渦輪流量計在化工回用水處理工程設計的選型應用
點擊次數：1889 發布時間：2021-03-19 07:43:20
摘要：某化工回用水處理工程廢水主要由循環水排污水和經生化處理系統處理后的氣化灰水、沖渣水等廢水組成，針對該廢水特點，本工程采用兩級曝氣生物濾池法（DN型BAF+DC/N型BAF）+保安過濾器+膜處理技術等工藝對其進行處理。結果表明，該工程工藝運行效果良好，處理出水水質達到設計要求，可實現回用。工程總運行費用為1.967元/m3。
工業經濟高速發展，然而區域水資源承載能力有限，導致水資源日益短缺，同時水污染不斷加劇。因此，水資源的循環利用對于社會可持續發展具有重要意義。目前，越來越多的工業用水大戶加入到水資源循環利用的行列〔1-3〕，不僅緩解了水資源短缺的壓力，還提高了資源的利用率，降低了企業的生產成本〔4-5〕。筆者以某化工有限公司的回用水處理工程為案例，介紹了該工程的處理工藝、主要構筑物及渦輪流量計等設備的設計參數，并進行了運行成本分析，以期為相關企業的廢水處理回用提供參考。
1工程概況
1.1建設規模
本工程設計污水處理能力為9600m3/d，其中循環水排污水水量7200m3/d（循環水旁濾反沖洗水非連續產生，反沖洗時進入循環排污水處理系統，同時考慮設計余量，取此部分水量為7200m3/d），二次生化處理水水量2400m3/d。
1.2設計進出水水質
根據水質分析結果，并考慮不利工況的影響，設計進水水質，見表1。
由表1可知，循環水排污水濁度較高，硬度大，主要是鈣鹽、鎂鹽含量較高；二次生化處理水是經現有的生化處理系統處理后的氣化灰水、沖渣水等廢水，其氨氮、COD需進一步去除，以利于后續脫鹽處理系統的運行。
按業主要求，廢水經處理后需回用于循環水系統補充水及未來其他生產用水的預制水，因此，設計出水水質需達到《化工企業循環冷卻水處理設計技術規定》（HG/T20690—2000）中的敞開式循環冷卻水水質要求及《工業鍋爐水質標準》（GB1576-2001）中表2的給水標準。
1.3工藝流程及說明
生產廢水（100m3/h）經已有的生化系統處理（A2O工藝）后進入本系統1#調節池，再經提升泵提升依次進入DN型BAF池+DC/N型BAF池。為了增強脫氮效果，本工程采用了前置反硝化的兩級BAF。因在缺氧環境下反硝化作用會消耗部分碳源，而原水中COD較低，為避免因碳源不足而限制反硝化作用的效果，在DN型BAF池設有甲醇加藥裝置。經處理廢水中的TN、COD得到進一步去除。處理后水自流進入中間水池。
循環水排污水（300m3/h）自流進入2#調節池，然后通過提升泵提升進入水質軟化池。通過投加熟石灰，達到軟化水中硬度的目的，從而保證反滲透工藝正常有效地運行。本方案設置的熟石灰投加裝置包括溶藥罐、加藥罐和加藥泵3部分。系統運行時，人工將生石灰投加到溶藥罐中，通過攪拌使生石灰溶解，配成Ca（OH）2溶液后流入加藥罐。加藥罐罐底出藥管與加藥泵連接，通過泵輸送至水質軟化池。軟化池出水流入1#沉淀池反應區，向其中加入PAC、PAM，以提高后續沉淀區的沉淀效果。沉淀池出水自流進入中間水池與生產廢水混合。沉淀污泥通過污泥泵排入污泥池。
2種廢水在中間水池混勻后，通過泵提升進入保安過濾器，進一步去除細小的懸浮物后經過增壓泵進入超濾膜（UF）處理系統和反滲透（RO）系統，然后通過渦輪流量計進行計量。反滲透出水直接進入回用水池達標回用，超濾濃水以及反滲透濃水用作水煤漿混合用水。污泥池中的污泥通過泵打入帶式機壓濾處理，濾液自流進入1#調節池。工藝流程見圖1。
