火電廠生活污水回用循環冷卻水的處理方法探討

褚貴祥

摘 要：對火電廠生活污水回用于循環冷卻水的處理方法進行了分析，通過對SBR工藝和氧化溝工藝的比較以及相關問題的分析，表明利用活性污泥法處理火電廠生活污水后可回用于循環冷卻水系統。

關鍵詞：回用；水處理；火電廠

火電廠是工業用水大戶，以一個100萬kW裝機容量的火電廠為例，其年耗水量至少為2000萬m3。目前日益緊張的水資源現狀嚴重制約了火電廠的運行和規劃建設，甚至會影響到其他行業的發展。因此，電廠節水已成為當務之急，一方面應大力推進水的重復利用，另一方面可將電廠生活污水處理后回用。生活污水處理后回用既實現了為電廠用水開辟新水源的目的，又解決了電廠生活污水無法達標排放的難題。

1 城鎮污水廠出水回用于火電廠的現狀

目前已經有電廠將城鎮污水廠的出水就近引入電廠，在電廠進行相應處理后用于沖灰水、冷卻水和雜用水等方面。

在一些缺水國家和地區，生活污水處理后回用于循環冷卻水已經十分普遍。美國的格倫代爾污水再生廠（工藝流程：二級處理污水→濾池→電廠循環冷卻水系統）和伯班克（工藝流程：二級處理污水→濾池→電廠循環冷卻水系統）兩個污水再生廠的出水適度酸化后直接輸送至電廠補充冷卻水系統，已使用約30年，效果較好。美國的帕洛維德核電廠的污水處理工藝相對復雜（工藝流程：二級處理污水→滴濾池→一級澄清池→二級澄清池→濾池→蓄水池→電廠循環冷卻水系統），采用的是石灰軟化法，運轉四年沒有問題，完全符合使用要求。美國亞利桑那州的派拉窩德核電站日回用水量達22萬噸，馬里蘭州的伯利恒鋼鐵公司已成功將28～43萬m3/d的二級處理出水作直流冷卻水達20年之久，近年來又改為循環冷卻方式。日本東京三河島污水處理廠二級出水13.8萬m3/d，經深度處理后供給江東地區408個工廠使用。污水經適當地處理后做電廠冷卻水，采用銅管凝汽器是可行的。不論是采用工藝簡單的過濾酸化法，還是石灰軟化法，都可以達到電廠冷卻水的使用要求[1]。

而我國早期生活污水回用于電廠主要用在沖灰水方面，由于電廠沖灰水對水質要求較低，并且在沖灰的過程中粉煤灰可以發揮吸附、凝聚等作用，在沖灰的同時也處理了生活污水，因此有的電廠甚至用這種方法來處理生活污水，一方面為電廠提供了沖灰用水，另一方面使污水也得到了處理。中水回用的案例在我國的火電工程中已經十分普遍。在邯鄲熱電廠、華能北京熱電廠、衡水電廠均采用了中水回用，將城鎮污水廠二級處理后的污水經石灰深度處理后補充電廠冷卻水系統，并積累了豐富的運行經驗。

2 生活污水回用循環冷卻水的處理方法探討

城鎮污水廠出水具有量大而穩定的特點，而且成本較低，但是對于污水廠出水水質較差或電廠距離污水廠較遠時，這種回用污水廠二級出水的方法并不可取。傳統的污水廠處理工藝不適用于電廠采用，近年來，隨著水處理技術的不斷發展，一些占地少的污水處理工藝比較適合電廠采用。

