中水回用于電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的研究

陳 穎 范傳輝 萬永智 李 倩

在面臨嚴(yán)重缺水且大量廢水又造成水體污染的嚴(yán)峻形勢下，將二級污水處理廠的排水經(jīng)過適當(dāng)?shù)纳疃忍幚沓蔀橹兴鴮崿F(xiàn)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(yè)冷卻用水具有很好的發(fā)展前景，冷卻水用量很大，且先進(jìn)的冷卻水處理技術(shù)對補充水的要求不髙，可實現(xiàn)“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(guān)注。但是，工業(yè)冷卻用水對水質(zhì)的要求因工業(yè)類型及相關(guān)工藝的不同而不同。進(jìn)入二級污水處理廠的污水中所含工業(yè)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(fā)電廠是用水大戶，用量最大的系統(tǒng)是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和工業(yè)冷卻水系統(tǒng)，因此，大力發(fā)展發(fā)電廠的中水回用技術(shù)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(jī)污染物的一種方法，適用于有機(jī)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(zhuǎn)盤等生物處理方法?；蚴菃为毷褂?，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(zhuǎn)盤+砂濾等流程。這種流程具有適應(yīng)水力負(fù)荷變動能力強(qiáng)、產(chǎn)生污泥量少、維護(hù)管理容易等優(yōu)點。

2.物理化學(xué)處理法

物理化學(xué)處理法是以混凝沉淀(氣浮)技術(shù)及活性炭吸附相結(jié)合為基本方式，實現(xiàn)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(xué)處理法具有占地面積較少、對廢水水量和濃度變化適應(yīng)性較強(qiáng)、除磷脫氮的效果好、出水水質(zhì)比較穩(wěn)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(yōu)點，但是處理系統(tǒng)的設(shè)備費和日常運轉(zhuǎn)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(zhì)、無機(jī)離子從高壓側(cè)透過濾膜進(jìn)入低壓側(cè)，并作為濾液而排出，而溶液中高分子物質(zhì)、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(zhì)變化大的情況。特點是裝置緊湊，容易操作，受負(fù)荷變動的影響小。

4.膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器是由膜分離技術(shù)和傳統(tǒng)的活性污泥法相結(jié)合的新型水處理技術(shù)，其具有污染物去除率高、設(shè)計和操作比較簡單、抗沖擊能力極強(qiáng)、污泥處理費用低等優(yōu)點。

二、使用中水后循環(huán)水存在的主要問題

中水雖然經(jīng)過了深度處理，但由于處理工藝的局限性，微生物、無機(jī)鹽離子、氨氮等雜質(zhì)含量仍較高，補入循環(huán)水系統(tǒng)后，隨著循環(huán)水的濃縮，將產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、微生物過量繁殖等不利因素。

1.腐蝕

當(dāng)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(shè)備。循環(huán)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(jī)磷酸的水解，增強(qiáng)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(zhì)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(huán)水中氨氮含量、有效殺菌和降低富營養(yǎng)物含量等措施。

2.結(jié)垢

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中的化學(xué)反應(yīng)能夠形成結(jié)垢。循環(huán)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(huán)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(tài)存在于水中。而循環(huán)冷卻水要實現(xiàn)高濃縮倍率運行，必須在高含鹽量條件下運行鹽類溶液結(jié)垢物質(zhì)（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(tǒng)中的溫度，在這些區(qū)域中，某些物質(zhì)（如CaCO3、SiO2等）的溶解度很小，就趨于沉淀和結(jié)垢。為了控制循環(huán)水中硬垢的生成，需要采取適當(dāng)?shù)目刂品椒?，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(yīng)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(xì)菌分解有機(jī)物，進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)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(chǎn)生生物粘泥和污垢的現(xiàn)象，對設(shè)備產(chǎn)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(chǎn)生垢下腐蝕，嚴(yán)重者造成管材穿孔，設(shè)備泄漏。為了能夠減少污泥腐蝕，在對其清潔的時候應(yīng)該使用專門的殺菌滅藻劑處理。

三、中水回用于循環(huán)水系統(tǒng)中緩蝕阻垢的方法

中水經(jīng)過深度處理后，用作電廠循環(huán)冷卻水需要解決的主要問題是系統(tǒng)內(nèi)管壁的腐蝕、結(jié)垢和微生物過量繁殖等問題，這就需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC傳熱面不結(jié)垢、避免引起換熱面的大面積腐蝕。而解決這一問題的關(guān)鍵，需要根據(jù)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(zhì)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(jìn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時間在72h以上。待實驗結(jié)束后，將試片清洗、干燥和穩(wěn)重，并且測量尺寸，根據(jù)試片質(zhì)量變化和尺寸的變化來判斷試片的腐蝕情況。通過實驗進(jìn)行緩蝕阻垢劑的篩選，再結(jié)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(jié)論

中水回用有利于水資源的節(jié)約，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，有利于提高社會的經(jīng)濟(jì)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(huán)水項目已經(jīng)在國內(nèi)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(xiàn)有理論基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善和創(chuàng)新，更好地解決現(xiàn)有問題，并發(fā)展新的中水回用技術(shù)，為中水回用創(chuàng)造更好的技術(shù)條件