城市中水在火电厂的应用及注意事项

白春会

新疆电力设计院，新疆 乌鲁木齐 830000

引言

我国水资源短缺，且空间分布极不均匀，新疆地区尤为严重。随着工业化和城市化的发展，新鲜水量的需求越来越大，同时产生的废水也越来越多。废水的排放不仅是水资源的浪费又严重污染环境，因此必须对废水进行回用。火力发电厂属于传统意义上的用水大户，其用水量对所在地区的水资源平衡有很大的影响。当前电力产业政策中对火电厂用水的要求是：在北方地区，新建、扩建电厂禁止取用地下水，严格限制取用地表水，鼓励利用城市污水处理厂的中水或者其他废水。可以看出，废水的回用已经上升到了法律的高度，成为了一种强制行为。

中水是指经过城市二级污水处理厂处理，达到《污水综合排放标准》要求的城市生活污水或者其他废水。中水实际上仍然属于污水，区别在于中水是经过处理后排放的污水，水质有了一定程度的改善，但是并不足以直接应用，因此必须进行深度处理后方能应用于电厂。

新疆地区自2009年首次应用中水做为火电厂水源，在节水方面取得了巨大的成效。但由于设计阶段与运行阶段水质相差较大，首台应用中水的发电机组投运后出现了超滤污堵以及循环水塔池水泥脱落等问题。

1 中水在新疆某电厂的应用

新疆某电厂于2009年投产，设计水源为河东污水处理厂处理后的中水，备用水源为七道湾污水处理厂处理后中水。污水处理厂的出水水质执行《污水综合排放标准》的污水二级排放标准，主要指标为 SS≤ 30mg/L， BOD5≤ 30mg/L，CODCr≤100mg/L，磷酸盐≤3mg/L，氨氮≤10mg/L[1]。中水进入电厂后首先进行深度处理，深度处理后的中水一部分作为循环冷却水塔池补水，一部分经加热后作为锅炉补给水处理水源。中水深度处理流程为：二级处理后的城市污水→调节水池→原水提升泵→石灰处理澄清池→变孔隙滤池→清水池。在澄清池内分别加入石灰乳、聚和硫酸铁和聚丙烯酰胺，在变孔隙滤池后加入硫酸和二氧化氯用于调节pH和杀菌。

2 中水应用中出现的问题及原因分析

该厂中水深度处理系统于2009年11月正式投入生产。在投产后的第2个月，锅炉补给水系统的超滤膜即产生了严重的污堵，险些造成除盐水中断。2010年6月循环水塔池边缘出现了严重的裂缝，部分夯梁水泥出现了大面积的脱落，循环水pH小于7，系统腐蚀严重。

2.1 超滤污堵原因分析

2.1.1 该厂超滤设备采用内压式、死端过滤设备。前期使用自来水作为水源，运行效果良好。改用中水后的第2个月即出现了压差急剧上升、产水量下降的现象，经过化学加强反洗后并不能减轻污堵。现场将一只超滤膜解体后发现：超滤膜丝内部充满了红黄色相间的絮状物。经过分析后得出该絮状物为中水深度处理所加入的聚合硫酸铁和水中悬浮物凝聚产生的絮凝物质。

2.1.2 设计水质和实际运行阶段水质相差太大。工程设计阶段中水水质较好，但是在工程建设阶段该地区新建了一座化肥厂，同时农业灌溉产生的农田退水也进入该市污水处理厂，造成了污水处理厂的处理能力严重不足，经污水处理厂处理后排放的中水COD和氨氮严重超标，COD最高可达300～500mg/L，而氨氮最高可达60mg/L。

2.1.3 由于设计阶段中水水质较好，经过论证后取消了曝气生物滤池的设计。众所周知，曝气生物滤池在中水处理中对COD的去除起非常关键的作用[2]。机组投运后由于来水COD含量发生变化，原来的设备对COD去除能力有限，因此中水经过深度处理后COD浓度仍然达到了60～100mg/L，如此高浓度的COD对超滤系统正常运行造成了严重的污堵，是本厂超滤发生污堵的最主要原因。

2.1.4 絮凝剂加入量过大。本厂中水深度处理系统采用EPC总包模式，总包单位在确定絮凝剂加入量时并未进行小型试验，只是按照经验数值进行了修订，造成实际加入量要远大于理论最佳加入量。澄清池调试阶段发现清水区有极细小的矾花随着集水槽流入后续的变孔隙滤池，说明加药量偏高。这个问题在调试前期已经有所体现并对加药量进行了调整，但从污堵的现象来看，加药量仍然偏高。

2.1.5 运行管理不严格。部分运行人员并未按照运规进行操作，甚至擅自延长运行时间或者不按照规定的运行周期进行加强反洗，造成超滤膜污堵越来越严重，最终无法正常制水运行。

