火电厂中水回用处理新工艺

刘 莉

（河北建投西柏坡发电有限责任公司，石家庄 050400）

1 概述

河北某电厂拟建设中水深度处理系统，对某县城市污水处理厂二级出水进行深度处理后回用，作为电厂三期2台600 MW燃煤发电机组循环冷却水系统的补充水，既加强了环境工程建设，增加了企业的经济效益，同时也有效地缓解了水资源的紧缺局面。

某县的污水主要以生活污水为主，工业废水所占比例不足30%，污水处理厂采用吸附－生物降解（AB）处理工艺，去除污水中CODcr，BOD5，并可进行生物脱氮除磷。经对污水处理厂连续监测发现，该污水油脂类物质较多，冬季和夏季二沉池出水水质差别较大，AB工艺对污水中的氮磷去除效果较差，污水厂出水中的氮磷含量超出了GB 50335—2002《污水再生利用工程设计规范》中关于循环冷却系统补充水的水质标准［1－3］。污水再生利用工程设计规范见表1。因此，采用气浮－曝气生物滤池耦合工艺对回用中水进行处理。

表1 污水再生利用工程设计规范

2 气浮絮凝试验

气浮具有较好的除油效果，曝气生物滤池有较强的抗季节性冲击能力［4］，电厂在污水处理厂改造的基础上，拟增加气浮－曝气生物滤池工艺，进而使中水回用水水质符合循环水补水要求。为检验气浮－曝气生物滤池工艺处理效果，进行了以下试验。通过进行气浮池的优化运行参数试验，确定最佳的化学药剂以及投药量，对气浮池存在的必要性进行分析论证。

2.1 气浮絮凝试验设计

2.1.1 除磷药剂

试验所选用3种除磷剂，见表2。

2.1.2 试验用水

试验用水为污水处理厂二沉池出水，水质情况见表3。

表2 选用的3种除磷药剂

表3 试验用水水质

2.1.3 试验装置及运行条件

采用烧杯试验，其搅拌方法分为3个阶段：快速搅拌1.5 min，转速为200 r／min，G值为90.7，GT值为8 183；中速搅拌15 min，转速为100 r／min，G值为37.7，GT值为18 432；慢速搅拌5 min，转速为50 r／min，G值为13.6，GT值为31 943。最后静沉30 min，试验水样经混凝30 min后，取上清液检测。

2.2 气浮池絮凝剂选择及加药量确定

2.2.1 三氯化铁投加试验

为了检测三氯化铁在不同投药量的情况下对磷的去除效果，采取静态试验，对在各个投加量前后的TP浓度进行测定，试验结果显示，氯化铁质量浓度在0～80 mg／L范围内，随浓度的逐渐增大，磷的去除效果越来越好，当氯化铁质量浓度为60 mg／L时，出水磷的质量浓度为0.749 1 mg／L，磷的去除率达到73.76%，满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准，当氯化铁质量浓度为80 mg／L时，出水磷的质量浓度为0.327 9 mg／L，磷的去除率达到88.52%。

然而在工程应用中，由于三氯化铁容易潮解，为保证磷被去除完全，需要铁盐过量。处理后剩余的铁盐会在水中发生反应产生Fe（OH）3，即处理后的水会有泛微红和浑浊的现象。由于铁盐的使用环境为p H值5.0～6.0，因此需要投加氢氧化钠以调整p H值，但调整p H值后，又容易生成Fe（OH）3沉淀，具体操作过程很难实现，所以不能采用氯化铁作为除磷药剂。

2.2.2 硫酸铝投加试验

为了检测硫酸铝在不同的投药量情况下对磷的去除效果，采取静态试验，对在各个投加量前后的TP浓度进行测定，试验结果显示，在投药范围内，随浓度的逐渐增大，磷的去除效果越来越好，在硫酸铝浓度为80 mg／L时，出水磷的浓度为0.564 3 mg／L，磷的除率达到74.51%，但是考虑到一方面铝离子浓度过大对生物会有毒性作用，进而影响后续的BAF处理，另一方面硫酸铝的运行成本偏高，因此该项目不宜选用硫酸铝作为除磷药剂。

