某電廠再生水深度處理系統(tǒng)問(wèn)題診斷分析

韓 琳，程勇明，王冬梅，李亞娟，張 杰

（1.濟(jì)南山源環(huán)?？萍加邢薰?，山東濟(jì)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(xué)研究院有限公司，浙江杭州 310030）

火力發(fā)電廠用水量在工業(yè)用水中占比較大，節(jié)約用水、提高水資源利用率是火力發(fā)電廠急需解決的問(wèn)題〔1-3〕。北方某電廠設(shè)計(jì)水源為某市污水處理廠再生水，再生水經(jīng)深度處理后作為全廠循環(huán)水和工業(yè)水系統(tǒng)補(bǔ)水。再生水深度處理采用曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調(diào)節(jié)濾料深層濾池過(guò)濾工藝。系統(tǒng)自投運(yùn)至今已近7 a，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)備腐蝕、老化現(xiàn)象嚴(yán)重，出水水質(zhì)與設(shè)計(jì)值存在較大差距。同時(shí)由于存在部分設(shè)計(jì)缺陷，系統(tǒng)還存在機(jī)械加速澄清池出力達(dá)不到設(shè)計(jì)值、污泥脫水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行等問(wèn)題，以致電廠無(wú)法正常使用再生水作為供水水源?；诂F(xiàn)場(chǎng)勘察和綜合分析，擬通過(guò)對(duì)機(jī)械加速澄清池內(nèi)部結(jié)構(gòu)、底部排泥管路系統(tǒng)，污泥脫水系統(tǒng)和石灰加藥系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)改造，以提高澄清池出力，優(yōu)化系統(tǒng)出水水質(zhì)。

1 電廠現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)

電廠再生水深度處理站設(shè)計(jì)處理量為1 600 m3/h（配備2臺(tái)澄清池，每臺(tái)處理量為800 m3/h），設(shè)計(jì)采用曝氣生物濾池-石灰混凝-過(guò)濾處理工藝進(jìn)行深度處理，出水加酸調(diào)節(jié)pH 后作為循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。

現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow diagram of existing regenerated water advanced treatment system

再生水來(lái)水先進(jìn)入曝氣生物濾池進(jìn)行生化處理。濾池內(nèi)設(shè)置有羅茨風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行曝氣，通過(guò)反洗水泵對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行反洗，并設(shè)置反洗風(fēng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行氣洗。曝氣生物濾池具有去除懸浮物、COD、BOD、氨氮、有機(jī)磷的作用。

曝氣生物濾池的出水進(jìn)入機(jī)械加速澄清池進(jìn)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(qiáng)烈的攪拌條件下通過(guò)混凝反應(yīng)去除水中污染物；投加的石灰可與水中的碳酸氫根反應(yīng)生成碳酸鈣結(jié)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(zhì)濃度等，去除水中較小分子質(zhì)量的有機(jī)膠體和無(wú)機(jī)膠體。

澄清池出水加入硫酸和殺菌劑后進(jìn)入調(diào)節(jié)濾料深層濾池過(guò)濾，進(jìn)一步降低濁度后進(jìn)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(jìn)入污泥濃縮池。污泥經(jīng)過(guò)進(jìn)一步濃縮，進(jìn)入后續(xù)的離心機(jī)進(jìn)行泥水分離，所產(chǎn)污泥外運(yùn)填埋，分離出來(lái)的濾液連同污泥濃縮池的上清液返回機(jī)械加速澄清池。

2 再生水水質(zhì)

該電廠設(shè)計(jì)水源為某市污水處理廠再生水，再生水經(jīng)深度處理后作為全廠循環(huán)水和工業(yè)水系統(tǒng)補(bǔ)水。對(duì)從污水處理廠所取的再生水水樣主要水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 再生水水質(zhì)Table 1 Regenerated water quality

由表1可見(jiàn)，污水處理廠再生水的含鹽量、總硬度、鈣硬度、總堿度等水質(zhì)指標(biāo)均較高，超過(guò)再生水回用標(biāo)準(zhǔn)，且含有一定量的有機(jī)物 。為了確保循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)再生水進(jìn)行深度處理。再生水深度處理采用1.1 節(jié)所述的曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調(diào)節(jié)濾料深層濾池過(guò)濾工藝。深度處理系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)處理后的清水能滿足冷卻塔補(bǔ)充水的水質(zhì)要求，也符合《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）相關(guān)要求〔4〕。

3 現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題

目前再生水深度處理系統(tǒng)已運(yùn)行7 a，存在機(jī)械加速澄清池出力不足、出水水質(zhì)差、污泥脫水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行、石灰系統(tǒng)下料堵塞等問(wèn)題。

3.1 機(jī)械加速澄清池系統(tǒng)

