中水回用于電廠循環冷卻水系統的研究

陳 穎 范傳輝 萬永智 李 倩

在面臨嚴重缺水且大量廢水又造成水體污染的嚴峻形勢下，將二級污水處理廠的排水經過適當的深度處理成為中水而實現回用，是城市污水資源化的一個有效途徑，限制從自然水體的取水量和污染物的總排放量是減輕污染的重要手段。將中水回用于工業冷卻用水具有很好的發展前景，冷卻水用量很大，且先進的冷卻水處理技術對補充水的要求不髙，可實現“近零排放”，所以是再生水的主要用途之一，具有很大的潛力，已受到各界的廣泛關注。但是，工業冷卻用水對水質的要求因工業類型及相關工藝的不同而不同。進入二級污水處理廠的污水中所含工業廢水比例大時往往含有特殊污染物，處理起來又具有一定難度。發電廠是用水大戶，用量最大的系統是循環冷卻水系統和工業冷卻水系統，因此，大力發展發電廠的中水回用技術勢在必行。

一、中水回用的常用處理方法

1.生物處理法

生物處理法是利用微生物的代謝作用除去廢水中有機污染物的一種方法，適用于有機物含量較高的污水。一般采用活性污泥法、接觸氧化法、生物轉盤等生物處理方法。或是單獨使用，或是幾種生物處理方法組合使用，如接觸氧化+生物濾池；生物濾池+活性炭吸附；轉盤+砂濾等流程。這種流程具有適應水力負荷變動能力強、產生污泥量少、維護管理容易等優點。

2.物理化學處理法

物理化學處理法是以混凝沉淀(氣浮)技術及活性炭吸附相結合為基本方式，實現方法主要有廢水離子交換處理法、廢水光氧化處理法、廢水萃取處理法和廢水吸附處理法。物理化學處理法具有占地面積較少、對廢水水量和濃度變化適應性較強、除磷脫氮的效果好、出水水質比較穩定、可除去有害的重金屬離子和管理操作易于自動檢測的優點，但是處理系統的設備費和日常運轉費用較高。

3.膜濾法

膜濾法是在外力的作用下，被分離的溶液以一定的流速沿著濾膜表面流動，溶液中溶劑和低分子量物質、無機離子從高壓側透過濾膜進入低壓側，并作為濾液而排出，而溶液中高分子物質、膠體微粒及微生物等被超濾膜截留，溶液被濃縮并以濃縮形式排出。這種方法適用于水質變化大的情況。特點是裝置緊湊，容易操作，受負荷變動的影響小。

4.膜生物反應器

膜生物反應器是由膜分離技術和傳統的活性污泥法相結合的新型水處理技術，其具有污染物去除率高、設計和操作比較簡單、抗沖擊能力極強、污泥處理費用低等優點。

二、使用中水后循環水存在的主要問題

中水雖然經過了深度處理，但由于處理工藝的局限性，微生物、無機鹽離子、氨氮等雜質含量仍較高，補入循環水系統后，隨著循環水的濃縮，將產生腐蝕、結垢、微生物過量繁殖等不利因素。

1.腐蝕

當水的pH范圍超過6～9（尤其是pH＜6的酸性水），會腐蝕金屬管道設備。循環水中存在大量的氨氮，一方面會消耗大量的氧化性殺菌劑，降低氯的殺菌效果；另一方面氨在硝化菌和亞硝化菌的作用下可使冷卻水的pH值降低，加速緩蝕劑聚磷酸鹽和有機磷酸的水解，增強正磷酸鹽的濃度，加速磷酸鈣垢的生成。同時水中存在氧化劑時，氨會選擇性腐蝕銅質管材，引起腐蝕問題。因此，為了防止腐蝕問題，可以采取降低循環水中氨氮含量、有效殺菌和降低富營養物含量等措施。

2.結垢

循環水冷卻系統中的化學反應能夠形成結垢。循環冷卻水通過凝汽器水溫上升，回到冷卻塔中噴淋散熱，隨著Ca（HCO3）2濃度的升高，在循環過程中會使得水中的一部分HCO33-變成CO32-，同時pH上升，碳酸鈣在水中的量逐漸增多，超過其自身的溶解度，以過飽和的狀態存在于水中。而循環冷卻水要實現高濃縮倍率運行，必須在高含鹽量條件下運行鹽類溶液結垢物質（如CaCO3）的溶解度隨著水溫的上升而下降。水的溫度在傳熱表面或其附近時，大于在大部分系統中的溫度，在這些區域中，某些物質（如CaCO3、SiO2等）的溶解度很小，就趨于沉淀和結垢。為了控制循環水中硬垢的生成，需要采取適當的控制方法，而采用阻垢劑就是其中最常用的方法之一，其通過分散作用低劑量效應和晶格畸變作用等抑制鈣垢。

3.微生物

中水與其他水源不同之處在于，前期處理過程是通過活性污泥法利用細菌分解有機物，進入循環水系統之后，其攜帶的微生物在長期恒定的較高溫度條件下迅速大量滋生，如不加以控制，就會造成菌藻大量繁殖、產生生物粘泥和污垢的現象，對設備產生許多危險因子，會減小凝汽器通流面積，增加水流阻力，降低換熱器的傳熱效率，產生垢下腐蝕，嚴重者造成管材穿孔，設備泄漏。為了能夠減少污泥腐蝕，在對其清潔的時候應該使用專門的殺菌滅藻劑處理。

三、中水回用于循環水系統中緩蝕阻垢的方法

中水經過深度處理后，用作電廠循環冷卻水需要解決的主要問題是系統內管壁的腐蝕、結垢和微生物過量繁殖等問題，這就需要采取適當的措施保證傳熱面不結垢、避免引起換熱面的大面積腐蝕。而解決這一問題的關鍵，需要根據電廠的實際情況選擇合適的緩蝕阻垢劑。在選擇緩蝕阻垢劑時，可以采用掛片腐蝕實驗方法，用試片的質量損失計算出腐蝕率和緩蝕率來對緩蝕阻垢劑的緩蝕效果進行評定。掛片腐蝕實驗方法的具體操作過程如下：將試片固定在旋轉軸葉片上，放入加有緩蝕阻垢劑的水溶液中，在30℃～60℃的溫度下，使試片以0.3～0.5m/s的速度在水中旋轉，旋轉時間在72h以上。待實驗結束后，將試片清洗、干燥和穩重，并且測量尺寸，根據試片質量變化和尺寸的變化來判斷試片的腐蝕情況。通過實驗進行緩蝕阻垢劑的篩選，再結合電廠的實際情況、配方的針對性和加藥量等問題，選擇出最適合的緩蝕阻垢劑。

四、結論

中水回用有利于水資源的節約，有利于生態環境的保護，有利于提高社會的經濟效益等，對于解決水資源短缺問題有著重要的作用。目前，中水回用于電廠循環水項目已經在國內逐漸推廣，并且取得了一定效果，同時也暴露出許多的問題。中水回用仍是一項長期而艱巨的工作，需要在現有理論基礎上進一步完善和創新，更好地解決現有問題，并發展新的中水回用技術，為中水回用創造更好的技術條件