HW澄清技術(shù)在電廠中水回用領(lǐng)域的應(yīng)用實例

羅德波，閆彩霞，崔偉強，惠兆華

HW澄清技術(shù)在電廠中水回用領(lǐng)域的應(yīng)用實例

羅德波1，閆彩霞1，崔偉強2，惠兆華1

（1.中國華電工程（集團(tuán)）有限公司，北京 100160；2.華能北京熱電有限責(zé)任公司，北京 100023）

介紹了華能北京熱電有限責(zé)任公司中水回用工程概況，針對場地限制、進(jìn)水濁度低、配套設(shè)備預(yù)留容量小的狀況，選用了HW澄清池替代圓形澄清池。論述了工程的工藝流程、各處理單元主要設(shè)計參數(shù)。采用HW澄清技術(shù)后的試運行結(jié)果表明，在進(jìn)水量達(dá)到設(shè)計流量時，HW澄清池出水濁度為0.4～0.9NTU，水質(zhì)達(dá)到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

HW澄清池；中水回用；循環(huán)水預(yù)處理；工藝流程；設(shè)計參數(shù)；效果

0 引言

電廠中水回用（即利用城市污水作為水源經(jīng)處理后回用于電廠循環(huán)冷卻水補充水）可大幅度減少新鮮水的取用量，是解決電廠水資源緊缺的重要途徑之一。城市污水具有水量大、來源可靠、水量穩(wěn)定的特點，但水質(zhì)復(fù)雜，其中有機物、微生物和化學(xué)溶劑較多。目前，電廠中水回用技術(shù)主要有單純過濾、石灰澄清過濾、弱酸樹脂軟化法、膜分離技術(shù)等，石灰澄清過濾是目前電廠應(yīng)用最廣泛的中水回用技術(shù)。

常規(guī)采用的石灰澄清池為圓形機械攪拌澄清池，該技術(shù)具有適合電廠石灰處理、全池底刮泥、出水水質(zhì)較穩(wěn)定的特點，但其也有以下不足之處：占地面積大，石灰結(jié)垢嚴(yán)重，入水懸浮物質(zhì)量濃度需低于50mg／L等。面對用地資源日益緊張、來水水質(zhì)波動大、出水水質(zhì)要求日益提高的情況，亟需對原有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。

1 水處理工程概況

華能北京熱電有限責(zé)任公司原有循環(huán)水預(yù)處理系統(tǒng)采用圓形機械攪拌澄清池，來水水源為高碑店污水處理廠二級排放水，該工程為國內(nèi)第1個電廠中水回用示范工程。由高碑店污水處理廠排出來的二級污水，經(jīng)水泵提升后進(jìn)入2座機械攪拌加速澄清池，石灰乳及聚合硫酸鐵投加到澄清池中，經(jīng)混合、反應(yīng)和澄清后的水流入推流式氯接觸池，在池內(nèi)加入硫酸、氯化合物殺菌劑，以降低澄清水的pH值、殺菌并滅藻。加酸、殺菌后的澄清水分別進(jìn)入＃1～＃6變孔隙濾池，過濾后的清水再進(jìn)入下一層推流式氯接觸池，再次加入氯化合物殺菌劑進(jìn)行殺菌。最后流入2座反洗水池及2座過濾水池，過濾水池中的清水經(jīng)4臺循環(huán)水補水泵輸送至循環(huán)水系統(tǒng)，反洗水池中的清水經(jīng)2臺反洗水泵送至重力式變孔隙濾池的反洗系統(tǒng)。重力式變孔隙度濾池的反洗排水回收到2座回收水池中，并由2臺回收水泵打入澄清池入口母管內(nèi)。原有循環(huán)水補充水系統(tǒng)設(shè)計水量為2201m3／h，設(shè)圓形澄清池2座，預(yù)留1座圓形澄清池用地，每座澄清池設(shè)計出力1 100m3／h；設(shè)濾池6座，每座濾池設(shè)計出力380m3／h，預(yù)留3座濾池的土建工程已完成。

在采用煙塔合一系統(tǒng)后，循環(huán)水蒸發(fā)損失有所增加，同時考慮電廠二期擴建，循環(huán)水補充水系統(tǒng)設(shè)計水量為5 200m3／h。由于場地限制、進(jìn)水濁度低、配套設(shè)備預(yù)留容量小等原因，電廠煙塔合一之循環(huán)水預(yù)處理系統(tǒng)增容工程中采用了中國華電工程（集團(tuán)）有限公司自主研發(fā)的HW澄清池。