機(jī)械加速澄清池出力不能達(dá)到設(shè)計(jì)值，原設(shè)計(jì)單臺(tái)機(jī)械加速澄清池的出力為800 m3/h，現(xiàn)每臺(tái)機(jī)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(guò)高。圖2 為機(jī)械加速澄清池內(nèi)部圖，澄清池出水堰槽不平整，部分腐蝕嚴(yán)重，外圈有污堵現(xiàn)象，出水量極小，中間槽堰出水量大小不一，造成清水區(qū)上升流速不均勻，局部上升流速過(guò)高。在負(fù)荷增長(zhǎng)時(shí)，泥層擾動(dòng)，從而造成翻池，使得機(jī)械加速澄清池出力大大降低。

圖2 機(jī)械加速澄清池內(nèi)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(dòng)閥門，底部不能自動(dòng)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(shí)容易造成澄清池內(nèi)泥位過(guò)高，提高負(fù)荷時(shí)出水水質(zhì)變差。

3）混凝劑投加沒(méi)有與來(lái)水流量進(jìn)行聯(lián)鎖采用等比例流量加藥。因?yàn)榛炷齽┩都淤|(zhì)量濃度變化幅度大，污泥的性質(zhì)不穩(wěn)定，從而容易造成澄清池翻池，使得機(jī)械加速澄清池出力不能達(dá)到設(shè)計(jì)值，出水水質(zhì)變差。

3.2 污泥脫水系統(tǒng)

原污泥脫水機(jī)設(shè)計(jì)采用1 臺(tái)國(guó)產(chǎn)離心式脫水機(jī)和1 臺(tái)進(jìn)口離心脫水機(jī)，出力均為50 m3/h，目前兩臺(tái)離心機(jī)已處于長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)狀態(tài)。污泥脫水系統(tǒng)存在問(wèn)題主要在以下幾個(gè)方面：

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

2）原系統(tǒng)沒(méi)有設(shè)計(jì)污泥濃縮池，污泥直接進(jìn)入離心脫水機(jī)，其含固率不穩(wěn)定，在0.5%～3%間浮動(dòng)。影響含固率的因素有澄清池的排泥方式和水質(zhì)的波動(dòng)，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(jì)，污泥密度會(huì)有一定程度上升。離心脫水機(jī)要求進(jìn)料含固率穩(wěn)定，含固率變化會(huì)造成離心機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，易損壞。

3）脫水機(jī)由于安裝水平度和鉛垂度的偏差超過(guò)允許偏差，造成振動(dòng)頻繁，內(nèi)筒與外筒之間掛泥現(xiàn)象嚴(yán)重，致使內(nèi)筒與外筒之間摩擦力增大，設(shè)備損壞頻繁，投產(chǎn)至今一直無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4）進(jìn)口離心脫水機(jī)安全銷經(jīng)常斷裂，速度傳感器損壞，運(yùn)行中機(jī)械振動(dòng)大，噪音大，現(xiàn)已停用3 年。

3.3 石灰加藥系統(tǒng)

原石灰加藥系統(tǒng)采用傳統(tǒng)干法石灰計(jì)量，包含容積式給料機(jī)、石灰溶解攪拌箱、平衡水箱及石灰加藥泵。石灰加藥系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題：

1）由于石灰出料采用振動(dòng)方式，容易造成粉料壓實(shí)，改變堆積密度和體積，產(chǎn)生拱橋，阻礙出料。由于原計(jì)量站無(wú)防潮保護(hù)投加器，外部空氣含有水分，導(dǎo)致粉料受潮，出現(xiàn)板結(jié)，致使石灰粉計(jì)量站給料機(jī)堵塞嚴(yán)重。

2）石灰投加控制采用通過(guò)改變石灰粉下料量來(lái)改變石灰投加量的方式，相對(duì)于原水流量變化有較大滯后，且計(jì)量站的投加不精確，無(wú)邏輯聯(lián)鎖控制。

3）石灰乳加藥管設(shè)計(jì)管徑較小，管道內(nèi)大量石灰沉積，致使投加管管道完全被堵塞。加藥管道無(wú)沖洗水。

4）石灰給料系統(tǒng)密閉不完善，加藥間粉塵污染嚴(yán)重、環(huán)境惡劣。

綜上所述，再生水深度處理系統(tǒng)問(wèn)題主要是因?yàn)闄C(jī)械加速澄清池出力不能達(dá)到設(shè)計(jì)值所致，此外污泥脫水系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行、石灰系統(tǒng)下料堵塞等也會(huì)加劇相應(yīng)問(wèn)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(yùn)行維護(hù)管理。

4 再生水深度處理系統(tǒng)改造方案

4.1 機(jī)械加速澄清池改造

1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)技術(shù)改造。

在清水區(qū)加裝斜管〔6〕，斜管長(zhǎng)度為1 000 mm，斷面為蜂窩六角形，內(nèi)徑60 mm，水平傾角為60°，傾斜方向與水流旋轉(zhuǎn)方向相反，以削減水流速度，使清水區(qū)水流更加平穩(wěn)。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(lái)，返回懸浮泥渣層；另一方面加大了水池過(guò)水?dāng)嗝娴臐裰?，同時(shí)減小了水力半徑，在同樣的水平流速時(shí)可以大大降低雷諾數(shù)，從而減少水的紊動(dòng)，促進(jìn)沉淀〔7〕。因此，在澄清池的分離區(qū)中加裝斜管可以有效提高出水效率。同時(shí)，應(yīng)增加斜管支架對(duì)斜管進(jìn)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(nèi)應(yīng)設(shè)置成多邊形，防止斜管掉落。