2主要構筑物及設備設計參數
2.1生化系統出水處理系統
（1）1#調節池。1座，外形尺寸7.0m×5.0m×5.0m。設計水量100m3/h，停留時間1.27h。功能特點：收集廠區自有污水處理系統排出的污水，均勻水質，并進行預曝氣處理，保證后續設備的正常運行。主要設備：潛水提升泵2臺，液位計1套，渦輪流量計1套，空氣攪拌裝置1套。
（2）DN型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0m×3.0m×6.5m。設計水量100m3/h，停留時間1h。濾料層高度3.0m，濾料總容積54m3，反硝化負荷為1.94kgNO3-/（m3·d）（按照氨氮全部轉化為硝態氮計）。水氣反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25m3/min，反沖洗水量180m3/h，反洗時間5min。功能特點：在缺氧生物濾池利用原水COD和補加的碳源，對前段生化處理（A2O工藝）產生的硝態氮進行反硝化作用，將廢水中所含的NO3-及少量的NO2-轉化為N2去除。主要設備：陶粒濾料54m3，濾板18塊，長柄濾頭648個，鵝卵石承托層10.8m3，出水電動閥2個，進水電動閥2個，反洗氣電動閥2個，反洗進水電動閥2個。
（3）DC/N型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0m×3.0m×6.5m。設計水量100m3/h，停留時間0.9h。濾料層高度3.0m，濾料總容積54m3，有機負荷為2.3kgCOD/（m3·d）。氣水聯合反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25m3/min，反沖洗水量180m3/h，反洗時間5min。功能特點：DC/N型BAF池由2部分組成，前段為DC型BAF池，為好氧階段，具有硝化功能；后段為N型BAF池，為缺氧階段，具有反硝化功能，通過兩段BAF處理，使水中的污染物質得到進一步去除。主要設備：陶粒濾料54m3，濾板18塊，長柄濾頭648個，鵝卵石承托層10.8m3，生物濾池專用曝氣器2556個，渦輪流量計4臺，出水電動閥2個，進水電動閥2個，進氣電動閥2個，反洗氣電動閥2個，反洗進水電動閥2個。
（4）2#沉淀池。1座，外形尺寸7.0m×5.0m×5.0m。設計水量15m3/h，沉淀負荷0.429m3/（m2·h）。功能特點：收集各反洗水，進行初步沉淀。上清液回流至1#調節池，沉淀污泥通過污泥泵排往污泥池。主要設備：渦輪流量計2臺，排泥泵2臺，斜管填料35m3，填料支架1套。
2.2循環水排污水處理系統
（1）2#調節池。1座，外形尺寸7.0×7.0m×5.0m。設計水量300m3/h，停留時間0.6h。功能特點：收集廠區排出的循環水排污水和循環水旁濾反沖洗水，均勻水質，并進行預曝氣處理，保證后續設備的正常運行。主要設備：潛水提升泵3臺，液位計1套，渦輪流量計1套，空氣攪拌裝置1套。
（2）軟化池。1座，外形尺寸8.0m×4.0m×5.0m。設計水量300m3/h，停留時間0.39h。功能特點：投加Ca（OH）2與水中Mg2+反應生成Mg（OH）2沉淀，降低部分硬度。主要設備：攪拌機2臺，pH計1套。
