城市中水在火電廠的應用及注意事項

白春會

新疆電力設計院，新疆 烏魯木齊 830000

引言

我國水資源短缺，且空間分布極不均勻，新疆地區尤為嚴重。隨著工業化和城市化的發展，新鮮水量的需求越來越大，同時產生的廢水也越來越多。廢水的排放不僅是水資源的浪費又嚴重污染環境，因此必須對廢水進行回用。火力發電廠屬于傳統意義上的用水大戶，其用水量對所在地區的水資源平衡有很大的影響。當前電力產業政策中對火電廠用水的要求是：在北方地區，新建、擴建電廠禁止取用地下水，嚴格限制取用地表水，鼓勵利用城市污水處理廠的中水或者其他廢水。可以看出，廢水的回用已經上升到了法律的高度，成為了一種強制行為。

中水是指經過城市二級污水處理廠處理，達到《污水綜合排放標準》要求的城市生活污水或者其他廢水。中水實際上仍然屬于污水，區別在于中水是經過處理后排放的污水，水質有了一定程度的改善，但是并不足以直接應用，因此必須進行深度處理后方能應用于電廠。

新疆地區自2009年首次應用中水做為火電廠水源，在節水方面取得了巨大的成效。但由于設計階段與運行階段水質相差較大，首臺應用中水的發電機組投運后出現了超濾污堵以及循環水塔池水泥脫落等問題。

1 中水在新疆某電廠的應用

新疆某電廠于2009年投產，設計水源為河東污水處理廠處理后的中水，備用水源為七道灣污水處理廠處理后中水。污水處理廠的出水水質執行《污水綜合排放標準》的污水二級排放標準，主要指標為 SS≤ 30mg/L， BOD5≤ 30mg/L，CODCr≤100mg/L，磷酸鹽≤3mg/L，氨氮≤10mg/L[1]。中水進入電廠后首先進行深度處理，深度處理后的中水一部分作為循環冷卻水塔池補水，一部分經加熱后作為鍋爐補給水處理水源。中水深度處理流程為：二級處理后的城市污水→調節水池→原水提升泵→石灰處理澄清池→變孔隙濾池→清水池。在澄清池內分別加入石灰乳、聚和硫酸鐵和聚丙烯酰胺，在變孔隙濾池后加入硫酸和二氧化氯用于調節pH和殺菌。

2 中水應用中出現的問題及原因分析

該廠中水深度處理系統于2009年11月正式投入生產。在投產后的第2個月，鍋爐補給水系統的超濾膜即產生了嚴重的污堵，險些造成除鹽水中斷。2010年6月循環水塔池邊緣出現了嚴重的裂縫，部分夯梁水泥出現了大面積的脫落，循環水pH小于7，系統腐蝕嚴重。

2.1 超濾污堵原因分析

2.1.1 該廠超濾設備采用內壓式、死端過濾設備。前期使用自來水作為水源，運行效果良好。改用中水后的第2個月即出現了壓差急劇上升、產水量下降的現象，經過化學加強反洗后并不能減輕污堵。現場將一只超濾膜解體后發現：超濾膜絲內部充滿了紅黃色相間的絮狀物。經過分析后得出該絮狀物為中水深度處理所加入的聚合硫酸鐵和水中懸浮物凝聚產生的絮凝物質。

2.1.2 設計水質和實際運行階段水質相差太大。工程設計階段中水水質較好，但是在工程建設階段該地區新建了一座化肥廠，同時農業灌溉產生的農田退水也進入該市污水處理廠，造成了污水處理廠的處理能力嚴重不足，經污水處理廠處理后排放的中水COD和氨氮嚴重超標，COD最高可達300～500mg/L，而氨氮最高可達60mg/L。

2.1.3 由于設計階段中水水質較好，經過論證后取消了曝氣生物濾池的設計。眾所周知，曝氣生物濾池在中水處理中對COD的去除起非常關鍵的作用[2]。機組投運后由于來水COD含量發生變化，原來的設備對COD去除能力有限，因此中水經過深度處理后COD濃度仍然達到了60～100mg/L，如此高濃度的COD對超濾系統正常運行造成了嚴重的污堵，是本廠超濾發生污堵的最主要原因。

2.1.4 絮凝劑加入量過大。本廠中水深度處理系統采用EPC總包模式，總包單位在確定絮凝劑加入量時并未進行小型試驗，只是按照經驗數值進行了修訂，造成實際加入量要遠大于理論最佳加入量。澄清池調試階段發現清水區有極細小的礬花隨著集水槽流入后續的變孔隙濾池，說明加藥量偏高。這個問題在調試前期已經有所體現并對加藥量進行了調整，但從污堵的現象來看，加藥量仍然偏高。

2.1.5 運行管理不嚴格。部分運行人員并未按照運規進行操作，甚至擅自延長運行時間或者不按照規定的運行周期進行加強反洗，造成超濾膜污堵越來越嚴重，最終無法正常制水運行。

