某電廠再生水深度處理系統問題診斷分析

韓 琳，程勇明，王冬梅，李亞娟，張 杰

（1.濟南山源環?？萍加邢薰?，山東濟南 250011； 2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054；3.華電電力科學研究院有限公司，浙江杭州 310030）

火力發電廠用水量在工業用水中占比較大，節約用水、提高水資源利用率是火力發電廠急需解決的問題〔1-3〕。北方某電廠設計水源為某市污水處理廠再生水，再生水經深度處理后作為全廠循環水和工業水系統補水。再生水深度處理采用曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調節濾料深層濾池過濾工藝。系統自投運至今已近7 a，運行時間較長，設備腐蝕、老化現象嚴重，出水水質與設計值存在較大差距。同時由于存在部分設計缺陷，系統還存在機械加速澄清池出力達不到設計值、污泥脫水系統無法正常運行等問題，以致電廠無法正常使用再生水作為供水水源?；诂F場勘察和綜合分析，擬通過對機械加速澄清池內部結構、底部排泥管路系統，污泥脫水系統和石灰加藥系統進行相應改造，以提高澄清池出力，優化系統出水水質。

1 電廠現有再生水深度處理系統

電廠再生水深度處理站設計處理量為1 600 m3/h（配備2臺澄清池，每臺處理量為800 m3/h），設計采用曝氣生物濾池-石灰混凝-過濾處理工藝進行深度處理，出水加酸調節pH 后作為循環水系統補充水。

現有再生水深度處理系統工藝流程見圖1。

圖1 現有再生水深度處理系統工藝流程Fig.1 Process flow diagram of existing regenerated water advanced treatment system

再生水來水先進入曝氣生物濾池進行生化處理。濾池內設置有羅茨風機對其進行曝氣，通過反洗水泵對曝氣生物濾池進行反洗，并設置反洗風機對其進行氣洗。曝氣生物濾池具有去除懸浮物、COD、BOD、氨氮、有機磷的作用。

曝氣生物濾池的出水進入機械加速澄清池進行石灰混凝處理?；炷巹┻x用聚合硫酸鐵（PFS）、石灰乳、聚丙烯酰胺（PAM）。PFS 為混凝劑，在強烈的攪拌條件下通過混凝反應去除水中污染物；投加的石灰可與水中的碳酸氫根反應生成碳酸鈣結晶；PAM 作為助凝劑可使微小絮體形成較大的絮體便于沉淀分離。石灰混凝處理能夠有效降低水的堿度、硬度和水中非溶解物質濃度等，去除水中較小分子質量的有機膠體和無機膠體。

澄清池出水加入硫酸和殺菌劑后進入調節濾料深層濾池過濾，進一步降低濁度后進入軟化水池。加硫酸的目的是降低澄清池出水pH，防止碳酸鈣在濾池中沉淀；投加殺菌劑能有效殺菌、滅藻，防止微生物滋生。澄清池底部的污泥直接進入污泥濃縮池。污泥經過進一步濃縮，進入后續的離心機進行泥水分離，所產污泥外運填埋，分離出來的濾液連同污泥濃縮池的上清液返回機械加速澄清池。

2 再生水水質

該電廠設計水源為某市污水處理廠再生水，再生水經深度處理后作為全廠循環水和工業水系統補水。對從污水處理廠所取的再生水水樣主要水質指標進行檢測，結果見表1。

表1 再生水水質Table 1 Regenerated water quality

由表1可見，污水處理廠再生水的含鹽量、總硬度、鈣硬度、總堿度等水質指標均較高，超過再生水回用標準，且含有一定量的有機物 。為了確保循環水系統的穩定運行，需要對再生水進行深度處理。再生水深度處理采用1.1 節所述的曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調節濾料深層濾池過濾工藝。深度處理系統正常運行時處理后的清水能滿足冷卻塔補充水的水質要求，也符合《城市污水再生利用 工業用水水質》（GB/T 19923—2005）相關要求〔4〕。