（3）1#沉淀池。1座，混凝區外形尺寸4.0m×4.0m×5.0m，沉淀區外形尺寸17.0m×12.0m×5.0m。設計水量300m3/h，反應時間0.25h，沉淀負荷1.6m3/（m2·h）?；炷齾^有效水深4.5m，沉淀區有效水深4.5m，總有效容積900m3，總停留時間3.0h。功能特點：投加PAC、PAM進行絮凝沉淀；設置攪拌器以提高混合反應效果；設置斜管填料以提高沉淀池的表面負荷及處理效果。主要設備：攪拌機2臺，排泥泵2臺，分體式渦輪流量計2臺，斜管填料204m3，填料支架1套。
2.3混合廢水處理系統
（1）中間水池。1座，外形尺寸7.5m×6.0m×5.0m。設計水量400m3/h，停留時間0.42h。功能特點：暫存BAF及1#沉淀池出水，通過泵提升到超濾裝置，并提供BAF反洗用水。主要設備：中間水池潛水提升泵4臺，BAF池反洗水泵（清水離心泵）2臺，渦輪流量計3臺，空氣攪拌裝置1套，液位計1套。
（2）超濾、反滲透車間。外形尺寸25.5m×20.0m。功能特點：放置過濾器、反滲透處理裝置。主要設備：袋式過濾器1套，UF系統60支，UF反洗水泵（多級離心泵）2臺，UF系統產水箱2個，UF藥洗計量泵（堿）1臺，UF溶藥箱3個，UF藥洗計量泵（酸）1臺，UF藥洗計量泵（氧化劑）1臺，RO加壓泵2臺，保安過濾器2套，RO系統增壓泵3臺，RO系統模塊360套，RO系統高壓泵6臺，RO系統CEB藥洗計量泵3臺，RO系統CEB溶藥箱3個，化學離線清洗系統1套，多介質過濾器4套，軸流風機4臺。
（3）回用水池。1座，外形尺寸14.0m×6.0m×5.0m。設計水量400m3/h，停留時間0.81h。
2.4輔助系統
（1）污泥池。1座，外形尺寸5.0m×5.0m×5.0m。功能特點：收集1#沉淀池和2#沉淀池的污泥，調節污泥的泥質。主要設備：中心筒1套，污泥泵2臺，渦輪流量計1臺。
（2）污泥脫水車間。1座，改造現有污水站脫水間。功能特點：放置帶式壓濾機，壓濾脫水后的污泥外運處置或與煤拌合燃燒。主要設備：污泥帶式壓濾機（帶濃縮功能）1臺，渦輪流量計1臺，管道混合器1套，空壓機1套。
（3）加藥間。1座，外形尺寸12.0m×6.0m。功能特點：放置加藥裝置及存放藥劑。主要設備：Ca（OH）2加藥罐2個，Ca（OH）2計量泵2臺，PAC加藥罐1個，PAC計量泵2臺，分體式渦輪流量計2臺，陰離子PAM加藥罐2個，陰離子PAM計量泵2臺，陽離子PAM加藥罐2個，陽離子PAM計量泵2臺，甲醇加藥罐2個，甲醇計量泵2臺，軸流風機2臺。
（4）鼓風機房。1座，位于設備間一樓，外形尺寸12.0m×5.0m。功能特點：放置鼓風機，提供曝氣及所需空氣。主要設備：調節池鼓風機2臺，DC/N型BAF鼓風機2臺，多介質過濾器反洗風機1臺，軸流風機2臺，消聲彎頭2套。
（5）配電間。1座，位于設備間一樓，外形尺寸6.0m×5.0m。功能特點：放置配電柜。主要設備：軸流風機1臺，智能渦輪流量計1臺。
3運行效果及運行成本分析
運行結果表明，該工程工藝運行效果良好，出水各項指標均達到設計要求。實際出水水質見表2。
該化工回用水處理工程運行成本主要包括廢水處理及回用動力費用、藥劑費用、人力資源費。運行成本以處理量為9600m3/d進行計算。
（1）廢水處理及回用動力費用。設備裝機總功率870.13kW，耗電量15623.4kW·h，電費0.3元/（kW·h），功率因子0.7，動力費用為（15623.4×0.3×0.7）/9600=0.342元/m3。
（2）藥劑費用。該工程日藥劑費用為14773.4元，折算成本為1.538元/t。
