城市中水在火力發(fā)電廠的應(yīng)用

賀 爽，羅瑞成

（內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古烏海 016000）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與人口數(shù)量的增長，水資源的短缺和水環(huán)境的惡化日益明顯，水資源的短缺已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展和阻礙人們生活質(zhì)量提高的主要問題。在解決這一問題的過程中，水資源的回用已成為必須考慮的關(guān)鍵問題[1]。火力發(fā)電廠用水一直在工業(yè)企業(yè)用水中占有較大的份額，水資源的短缺制約了火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展，開發(fā)城市中水回用就成了解決這一問題的關(guān)鍵。內(nèi)蒙古京海煤矸石發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“京海電廠”）2×330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目經(jīng)過可行性研究、水平衡測(cè)試等，于2019 年采用城市中水作為生產(chǎn)水源并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 工程概況

京海電廠屬熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)2×330 MW 循環(huán)流化床空冷機(jī)組，設(shè)計(jì)機(jī)組年有效利用小時(shí)數(shù)為7 200 h。機(jī)組于2010 年8 月建成投產(chǎn)，配套的熱網(wǎng)設(shè)施于2011 年正式啟用，供熱面積約1 000 多萬m2。2019 年京海電廠將烏海市海勃灣區(qū)污水處理廠（以下簡(jiǎn)稱“污水廠”）再生水作為生產(chǎn)用水，將城市自來水作為生活用水。核定工程總?cè)∷繛?67.53 萬m3/a，其中生產(chǎn)取水量為214.75 萬m3/a，熱網(wǎng)補(bǔ)水量為48.40 萬m3/a，生活取水量為4.38 萬m3/a。設(shè)計(jì)供水能力為中水8 736 m3/d、自來水120 m3/d。

2 城市中水深度處理系統(tǒng)

2.1 適度氧化沉淀深度處理系統(tǒng)流程

城市中水→上頂調(diào)壓水池→廠內(nèi)中水調(diào)節(jié)池→原水提升泵→硫酸加藥管道混合器→硫酸亞鐵加藥管道混合器→雙氧水加藥管道混合器→適度氧化反應(yīng)器→穩(wěn)定反應(yīng)器→絮凝反應(yīng)池（硫酸鋁）→絮凝反應(yīng)池（氫氧化鈣）→絮凝反應(yīng)池（聚丙烯酰胺）→進(jìn)水分配器→斜板沉淀池（4 個(gè)）→清水池→清水提升泵→自清洗過濾器→工業(yè)消防蓄水池。具體流程如圖1 所示。

圖1 城市中水深度處理系統(tǒng)工藝流程圖

2.2 中水設(shè)備原理

這里的適度氧化工藝MOP（moderate oxidation process）是根據(jù)廢水中生化處理后殘存有機(jī)污染物的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對(duì)pH、氧化還原電位ORP（oxidation-reduction potential）、時(shí)間、加藥種類、加藥量、加藥次序等反應(yīng)條件的精確控制，模擬過氧化氫酶的降解功能，控制生成的羥基自由基“適度氧化”廢水中的有機(jī)污染物分子，使其分子羧基化，羧基化的污染物分子與催化反應(yīng)產(chǎn)生的鐵離子等發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成分子量較大的羧酸鐵絡(luò)合物，其水溶性降低，繼而通過固液分離手段，實(shí)現(xiàn)廢水凈化，化學(xué)需氧量COD（chemical oxygen demand）去除率達(dá)到50%～85%。MOP 廢水深度處理技術(shù)去除廢水中污染物的本質(zhì)是將溶解性有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為不溶性物質(zhì)（即污泥），是一個(gè)污染物從液相轉(zhuǎn)移至固相的過程。

2.3 適度氧化沉淀廢水深度處理系統(tǒng)說明

中水經(jīng)過3 個(gè)管道混合器分別加入濃硫酸、硫酸亞鐵、雙氧水進(jìn)入1 號(hào)MOP 反應(yīng)器，下部進(jìn)水上部出水；再進(jìn)入2 號(hào)MOP 反應(yīng)器，下部進(jìn)水上部出水。MOP 反應(yīng)器中配置8 根磁棒與催化劑，反應(yīng)時(shí)間為30 min/個(gè)。用濃硫酸調(diào)節(jié)pH 值為4.5～5.0，在此酸性條件下，雙氧水與硫酸亞鐵反應(yīng)生成的羥基自由基為強(qiáng)氧化劑。中水中有機(jī)物COD 與氧化劑羥基自由基、磁化鐵離子反應(yīng)生成羧基化鐵沉淀物。