該工程的設(shè)計出力為1 500m3／h，設(shè)HW澄清池1座，電廠二期擴建時，再增設(shè)1座HW澄清池，2座HW澄清池的建設(shè)用地為原有1座圓形澄清池的預(yù)留用地，利用預(yù)留用地將澄清系統(tǒng)設(shè)計水量由1100m3／h提高至3000m3／h，結(jié)合 2座圓形澄清池，總設(shè)計水量達(dá)到5200m3／h。

2 工藝流程

2.1 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)

該工程進(jìn)水為高碑店污水處理廠出水，實測污水來水水質(zhì)結(jié)果見表1。

該工程設(shè)計進(jìn)水水質(zhì)采用平均值進(jìn)行設(shè)計，并采用最大值進(jìn)行校核。

2.2 設(shè)計出水水質(zhì)

主要設(shè)計出水水質(zhì)：澄清池出水濁度，≤2NTU；濾池出水濁度，≤1 NTU；濾池出水暫時堿度，≤1.2 mmol／L；濾池出水pH值，6～9。

表1 污水來水水質(zhì)2007年上半年實測值

2.3 系統(tǒng)流程

該工程系統(tǒng)流程如圖1所示。系統(tǒng)流程中的二級污水輸送至機械混合池，機械混合池進(jìn)水管道上設(shè)置流量計及電動可調(diào)節(jié)蝶閥對來水流量進(jìn)行控制，池內(nèi)設(shè)有快速攪拌器，以快速攪拌來水加快與聚鐵、石灰等混合。經(jīng)充分混合后的污水進(jìn)入絮凝反應(yīng)池，池內(nèi)設(shè)置低速軸向流攪拌器，通過機械攪拌將污水與聚丙烯酰胺（PAM）、回流污泥等均勻混合并絮凝，絮凝反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的礬花在推流絮凝區(qū)內(nèi)進(jìn)一步增大和密實后進(jìn)入澄清區(qū)。沉速快的密實絮凝體在澄清區(qū)內(nèi)沉淀，沉速慢的微絮凝體被設(shè)于澄清區(qū)上部的斜管截留，澄清水經(jīng)斜管上部的集水槽收集后進(jìn)入后混凝池。沉積的絮凝體在澄清區(qū)下部進(jìn)行濃縮，部分濃縮污泥通過污泥回流泵送回絮凝反應(yīng)區(qū)，剩余濃縮污泥通過污泥排放泵輸送至污泥處置系統(tǒng)。后混凝池內(nèi)投加混凝劑，用以增強后續(xù)濾池的處理效果，后混凝池出水自流進(jìn)入變孔隙濾池進(jìn)行過濾。濾池出水進(jìn)入清水池，經(jīng)殺菌后輸送至各用水點。

該系統(tǒng)具有如下特點。

（1）處理效率高，節(jié)省占地面積。HW澄清池的設(shè)計上升流速是圓形澄清池的3～6倍，HW澄清池池壁為矩形，共壁布置，可節(jié)省50%占地面積，同時便于擴容改造。

（2）適于處理低溫、低濁水。

（3）采用循環(huán)次數(shù)代替G值控制反應(yīng)過程，便于運行控制。

（4）采用可精確調(diào)節(jié)的外部泥渣循環(huán)，保證絮凝反應(yīng)泥渣濃度穩(wěn)定、提高絮凝反應(yīng)泥渣濃度，顯著提升絮凝效率、增強系統(tǒng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

3 設(shè)計參數(shù)

3.1 機械混合池

為使污水、石灰乳、混凝劑充分混合，混合池內(nèi)設(shè)快速攪拌器。投加石灰乳和混凝劑用于混凝，與此同時與碳酸氫根發(fā)生反應(yīng)?；炷齽┎捎靡簯B(tài)聚合硫酸鐵，投加點位于機械混合池進(jìn)口處，在石灰乳投加點之后。

機械混合池為地上式矩形構(gòu)筑物，共1座，設(shè)計流量為3 000 m3／h（考慮二期擴建），平面尺寸為5.40m×5.40m，有效水深為5.45 m，有效容積為158.90m3，水力停留時間為2.9min。池內(nèi)設(shè)快速攪拌器1臺，額定轉(zhuǎn)速為69 r／min，功率為7.5 kW。