3 現有再生水深度處理系統存在的問題

目前再生水深度處理系統已運行7 a，存在機械加速澄清池出力不足、出水水質差、污泥脫水系統無法正常運行、石灰系統下料堵塞等問題。

3.1 機械加速澄清池系統

機械加速澄清池出力不能達到設計值，原設計單臺機械加速澄清池的出力為800 m3/h，現每臺機械加速澄清池的最大出力為400 m3/h 左右，主要原因如下：

1）局部上升流速過高。圖2 為機械加速澄清池內部圖，澄清池出水堰槽不平整，部分腐蝕嚴重，外圈有污堵現象，出水量極小，中間槽堰出水量大小不一，造成清水區上升流速不均勻，局部上升流速過高。在負荷增長時，泥層擾動，從而造成翻池，使得機械加速澄清池出力大大降低。

圖2 機械加速澄清池內部Fig.2 The interior of the mechanically accelerated clarification tank

2）排泥不暢。澄清池底部采用手動閥門，底部不能自動排泥，污泥回流不均勻，影響上部的分離沉降；另外，排泥不及時容易造成澄清池內泥位過高，提高負荷時出水水質變差。

3）混凝劑投加沒有與來水流量進行聯鎖采用等比例流量加藥。因為混凝劑投加質量濃度變化幅度大，污泥的性質不穩定，從而容易造成澄清池翻池，使得機械加速澄清池出力不能達到設計值，出水水質變差。

3.2 污泥脫水系統

原污泥脫水機設計采用1 臺國產離心式脫水機和1 臺進口離心脫水機，出力均為50 m3/h，目前兩臺離心機已處于長時間停運狀態。污泥脫水系統存在問題主要在以下幾個方面：

1）石灰處理產生的泥渣主要是硬度較大的碳酸鈣顆粒，而離心脫水機耐磨性較差，容易磨損，不適合用于對石灰處理后產生的污泥進行脫水。

2）原系統沒有設計污泥濃縮池，污泥直接進入離心脫水機，其含固率不穩定，在0.5%～3%間浮動。影響含固率的因素有澄清池的排泥方式和水質的波動，澄清池是間歇排泥，污泥密度隨著污泥量的減少而下降〔5〕，隨后污泥量再一次累計，污泥密度會有一定程度上升。離心脫水機要求進料含固率穩定，含固率變化會造成離心機轉動不平衡，易損壞。

3）脫水機由于安裝水平度和鉛垂度的偏差超過允許偏差，造成振動頻繁，內筒與外筒之間掛泥現象嚴重，致使內筒與外筒之間摩擦力增大，設備損壞頻繁，投產至今一直無法正常運轉。

4）進口離心脫水機安全銷經常斷裂，速度傳感器損壞，運行中機械振動大，噪音大，現已停用3 年。

3.3 石灰加藥系統

原石灰加藥系統采用傳統干法石灰計量，包含容積式給料機、石灰溶解攪拌箱、平衡水箱及石灰加藥泵。石灰加藥系統主要存在以下問題：

1）由于石灰出料采用振動方式，容易造成粉料壓實，改變堆積密度和體積，產生拱橋，阻礙出料。由于原計量站無防潮保護投加器，外部空氣含有水分，導致粉料受潮，出現板結，致使石灰粉計量站給料機堵塞嚴重。

2）石灰投加控制采用通過改變石灰粉下料量來改變石灰投加量的方式，相對于原水流量變化有較大滯后，且計量站的投加不精確，無邏輯聯鎖控制。

3）石灰乳加藥管設計管徑較小，管道內大量石灰沉積，致使投加管管道完全被堵塞。加藥管道無沖洗水。

4）石灰給料系統密閉不完善，加藥間粉塵污染嚴重、環境惡劣。

綜上所述，再生水深度處理系統問題主要是因為機械加速澄清池出力不能達到設計值所致，此外污泥脫水系統無法正常運行、石灰系統下料堵塞等也會加劇相應問題。改造既要考慮選取新型成熟的工藝，也要考慮到方便電廠的運行維護管理。

4 再生水深度處理系統改造方案

4.1 機械加速澄清池改造

1）內部結構技術改造。

在清水區加裝斜管〔6〕，斜管長度為1 000 mm，斷面為蜂窩六角形，內徑60 mm，水平傾角為60°，傾斜方向與水流旋轉方向相反，以削減水流速度，使清水區水流更加平穩。增加斜管后，一方面增加了沉淀面積，含有絮體的水在上升途中遇到斜管，絮體附著在斜管壁逐漸沉降下來，返回懸浮泥渣層；另一方面加大了水池過水斷面的濕周，同時減小了水力半徑，在同樣的水平流速時可以大大降低雷諾數，從而減少水的紊動，促進沉淀〔7〕。因此，在澄清池的分離區中加裝斜管可以有效提高出水效率。同時，應增加斜管支架對斜管進行支撐，斜管支架選用角鋼和扁鋼，扁鋼間隙為300 mm，且在水池內應設置成多邊形，防止斜管掉落。