（3）人力資源費。每月工資支出為10人×2500元/月=25000元，則每天費用為833.33元，噸水費用為0.087元。該工程總運行費用為1.967元/m3。
4結語
工程運行結果表明，采用兩級曝氣生物濾池法（DN型BAF+DC/N型BAF）+渦輪流量計+保安過濾器+膜處理技術等工藝對化工回用水進行處理，處理出水完全滿足回用水要求。該工程的實施減少了環境污染，節約了水資源，同時大大降低了企業的生產成本，具有良好的環境效益、經濟效益及社會效益。
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1工程概況
1.1建設規模
本工程設計污水處理能力為9600m3/d，其中循環水排污水水量7200m3/d（循環水旁濾反沖洗水非連續產生，反沖洗時進入循環排污水處理系統，同時考慮設計余量，取此部分水量為7200m3/d），二次生化處理水水量2400m3/d。
1.2設計進出水水質
根據水質分析結果，并考慮不利工況的影響，設計進水水質，見表1。
由表1可知，循環水排污水濁度較高，硬度大，主要是鈣鹽、鎂鹽含量較高；二次生化處理水是經現有的生化處理系統處理后的氣化灰水、沖渣水等廢水，其氨氮、COD需進一步去除，以利于后續脫鹽處理系統的運行。
按業主要求，廢水經處理后需回用于循環水系統補充水及未來其他生產用水的預制水，因此，設計出水水質需達到《化工企業循環冷卻水處理設計技術規定》（HG/T20690—2000）中的敞開式循環冷卻水水質要求及《工業鍋爐水質標準》（GB1576-2001）中表2的給水標準。
1.3工藝流程及說明
生產廢水（100m3/h）經已有的生化系統處理（A2O工藝）后進入本系統1#調節池，再經提升泵提升依次進入DN型BAF池+DC/N型BAF池。為了增強脫氮效果，本工程采用了前置反硝化的兩級BAF。因在缺氧環境下反硝化作用會消耗部分碳源，而原水中COD較低，為避免因碳源不足而限制反硝化作用的效果，在DN型BAF池設有甲醇加藥裝置。經處理廢水中的TN、COD得到進一步去除。處理后水自流進入中間水池。
循環水排污水（300m3/h）自流進入2#調節池，然后通過提升泵提升進入水質軟化池。通過投加熟石灰，達到軟化水中硬度的目的，從而保證反滲透工藝正常有效地運行。本方案設置的熟石灰投加裝置包括溶藥罐、加藥罐和加藥泵3部分。系統運行時，人工將生石灰投加到溶藥罐中，通過攪拌使生石灰溶解，配成Ca（OH）2溶液后流入加藥罐。加藥罐罐底出藥管與加藥泵連接，通過泵輸送至水質軟化池。軟化池出水流入1#沉淀池反應區，向其中加入PAC、PAM，以提高后續沉淀區的沉淀效果。沉淀池出水自流進入中間水池與生產廢水混合。沉淀污泥通過污泥泵排入污泥池。
2種廢水在中間水池混勻后，通過泵提升進入保安過濾器，進一步去除細小的懸浮物后經過增壓泵進入超濾膜（UF）處理系統和反滲透（RO）系統，然后通過渦輪流量計進行計量。反滲透出水直接進入回用水池達標回用，超濾濃水以及反滲透濃水用作水煤漿混合用水。污泥池中的污泥通過泵打入帶式機壓濾處理，濾液自流進入1#調節池。工藝流程見圖1。
2主要構筑物及設備設計參數
2.1生化系統出水處理系統
（1）1#調節池。1座，外形尺寸7.0m×5.0m×5.0m。設計水量100m3/h，停留時間1.27h。功能特點：收集廠區自有污水處理系統排出的污水，均勻水質，并進行預曝氣處理，保證后續設備的正常運行。主要設備：潛水提升泵2臺，液位計1套，渦輪流量計1套，空氣攪拌裝置1套。
