城市再生水作為電廠工業用水水源處理方案探討

霰景剛（華電萊州發電有限公司，山東　萊州　261441）

城市再生水作為電廠工業用水水源處理方案探討

霰景剛
（華電萊州發電有限公司，山東萊州261441）

摘要:論述了采用城市再生水作為電廠鍋爐補給水和輔機冷卻水水源處理方案。根據再生水水質，同時結合鍋爐補給水系統和輔機冷卻水的水質要求，通過技術經濟比較，確定低濁度、低含量有機物再生水采用石灰軟化過濾深度處理方案。

關鍵詞:堿度;氨氮;石灰軟化;MBR;技術經濟比較

1　前言

火力發電廠一直是工業用水大戶，其耗水量約占工業用水量20%左右。為了能充分的利用城市污水資源，又能保證電廠用水系統安全、經濟的運行，需對城市再生水深度處理工藝進行充分研究，探尋一種技術成熟、運行方便廉價的工藝方案。

城市污水中含有的主要污染物為：有機物、微生物、懸浮物、硬度、堿度、細菌和重金屬等，城市污水要作為電廠工業用水，必須首先在城市污水處理廠進行二級生物處理，主要功能是去除污水中的有機物、微生物和懸浮物，然后在電廠內進一步作深度處理。深度處理也叫三級處理，是進一步去除常規二級處理所不能完全去除的污水雜質的凈化過程[1]。深度處理的主要作用是：

（1）去除污水中含有的高濃度BOD、COD和氨氮；（2）進一步去除殘余的懸浮物和膠體；（3）進一步去除二級生化處理后殘留的有機物；（4）去除色素；（5）殺滅細菌及病毒等；

經過城市污水處理廠二級處理后水質需達到二級排放標準，水中含有的主要污染物為懸浮物、BOD、COD和氨氮（懸浮物＜30mg/L、BOD5＜30mg/L、CODCr＜120mg/L及NH3-N＜30mg/L），針對此工況下水質，來探求一種合理的處理工藝以滿足城市再生水作為電廠工業用水水源的要求。

2　氨氮的影響

水中的氨氮本身對無銅系統不產生危害，但在合適的溫度、足夠的氧源及有充分停留時間的條件下，冷卻水中易生成硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌），在硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌）的作用下，氨氮將產生硝化反應生成硝酸而消耗水中的堿度，使水的pH值降低造成對系統的危害，經計算每1mg/LNH3-N全部轉化成NO3-需要消耗7.14mg/L（以CaCO3計）亦即0.143mmol/L的堿度；同時氨氮是微生物的養料，微生物的繁殖將產生生物粘泥附著在換熱面上降低熱效率[2]。

2.1氨氮對輔機冷卻水系統的影響

輔機機力通風塔內的水環境正好具備生成硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌）的條件，如果不采取適當措施，冷卻水系統勢必生成硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌）而使氨氮產生硝化反應。若水中的堿度不足以消除硝化過程所產生的酸度，將使輔機冷卻水系統產生嚴重的酸腐蝕。因此，對補充水中氨氮采取適當措施以防止其對輔機冷卻水系統產生危害是非常必要的。

可采取的方法之一是將水中的氨氮在進入輔機冷卻水系統之前進行硝化反應將其轉化為硝酸鹽（亞硝酸鹽）類，如曝氣生物濾池、MBR（膜生物反應器）等工藝方法。

可采取的另一種方法是向冷卻水系統中加氧化劑，破壞硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌）的生存環境，使氨氮的硝化反應無法發生，從而維持了冷卻水系統pH值，同時冷卻水系統中的機力通風塔對氨氮有很好的曝氣吹脫效果，吹脫作用符合氣液兩相平衡的亨利定律，從而維持冷卻水的氨氮含量為定值。向冷卻水中加氧化劑，不但硝酸鹽菌（或亞硝酸鹽菌）無法生存，其它種類的微生物同樣無法生存，從而防止生物粘泥的產生。當采用次氯酸鈉作為氧化劑時，次氯酸鈉首先與氨氮產生反應生成胺的氯化物，只有反應過了折點時，剩余的次氯酸鈉才起到氧化殺菌作用，因此，當冷卻水中含有氨氮時，采用次氯酸鈉作為氧化劑不合適。而氧化劑二氧化氯不僅氧化性強，殺菌效果好，且不與氨氮反應，是含有氨氮冷卻水殺菌劑的合適選擇。

