中水回用技術在垃圾焚燒發電廠的應用

谷占軍

（原陽縣康恒環保能源有限公司，河南 新鄉 453000）

水資源是社會經濟可持續發展、維系生態平衡與和諧環境的基礎，在水資源緊缺的北方地區，工業用水不僅受用水成本的影響，還受水源供應穩定性的限制。生活垃圾焚燒發電廠生產用水量較大，而且對水質的要求高。市政中水回用可以降低用水成本，緩解水資源緊缺，同時可以促進污水的資源化利用，新常態下受到工業生產企業的廣泛關注。市政中水是指經城鎮污水處理廠處理后的出水，一般作為電廠循環冷卻水系統的補水，近年來作為電廠鍋爐補給水水源已成為趨勢。某垃圾焚燒發電廠探索采用市政中水代替地表水作為生產用水的水源，將處理后的市政中水用作生產過程的工業用水、循環水系統補充水和鍋爐補給水，取得良好的應用效果。

1 工程概況

該生活垃圾焚燒發電項目于2019年6月投產運行，日處理生活垃圾1 200 t，配置2 臺600 t/d 的機械爐排焚燒爐、1 臺30 MW 的凝汽式汽輪機和1 臺30 MW 的發電機組，年利用小時數為8 000 h。該項目采用市政生活污水處理廠的尾水（簡稱市政中水）作為生產用水的水源，以市政自來水作為備用水源，采用多介質過濾器-活性炭過濾器-反滲透（RO）裝置（中水處理車間）+一級反滲透（RO）裝置-二級反滲透（RO）裝置-EDI 精處理裝置（化水處理車間）的處理工藝，根據生產實際需要，該項目設中水處理車間和化水處理車間兩個水處理車間，中水處理車間出水滿足工業用水、循環水補充水和化水車間除鹽水制備用水對水質的要求，濃水采用調節池+軟化加藥+砂濾+超濾+反滲透的處理工藝進行凈化處理；化水處理車間制備的除鹽水用作鍋爐補給水系統的補水，濃水排至定排降溫池后補充至循環水系統。

2 工藝流程

中水處理車間和化水處理車間各平行布置兩套水處理設備，互為備用，并可以同時啟停，滿足供水量增大的需求。多介質過濾器和活性炭過濾器主要用于去除原水中的懸浮物、膠體和有機物等雜質，為后續的脫鹽處理提供滿足濁度要求的進水；化水處理車間配置EDI 精處理裝置，對中水處理車間來水進行再次精脫鹽處理，工藝流程如圖1 所示。

圖1 工藝流程

2.1 市政中水水質分析

生活污水處理廠尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準，從主要指標來看，尾水的標準允許排放濃度及中水原水實測值如表1 所示。

表1 污水處理廠尾水允許排放濃度和中水原水實測值對比

2.2 多介質過濾器

多介質過濾器的濾料從頂部往下依次為無煙煤、小顆粒石英砂、中顆粒石英砂和大顆粒石英砂。含有懸浮物顆粒的市政中水與添加的絮凝劑（聚合氯化鋁）混合后形成膠體顆粒，當膠體顆粒流過多介質過濾器的濾料層時，其被濾料縫隙吸附，多介質過濾器完成對泥沙、懸浮物和膠體等雜質以及藻類等生物的截留。

2.3 活性炭過濾器

活性炭過濾器內裝有優質果殼活性炭，用以去除水中的異味、膠體、色素和重金屬離子等雜質，為后續反滲透處理單元提供符合水質要求的進水。多介質過濾器和活性炭過濾器被合稱為預處理系統，預處理系統運行受中間水箱液位控制，實現自動啟停，為后續反滲透裝置運行不間斷供水。