2.1 SBR工藝

SBR工藝又稱為間歇式活性污泥法，在同一座反應池中完成進水、反應、沉淀、排放和閑置五個步驟，按先后次序運行。其特點為：

①無需二次沉淀池和污泥回流裝置，剩余污泥量大大減少；

②池體結構緊湊，運行操控靈活，可隨時調整運行狀態；

③自動化控制要求較高。

SBR的變形工藝有ICEAS工藝、CASS工藝、DAT-IAT工藝、UNITANK工藝和MSBR工藝，其中的UNITANK工藝最為典型，其特點為：

①將潷水器更換為固定堰，池深增加；

②自控要求相對較低，管理方便；

③通過共用池壁降低造價。

近年來國內也有采用“WT-FG”生物法處理污水。其特點為：

①使用循環噴水曝氣，與傳統的機械曝氣設備相比更加節能，大大增加DO；

②通過培養具有特殊機能的微生物，使其消耗污水中的有機物、氨氮等污染物，凈化污水；

③建設成本和運行費用均較低。

2.2 氧化溝

氧化溝又稱連續循環反應器，它是常規活性污泥法的一種改型和發展，是延時曝氣法的一種特殊形式。

氧化溝的基本類型有四種：

①多溝交替式氧化溝，使用轉刷曝氣器曝氣，交替作為曝氣池和沉淀池，不需要單獨設置二次沉淀池；

②卡羅塞爾式氧化溝（Carrousel），又稱分建式氧化溝，采用表面曝氣機曝氣，需要設置二次沉淀池，與多溝交替式氧化溝相比，溝深較大；

③奧貝爾式氧化溝（Orbal），采用同心圓式的多溝串聯系統，采用曝氣轉盤曝氣，溝深較大，需要設置二次沉淀池；

④一體化式氧化溝，又稱合建式氧化溝，既不需設初沉池也不需單獨設置二沉池，該類型氧化溝同時具有曝氣、沉淀、泥水分離和污泥回流四種功能。

氧化溝工藝的特點為：

①工藝流程簡單，處理效果穩定，運行管理方便；

②出水有機物含量較低，脫氮除磷效果穩定；

③適用于中小規模污水處理工程。

2.3 生活污水回用循環冷卻水處理方法的比較

2.3.1 建設成本：SBR工藝占地較少，用地緊張時應采用SBR工藝，其土建成本低于氧化溝，可是設備成本較高。

2.3.2 當原水有機物濃度較高時（BOD5>150mg/L），應采用氧化溝工藝，此時氧化溝建設成本較低；當原水有機物濃度較低時（BOD5<150mg/L），應采用SBR工藝，此時SBR建設成本較低。

2.3.3 運行費用：氧化溝一般使用機械曝氣裝置，而SBR一般使用鼓風曝氣裝置，后者比前者省電；SBR工藝是變水位運行，在一定程度上減小了泵的揚程，故電耗相應減少。因此，SBR運行費用較低。

2.3.4 SBR工藝對自動控制裝置的要求較高。

2.3.5 有研究表明，氧化溝屬于動態沉淀，SBR屬于靜態沉淀，后者沉淀效率更高，處理效果更好。

2.4 存在的問題

2.4.1 氨氮的影響

城鎮污水處理廠出水中氨氮含量約為20mg/L，HG/T3925-2007《循環冷卻水用再生水水質標準》要求再生水回用于循環冷卻水系統時氨氮濃度應小于15mg/L，所以需要增加脫氮工藝。有研究表明，氨氮會影響循環水系統的pH值。氨氮含量過高，一方面會增加氧化型殺菌劑的消耗量，影響殺菌效果；另一方面氨氮發生硝化反應后會大幅度降低冷卻水的pH，促進有機磷酸和聚磷酸鹽的水解，導致正磷酸鹽的濃度升高，加速了磷酸鈣污垢的形成。特別是水中同時存在氧化劑（如氧化性殺生劑）時，氨氮的存在甚至會導致銅管的腐蝕。

去除氨氮的基本方法有物化法和生化法。物化法包括離子交換、吹脫、化學沉淀、折點氯化、電滲析、電化學處理、催化裂解等。火電廠的循環冷卻水系統的水溫、濕式冷卻塔中循環冷卻水的溶解氧濃度和冷卻塔配水填料為硝化細菌提供了良好的生存環境。所以，火電廠的循環冷卻水系統起到了硝化反應池的作用。對于循環冷卻水量大的電廠，在冷卻塔中采用吹脫法脫氮比較經濟。目前，也有一些新建的機組使用BAF工藝脫氮。

2.4.2 結垢的影響

由于受到污水處理工藝的影響，導致出水中氯離子濃度與硬度的比值變化。故作為循環冷卻水系統補水時，很難判斷是否結垢。循環冷卻水系統阻垢工藝的選擇受到中水深度處理工藝的制約。回用水使用前需按殺菌滅藻要求進行處理。含鹽量較低時可直接回用于工業冷卻水，有必要時需加入阻垢劑。如果原水的氯離子和硬度均高，難以保證阻垢效果，需要脫鹽工藝降低含鹽量（如反滲透或離子交換等），將除鹽水與經過前面處理過的出水混合后引人循環冷卻水系統。

2.4.3 微生物的影響

生活污水經處理后存在有機物含量高和細菌含量高的問題，這種水回用于電廠循環水系統后，黏泥和藻類物質的量會大大增加。如果黏泥在凝汽器管內沉積，會導致循環水局部濃縮并發生結垢現象，黏泥下細菌的繁殖甚至會導致點蝕事故的發生。有研究表明，氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑的聯合使用可以有效地抑止再生水回用電廠循環水系統的細菌繁殖和藻類生長。該方法一方面避免了使用單一一種殺菌劑使細菌產生抗藥性的風險。另一方面氧化性殺菌劑價格低廉，可連續投加，非氧化性殺菌劑價格昂貴，可間歇投加，可大幅降低電廠的殺菌加藥費用。在氧化性殺菌劑中，ClO2的殺菌滅藻效果較好。

參考文獻

[1]任鋒等.污水處理與回用技術赴美日考察報告[J].給水排水，1992.