圖1 系統(tǒng)流程圖

3.2 HW澄清池

HW澄清是一種新型的高速澄清技術(shù)，采用泥渣外部循環(huán)、投加高分子絮凝劑、軸向流攪拌絮凝技術(shù)，以提高泥渣濃度、絮凝體的密實度和沉淀速度，再通過斜管沉淀池進(jìn)行分離。HW澄清池具有占地面積小、出水水質(zhì)好、啟動時間短（通常小于30min便能達(dá)到高峰效率）等優(yōu)點。設(shè)HW澄清池1座，設(shè)計流量為1 500m3／h，HW澄清池分為機械絮凝區(qū)、推流絮凝區(qū)、沉淀濃縮區(qū)，其剖面如圖2所示。

3.2.1 機械絮凝區(qū)

原水與藥劑混合后進(jìn)入機械絮凝區(qū)，在絮凝區(qū)分兩點投加聚丙烯酰胺，通過機械攪拌后，再與聚丙烯銑胺、回流污泥均勻混合絮凝。機械攪拌系統(tǒng)采用軸向流水葉型葉輪并設(shè)置導(dǎo)流筒，使水流在反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動，以防止池內(nèi)懸浮固體在池底沉淀，同時保證礬花在循環(huán)過程中不會受到破壞。機械絮凝區(qū)平面尺寸為8.25m×5.85m，有效水深為6.90m，有效容積為314.14m3，水力停留時間為11min。池內(nèi)設(shè)軸流攪拌器1臺，額定轉(zhuǎn)速為25 r／min，功率為

18.5 kW，采用變頻控制，設(shè)計循環(huán)次數(shù)為15次。

3.2.2 推流絮凝區(qū)

機械絮凝區(qū)產(chǎn)生的礬花在推流絮凝區(qū)內(nèi)進(jìn)一步增大和密實。推流絮凝區(qū)平面尺寸為15.00m× 1.56m，有效水深為6.90m，有效容積為99.87m3，水力停留時間為4min。

3.2.3 沉淀濃縮區(qū)

沉淀濃縮區(qū)前端為預(yù)沉區(qū)，由于移動速度的減緩，懸浮固體在該區(qū)域沉淀。剩余礬花通過斜管截留去除。沉淀水由上部集水槽系統(tǒng)收集后自流進(jìn)入后混凝池。集水槽和集水槽堰口均為矩形，可有效減少碳酸鈣在堰口的結(jié)垢量，也便于清掃和清除。沉積的礬花在沉淀池下部進(jìn)行濃縮，部分濃縮污泥通過污泥回流泵送回機械絮凝區(qū)，剩余濃縮污泥通過污泥排放泵輸送至污泥貯存池。濃縮區(qū)設(shè)刮泥機，以增強污泥濃縮效果。為保持污泥床的高度恒定，在沉淀濃縮區(qū)設(shè)置污泥界面儀。

沉淀濃縮區(qū)平面尺寸為15.0m×15.0m，有效水深為6.8m，沉淀時間為40min，斜管面積為140 m2，液面上升流速為10.7m／h。沉淀濃縮區(qū)設(shè)刮泥機1臺，直徑為15.0m，額定轉(zhuǎn)速為3.8 r／min，變頻控制；設(shè)污泥螺桿泵3臺（2用1備），其中2臺為變頻控制，流量為60m3／h，功率為15 kW，泥渣外部循環(huán)比為2%～4%。

3.3 后混凝池

后混凝池內(nèi)投加混凝劑，用以增強后續(xù)濾池的處理效果。后混凝池為地上式矩形構(gòu)筑物，共1座，設(shè)計流量為3 000m3／h（考慮二期擴建），平面尺寸為3.50m×3.50m，有效水深為3.73m，有效容積為46m3，水力停留時間為50 s。池內(nèi)設(shè)快速攪拌器1臺，額定轉(zhuǎn)速為51 r／mim，功率為2.2 kW。