2）底部排泥管路系統改造。

澄清池底部排泥閥改為氣動閥門，并加裝電磁流量計。先根據進水流量累積值〔8〕計算出累積流量所產生的干污泥量，之后通過含固率計算出所產生的污泥量，再根據管道流速計算出排掉污泥所需的時間，最后根據進水流量定期排泥，精確控制排泥時間和排泥量。

4.2 污泥脫水系統改造

污泥脫水系統擬采用板框壓濾機〔9〕，主要改造方案如下：

1）新增2臺板框壓濾機，2臺高壓污泥給料泵，1臺清洗水箱，1臺高壓清洗水泵，1臺壓縮空氣罐，1臺污泥緩沖罐，2臺污泥回流泵。機械加速澄清池污泥通過排泥泵送至污泥濃縮池，通過污泥排放泵打入污泥緩沖罐內，采用污泥回流泵對污泥緩沖罐污泥進行攪拌，通過高壓給料泵將污泥輸送至板框壓濾機，濾液至回收水池，泥餅通過車外運。

2）板框壓濾機配套清洗裝置，清洗過程可全自動進行，清洗壓力高達10 MPa。清洗裝置安裝在壓濾機機身之上，由噴嘴、斜軌和連接管道組成。清洗時沿壓濾機機身方向水平移動，依次將濾布清洗干凈?？梢愿鶕V布臟污程度，對同一塊濾布往復清洗數次。

3）板框壓濾機自帶PLC 柜，需要與原系統連接，壓濾機自控設備包括帶有壓力傳感器的過濾停止控制裝置、濾板自動卸壓裝置、濾布自動高壓清洗裝置。

4.3 石灰加藥系統改造

石灰加藥系統采用濕法石灰加藥，設置2 臺螺旋計量裝置，2 臺石灰乳溶液箱配套攪拌器，2 臺石灰乳循環泵。

將原石灰粉倉錐斗震打裝置拆除，建議在底部安裝破拱刮片喂料機。當料倉料滿時，柔韌刮片會以破拱軸為軸心收卷起來，一旦拱橋開始形成，相應拱橋位置的刮片因受到粉料的壓力減少，甚至遇到空位，即會自動逐步彈直從而破碎拱橋，減少石灰粉倉底部的堵塞。

石灰粉通過計量輸送機定時計量，配制固定濃度的石灰乳溶液投加至機械加速澄清池，石灰乳投加采用大流量循環加調節閥的加藥方式。由于石灰乳含固量高，在調節閥的頻繁動作當中對閥芯的磨損較重，因此石灰乳加藥調節閥閥芯選用特殊陶瓷材質。石灰乳通過渣漿泵投加至機械加速澄清池，采用陶瓷球閥進行開度調節從而控制pH，再通過管道回流至石灰乳溶液箱。

4.4 改造后主要構筑物參數及設備清單

主要構筑物及設備參數見表2。

表2 主要構筑物及設備參數Table 2 Parameters of main structures and equipments

4.5 改造后運行情況

2021 年完成再生水處理系統改造，改造后單臺機械加速澄清池出力可達750 m3/h，冬季水溫較低時，整個系統運行較為穩定，澄清池出力可達700 m3/h。系統出水主要污染物指標滿足GB/T 19923—2005要求。表3 為2021 年12 月、2022 年4 月及2023 年1 月對澄清池出水主要污染物指標的取樣分析結果。

表3 澄清池水質Table 3 Water quality of clarification tank

5 結論及建議

本項目針對電廠再生水深度處理系統存在的問題，分別對機械加速澄清池系統、污泥脫水系統、石灰加藥系統、其余加藥系統及配套系統進行了優化改造，恢復了原系統的使用。建議在此基礎上對再生水進行模擬實驗，優化水質藥劑的種類及最佳投加量，選擇最適宜的工藝及運行參數，進一步提高再生水處理效果。