持續(xù)反應(yīng)罐底部配有鼓風(fēng)起攪拌作用，水從上部進(jìn)入下部出水，停留時(shí)間為1 h/個(gè)。中和混凝反應(yīng)池底部配有鼓風(fēng)起攪拌作用，1 號(hào)中和混凝反應(yīng)池中加入硫酸鋁，起到混凝作用；2 號(hào)中和混凝反應(yīng)池中加入消石灰，起到調(diào)節(jié)pH 值到8.5～9.5 的作用；3 號(hào)中和混凝反應(yīng)池中加入陰離子聚丙烯酰胺PAM（polyacrylamide）助凝劑，起到去除懸浮物的作用，陰離子PAM 助凝劑只在堿性條件下發(fā)揮作用；停留時(shí)間為10 min/個(gè)。斜板澄清池從結(jié)構(gòu)上分為2 個(gè)區(qū)域，即清水區(qū)和沉淀區(qū)。然后由中心傳動(dòng)刮泥機(jī)刮入集泥斗，再通過排泥閥靜壓排至泥水調(diào)節(jié)池。泥水調(diào)節(jié)池設(shè)置泥水提升泵，提升泥水至污泥濃縮機(jī)進(jìn)行泥水濃縮，然后由污泥提升泵泵至離心脫水機(jī)，進(jìn)行泥水分離。

2.4 京海電廠城市中處理系統(tǒng)水質(zhì)要求

《城鎮(zhèn)污水處理廠綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918—2002 一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)基本控制項(xiàng)目為：CODCr50 mg/L，生化耗氧量BOD5（biocheical oxygen demand）10 mg/L，懸浮物10 mg/L，動(dòng)植物油1 mg/L，石油類1 mg/L，陰離子表面活性劑0.5 mg/L，總氮（以N 計(jì)）5 mg/L，氨氮（以N 計(jì)）1 mg/L，總磷（以P 計(jì)）0.5 mg/L，色度（稀釋倍數(shù)）30，pH 值6.0 ～9.0，糞大腸菌群數(shù)1 000 個(gè)/L。京海電廠城市中水處理系統(tǒng)水質(zhì)要求如表1 所示。

表1 城市中水深度處理系統(tǒng)水質(zhì)要求

3 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的組成

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)的組成

預(yù)處理系統(tǒng)由生水箱、生水泵、多介反洗泵、多介質(zhì)過濾器、疊片過濾器、超濾、清水箱、絮凝劑加藥設(shè)備、殺菌劑加藥設(shè)備、超濾反洗加酸、加堿、加殺菌劑等加藥設(shè)備組成。多介質(zhì)過濾器6 臺(tái)，出力70 t/h，出水濁度≤5 NTU；超濾3 臺(tái)，出力105 t/h。超濾裝置運(yùn)行參數(shù)如表2 所示。

表2 超濾裝置運(yùn)行參數(shù)

3.2 反滲透系統(tǒng)的組成

反滲透系統(tǒng)由清水泵、保安過濾器、高壓泵、反滲透膜元件、反滲透沖洗泵、淡水箱、加還原劑和阻垢劑的設(shè)備及清洗加藥系統(tǒng)組成，反滲透設(shè)備共3套，1 號(hào)、2 號(hào)反滲透設(shè)備出力60 t/h，3 號(hào)反滲透設(shè)備出力80 t/h。反滲透膜進(jìn)水要求如表3 所示。

表3 反滲透膜進(jìn)水要求

3.3 離子交換系統(tǒng)的組成

離子交換系統(tǒng)由淡水泵、陽離子交換器、除碳器、中間水箱、中間水泵、陰離子交換器、混合離子交換器及除鹽水箱組成。陽離子交換器2 臺(tái)，出力120 t/h；陰離子交換器2 臺(tái)，出力100 t/h；混合離子交換器2 臺(tái)，出力150 t/h。除鹽系統(tǒng)的監(jiān)督項(xiàng)目及控制標(biāo)準(zhǔn)如表4 所示。