2.2 循环水塔池裂缝原因分析

2.2.1 取样对塔池中循环水进行全分析。部分结果如下：pH6.7，硫酸根1200mg/L，硝酸根130mg/L。循环水系统在正常运行情况下塔池内的pH一般在8-9之间，当pH低于7时循环水管道以及塔池内的金属部件会发生比较严重的腐蚀。本厂的硫酸根和硝酸根浓度较高，根据《工业建筑防腐蚀设计规范》，该厂如此浓度的硫酸根对塔池内水泥已经构成了中度侵蚀。

2.2.2 pH低的原因分析：该厂并未设计氨氮去除设备，中水经深度处理后氨氮并不达标，基本稳定在20mg/L～35mg/L之间。当循环水中的硝化细菌处于高数量级时，水中的氨氮将发生硝化反应生成硝酸，造成水中pH大幅度降低，同时水中硝酸根离子浓度大幅度升高。

2.2.3 硫酸根离子浓度高的分析。循环水运行时控制浓缩倍率为3左右，深度处理后中水的硫酸根为200mg/L，这两者的乘积只有600mg/L，但是塔池内循环水中硫酸根浓度为1200mg/L。对中水处理系统进行分析后发现，在变孔隙滤池后加入硫酸以中和絮凝过程中加入的过量石灰，而这项操作实际上增加了出水中的硫酸根浓度，是造成塔池内硫酸根浓度高的主要原因。

2.2.4 水泥脱落的原因分析。在已硬化的水泥类材料中，硫酸盐与水泥有两种反应。第一种反应是硫酸盐与水泥水化物中的铝酸钙作用，生成硫铝酸钙，其结晶物含有31个结晶水，固相体积较反应前的物质体积增加227%；第二种反应是硫酸盐与水泥水化物中的氢氧化钙产生反应，生成石膏，固相体积较反应前的物质体积增加124%。这些反应产物存在于已硬化的水泥类材料构架中，将产生很大的膨胀压力。若超过了水泥类材料的抗拉强度，则使其开裂破坏，丧失结构性能。当介质中所含的硫酸根离子较多时，表现为石膏型腐蚀；当介质中所含的硫酸根离子较少时，则表现为硫铝酸钙型腐蚀。本厂硫酸根离子浓度较高，属于石膏型腐蚀。

3 解决办法

3.1 针对超滤污堵的问题，采用了以下解决办法。

3.1.1 本厂超滤污堵主要是由于高浓度的COD和过量的聚合硫酸铁生成的聚合物堵塞超滤膜丝所致。在增设曝气生物滤池不能实现的情况下，最终在中水站变孔隙滤池和超滤保安过滤器前增设双滤料过滤器，以进一步去除水中的COD和细小絮凝体。

3.1.2 补充完成混凝小型试验，确定聚合硫酸铁最佳加药量为15mg/L～25mg/L。并要求运行人员严格根据进水流量进行调整。

3.1.3 严格运行管理。严格要求运行人员按照超滤设备运行时间进行定期反洗和加强化学反洗，并将化学加强反洗中的浸泡时间由300秒延长至600秒，并延长浸泡后的冲洗时间由30秒至60秒。

3.2 针对循环水塔池出现的问题，采用了如下解决办法。

3.2.1 机组检修期间将脱落的水泥进行修补，并将塔池内缘裸露的水泥全部涂刷环氧树脂进行防腐。

3.2.2 取消变孔隙滤池后的加硫酸工艺。塔池补水由于氨氮含量较高，在塔池内将发生硝化反应使循环水pH降低。取消加硫酸工艺，一方面可以使塔池补水以较高的pH进入塔池，对硝化反应产生的硝酸具有一定的中和作用，另外一方面将降低补水中的硫酸根离子浓度，减轻硫酸盐对水泥的侵蚀作用。

3.2.3 定期检测循环水中硝化细菌数量，发现有升高的趋势后及时投加非氧化性杀菌剂进行冲击杀菌，保证硝化细菌的数量处于低数量级。

4 结语

4.1 中水水质由于变化较大，在设计阶段应充分考虑水质变化后设备的适应能力，尤其是中水深度处理工艺的选择，必须要有一定的设计余量。

4.2 中水经混凝澄清处理后，一定要设计曝气生物滤池以保证出水COD达标，同时要严格进行混凝小型试验，确定最佳混凝剂和助凝剂的投加量。

4.3 中水深度处理应充分考虑氨氮的去除。新疆地区经济结构单一，以农业经济为主，因此废水中氨氮含量普遍偏高，应采取生物脱氮或者氨的气提方式降低氨氮浓度。

4.4 超滤设备应选择抗污染、高通量的设备，运行方式建议采用外压式、错流过滤方式。

4.5 严格运行管理，严格设备运行操作。

[1]污水综合排放标准（GB8978-1996）

[2]中水回用技术及工程实例