（2）DN型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0m×3.0m×6.5m。設計水量100m3/h，停留時間1h。濾料層高度3.0m，濾料總容積54m3，反硝化負荷為1.94kgNO3-/（m3·d）（按照氨氮全部轉化為硝態氮計）。水氣反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25m3/min，反沖洗水量180m3/h，反洗時間5min。功能特點：在缺氧生物濾池利用原水COD和補加的碳源，對前段生化處理（A2O工藝）產生的硝態氮進行反硝化作用，將廢水中所含的NO3-及少量的NO2-轉化為N2去除。主要設備：陶粒濾料54m3，濾板18塊，長柄濾頭648個，鵝卵石承托層10.8m3，出水電動閥2個，進水電動閥2個，反洗氣電動閥2個，反洗進水電動閥2個。
（3）DC/N型BAF池。2座，凈空尺寸為3.0m×3.0m×6.5m。設計水量100m3/h，停留時間0.9h。濾料層高度3.0m，濾料總容積54m3，有機負荷為2.3kgCOD/（m3·d）。氣水聯合反沖洗（單池沖洗），反沖洗氣量5.25m3/min，反沖洗水量180m3/h，反洗時間5min。功能特點：DC/N型BAF池由2部分組成，前段為DC型BAF池，為好氧階段，具有硝化功能；后段為N型BAF池，為缺氧階段，具有反硝化功能，通過兩段BAF處理，使水中的污染物質得到進一步去除。主要設備：陶粒濾料54m3，濾板18塊，長柄濾頭648個，鵝卵石承托層10.8m3，生物濾池專用曝氣器2556個，渦輪流量計4臺，出水電動閥2個，進水電動閥2個，進氣電動閥2個，反洗氣電動閥2個，反洗進水電動閥2個。
（4）2#沉淀池。1座，外形尺寸7.0m×5.0m×5.0m。設計水量15m3/h，沉淀負荷0.429m3/（m2·h）。功能特點：收集各反洗水，進行初步沉淀。上清液回流至1#調節池，沉淀污泥通過污泥泵排往污泥池。主要設備：渦輪流量計2臺，排泥泵2臺，斜管填料35m3，填料支架1套。
2.2循環水排污水處理系統
（1）2#調節池。1座，外形尺寸7.0×7.0m×5.0m。設計水量300m3/h，停留時間0.6h。功能特點：收集廠區排出的循環水排污水和循環水旁濾反沖洗水，均勻水質，并進行預曝氣處理，保證后續設備的正常運行。主要設備：潛水提升泵3臺，液位計1套，渦輪流量計1套，空氣攪拌裝置1套。
（2）軟化池。1座，外形尺寸8.0m×4.0m×5.0m。設計水量300m3/h，停留時間0.39h。功能特點：投加Ca（OH）2與水中Mg2+反應生成Mg（OH）2沉淀，降低部分硬度。主要設備：攪拌機2臺，pH計1套。
（3）1#沉淀池。1座，混凝區外形尺寸4.0m×4.0m×5.0m，沉淀區外形尺寸17.0m×12.0m×5.0m。設計水量300m3/h，反應時間0.25h，沉淀負荷1.6m3/（m2·h）?；炷齾^有效水深4.5m，沉淀區有效水深4.5m，總有效容積900m3，總停留時間3.0h。功能特點：投加PAC、PAM進行絮凝沉淀；設置攪拌器以提高混合反應效果；設置斜管填料以提高沉淀池的表面負荷及處理效果。主要設備：攪拌機2臺，排泥泵2臺，分體式渦輪流量計2臺，斜管填料204m3，填料支架1套。
2.3混合廢水處理系統