表4 除鹽系統(tǒng)監(jiān)督項(xiàng)目及控制標(biāo)準(zhǔn)

3.4 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程

城市中水→污水廠中水提升泵→中水處理間→工業(yè)消防蓄水池→生水泵→生水箱→生水泵→多介質(zhì)過濾器→疊片式過濾器（二期自清洗過濾器）→超濾裝置→清水箱→清水泵→保安過濾器→高壓泵→反滲透RO（reverse osmosis）裝置→淡水箱→淡水泵→逆流再生陽離子交換器→除碳器→中間水箱→中間水泵→逆流再生陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→機(jī)組正常/啟動(dòng)補(bǔ)水泵→熱力系統(tǒng)。工藝流程如圖2 所示。

圖2 鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程圖

4 中水作為水源對(duì)鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

本文以京海電廠在2019 年5 月—6 月生產(chǎn)水源由地下水切換至城市中水為例，分析中水作為水源對(duì)鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響。

4.1 中水回用對(duì)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的影響

因城市污水處理廠來水水質(zhì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致中水處理系統(tǒng)出水指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。5 月24 日— 6 月5 日，中水系統(tǒng)出水COD、懸浮物不合格，COD 的質(zhì)量濃度平均值為18.25 mg/L（標(biāo)準(zhǔn)小于15 mg/L），最大值32.8 mg/L；懸浮物的質(zhì)量濃度平均值為21.63 mg/L（標(biāo)準(zhǔn)小于10 mg/L），最大值為142 mg/L。6 月5日—12 日，中水系統(tǒng)出水懸浮物的質(zhì)量濃度合格、COD 的質(zhì)量濃度不合格，COD 的質(zhì)量濃度平均值為17.55 mg/L（標(biāo)準(zhǔn)小于15 mg/L），最大值為19.8 mg/L；懸浮物的質(zhì)量濃度平均值為1.19 mg/L（標(biāo)準(zhǔn)小于10 mg/L），最大值為2 mg/L。

2019 年5 月24—6 月12 日，城市中水進(jìn)入鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，對(duì)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的影響如下：一是多介質(zhì)過濾器發(fā)生污堵，運(yùn)行壓差大，周期制水量低，需頻繁進(jìn)行反洗；二是超濾系統(tǒng)發(fā)生有機(jī)物污堵現(xiàn)象，運(yùn)行壓力高，運(yùn)行周期縮短，頻繁進(jìn)行化學(xué)加強(qiáng)清洗；三是保安過濾器污堵運(yùn)行周期縮短，濾芯更換頻繁，由原來的6 個(gè)月更換1 次縮短到1 月更換1 次；四是反滲透設(shè)備進(jìn)水壓力升高，產(chǎn)水量下降，出水電導(dǎo)增大、脫鹽率降低，反滲透運(yùn)行周期縮短，化學(xué)清洗頻次增加；五是因反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)升高造成離子交換除鹽設(shè)備周期制水量降低。

4.2 中水回用對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的影響

城市中水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源后與地下水相比，補(bǔ)充水中的氨氮、有機(jī)物、懸浮物、硬度、堿度、含鹽量、氯離子等含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由于水源變化對(duì)循環(huán)冷卻水的影響主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

a）腐蝕的多樣化。一是氨氮發(fā)生亞硝化、硝化反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性腐蝕；二是高有機(jī)物含量造成細(xì)菌大量繁殖后發(fā)生的生物腐蝕；三是高含鹽量和氨氮含量造成的電化學(xué)腐蝕等。這些腐蝕都對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)金屬材料和水泥構(gòu)件的使用壽命及安全性有較大的影響。

b）設(shè)備及管道的結(jié)垢。一是循環(huán)冷卻水補(bǔ)水中有機(jī)物含量高會(huì)促進(jìn)細(xì)菌和藻類的生長，并形成大量黏泥沉積于冷卻塔和換熱設(shè)備內(nèi)，造成系統(tǒng)堵塞和結(jié)垢。此現(xiàn)象在京海電廠除灰、脫硫、機(jī)務(wù)空壓機(jī)等轉(zhuǎn)機(jī)的冷卻水系統(tǒng)中（處于冷卻系統(tǒng)末端）體現(xiàn)尤為明顯。二是較高的鈣、鎂離子在高堿度下可產(chǎn)生難以去除的碳酸鈣等硬垢，影響系統(tǒng)換熱效率。三是懸浮物能促進(jìn)微生物繁殖，產(chǎn)生生物黏泥。四是部分懸浮物可成為鈣、鎂離子的誘發(fā)晶核，促進(jìn)結(jié)垢[2]。