2）底部排泥管路系統(tǒng)改造。

澄清池底部排泥閥改為氣動(dòng)閥門，并加裝電磁流量計(jì)。先根據(jù)進(jìn)水流量累積值〔8〕計(jì)算出累積流量所產(chǎn)生的干污泥量，之后通過(guò)含固率計(jì)算出所產(chǎn)生的污泥量，再根據(jù)管道流速計(jì)算出排掉污泥所需的時(shí)間，最后根據(jù)進(jìn)水流量定期排泥，精確控制排泥時(shí)間和排泥量。

4.2 污泥脫水系統(tǒng)改造

污泥脫水系統(tǒng)擬采用板框壓濾機(jī)〔9〕，主要改造方案如下：

1）新增2臺(tái)板框壓濾機(jī)，2臺(tái)高壓污泥給料泵，1臺(tái)清洗水箱，1臺(tái)高壓清洗水泵，1臺(tái)壓縮空氣罐，1臺(tái)污泥緩沖罐，2臺(tái)污泥回流泵。機(jī)械加速澄清池污泥通過(guò)排泥泵送至污泥濃縮池，通過(guò)污泥排放泵打入污泥緩沖罐內(nèi)，采用污泥回流泵對(duì)污泥緩沖罐污泥進(jìn)行攪拌，通過(guò)高壓給料泵將污泥輸送至板框壓濾機(jī)，濾液至回收水池，泥餅通過(guò)車外運(yùn)。

2）板框壓濾機(jī)配套清洗裝置，清洗過(guò)程可全自動(dòng)進(jìn)行，清洗壓力高達(dá)10 MPa。清洗裝置安裝在壓濾機(jī)機(jī)身之上，由噴嘴、斜軌和連接管道組成。清洗時(shí)沿壓濾機(jī)機(jī)身方向水平移動(dòng)，依次將濾布清洗干凈?？梢愿鶕?jù)濾布臟污程度，對(duì)同一塊濾布往復(fù)清洗數(shù)次。

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

4.3 石灰加藥系統(tǒng)改造

石灰加藥系統(tǒng)采用濕法石灰加藥，設(shè)置2 臺(tái)螺旋計(jì)量裝置，2 臺(tái)石灰乳溶液箱配套攪拌器，2 臺(tái)石灰乳循環(huán)泵。

將原石灰粉倉(cāng)錐斗震打裝置拆除，建議在底部安裝破拱刮片喂料機(jī)。當(dāng)料倉(cāng)料滿時(shí)，柔韌刮片會(huì)以破拱軸為軸心收卷起來(lái)，一旦拱橋開(kāi)始形成，相應(yīng)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(huì)自動(dòng)逐步彈直從而破碎拱橋，減少石灰粉倉(cāng)底部的堵塞。

石灰粉通過(guò)計(jì)量輸送機(jī)定時(shí)計(jì)量，配制固定濃度的石灰乳溶液投加至機(jī)械加速澄清池，石灰乳投加采用大流量循環(huán)加調(diào)節(jié)閥的加藥方式。由于石灰乳含固量高，在調(diào)節(jié)閥的頻繁動(dòng)作當(dāng)中對(duì)閥芯的磨損較重，因此石灰乳加藥調(diào)節(jié)閥閥芯選用特殊陶瓷材質(zhì)。石灰乳通過(guò)渣漿泵投加至機(jī)械加速澄清池，采用陶瓷球閥進(jìn)行開(kāi)度調(diào)節(jié)從而控制pH，再通過(guò)管道回流至石灰乳溶液箱。

4.4 改造后主要構(gòu)筑物參數(shù)及設(shè)備清單

主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備參數(shù)Table 2 Parameters of main structures and equipments

4.5 改造后運(yùn)行情況

2021 年完成再生水處理系統(tǒng)改造，改造后單臺(tái)機(jī)械加速澄清池出力可達(dá)750 m3/h，冬季水溫較低時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定，澄清池出力可達(dá)700 m3/h。系統(tǒng)出水主要污染物指標(biāo)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(duì)澄清池出水主要污染物指標(biāo)的取樣分析結(jié)果。

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

5 結(jié)論及建議

本項(xiàng)目針對(duì)電廠再生水深度處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題，分別對(duì)機(jī)械加速澄清池系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、石灰加藥系統(tǒng)、其余加藥系統(tǒng)及配套系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造，恢復(fù)了原系統(tǒng)的使用。建議在此基礎(chǔ)上對(duì)再生水進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化水質(zhì)藥劑的種類及最佳投加量，選擇最適宜的工藝及運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步提高再生水處理效果。