（1）中間水池。1座，外形尺寸7.5m×6.0m×5.0m。設計水量400m3/h，停留時間0.42h。功能特點：暫存BAF及1#沉淀池出水，通過泵提升到超濾裝置，并提供BAF反洗用水。主要設備：中間水池潛水提升泵4臺，BAF池反洗水泵（清水離心泵）2臺，渦輪流量計3臺，空氣攪拌裝置1套，液位計1套。
（2）超濾、反滲透車間。外形尺寸25.5m×20.0m。功能特點：放置過濾器、反滲透處理裝置。主要設備：袋式過濾器1套，UF系統60支，UF反洗水泵（多級離心泵）2臺，UF系統產水箱2個，UF藥洗計量泵（堿）1臺，UF溶藥箱3個，UF藥洗計量泵（酸）1臺，UF藥洗計量泵（氧化劑）1臺，RO加壓泵2臺，保安過濾器2套，RO系統增壓泵3臺，RO系統模塊360套，RO系統高壓泵6臺，RO系統CEB藥洗計量泵3臺，RO系統CEB溶藥箱3個，化學離線清洗系統1套，多介質過濾器4套，軸流風機4臺。
（3）回用水池。1座，外形尺寸14.0m×6.0m×5.0m。設計水量400m3/h，停留時間0.81h。
2.4輔助系統
（1）污泥池。1座，外形尺寸5.0m×5.0m×5.0m。功能特點：收集1#沉淀池和2#沉淀池的污泥，調節污泥的泥質。主要設備：中心筒1套，污泥泵2臺，渦輪流量計1臺。
（2）污泥脫水車間。1座，改造現有污水站脫水間。功能特點：放置帶式壓濾機，壓濾脫水后的污泥外運處置或與煤拌合燃燒。主要設備：污泥帶式壓濾機（帶濃縮功能）1臺，渦輪流量計1臺，管道混合器1套，空壓機1套。
（3）加藥間。1座，外形尺寸12.0m×6.0m。功能特點：放置加藥裝置及存放藥劑。主要設備：Ca（OH）2加藥罐2個，Ca（OH）2計量泵2臺，PAC加藥罐1個，PAC計量泵2臺，分體式渦輪流量計2臺，陰離子PAM加藥罐2個，陰離子PAM計量泵2臺，陽離子PAM加藥罐2個，陽離子PAM計量泵2臺，甲醇加藥罐2個，甲醇計量泵2臺，軸流風機2臺。
（4）鼓風機房。1座，位于設備間一樓，外形尺寸12.0m×5.0m。功能特點：放置鼓風機，提供曝氣及所需空氣。主要設備：調節池鼓風機2臺，DC/N型BAF鼓風機2臺，多介質過濾器反洗風機1臺，軸流風機2臺，消聲彎頭2套。
（5）配電間。1座，位于設備間一樓，外形尺寸6.0m×5.0m。功能特點：放置配電柜。主要設備：軸流風機1臺，智能渦輪流量計1臺。
3運行效果及運行成本分析
運行結果表明，該工程工藝運行效果良好，出水各項指標均達到設計要求。實際出水水質見表2。
該化工回用水處理工程運行成本主要包括廢水處理及回用動力費用、藥劑費用、人力資源費。運行成本以處理量為9600m3/d進行計算。
（1）廢水處理及回用動力費用。設備裝機總功率870.13kW，耗電量15623.4kW·h，電費0.3元/（kW·h），功率因子0.7，動力費用為（15623.4×0.3×0.7）/9600=0.342元/m3。
（2）藥劑費用。該工程日藥劑費用為14773.4元，折算成本為1.538元/t。
（3）人力資源費。每月工資支出為10人×2500元/月=25000元，則每天費用為833.33元，噸水費用為0.087元。該工程總運行費用為1.967元/m3。
4結語
工程運行結果表明，采用兩級曝氣生物濾池法（DN型BAF+DC/N型BAF）+渦輪流量計+保安過濾器+膜處理技術等工藝對化工回用水進行處理，處理出水完全滿足回用水要求。該工程的實施減少了環境污染，節約了水資源，同時大大降低了企業的生產成本，具有良好的環境效益、經濟效益及社會效益。