城市再生水回用于電廠循環(huán)冷卻水的分析及處理

孫 暉，戴家漲，馮 悅，鄭玲洋，趙 悅

（浙能阿克蘇熱電有限公司，新疆 阿克蘇 843000）

0 引言

火力發(fā)電廠用水在工業(yè)用水中占有較大比例，但水資源短缺制約了火力發(fā)電廠的發(fā)展，如何節(jié)約用水、提高水資源的利用率已成為火力發(fā)電廠急需解決的問題[1-5]。浙能阿克蘇熱電有限公司位于新疆阿克蘇地區(qū)，生產(chǎn)用水全部使用阿克蘇城市污水處理廠的再生水，具有溫度低、濁度低、硬度高的特點。本文對阿克蘇城市再生水的水質、預處理前后的水質變化規(guī)律和高密度沉淀池除硬等方面進行分析，為再生水用于電廠循環(huán)冷卻水提供依據(jù)，在節(jié)能減排、污水資源化再利用等方面具有重要意義。

1 城市再生水的水質特性

阿克蘇的城市再生水水質指標（如pH值、濁度、電導率、氯離子質量濃度、COD、氨氮和總磷質量濃度等）變化見圖1，分析可知：

圖1 阿克蘇城市再生水水質指標變化Fig.1 Change of Aksu urban reclaimed water quality index

（1）再生水pH 值在6.5～8.2；濁度除10 月和4月外，其余均穩(wěn)定在20 NTU以下。

（2）氯離子質量濃度和電導率的平均值在春夏比秋冬季節(jié)高。夏季溫度升高，氯離子質量濃度上升，在8月達到全年峰值380.47 mg/L，隨后顯著下降。

（3）COD在4月達到全年最高值44.9 mg/L。隨著溫度降低，冬季平均值要小于夏季。10月氨氮質量濃度除為3.34 mg/L，其余均在0～1.5 mg/L；全年氨氮質量濃度先升高后降低，受溫度和氣候影響較大?？偭踪|量濃度保持在1 mg/L左右，波動幅度較小。

（4）總硬度為3.00～6.36 mmol/L，總堿度為1.95～4.88 mmol/L，碳酸鹽硬度為2.58 mmol/L。

圖1 表明再生水的多項指標在一年中變化較大，給預處理的穩(wěn)定運行造成較大難度。阿克蘇污水處理廠采用GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》二級排放要求，不能滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質》中對再生水水質的要求[6-8]。

2 再生水預處理系統(tǒng)存在的問題及原因分析

2.1 預處理系統(tǒng)工藝

阿克蘇熱電有限公司再生水預處理系統(tǒng)流程見圖2，設計正常出力為1000 t/h。再生水在生物曝氣濾池內進行曝氣、脫氮后，自流至中間水池，經(jīng)3臺中間水泵提升至2臺600 t/h的高密度沉淀池內進行混凝沉降，高密度沉淀池污泥水排放至污泥濃縮池進行濃縮，壓濾泥餅外運，出水自流至5臺260 t/h變孔隙濾池過濾，過濾出水至工業(yè)及消防水池。

圖2 預處理系統(tǒng)流程Fig.2 Pretreatment system flow chart

2.2 存在的問題及原因分析

2.2.1 預處理過程中加藥量不足

圖3 和圖4 為預處理過程中水質指標的變化，進水和出水的水質指標變化較小。生物曝氣濾池出水中氨氮質量濃度較進水僅降低了33%左右，表明生物曝氣濾池的脫氮效果差，池中的微生物菌落含量少。高密度沉淀池加混凝劑和石灰處理前后再生水的濁度和硬度均無明顯降低，分析認為，為了實現(xiàn)石灰的再利用，混凝劑加藥量低且沒有加入助凝劑，部分懸浮顆粒物在水中，不能很好地混凝沉淀導致出水濁度高。只有當pH 值≥10 時，石灰處理才能降低碳酸鹽硬度，達到良好出水水質。而阿克蘇熱電有限公司的預處理系統(tǒng)石灰加藥設備出力小，不能形成良好的處理條件，應根據(jù)來水的水量和水質變化，及時調節(jié)混凝劑、助凝劑和石灰的加入量，使出水達到最佳效果。

圖3 生物曝氣濾池對氨氮質量濃度的去除效果Fig.3 Removal effect of biological aerated filter on ammonia nitrogen mass concentration

圖4 高密度沉淀池對濁度和硬度的去除效果Fig.4 Removal effect of high density sedimentation tank on turbidity and hardness