3.4 變孔隙濾池

設(shè)變孔隙濾池3座，設(shè)計流量1 500m3／h，每座濾池過濾面積為21m2，平面尺寸為5.85m×5.85 m，考慮到已建6臺濾池，每座濾池設(shè)計濾速19.6 m／h，強制濾速為22.0m／h。濾池內(nèi)的濾料分為承托層和濾層。承托層共有5種級配的鵝卵石，裝填高度為440 mm。濾料為海砂，裝填高度為1 525 mm，主濾料粒徑為1.2～2.8mm，輔助濾料粒徑為0.5～1.0mm，輔助濾料不占高度，全部進(jìn)入主濾料間隙中。濾池反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗方式，反沖洗程序為：大流量水沖洗，強度為57m3／（m2·h），沖洗時間為5min；氣水聯(lián)合沖洗，水沖洗強度為57m3／（m2·h），氣沖洗強度為60m3／（m2·h），沖洗時間為2min；小流量水沖洗，水沖洗強度為28 m3／（m2·h），沖洗時間為5min。

圖2 HW澄清池剖面圖

濾池集水（布水）、布?xì)庀到y(tǒng)為大阻力配水系統(tǒng)，采用不銹鋼梯形繞絲結(jié)構(gòu)的支管。反沖洗用水采用濾池出水，設(shè)反沖洗水泵3臺（2用1備），每臺水泵流量為600m3／h，揚程為18m，配套電動機功率為45 kW，大流量水沖洗時開啟2臺水泵，小流量水沖洗開啟1臺水泵；反沖洗用氣由鼓風(fēng)機提供，設(shè)鼓風(fēng)機2臺（1用1備），每臺鼓風(fēng)機風(fēng)量為20.99 m3／min，風(fēng)壓0.07MPa，配套電動機功率為45 kW。濾池裝有進(jìn)水、出水、反沖洗進(jìn)水、反沖洗排水、反沖洗進(jìn)氣等5個閥門，均采用電動蝶閥。

3.5 石灰配投系統(tǒng)

石灰采用熟石灰粉末，純度大于85%，粒徑為325目；采用濕式投加方式，通過石灰配投系統(tǒng)將石灰粉末溶解成石灰乳液，投加至快速混合池；石灰粉平均投加量為270mg／L。

粉狀消石灰由密封罐車運輸，氣動卸灰。卸灰粉塵由罐頂布袋除塵器過濾后排至大氣。消石灰粉進(jìn)入螺旋輸送機，螺旋輸送機采用變頻控制，電動機運行頻率與澄清池入口流量成比例變化。螺旋輸送機將粉料輸送至溶解箱上部，干粉在進(jìn)入溶解箱的同時，與排出的水汽在粉汽分離器被分離，粉落入箱中，水汽則排至箱外。在溶解箱內(nèi)粉與從另側(cè)進(jìn)入的清水混合、攪拌，溶解成石灰乳，由石灰乳泵輸送至快速混合池。石灰粉投加量采用干粉計量，石灰乳泵流量不變，通過改變石灰乳液濃度實現(xiàn)石灰投加量控制，保持管道內(nèi)石灰乳液在恒定流速下運行，以克服流量變化引起的磨損。

設(shè)石灰配投系統(tǒng)共設(shè)1套，包括：石灰筒倉1座，容積為 240 m3；螺旋輸送機 1臺，輸送量為1.40～4.35m3／h；石灰溶解攪拌箱1臺，容積為2.5 m3；石灰輔助水箱1臺，容積為0.5m3；石灰乳泵2臺（1用1備）。采用渣漿泵，流量為10m3／h，揚程為20m，配套電動機功率為1.5 kW；筒倉物位采用雷達(dá)料位計測量，水箱液位采用靜壓式液位計測量。

3.6 加藥系統(tǒng)

3.6.1 混凝劑加藥系統(tǒng)

混凝劑采用液體聚合硫酸鐵，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～12%，與清水1∶1稀釋后投加。聚鐵溶液采用臥式貯罐貯存，自流進(jìn)入計量箱后稀釋，然后經(jīng)過計量泵輸送至快速混合池、后混凝池。快速混合池聚鐵有效投加量為15.0～20.0mg／L，后混凝池聚鐵有效投加量為1.0mg／L。

臥式貯罐、計量箱均為原有設(shè)備，新增米頓羅機械隔膜計量泵4臺，其中：快速混合池聚鐵投加泵2臺（1用1備），每臺計量泵流量為583 L／h，出口壓力為0.7MPa，配套電動機功率為0.55 kW；后混凝池聚鐵投加泵2臺（1用1備），每臺計量泵流量為25 L／h，出口壓力為 1.2 MPa，配套電動機功率

