電廠冷卻尾水用于城市供水水源的水質及水溫分析＊

張曉寧，胡靜，郭鵬乾

電廠冷卻尾水用于城市供水水源的水質及水溫分析＊

張曉寧1，胡靜1，郭鵬乾2

（1.寧夏建設職業(yè)技術學院，寧夏 銀川 750021；2.石嘴山市潤澤供排水有限公司惠農分公司，寧夏 石嘴山 753200）

石嘴山電廠采用黃河水進行直流冷卻，有大量冷卻尾水被排棄回黃河中，這提供了利用冷卻尾水作黃河水廠供水水源的可能性，從水質和水溫兩個關鍵方面對其可行性進行了分析。結果表明利用電廠冷卻尾水作城市供水水源是可行的，會產生明顯的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果，在冬季寒冷的石嘴山地區(qū)，將更受歡迎。

電廠冷卻尾水；城市供水水源；水質；水溫

1 引言

石嘴山黃河水廠位于寧夏石嘴山市惠農區(qū)，目前是寧夏唯一一座同時具備地表水和地下水處理功能的水廠，承擔著惠農區(qū)城區(qū)、河濱工業(yè)園區(qū)生活及工業(yè)用水的供給任務，供水能力達110 000 m3/d，其中地表水供水能力80 000 m3/d。地表水處理系統(tǒng)水源取自石嘴山電廠核心泵站黃河原水，經(jīng)取水泵站提升，輸送至凈水廠，凈化處理后再輸送給用戶供生產、生活使用。

石嘴山電廠位于石嘴山河濱經(jīng)濟開發(fā)區(qū)東側，緊靠黃河，該廠現(xiàn)有生產系統(tǒng)采用黃河水進行直流冷卻，有大量的冷卻尾水被排棄回黃河中，這提供了利用這些冷卻尾水用作石嘴山黃河水廠水源的可能性，其水質和水溫是主要的制約因素?；诖?，本文從水質和水溫兩個方面對電廠冷卻尾水用作城市供水水源的可行性進行了分析，以期為類似工程或本水廠的升級改造提供有利參考。

2 水廠現(xiàn)有取水情況

取水泵站工藝系統(tǒng)由取水閘室、前池及取水泵房三部分組成。引水渠把電廠核心泵站抽取的黃河原水引入取水閘室，引水渠引水能力為113 700 t/d。取水泵房為半地下式，平面尺寸12 m×24 m，總高14.2 m，地下部分深8.5 m，安裝渣漿泵3臺、離心式清泵1臺。原水輸水管從取水泵站至黃河水廠廠區(qū)全長1 248 m，最大輸水量72 000 t/d。

冬季溫度較低，在取水口和凈水廠都要考慮防凍措施，凈水廠澄清池、濾池等為了防凍均要設在室內，外露管線也要考慮保溫措施。

3 冷卻尾水水質

3.1 冷卻水含沙量

取水泵房側向進水窗底檻標高按保證率為97%的低水位確定，平常水位可加設活動疊梁閘板，以減少河床底部推移質進入。泵房內集水井底部設有2 m深的沉砂坑，同時設有沖砂廊道和排砂用的水力提升設備。為了防除雜物雜草等進入，泵房設有欄污柵、旋轉格網(wǎng)以及相應的除污物設施。為了防除冰凌，第一臺泵在冬季停用，其輸水管改為反向回流熱水，回流到泵房上游及第一格集水井處，以提高進水水溫和加劇進水口處的水流擾動。直流冷卻后的出水，由南北排水渠排入黃河。

以上措施的采取，使得洪水季節(jié)時冷卻水的含沙量明顯低于黃河原水含沙量，只是當黃河水含沙量降低時，即當大粒徑的石子粗砂所占比例減小時，去除效果相應就會降低。另外，如果泵房下部2 m深的沉砂坑因為清除沉砂不及時，會導致沉砂坑很快積滿，泥沙的去除效果也會大大削弱。

3.2 冷卻尾水污染情況

電廠冷卻水主要用于汽輪機冷卻，冷油器的冷卻水量很小，僅10～20 m3/h。正常冷卻過程中沒有任何添加劑和其他污染，只有在冷油器出事故的情況下，才可能有少量油混入冷油器的冷卻水中，在總量很大的直流冷卻水水體中，含量相對較小，是常規(guī)的凈水處理工藝可以去除的，所以其各項水質指標可以按黃河原水為參考標準。

4 冷卻尾水水溫

由于電廠冷卻尾水溫度稍高，用作城市供水水源時，往往會引起注意，甚至產生懷疑，以下從實際供水、生活使用、工業(yè)生產使用、凈化過程以及工程建設等方面對水溫問題進行分析。

