也小于3 度（毫克 / 升），達自來水標準，不再會堵塞輸水管路，并且已經經過了良好的消毒。將此出水回送到城市各地，作為城市草坪綠地和樹木綠化澆灌用水是十分安全、可靠的。經過SPR系統處理后的出水中，殘存的氮含量已經很低，氮作為植物生長的營養物是不必去除、或不必去除得那么干凈的。從而可以免去除氮的深度處理投資及其運行費用，既保證了環境質量，又為社會節省了大筆資金。用此回用水取代自來水作為城市綠化用水，將大大節省城市的淡水資源，減輕城市市政部門的供水壓力，對城市的整體經濟發展定會產生十分巨大的效益。這是城市污水回用的新概念。
9。這種純粹的物理化學法污水處理系統，受天氣、環境及人為因素的影響少，操作人員控制處理系統的能力和靈活性都大大優越于生物化學法，這是眾所周知的。
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