城市中水在火電廠的應(yīng)用及注意事項(xiàng)

白春會(huì)

新疆電力設(shè)計(jì)院，新疆 烏魯木齊 830000

引言

我國(guó)水資源短缺，且空間分布極不均勻，新疆地區(qū)尤為嚴(yán)重。隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，新鮮水量的需求越來(lái)越大，同時(shí)產(chǎn)生的廢水也越來(lái)越多。廢水的排放不僅是水資源的浪費(fèi)又嚴(yán)重污染環(huán)境，因此必須對(duì)廢水進(jìn)行回用?；鹆Πl(fā)電廠屬于傳統(tǒng)意義上的用水大戶，其用水量對(duì)所在地區(qū)的水資源平衡有很大的影響。當(dāng)前電力產(chǎn)業(yè)政策中對(duì)火電廠用水的要求是：在北方地區(qū)，新建、擴(kuò)建電廠禁止取用地下水，嚴(yán)格限制取用地表水，鼓勵(lì)利用城市污水處理廠的中水或者其他廢水?？梢钥闯觯瑥U水的回用已經(jīng)上升到了法律的高度，成為了一種強(qiáng)制行為。

中水是指經(jīng)過(guò)城市二級(jí)污水處理廠處理，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》要求的城市生活污水或者其他廢水。中水實(shí)際上仍然屬于污水，區(qū)別在于中水是經(jīng)過(guò)處理后排放的污水，水質(zhì)有了一定程度的改善，但是并不足以直接應(yīng)用，因此必須進(jìn)行深度處理后方能應(yīng)用于電廠。

新疆地區(qū)自2009年首次應(yīng)用中水做為火電廠水源，在節(jié)水方面取得了巨大的成效。但由于設(shè)計(jì)階段與運(yùn)行階段水質(zhì)相差較大，首臺(tái)應(yīng)用中水的發(fā)電機(jī)組投運(yùn)后出現(xiàn)了超濾污堵以及循環(huán)水塔池水泥脫落等問(wèn)題。

1 中水在新疆某電廠的應(yīng)用

新疆某電廠于2009年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)水源為河?xùn)|污水處理廠處理后的中水，備用水源為七道灣污水處理廠處理后中水。污水處理廠的出水水質(zhì)執(zhí)行《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的污水二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，主要指標(biāo)為 SS≤ 30mg/L， BOD5≤ 30mg/L，CODCr≤100mg/L，磷酸鹽≤3mg/L，氨氮≤10mg/L[1]。中水進(jìn)入電廠后首先進(jìn)行深度處理，深度處理后的中水一部分作為循環(huán)冷卻水塔池補(bǔ)水，一部分經(jīng)加熱后作為鍋爐補(bǔ)給水處理水源。中水深度處理流程為：二級(jí)處理后的城市污水→調(diào)節(jié)水池→原水提升泵→石灰處理澄清池→變孔隙濾池→清水池。在澄清池內(nèi)分別加入石灰乳、聚和硫酸鐵和聚丙烯酰胺，在變孔隙濾池后加入硫酸和二氧化氯用于調(diào)節(jié)pH和殺菌。

2 中水應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題及原因分析

該廠中水深度處理系統(tǒng)于2009年11月正式投入生產(chǎn)。在投產(chǎn)后的第2個(gè)月，鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的超濾膜即產(chǎn)生了嚴(yán)重的污堵，險(xiǎn)些造成除鹽水中斷。2010年6月循環(huán)水塔池邊緣出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂縫，部分夯梁水泥出現(xiàn)了大面積的脫落，循環(huán)水pH小于7，系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重。

2.1 超濾污堵原因分析

2.1.1 該廠超濾設(shè)備采用內(nèi)壓式、死端過(guò)濾設(shè)備。前期使用自來(lái)水作為水源，運(yùn)行效果良好。改用中水后的第2個(gè)月即出現(xiàn)了壓差急劇上升、產(chǎn)水量下降的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)化學(xué)加強(qiáng)反洗后并不能減輕污堵?，F(xiàn)場(chǎng)將一只超濾膜解體后發(fā)現(xiàn)：超濾膜絲內(nèi)部充滿了紅黃色相間的絮狀物。經(jīng)過(guò)分析后得出該絮狀物為中水深度處理所加入的聚合硫酸鐵和水中懸浮物凝聚產(chǎn)生的絮凝物質(zhì)。