0.25 kW。

聚鐵投加量采用流量定比控制，根據(jù)快速混合池入口流量控制計量泵運行頻率，同時根據(jù)流量手動調(diào)節(jié)計量泵沖程。

3.6.2 固體聚丙烯酰胺加藥系統(tǒng)

高分子聚合物選用國產(chǎn)陰離子型固體聚丙烯酰胺（PAM），采用一體化制備裝置將固體粉末溶解為液體聚丙烯酰胺，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.2%，稀釋10倍后通過PAM投加泵輸送至HW澄清池內(nèi)。PAM設(shè)計投加量為0.5mg／L。

設(shè)一體化制備裝置1套，考慮二期擴建，一體化制備裝置產(chǎn)量為4 000 L／h，整套系統(tǒng)包括干粉進(jìn)料機、預(yù)制箱、熟化箱、溶液箱。固體粉末通過負(fù)壓抽吸至干粉進(jìn)料機，計量后進(jìn)入預(yù)制箱，預(yù)制箱進(jìn)水設(shè)電磁流量計，根據(jù)預(yù)設(shè)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制PAM溶液。配制完成的PAM溶液自流至PAM投加系統(tǒng)，設(shè)PAM投加螺桿泵3臺（2用1備），每臺螺桿泵流量為800 L／h，出口壓力為0.2MPa，配套電動機功率為

0.37 kW，采用變頻控制，根據(jù)快速混合池入口流量控制螺桿泵運行頻率。設(shè)稀釋裝置2套，稀釋能力為5m3／h。

3.6.3 加酸與加氯

經(jīng)石灰軟化后的水直接過濾會在濾料上產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)垢，因此，須加酸降低澄清池出水pH值。利用電廠原有硫酸加藥系統(tǒng)將澄清池出水pH值由10.0～10.5調(diào)整至8.2～8.5。利用電廠原有加氯系統(tǒng)實現(xiàn)濾前、濾后殺菌消毒。

4 運行效果

該工程于2008年4月中旬開工，2008年11月28日至12月5日完成小流量調(diào)試，流量為450～810m3／h；2009年7月16日至7月19日，完成設(shè)計流量調(diào)試，流量為1200～1600m3／h；2009年7月20日，完成沖擊負(fù)荷流量調(diào)試，流量為1 800～2 000 m3／h。從3個不同試運行階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，共監(jiān)測澄清池出水水樣106個，其中104個水樣濁度小于1.0 NTU，最大值為1.4 NTU，最小值為0.4 NTU，平均值為0.67NTU，其中設(shè)計流量調(diào)試階段，澄清池出水濁度全部小于1.0 NTU（為0.4～0.9 NTU），如圖3所示。從近半年的運行效果來看，環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)效益明顯，循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕均在可以控制的范圍之內(nèi)。

圖3 澄清池出水濁度

5 結(jié)束語

華能北京熱電有限責(zé)任公司循環(huán)水預(yù)處理系統(tǒng)工程采用污水處理廠出水為水源，經(jīng)澄清過濾后，出水作為循環(huán)水補充水。工程設(shè)計規(guī)模為 1 500 m3／h，HW澄清技術(shù)具有占地面積小、出水濁度小于1.5NTU、處理效果穩(wěn)定的特點。該工程自2008年12月5日正式投產(chǎn)以來，運行穩(wěn)定，HW澄清池出水濁度控制在0.4～0.9NTU。由于澄清池出水水質(zhì)優(yōu)異，明顯延長了后續(xù)濾池的運行周期，節(jié)約了濾池反沖洗需要的用水量及運行能耗。

因此，采用HW澄清技術(shù)將城市二級污水進(jìn)行深度處理，處理后的水作為火力發(fā)電廠循環(huán)冷卻水的補充水，技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

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（本文責(zé)編：王書平）

［1］李永明，李尚志，惠兆華，等.循環(huán)冷卻水或城鎮(zhèn)二級污

TK 223.5+1

：B

：1674-1951（2015）02-0068-05

羅德波（1979—），男，湖北仙桃人，工程師，從事供水及污水處理的設(shè)計及投資方面的工作（E-mail：luodebo＠bewg. net.cn）。

2013-01-11；

2014-11-13

閆彩霞（1980—），女，河北唐山人，工程師，從事污水處理的研究和設(shè)計工作（E-mail：ycx_li＠163.com）。