2.2.3 聚合氯化铝投加试验

为了考察聚合氯化铝在不同投药量的情况下对磷的去除效果，采取静态试验，对在各个投加量前后的TP浓度进行测定，试验结果显示，当聚合氯化铝浓度在0～40 mg／L时，随PAC浓度的增大，出水中磷的含量骤降至40 mg／L时，出水中磷的浓度降为0.048 8 mg／L，去除率高达97.29%，当聚合氯化铝质量浓度为40～80 mg／L时，出水磷的质量浓度变化非常小。

在分析对比的几种药剂中，投加聚合氯化铝的浓度最小，能够满足出水TP＜1 mg／L的要求，同时PAC价格低廉，经济实惠，对p H值基本没有影响，因此选择聚合氯化铝作为气浮池化学除磷药剂。

3 曝气生物滤池优化运行试验

3.1 气浮－曝气生物滤池耦合试验设计

该试验研究的气浮采用的是溶气气浮，气浮池的容积为162 L，进水水量为200 L／h，气浮池水力停留时间为0.81 h。气浮池前有一个容积为288 L的贮水池，用定时器定时进水，搅拌机在气浮池内不停的搅拌，使投加的化学药剂与溶液充分混合，保证气浮池能够连续运行。

该试验采用的曝气生物滤池为C／N曝气生物滤池和A／O曝气生物滤池，通过对比试验选择最佳的BAF类型。

3.2 曝气生物滤池运行参数确定

3.2.1 曝气生物滤池类型选择试验

该试验通过分析C／N型BAF和A／O型BAF这2种类型的BAF对TN去除，选择出最佳的BAF类型，为后续的BAF研究提供依据。其中A／O曝气生物滤池是在C／N曝气生物滤池基础上，增加了二级BAF到一级BAF进水的回流管［5］。

为了探讨C／N型BAF和A／O型BAF在有无加碳源情况下对TN的去除效果，采取4种方式作为对比（C／N无碳源、C／N加碳源、A／O无碳源、A／O加碳源），分别取BAF进出水水样进行分析研究，试验结果如图1所示。

图1为不同类型的曝气生物滤池在有无碳源的情况下对总氮去除效果的研究情况。从图1中可以看出，4个阶段的总氮的进水浓度的波动性很相似，但其出水中A／O加碳源的去除效果明显好于其他3个阶段，并且能够达到一级A标准，主要原因是充足的碳源以及良好的好氧厌氧环境。C／N无碳源阶段和C／N有碳源阶段的总氮去除效果都不理想，这主要因为两者都不能提供脱氮所需的良好的好氧／厌氧环境，仅能依靠生物的吸附作用以及膜内外微环境的好氧厌氧环境来脱氮（作用很小）。A／O无碳源阶段较前2个阶段去除率略有提高，但仍不理想，主要由于存在良好的好氧厌氧环境，而碳源成为了脱氮的主要限制因素。

图1 不同类型BAF对总氮去除效果的影响

3.2.2 最优气水比试验

溶解氧是曝气生物滤池的一个关键因素，直接影响曝气生物滤池的处理效果，根据厌氧微生物和好氧微生物的需氧要求，可以计算出曝气生物滤池的需氧量，在该试验中用气水比这个参数来反映需氧量。分别在气水比为3∶1和5∶1的条件下，通过试验考察不同的气水比对CODcr、氨氮等常规指标的去除效果，进而确定适宜的气水比。

3.2.2.1 不同气水比对去除CODcr的影响

为了考察不同气水比的曝气生物滤池对CODcr的去除效果，在选择A／O型BAF（厌氧段：好氧段＝1∶4）的条件下，对BAF进水和BAF出水2个取样口进行取样测定。结果显示，在气水比为3∶1时对CODcr的平均去除率为60.86%，气水比为5∶1时对CODcr的平均去除率为49.79%，但2个阶段的出水都能够满足出水要求。

3.2.2.2 不同气水比对去除氨氮的影响

为了考察不同气水比的曝气生物滤池对氨氮的去除效果，在选择A／O型BAF的条件下，对BAF进水和BAF出水2个取样口进行取样测定。结果显示，在进水氨氮浓度波动性不大的情况下，气水比为5∶1时对氨氮的去除效果明显好于气水比为3∶1时，可见对于氨氮的去除，供氧量越大，去除效果越好，氧的供给是一个很重要也是很直接的因素。为了使氨氮稳定出水，选择气水比为5∶1作为最优气水比。