2.1.2 設(shè)計(jì)水質(zhì)和實(shí)際運(yùn)行階段水質(zhì)相差太大。工程設(shè)計(jì)階段中水水質(zhì)較好，但是在工程建設(shè)階段該地區(qū)新建了一座化肥廠，同時(shí)農(nóng)業(yè)灌溉產(chǎn)生的農(nóng)田退水也進(jìn)入該市污水處理廠，造成了污水處理廠的處理能力嚴(yán)重不足，經(jīng)污水處理廠處理后排放的中水COD和氨氮嚴(yán)重超標(biāo)，COD最高可達(dá)300～500mg/L，而氨氮最高可達(dá)60mg/L。

2.1.3 由于設(shè)計(jì)階段中水水質(zhì)較好，經(jīng)過(guò)論證后取消了曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)。眾所周知，曝氣生物濾池在中水處理中對(duì)COD的去除起非常關(guān)鍵的作用[2]。機(jī)組投運(yùn)后由于來(lái)水COD含量發(fā)生變化，原來(lái)的設(shè)備對(duì)COD去除能力有限，因此中水經(jīng)過(guò)深度處理后COD濃度仍然達(dá)到了60～100mg/L，如此高濃度的COD對(duì)超濾系統(tǒng)正常運(yùn)行造成了嚴(yán)重的污堵，是本廠超濾發(fā)生污堵的最主要原因。

2.1.4 絮凝劑加入量過(guò)大。本廠中水深度處理系統(tǒng)采用EPC總包模式，總包單位在確定絮凝劑加入量時(shí)并未進(jìn)行小型試驗(yàn)，只是按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)值進(jìn)行了修訂，造成實(shí)際加入量要遠(yuǎn)大于理論最佳加入量。澄清池調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)清水區(qū)有極細(xì)小的礬花隨著集水槽流入后續(xù)的變孔隙濾池，說(shuō)明加藥量偏高。這個(gè)問(wèn)題在調(diào)試前期已經(jīng)有所體現(xiàn)并對(duì)加藥量進(jìn)行了調(diào)整，但從污堵的現(xiàn)象來(lái)看，加藥量仍然偏高。

2.1.5 運(yùn)行管理不嚴(yán)格。部分運(yùn)行人員并未按照運(yùn)規(guī)進(jìn)行操作，甚至擅自延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間或者不按照規(guī)定的運(yùn)行周期進(jìn)行加強(qiáng)反洗，造成超濾膜污堵越來(lái)越嚴(yán)重，最終無(wú)法正常制水運(yùn)行。

2.2 循環(huán)水塔池裂縫原因分析

2.2.1 取樣對(duì)塔池中循環(huán)水進(jìn)行全分析。部分結(jié)果如下：pH6.7，硫酸根1200mg/L，硝酸根130mg/L。循環(huán)水系統(tǒng)在正常運(yùn)行情況下塔池內(nèi)的pH一般在8-9之間，當(dāng)pH低于7時(shí)循環(huán)水管道以及塔池內(nèi)的金屬部件會(huì)發(fā)生比較嚴(yán)重的腐蝕。本廠的硫酸根和硝酸根濃度較高，根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》，該廠如此濃度的硫酸根對(duì)塔池內(nèi)水泥已經(jīng)構(gòu)成了中度侵蝕。

2.2.2 pH低的原因分析：該廠并未設(shè)計(jì)氨氮去除設(shè)備，中水經(jīng)深度處理后氨氮并不達(dá)標(biāo)，基本穩(wěn)定在20mg/L～35mg/L之間。當(dāng)循環(huán)水中的硝化細(xì)菌處于高數(shù)量級(jí)時(shí)，水中的氨氮將發(fā)生硝化反應(yīng)生成硝酸，造成水中pH大幅度降低，同時(shí)水中硝酸根離子濃度大幅度升高。

2.2.3 硫酸根離子濃度高的分析。循環(huán)水運(yùn)行時(shí)控制濃縮倍率為3左右，深度處理后中水的硫酸根為200mg/L，這兩者的乘積只有600mg/L，但是塔池內(nèi)循環(huán)水中硫酸根濃度為1200mg/L。對(duì)中水處理系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，在變孔隙濾池后加入硫酸以中和絮凝過(guò)程中加入的過(guò)量石灰，而這項(xiàng)操作實(shí)際上增加了出水中的硫酸根濃度，是造成塔池內(nèi)硫酸根濃度高的主要原因。