2.2 循環水塔池裂縫原因分析

2.2.1 取樣對塔池中循環水進行全分析。部分結果如下：pH6.7，硫酸根1200mg/L，硝酸根130mg/L。循環水系統在正常運行情況下塔池內的pH一般在8-9之間，當pH低于7時循環水管道以及塔池內的金屬部件會發生比較嚴重的腐蝕。本廠的硫酸根和硝酸根濃度較高，根據《工業建筑防腐蝕設計規范》，該廠如此濃度的硫酸根對塔池內水泥已經構成了中度侵蝕。

2.2.2 pH低的原因分析：該廠并未設計氨氮去除設備，中水經深度處理后氨氮并不達標，基本穩定在20mg/L～35mg/L之間。當循環水中的硝化細菌處于高數量級時，水中的氨氮將發生硝化反應生成硝酸，造成水中pH大幅度降低，同時水中硝酸根離子濃度大幅度升高。

2.2.3 硫酸根離子濃度高的分析。循環水運行時控制濃縮倍率為3左右，深度處理后中水的硫酸根為200mg/L，這兩者的乘積只有600mg/L，但是塔池內循環水中硫酸根濃度為1200mg/L。對中水處理系統進行分析后發現，在變孔隙濾池后加入硫酸以中和絮凝過程中加入的過量石灰，而這項操作實際上增加了出水中的硫酸根濃度，是造成塔池內硫酸根濃度高的主要原因。

2.2.4 水泥脫落的原因分析。在已硬化的水泥類材料中，硫酸鹽與水泥有兩種反應。第一種反應是硫酸鹽與水泥水化物中的鋁酸鈣作用，生成硫鋁酸鈣，其結晶物含有31個結晶水，固相體積較反應前的物質體積增加227%；第二種反應是硫酸鹽與水泥水化物中的氫氧化鈣產生反應，生成石膏，固相體積較反應前的物質體積增加124%。這些反應產物存在于已硬化的水泥類材料構架中，將產生很大的膨脹壓力。若超過了水泥類材料的抗拉強度，則使其開裂破壞，喪失結構性能。當介質中所含的硫酸根離子較多時，表現為石膏型腐蝕；當介質中所含的硫酸根離子較少時，則表現為硫鋁酸鈣型腐蝕。本廠硫酸根離子濃度較高，屬于石膏型腐蝕。

3 解決辦法

3.1 針對超濾污堵的問題，采用了以下解決辦法。

3.1.1 本廠超濾污堵主要是由于高濃度的COD和過量的聚合硫酸鐵生成的聚合物堵塞超濾膜絲所致。在增設曝氣生物濾池不能實現的情況下，最終在中水站變孔隙濾池和超濾保安過濾器前增設雙濾料過濾器，以進一步去除水中的COD和細小絮凝體。

3.1.2 補充完成混凝小型試驗，確定聚合硫酸鐵最佳加藥量為15mg/L～25mg/L。并要求運行人員嚴格根據進水流量進行調整。

3.1.3 嚴格運行管理。嚴格要求運行人員按照超濾設備運行時間進行定期反洗和加強化學反洗，并將化學加強反洗中的浸泡時間由300秒延長至600秒，并延長浸泡后的沖洗時間由30秒至60秒。

3.2 針對循環水塔池出現的問題，采用了如下解決辦法。

3.2.1 機組檢修期間將脫落的水泥進行修補，并將塔池內緣裸露的水泥全部涂刷環氧樹脂進行防腐。

3.2.2 取消變孔隙濾池后的加硫酸工藝。塔池補水由于氨氮含量較高，在塔池內將發生硝化反應使循環水pH降低。取消加硫酸工藝，一方面可以使塔池補水以較高的pH進入塔池，對硝化反應產生的硝酸具有一定的中和作用，另外一方面將降低補水中的硫酸根離子濃度，減輕硫酸鹽對水泥的侵蝕作用。

3.2.3 定期檢測循環水中硝化細菌數量，發現有升高的趨勢后及時投加非氧化性殺菌劑進行沖擊殺菌，保證硝化細菌的數量處于低數量級。

4 結語

4.1 中水水質由于變化較大，在設計階段應充分考慮水質變化后設備的適應能力，尤其是中水深度處理工藝的選擇，必須要有一定的設計余量。

4.2 中水經混凝澄清處理后，一定要設計曝氣生物濾池以保證出水COD達標，同時要嚴格進行混凝小型試驗，確定最佳混凝劑和助凝劑的投加量。

4.3 中水深度處理應充分考慮氨氮的去除。新疆地區經濟結構單一，以農業經濟為主，因此廢水中氨氮含量普遍偏高，應采取生物脫氮或者氨的氣提方式降低氨氮濃度。

4.4 超濾設備應選擇抗污染、高通量的設備，運行方式建議采用外壓式、錯流過濾方式。

4.5 嚴格運行管理，嚴格設備運行操作。

[1]污水綜合排放標準（GB8978-1996）

[2]中水回用技術及工程實例