2.2氨氮對鍋爐補給水水質的影響

鍋爐補給水的水源采用經過深度處理的再生水，如果再生水深度處理系統未將氨氮除去，在經過鍋爐補給水處理系統一系列措施處理后，仍有微量的氨氮殘留在除鹽水中而進入熱力系統，但其不會對熱力系統產生危害，因為凝結水、給水就采用加氨調pH，以防止熱力系統腐蝕。所以鍋爐補給水處理對氨氮沒有特殊要求，不影響對再生水深度處理方案的選擇。

表1　技術對比表

3　再生水深度處理方案的選擇

某電廠2×660MW超臨界間接空冷機組，采用城市污水處理廠的城市再生水作為鍋爐補給水和輔機冷卻水水源，系統設計出力為350t/h。

其水源水質有以下主要特點：

（1）硬度為4.22mmol/L，堿度為5.71mmol/L，屬負硬水;（2）氨氮（NH3-N）含量較高：53.9mg/L;（3）懸浮物：78mg/L，超出GB50050-2007《工業循環冷卻水處理設計規范》中規定間冷開式冷卻水補充水的水質要求;（4）CODCr：50mg/L及BOD5：22mg/L均超出GB50050-2007《工業循環冷卻水處理設計規范》中規定間冷開式冷卻水補充水的水質要求。

要求對再生水進行深度處理應達到以下目標：

（1）降低再生水中碳酸鹽硬度，達到降低輔機冷卻水系統及鍋爐補給水處理系統中反滲透濃水側的結垢傾向（2）降低氨氮對輔機冷卻水系統的影響（3）降低再生水中懸浮物，以滿足輔機冷卻水系統及鍋爐補給水處理系統對進水水質的要求。

3.1方案選擇

根據對氨氮的影響分析、再生水深度處理的目的，并結合鍋爐補給水的處理工藝，針對本工程在技術上可行的再生水深度處理方案有二種：方案一：石灰軟化處理工藝；方案二：MBR處理工藝

3.1.1技術比較

方案一：石灰軟化處理工藝。工藝簡要流程為：污水廠來再生水→機械攪拌加速澄清池(加熟石灰、凝凝劑、助凝劑、二氧化氯)→PCF纖維過濾器→軟水池→各用水點。石灰軟化處理工藝不僅能降低碳酸鹽硬度（硬度和堿度同時降低）；通過加二氧化氯殺菌劑，還可以除去約80%COD、約100%BOD；同時在石灰處理的高pH環境下，將有部分氨氮轉化為NH3從澄清池水面溢出而得到除去；懸浮物含量降至約1mg/L。采用本方案時，輔機冷卻水配合加二氧化氯殺菌劑，破壞輔機冷卻水系統的微生物生存環境，可確保機組的安全運行。

方案二：。主要工藝流程為：污水廠來再生水→MBR(膜生物反應器)→各用水點。MBR處理工藝是通過硝化反應將氨氮轉化為硝酸鹽（或亞硝酸鹽），并將水中的碳酸鹽硬度轉化為非碳酸鹽硬度（僅降低了堿度，未降低硬度）；COD及BOD約除去80%；同時通過超濾膜除去水中的懸浮物，其出水的SDI滿足鍋爐補給水處理系統反滲透的進水水質要求。技術對比表見表1。

3.1.2經濟比較

對方案一和方案二從基建費用、運行費用、折舊費等方面進行比較，年利用小時數按5500h，比較結果見表2[3]。

由表2可知，方案一比方案二節省投資約400萬元，節省年運行費約23.25萬元，因此，方案一的經濟性明顯優于方案二。

4　結論

（1）城市再生水殺菌處理只能采用二氧化氯殺菌;（2）城市再生水處理工藝核心為防止硝化反應或去除硝化反應生成物質防止腐蝕;（3）城市再生水來水滿足二級排放標準時，根據GB50050-2007《工業循環冷卻水處理設計規范》中規定輔機冷卻水補充水的水質要求進行計算時，石灰軟化過濾法成本比常規生物膜法的成本要低，亦可滿足電廠鍋爐補給水及輔機冷卻水補水水質要求。

綜合考慮低濁度、低含量有機物再生水采用石灰軟化過濾深度處理方案較優。

參考文獻：

[1]張忠波,陳呂軍.胡紀萃新型曝氣生物濾池—BIOSTYR[J]. 中國給水排水,北京:化學工業出版社，2000(06)．

[2]周本省.工業水處理技術[M].北京:化學工業出版社,2002(05).

[3]崔玉川,劉振.城市污水廠處理實施設計計算[S].化工工業出版社,2008(05).

作者簡介:霰景剛（1971-）,男,山東臨朐人，本科，高級工程師,研究方向：水電廠處理。