2.2.4 水泥脫落的原因分析。在已硬化的水泥類(lèi)材料中，硫酸鹽與水泥有兩種反應(yīng)。第一種反應(yīng)是硫酸鹽與水泥水化物中的鋁酸鈣作用，生成硫鋁酸鈣，其結(jié)晶物含有31個(gè)結(jié)晶水，固相體積較反應(yīng)前的物質(zhì)體積增加227%；第二種反應(yīng)是硫酸鹽與水泥水化物中的氫氧化鈣產(chǎn)生反應(yīng)，生成石膏，固相體積較反應(yīng)前的物質(zhì)體積增加124%。這些反應(yīng)產(chǎn)物存在于已硬化的水泥類(lèi)材料構(gòu)架中，將產(chǎn)生很大的膨脹壓力。若超過(guò)了水泥類(lèi)材料的抗拉強(qiáng)度，則使其開(kāi)裂破壞，喪失結(jié)構(gòu)性能。當(dāng)介質(zhì)中所含的硫酸根離子較多時(shí)，表現(xiàn)為石膏型腐蝕；當(dāng)介質(zhì)中所含的硫酸根離子較少時(shí)，則表現(xiàn)為硫鋁酸鈣型腐蝕。本廠硫酸根離子濃度較高，屬于石膏型腐蝕。

3 解決辦法

3.1 針對(duì)超濾污堵的問(wèn)題，采用了以下解決辦法。

3.1.1 本廠超濾污堵主要是由于高濃度的COD和過(guò)量的聚合硫酸鐵生成的聚合物堵塞超濾膜絲所致。在增設(shè)曝氣生物濾池不能實(shí)現(xiàn)的情況下，最終在中水站變孔隙濾池和超濾保安過(guò)濾器前增設(shè)雙濾料過(guò)濾器，以進(jìn)一步去除水中的COD和細(xì)小絮凝體。

3.1.2 補(bǔ)充完成混凝小型試驗(yàn)，確定聚合硫酸鐵最佳加藥量為15mg/L～25mg/L。并要求運(yùn)行人員嚴(yán)格根據(jù)進(jìn)水流量進(jìn)行調(diào)整。

3.1.3 嚴(yán)格運(yùn)行管理。嚴(yán)格要求運(yùn)行人員按照超濾設(shè)備運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行定期反洗和加強(qiáng)化學(xué)反洗，并將化學(xué)加強(qiáng)反洗中的浸泡時(shí)間由300秒延長(zhǎng)至600秒，并延長(zhǎng)浸泡后的沖洗時(shí)間由30秒至60秒。

3.2 針對(duì)循環(huán)水塔池出現(xiàn)的問(wèn)題，采用了如下解決辦法。

3.2.1 機(jī)組檢修期間將脫落的水泥進(jìn)行修補(bǔ)，并將塔池內(nèi)緣裸露的水泥全部涂刷環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行防腐。

3.2.2 取消變孔隙濾池后的加硫酸工藝。塔池補(bǔ)水由于氨氮含量較高，在塔池內(nèi)將發(fā)生硝化反應(yīng)使循環(huán)水pH降低。取消加硫酸工藝，一方面可以使塔池補(bǔ)水以較高的pH進(jìn)入塔池，對(duì)硝化反應(yīng)產(chǎn)生的硝酸具有一定的中和作用，另外一方面將降低補(bǔ)水中的硫酸根離子濃度，減輕硫酸鹽對(duì)水泥的侵蝕作用。

3.2.3 定期檢測(cè)循環(huán)水中硝化細(xì)菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)有升高的趨勢(shì)后及時(shí)投加非氧化性殺菌劑進(jìn)行沖擊殺菌，保證硝化細(xì)菌的數(shù)量處于低數(shù)量級(jí)。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 中水水質(zhì)由于變化較大，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮水質(zhì)變化后設(shè)備的適應(yīng)能力，尤其是中水深度處理工藝的選擇，必須要有一定的設(shè)計(jì)余量。

4.2 中水經(jīng)混凝澄清處理后，一定要設(shè)計(jì)曝氣生物濾池以保證出水COD達(dá)標(biāo)，同時(shí)要嚴(yán)格進(jìn)行混凝小型試驗(yàn)，確定最佳混凝劑和助凝劑的投加量。

4.3 中水深度處理應(yīng)充分考慮氨氮的去除。新疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)單一，以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主，因此廢水中氨氮含量普遍偏高，應(yīng)采取生物脫氮或者氨的氣提方式降低氨氮濃度。

4.4 超濾設(shè)備應(yīng)選擇抗污染、高通量的設(shè)備，運(yùn)行方式建議采用外壓式、錯(cuò)流過(guò)濾方式。

4.5 嚴(yán)格運(yùn)行管理，嚴(yán)格設(shè)備運(yùn)行操作。

[1]污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-1996）

[2]中水回用技術(shù)及工程實(shí)例