2.4 反滲透裝置

中水處理車間平行配置2 套反滲透裝置，每套配備12 支壓力外殼，按2 ∶1 方式排列，每個壓力外殼內裝有6 支復合膜，共計144 支膜，每套反滲透裝置設計出力為50 m/h。化水處理車間平行設置兩套二級反滲透裝置，每套一、二級反滲透裝置各配備5 支壓力外殼，一字排列，每支壓力外殼內裝有6 支反滲透膜，共計60 支膜元件。反滲透裝置的設計脫鹽率和設計回收率如表2 所示。

表2 反滲透裝置的脫鹽率和回收率

2.5 EDI 裝置

該項目配備2 套EDI 裝置，共計10 個模塊，每個模塊設計出力為5 m/h，合計出力為2×25 m/h。EDI 裝置以穩定的直流電為電源，設電源過載保護功能，波動范圍為1%～5%，通常操作條件下的電壓和電流可以調節，再生條件下電流隨進水電導率變化而變化。EDI 裝置設計產水電導率≤0.2 μS/cm （25 ℃），回收率≥90%。模塊操作運行時的進水水質要求如表3 所示。

表3 EDI 裝置進水水質要求

2.6 其他附屬構筑物

該項目地處北方地區，冬季氣溫較低。膜系統化學清洗裝置，絮凝劑、還原劑、阻垢劑和殺菌劑加藥裝置等附屬構筑物及其他主要設備均設置在室內，為保證膜系統穩定運行，中水處理車間冬季供暖?；幚碥囬g阻垢劑、pH 調節劑和氨水加藥裝置，紫外線殺菌裝置等附屬構筑物及其他主要設備均設置在室內。

3 實際運行效果

3.1 水質監測情況

該項目的長周期運行監測顯示，鍋爐補給水的電導率、鈉離子、二氧化硅、硬度等主要監測指標穩定，滿足工業用水、循環水系統補水和鍋爐補給水對水質的要求，鍋爐汽水系統無結垢和積鹽跡象。水質具體指標如表4 所示。

表4 中水產水設計值、實測值與二級反滲透及EDI 實測值對比

3.2 制水成本測算

中水回用后可以作為生產用水及鍋爐補水，其間可以利用中水原水制備除鹽水，其主要成本包括藥劑費、電費等，設備折舊、保養維修費用不計算在內。中水處理車間制水成本如表5 所示，化水處理車間制備除鹽水的成本如表6 所示（表5、表6 中藥劑單價為市場參考價），電價以垃圾焚燒發電廠上網電價（標桿電價+政府補貼）為參考。

表5 中水處理車間制水成本測算

表6 化水處理車間制水成本測算

該項目工業用水和循環水補充水為中水處理車間產水，由表5 可知，其制水成本約為1.664 元/m， 鍋爐補給水的制水成本為中水處理車間制水成本與化水處理車間除鹽水制水成本之和，綜合表5 和表6 可知，其制水成本約為3.638 元/m。

4 效益分析

該項目工業用水和循環冷卻水系統的年平均日補充水量為2 060 m，鍋爐補充水的年日均補水量為100 m，若使用自來水作為生產水源，預計年取水量約80 萬m；按照當地自來水單價3.50 元/m，中水處理車間制水成本1.664 元/m計算，預計企業每年可節約146 萬余元，經濟效益顯著。該項目每年取用中水量約為130 萬m，按照《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）一級A 標準的允許排放濃度計算，每年可減少直接排入自然水體的化學需氧量65 t、氨氮6.5 t，環境效益明顯。

5 結論

采用“市政中水+熱交換器+多介質過濾器+活性炭過濾器+反滲透+一級反滲透+二級反滲透+EDI 精處理”的組合工藝，將處理后的市政中水作為生活垃圾焚燒發電廠工業用水和鍋爐補充水的水源，在擴大中水回用規模、減少污水排放的同時，可以為垃圾焚燒發電廠提供水質穩定、水量充足的水源，這是實現污水資源化的重要途徑，在有效節約地表水資源的同時，降低了企業運行成本。該項目生產用水模式的成功實踐為水資源緊缺的北方地區垃圾焚燒發電企業的用水水源選擇提供了參考，在國家大力發展循環經濟的大背景下，具有現實意義。