2.2.2 預處理系統(tǒng)的腐蝕

對再生水進行腐蝕分析，靜態(tài)掛片7天后水質渾濁、顏色呈黃色，金屬掛片表面點蝕明顯，附著大量黃黑色的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕速率為0.051 2 mm/a[9]。金屬表面腐蝕以點蝕為主，波紋狀腐蝕面積較廣，腐蝕深度較淺。通過對腐蝕產(chǎn)物進行X 射線能譜分析，可知腐蝕類型為吸氧腐蝕，鐵氧元素質量比接近1，判定腐蝕產(chǎn)物的主要成分為氧化鐵[10-11]。此外還存在少量的鈣鹽、鎂鹽及碳、硅氧化物，可見再生水具有一定的腐蝕性[12-13]。

對不同處理設施中的再生水進行腐蝕電化學測試，結果見圖5 和表1，碳鋼在水樣中的開路電位均隨時間不斷負移，說明此過程中，碳鋼表面未形成保護膜。碳鋼在再生水源水中的穩(wěn)定開路電位為-0.581 V，經(jīng)過高密度沉淀池處理后的開路電位為-0.609 V，混凝處理后的開路電位為-0.618 V，表明經(jīng)過混凝沉淀處理后的再生水對碳鋼的腐蝕性增強。

圖5 不同處理設施中再生水的開路電位Fig.5 Open circuit potential time change diagram of reclaimed water in different treatment facilities

表1 不同處理設施中的再生水的電化學測試結果Tab.1 Electrochemical test of reclaimed water in different treatment facilities

碳鋼在不同水樣的腐蝕過程中陰極斜率均大于陽極斜率，表明碳鋼在腐蝕過程中受陰極擴散過程控制，且陰極和陽極在擴散過程中阻力均較大。碳鋼腐蝕的陰極反應為氧的還原過程，因此其腐蝕受氧的擴散控制。

2.2.3 預處理系統(tǒng)中顆粒的聚沉性弱

對預處理系統(tǒng)中再生水顆粒物的沉淀性能分析可以說明預處理系統(tǒng)的凈化效果，即能否使水中顆粒物脫穩(wěn)并聚沉。本文采用Zeta電位分析儀（馬爾文公司，ZS-90）對不同處理設施中再生水的顆粒物Zeta電位進行分析，結果見表2。

表2 不同處理設施中再生水的顆粒物Zeta電位1）Tab.2 Zeta potential of particles in reclaimed water in different treatment facilities mV

再生水中顆粒物的Zeta 電位較高，說明顆粒間排斥力較大，不易聚沉，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)[14-15]。1號水樣的ABFT出水和變孔隙濾池出水的Zeta電位絕對值較高，說明水中膠體顆粒的穩(wěn)定性強，預處理系統(tǒng)的凈化作用較弱，水中懸浮顆粒及膠體微粒仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒不易聚集沉降。

3 優(yōu)化措施

3.1 混凝優(yōu)化

采用聚合氯化鋁（混凝劑）和聚丙烯酰胺（助凝劑）進行混凝優(yōu)化，通過正交試驗考察在攪拌強度、沉淀時間、加藥量等不同條件下，混凝處理后水的濁度、pH 值、硬度、COD 等變化情況[16-18]。通過計算平均值、極差和各因素權重，可得最佳試驗條件為：250 mg/L 的混凝劑，1 h 的澄清時間，混凝攪拌時間和助凝攪拌時間為90 s，攪拌強度為100 r/min。在此條件下，硬度去除率為40.9%，堿度去除率為40.9%，COD去除率為70.2%，濁度去除率為97.5%。

3.2 除硬優(yōu)化

采用混凝-石灰-純堿去除硬度，石灰加量為750 mg/L，純堿加量為250 mg/L，其余試驗條件同混凝優(yōu)化，處理前后水質指標見表3。由表3 可知，在最佳加藥量下濁度降為0，硬度降至0.3 mmol/L，去除率達91.9%。

表3 混凝-石灰-純堿處理前后水質指標Tab.3 Water quality indexes before and after coagulation?lime?soda treatment

4 建議

本文對阿克蘇城市再生水用于電廠循環(huán)冷卻水的預處理系統(tǒng)存在的問題進行了分析，并提出相應的解決措施，針對此次處理過程，提出以下建議，可供存在類似問題的電廠參考。

（1）由于生物曝氣濾池對氨氮的處理效果差，應確保濾池中溶解氧的含量，增強微生物的活性，定時更換濾料，及時進行反沖洗，保持pH值在合適范圍內。

（2）控制混凝劑和助凝劑在高密度沉淀池的加入量，保證藥劑之間具有一定的間隔時間和足夠的混合反應強度，提高混凝反應和沉淀效果。

（3）采取混凝-石灰-純堿法進行除濁除硬，處理后再生水的pH值較高，需要進行加酸處理，將pH值調整為6～9，然后補入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。