4.1 水廠供出自來水水溫預測

根據(jù)電廠水溫測定資料，尾水溫升平均約11.8 ℃，另外，黃河源水被水泵機組提升過程中，溫度也稍有升高，平均升高1～2 ℃，冬天加之泵房采暖，溫升相對稍高，夏季則相對稍低。

在水處理過程中，水溫的變化與外界氣溫、池型、風速、相對溫度等許多因素有關，一般變化很小，在冬季水溫比氣溫高的情況下，處理過程中水溫下降1～2 ℃，而在夏天氣溫高日照好的情況下，敞開曝曬的大面積穩(wěn)定水體，水溫則可能稍有升高。但總的來說，在提升、凈化處理過程中，水溫的變化相當微小，有時可互相抵消。

以黃河原水水溫（2018年）和冷卻尾水的平均溫升11.8 ℃來推算，預測自來水供水水溫，其黃河水溫實測曲線和尾水水溫預測比擬曲線如圖1所示，最高供水水溫約36 ℃，僅2個多月。

圖1 電廠冷卻水水溫變化曲線

4.2 日常生活用水的水溫

城市生活用水的使用范圍很廣，從家庭、單位到社會公共建筑、市政設施，有食用、飲用、洗滌等各種不同用途。根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》[1]，各種不同用途生活用水的適宜溫度大部分在30～45 ℃，所以，電廠冷卻尾水的水溫，一般是可以被接受的，在石嘴山地區(qū)將更受歡迎。

4.3 一般城市自來水的水溫

國家對城市給水（即自來水）的水溫沒有明確規(guī)定。一般自來水的水溫都取決于給水水源，各地區(qū)也不盡相同。地表水水源水溫隨日照、氣溫及水層深度而變化，其變化范圍為0.1～30 ℃[2]。水體狀態(tài)也會影響到水溫，一般水體比較穩(wěn)定的湖面，水溫比河水稍高一些。因此，以地表水為水源的水廠供出的自來水，其水溫隨季節(jié)變化較大，所預測的電廠冷卻水溫也不會超過變化范圍。

4.4 水溫與生活使用中的節(jié)能問題

日常生活用水中，有些是有溫度要求的，比如做飯、蒸煮等，水溫越高越好。另外，也有一些生活用水沒有明顯的水溫要求，也不需要加熱，直接用自來水就行，比如洗菜、洗拖布、灑地、沖廁等，所以日常生活中需加熱使用的水量大約占人們直接生活用水的50%。水溫高，社會節(jié)能效益是比較可觀的。

4.5 水溫對工業(yè)生產的影響

4.5.1 工業(yè)用水的適宜水溫與經(jīng)濟關系

工業(yè)用水的水溫雖然不是影響產品質量的決定因素，但與有效利用生產設備以及經(jīng)濟效益有很大關系。由于各種工業(yè)用水的目的與內容不同，所適宜的水溫也不相同。一般工業(yè)生產的適宜水溫為20 ℃，年溫差越小越好。但是工業(yè)用水水溫一般并沒有達到理想的標準，而是取決于工廠所在地的氣溫與水源。特別是各城市地表水源差別較大，全年溫差也較大。由于在整個工業(yè)用水中，一般冷卻水與洗滌水占的比例較大，鍋爐用水占的比例較小，所以，在工業(yè)用水中，水溫高對經(jīng)濟節(jié)能方面總的來說是不利的，影響的大小將取決于冷卻用水總量所占的實際比例。

4.5.2 水溫對工業(yè)用水設備的影響

由于水溫提高后對細菌微生物的繁殖有利，所以從理論上講，就會加速對金屬設備的腐蝕。腐蝕的速率隨水溫的升高而成比例地增加，一般情況下，水溫每升高10 ℃，腐蝕速率約增加30%[3]。細菌對金屬的腐蝕作用，并不一定是直接侵蝕金屬體，而主要是加速電化學腐蝕過程引起的腐蝕作用[4]，所以，主要應加強設備本身的防腐以控制這兩種基本的腐蝕因素。另外，細菌和藻類的生殖，水溫只是制約因素之一。即使水中細菌和藻類一旦超過規(guī)定限值，為保證出水水質，采取滅菌式除藻或抑制其生存之類的常用的有效措施，完全可以消除水溫提高所帶來的不良影響。

4.6 水溫對凈水處理的影響

原水溫度在凈化處理過程中的影響作用，主要表現(xiàn)在對混凝效果、顆粒沉降、過濾及消毒等方面的影響，具體如表1所示。

從表1中水溫對混凝、沉淀、過濾的影響作用看，水溫高有利于混凝、沉淀和過濾的進行。對于消毒，并沒有水廠報道因水溫升高會導致加氯量有明顯的變化，可能是增加量非常微小的緣故。總的來說，水溫升高對凈水處理弊少利多。

