淺談城市中水回用于火力發電廠

摘要：城市中水中有機物、氨氮等物質含量較高，作為火力發電廠循環水，需對其進行深度處理。中水深度處理采用石灰軟化處理，并通過澄清、過濾等工藝完成。采用城市中水做為循環水補水的循環水系統運行時需注意中水水質問題給循環水系統帶來的影響，并合理使用殺菌、防腐等方法來減少中水對循環水系統的影響。

關鍵詞：中水回用 火力發電廠 預處理 防腐 阻垢

0 引言

隨著世界經濟的高速發展與人口數量的增長，水資源的短缺和水環境的惡化日益明顯，水資源的短缺已成為制約經濟發展和人們生活質量提高的主要問題。在解決這一問題的過程中，水資源的回用已成為發達國家和發展中國家所需要考慮的關鍵問題[1]。

火力發電廠一直在工業企業用水中占有較大的份額，水資源的短缺已經越來越大的制約了火力發電企業的發展，如何節約用水，提高水資源的利用率已成為火力發電廠目前急需解決的問題。開發中水回用就成了解決這一問題的關鍵。在火力發電企業的生產過程中，循環冷卻水消耗占火電廠總耗水量的60%～80％[2]，因此，將城鎮污水處理廠的二級處理水（中水）經過深度處理后作為電廠循環冷卻水的補充水，將會給電力企業帶來較好的經濟效益，同時也會產生良好的環境效益和社會效益。

1 中水回用于火力發電廠對循環冷卻水系統的影響

1.1 中水的水質特點 做為污水處理廠的排放水，中水中的有機物含量和氨氮含量遠高于自然界水質，且油類物質、色度、 磷含量也較高。根據對一些城市中水取樣化驗，中水的含鹽量也比較高，尤其是一些輕化工比較發達的城市，工業廢水存在著直接排入城市排污管網的現象，致使城市污水的含鹽量更高。甚至，一些城市的污水處理廠排水根本達不到二級排放水標準，主要表現在化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮含量和色度值超標。造成其數值超標的原因很多，但主要原因有以下幾種：①設計處理能力偏低或進水的有機物含量、氨氮含量遠遠超過設計數值。②為了降低運行成本，曝氣等動力裝置沒有按要求正常運行。③北方城市冬季低溫抑制了細菌的生長；④設備運行不正常等。

1.2 中水回用對火力發電廠（循環冷卻水系統）的影響 由于中水的上述特點，其應用于火力發電廠對循環冷卻水系統的影響主要體現在以下兩個方面：

1.2.1 腐蝕的多樣化：①氨氮發生亞硝化、硝化反應后產生的酸性腐蝕。②高有機物含量造成細菌大量繁殖后發生的生物腐蝕。③高含鹽量和氨氮含量造成的電化學腐蝕等。這些腐蝕都對循環水系統金屬材料和水泥構件的使用壽命及安全性有著較大的影響。

1.2.2 設備及管道的結垢：①循環冷卻水補水中有機物含量高會促進細菌和藻類的生長，并形成大量粘泥沉積于冷卻塔和換熱設備內，造成系統堵塞和結垢。②較高的鈣、鎂離子在高堿度下可產生難以去除的碳酸鈣等硬垢，影響系統換熱效率。③懸浮物能促進微生物繁殖，產生生物粘泥。④與碳酸鈣硬垢混合形成的泥垢沉積于換熱器表面，影響凝汽器的換熱效果。⑤部分懸浮物可成為鈣、鎂離子的誘發晶核，促進結垢。

2 中水回用于火力發電廠水系統前的預處理

2.1 中水回用深度處理作用 城市污水處理廠的二級生物處理是生化處理，其主要功能是去除污水中的有機物、微生物和懸浮物，而對污水中的硬度、堿度、細菌和重金屬等均無法去除，城市污水處理廠二級處理控制的生化指標只滿足排放標準。因此，電廠使用城市污水處理廠二級處理后的污水還必須進行深度處理。其目的是：①進一步去除殘余的懸浮物和膠體。②進一步去除二級生化處理后殘留的有機物。③去除無機鹽類(如氮、磷、重金屬等)及微生物難以降解的有機物。④去除色素。⑤殺滅細菌及病毒等。

2.2 中水回用深度處理工藝 石灰軟化處理系統作為電廠循環冷卻水的補充水處理早在20世紀50年代就有應用的實例。盡管石灰軟化處理具有運行費用低、不污染自然水體等優點，但由于當時塊狀石灰純度低(40%~60%)，存在排污量大，石灰運輸、裝卸、制乳過程灰塵大， 勞動條件差等問題，使其不受運行人員的歡迎。隨著科技的發展，以及石灰處理系統的不斷改進，經過近20年的努力，石灰處理系統又重新被廣泛使用。用石灰對城市污水進行深度處理，可將大腸桿菌去除99%以上，也可去除污水中部分鈣、鎂、硅、氟，以及有機物和重金屬等[3]。

2.2.1 石灰凝聚澄清處理。石灰處理法是將石灰乳加入水中，與水中的碳酸鹽硬度發生反應，生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀物，以降低水中的硬度和堿度。