5 設(shè)備運(yùn)行方式的改進(jìn)及優(yōu)化

a）增加中水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)的頻率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)中水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)變化。當(dāng)發(fā)生進(jìn)水指標(biāo)不合格時(shí)，通知污水處理廠調(diào)整城市中水出水達(dá)到供水標(biāo)準(zhǔn)。京海電廠中水處理系統(tǒng)調(diào)整加藥比例，保證中水處理系統(tǒng)出水指標(biāo)達(dá)標(biāo)。中水流量對(duì)應(yīng)加藥調(diào)整量的具體情況如表5 所示。經(jīng)上述加藥方法調(diào)整后，城市再生水深度處理系統(tǒng)出水指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

表5 城市中水系統(tǒng)流量對(duì)應(yīng)加藥量表 單位：L/h

b）多介過濾器更換濾料，并在過濾器進(jìn)水加非氧化性殺菌劑，減少有機(jī)物污染。運(yùn)行周期制水量調(diào)整至3 000 t 進(jìn)行反洗，保證多介產(chǎn)水指標(biāo)在合格范圍。

c）針對(duì)超濾有機(jī)物污堵，調(diào)整超濾運(yùn)行反洗時(shí)間。反洗時(shí)間由原來的運(yùn)行90 min 反洗1 次改為運(yùn)行60 min 反洗1 次，反洗步序時(shí)間由10 s 延長至30 s，反洗水壓力提高到0.20 MPa，反洗流量調(diào)整為300 t/h。超濾裝置化學(xué)清洗方案調(diào)整為：氫氧化鈉+次氯酸鈉+十二烷基硫酸鈉藥劑組合，可以有效清除超濾膜中有機(jī)污染物。經(jīng)上述處理后超濾進(jìn)水壓力降至0.2 MPa，產(chǎn)水濁度0.80 NTU，運(yùn)行周期延長至1 個(gè)月進(jìn)行1 次化學(xué)清洗。

d）針對(duì)反滲透膜污堵，反滲透回收率由75%調(diào)整至65%；對(duì)反滲透裝置各段濾膜產(chǎn)水電導(dǎo)進(jìn)行逐個(gè)化驗(yàn)分析，對(duì)產(chǎn)水電導(dǎo)明顯偏大的濾膜進(jìn)行更換。更換濾膜后反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)達(dá)到20 μS/cm，脫鹽率恢復(fù)到95%，運(yùn)行進(jìn)水壓力1.0 MPa，反滲透裝置運(yùn)行正常。

e）針對(duì)離子交換器運(yùn)行周期短，可通過以下3種方式改進(jìn)：查看樹脂層高度，低于標(biāo)準(zhǔn)添加新樹脂；提高再生液濃度及再生液用量，觀察運(yùn)行周期；2 號(hào)陰床全部更換新樹脂。

f）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)加強(qiáng)排污換水，加循環(huán)水緩蝕阻垢劑、氧化性殺菌劑、非氧化性殺菌劑、黏膩剝離劑等，控制循環(huán)水水質(zhì)在合格范圍。

6 結(jié)束語

城市污水資源化，既是一項(xiàng)節(jié)水措施，也是一項(xiàng)治污措施，不僅具有社會(huì)效益、環(huán)境效益[3]，更有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。京海電廠把城市中水經(jīng)過深度處理后作為生產(chǎn)水源為鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水經(jīng)濟(jì)可行，利用城市中水每年可節(jié)約水費(fèi)150 萬元，隨著城市中水運(yùn)行成本的進(jìn)一步降低，以及回用水量的增大，經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)越來越突出。