4.7 水溫對工程材料、工程造價方面的影響

橡膠、塑料等易老化的材料，在水溫高時要比水溫低時老化得快些，在溫差不大的情況下，實際上的差別不是很明顯。在凍土深度大的寒冷地區(qū)，管道因防凍要求而往往增大了埋深，水溫高時則可以減小管道覆土深度，從而降低工程造價，明露管道也可以減少保溫措施，都有助于節(jié)省投資。根據(jù)石嘴山歷年氣象資料，石嘴山地區(qū)冬季最冷月，月平均氣溫﹣15 ℃，極端最低氣溫﹣28.4 ℃，凍土深度104 cm[5]，水溫高，在防凍問題上將會有明顯的優(yōu)越性，并且會反映在整個給水工程的造價上。

5 結論

因取水泵房采取了一定的措施，在洪水季節(jié)電廠冷卻尾水泥沙量低于黃河原水泥沙量，可有效減輕凈水廠預沉池負荷。正常冷卻過程中，冷卻尾水沒有任何添加劑和其他污染，其各項水質指標可以按黃河原水為參考標準。

電廠冷卻尾水溫度高于黃河原水溫度，并不超出一般城市自來水水溫的常規(guī)范圍，仍然適應人們在日常生活中的使用要求，而且由于節(jié)能，在冬季寒冷的石嘴山地區(qū)會更受歡迎。在水的凈化處理和輸配工程中，也有很明顯的優(yōu)越性，但對于工業(yè)生產用水，由于各種不同的目的，其水溫高的優(yōu)越性不明顯，特別是冷卻使用時弊多利少。利用電廠冷卻尾水作城市給水水源，具有明顯的經(jīng)濟效益和節(jié)能效果，但要注意與電廠生產的密切關系，保證安全供水。在北方氣溫低、冬季嚴寒的條件下，其有利的一面將更為突出。

表1 水溫對凈水處理的影響

影響方面水溫的影響作用機理 對混凝效果的影響一般情況下，水溫升高有利于絮凝反應①水的粘度隨水溫的升高而降低，進而使顆粒的遷移運動增強，顆粒的碰撞機會大幅增加；②水溫升高，分子的熱運動加快，使膠體顆粒的布朗運動能量增強，從而有利于膠體顆粒脫穩(wěn)沉降；③水溫升高，膠體顆粒周圍不易水化，不會妨礙膠體聚集，而粘附能力提高，有利于礬花的形成 對顆粒沉降的影響自然沉淀中分散顆粒的自由沉降：借重力下沉的大顆粒，水溫高時越容易沉，而穩(wěn)定的細小膠體顆粒水溫高時反而不易沉①水溫高時，水分子熱運動的加快以及膠體顆粒布朗運動的加強、顆粒碰撞機會的增加，都對顆粒順利地自由下沉造成阻礙作用；②水溫高時水的粘滯性變小，對顆粒下沉的拖拽阻力又會減小 混凝沉淀中絮凝顆粒的自由沉降：水溫高時，既有有利的方面也有不利的方面①水溫升高時，增加了顆粒再絮凝變大的機會，因而是有利的一面；②按自由下沉直線運動距離最短的原理，溫升所增加的分子運動與碰撞，從沉淀角度看是不利的一面 高濁度擁擠沉降：水溫的影響作用不明顯，基本上不影響沉淀效果由于泥砂顆粒密集，互相干擾，形成界面沉降或整體網(wǎng)絡下沉的形式，水溫對分子熱運動、顆粒碰撞等產生的作用，相對不明顯 對過濾的影響水溫升高，過濾周期加長，有利于過濾的進行①水溫高會使混凝沉淀效果提高并使余濁中的礬花也具有較強的抗剪能力而不易穿透；②水的粘滯系數(shù)減小后，阻力減小，在濾速與過濾水頭一定的情況下截污能力相對提高 對消毒的影響水溫升高，消毒加氯量增加水溫高時細菌繁殖加快，消毒加氯量應稍有增加

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50015—2003建筑給水排水設計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2009.

［2］張克榮.水質理化檢驗［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2006：35.

［3］金熙，項成林，齊東子.工業(yè)水處理技術問答及常用數(shù)據(jù)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1997：304.

［4］魏寶明.金屬腐蝕理論及應用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1984：170.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.GB 50736—2012民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

TU991

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.007

2095－6835（2019）19－0022－03

張曉寧（1983—），男，碩士，講師，主要從事水處理方面的研究工作。

2018年寧夏高等職業(yè)教育教學工程項目（寧教職成辦〔2018〕102號）

〔編輯：張思楠〕