2.2.2 過濾作用。混凝澄清池之后設置過濾裝置，目前常用的過濾裝置為變孔隙濾池。

3 氨氮的脫除

3.1 氨氮的危害 在城市污水特別是經二級處理后的污水中，90%以上的氮是以氨的形式存在。工業用水中氨氮的主要危害如下：①在給水消毒和工業循環水殺菌處理時需增大氯的使用量；②對某些金屬，特別是銅，具有腐蝕性，所以在再生水回用于循環冷卻水時，需考慮冷卻設備的腐蝕損害問題；③再生水回用時，水中的氨氮會加速輸水管道和用水設備中微生物繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水設備，同時影響設備換熱效率。

3.2 氨氮的處理 氨氮的去除主要是通過曝氣生化處理完成，為了防止氨氮硝化反應帶來的腐蝕，目前新建電廠的中水處理系統大都在澄清器前設計氨氮曝氣處理裝置（一些電廠因中水油脂類物質含量高還設置了除油裝置）。

4 電廠在使用中水過程中應該注意的幾個問題

經過預處理的城市中水，雖然在各種物質含量上已經大大減少，但作為發電廠循環水補水依舊存在很多的缺點，因此采用中水作為循環水系統補水的發電廠在循環水處理問題上仍要有足夠的重視。中水回用電廠的循環水處理所面臨的主要問題就是防垢、防蝕及殺菌。

4.1 中水回用阻垢工藝 我國北方地區發電廠的循環水濃縮倍率一般控制在3.5以上，而采用中水作為循環水補水的發電廠其循環水濃縮倍率一般在3.0左右，甚至更低。為了穩定水質并有效的提高濃縮倍率，循環水阻垢的主要方法有以下幾種：①加硫酸調pH值+復合水質穩定劑處理。②石灰處理+復合水質穩定劑處理。③弱酸離子交換處理+復合水質穩定劑處理。

4.2 中水回用防蝕措施

4.2.1 凝汽器管材的腐蝕與防護。中水經石灰軟化處理后具有較強的腐蝕性，銅合金管材在中水中會受到嚴重腐蝕，因此采用中水回用的發電廠凝汽器水室一般采用不銹鋼管材。不銹鋼管材的材料類型可以通過電化學試驗進行選擇，即采用經過石灰軟化處理的中水加藥（阻垢劑）濃縮到設計要求的濃縮倍率后，取濃縮水進行不銹鋼管材的選材試驗。

4.2.2 循環水管道的腐蝕與防護。從目前已投產的中水回用發電廠運行情況來看，循環水碳鋼管道（或水泥管道）的腐蝕現象十分明顯，分析其原因主要有以下幾點：①濃縮后的中水含鹽量較高，腐蝕性較強；②采用中水回用的發電廠循環水中有機物含量較高，適合細菌繁殖，細菌繁殖所形成的腐蝕性離子加速了管道的腐蝕；③氨氮硝化反應生成的硝酸和亞硝酸導致循環水pH值下降，使腐蝕現象加劇。

4.2.3 冷卻塔水泥構件的腐蝕與防護。中水回用發電廠冷卻塔水泥構件的腐蝕主要與氨氮在冷卻塔內發生的硝化反應有關。中水石灰軟化處理后循環水中HCO-3的含量被大量消耗，導致循環水對氨氮硝化反應所生成的硝酸和亞硝酸的緩沖作用下降，導致循環水pH值持續下降，從而造成對冷卻塔水泥構件的腐蝕。

4.2.4 工業冷卻水系統的腐蝕與防護。現階段，火力發電廠的工業冷卻水大多數都是采用循環水。當循環水補水為中水時，工業冷卻水系統腐蝕防護主要體現在工業冷卻水管道和冷卻器（如油冷器、空冷器等）兩部分。工業冷卻水管道由于管徑較細防腐施工難度較大，因此建議采用預制成型的襯膠或襯塑管道。工業冷卻器由于無法膠球擦洗系統，且因制造原因無法選擇與凝汽器質地相同的管材，因此系統腐蝕事故的發生率遠遠大于凝汽器等不銹鋼材質設備。

4.3 中水回用電廠的殺菌工藝選擇 城市中水的水質特點決定了循環水系統中細菌滋生情況比自然水體中要嚴重的多，因此選擇合適的殺菌工藝、加強循環水的殺菌處理對于采用中水作為循環水補水的火力發電廠尤為重要。

5 結論

目前，中水回用于發電廠循環補水項目已經在國內逐漸推廣開來，并且取得了一定的效果，同時也暴露出許多的問題。中水回用仍然是一項長期而艱巨的工作，一方面需要在現有中水回用理論基礎上進一步完善和創新，更好的解決現有的問題，并發展新的中水回用技術，為電力行業用戶安全放心使用城市中水創造更好的技術條件；另一方面，要協調好污水處理廠、電廠、政府相關部門之間的利益關系，做到資源的合理分配和利用，充分發揮中水回用的綜合經濟性。

參考文獻：

[1]蔡銀志，唐楚丁.中水回用技術及其前景[J].工業安全與環保， 2006.33(6):16-18.

[2]顧宇桂，朱發根，單葆國.近期電煤供需偏緊的原因分析[J]. 能源技術經濟，2010，22(3):5-9.

[3]趙毅，王曉攀.中水用于電廠循環冷卻水補充水的可行性分析[J].華北電力大學學報，2005，23(3):89-94.