3.2.3 不同的回流比对脱氮效果的影响

该试验将曝气生物滤池的气水比控制在5∶1，选择在2种回流比分别为100%和200%的情况下，通过考察其对脱氮效果的影响，确定适宜的回流比。

3.2.3.1 不同回流比对氨氮去除的影响

为了考察不同回流比的曝气生物滤池对氨氮的去除效果，在选择A／O型BAF的条件下，对BAF进水、厌氧末端出水和好氧末端出水3个取样口进行取样测定。结果显示，不同的回流比对氨氮的去除效果影响不大，并且氨氮出水都远远低于GB 50335－2012中关于循环冷却系统补充水的水质标准。另一方面，第1阶段进水波动性较第2阶段大，平均进水氨氮质量浓度很相近，而平均出水质量浓度分别为22.23 mg／L和19.41 mg／L，这主要是由于回流比越高，那么带入到厌氧段的氧气含量就越多。

3.2.3.2 不同回流比对硝态氮去除效果的影响

为考察不同回流比的曝气生物滤池对硝态氮的去除效果，在选择A／O型BAF的条件下，对BAF进水、厌氧末端出水和好氧末端出水3个取样口进行取样测定，试验结果如图2所示。

图2 回流比对硝态氮去除效果的影响

图2所示是硝态氮去除效果受回流比的影响。硝态氮主要是由于有机氮和氨氮转化过来的，在一般的A／O反应器好氧末端，一般将硝态氮的浓度保持在1 mg／L左右，在该试验中好氧末端硝态氮的浓度维持在5 mg／L左右，主要因为如果回流比太高，那么大量的溶解氧被带入到厌氧段中，影响反硝化过程，但是如果回流比太低也不行，会影响到反硝化的底物浓度，也会影响反硝化，所以通过控制好氧段末端硝态氮浓度来确定适宜的回流比。

3.2.3.3 不同回流比对总氮去除效果的影响

为考察不同回流比的曝气生物滤池对总氮的去除效果，在选择A／O型BAF的条件下，对BAF进水、厌氧末端出水和好氧末端出水3个取样口进行取样测定。总氮的去除主要依靠硝化阶段和反硝化阶段，让这2个阶段相对独立以及充分的进行，那么对总氮的去除效果必然好。试验结果显示，这2个阶段对总氮的去除效果对比变化不大，分析原因可能回流比取的相对较小，回流比为300%或400%也许效果会比较明显，但是这样己经能够使总氮稳定满足回用水水质标准，最后考虑到经济因素，采用回流比为100%。

4 气浮－曝气生物滤池耦合工艺出水水质分析

在PAC的投药量为40 mg／L，选用A／O型曝气生物滤池，BAF气水比为5∶1，回流比为100%的前提下，对气浮－曝气生物滤池耦合工艺5种常规指标的去除效果进行了试验分析，结果如下。

4.1 耦合工艺对CODcr的去除效果

试验结果显示，进水CODcr变化不大，最大值为61.5 mg／L，最小值为42.4 mg／L，CODcr出水比较稳定，满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准，去除率最高为42.37%。

4.2 耦合工艺对氨氮的去除效果

试验结果显示，进水的氨氮浓度比较稳定，耦合工艺对氨氮的去除率超过85%以上，出水能稳定的满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准。

4.3 耦合工艺对TN的去除效果

试验结果显示，进水TN基本控制在20 mg／L左右，出水TN的浓度小于15 mg／L，满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准。

4.4 耦合工艺对TP的去除效果

试验中TP的进水浓度比较高，最大值为8.26 mg／L，最小值为4.83 mg／L，但是出水仍能稳定的满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准，说明其对进水总磷具有一定的抗冲击能力。

4.5 耦合工艺对SS的去除效果

进水SS浓度为20 mg／L左右，波动性不大，出水SS浓度都小于10 mg／L，满足GB 50335－2002关于循环冷却系统补充水的水质标准，气浮单元和曝气生物滤池单元对SS都有较好的去除效果。

5 结论

a.气浮－曝气生物滤池耦合工艺能够将污水处理厂的二级出水净化至满足电厂循环冷却系统补水水质要求。

b.建议气浮工艺中优选聚合氯化铝（PAC）作为化学除磷药剂，且投加量在40 mg／L时即对磷有较好的去除效果。

c.与C／N曝气生物滤池相比，A／O型曝气生物滤池对总氮的去除效果更好，控制BAF气水比为5∶1，回流比为100%，即可达到较好的处理效果。

［1］ 周 彤.污水回用决策与技术［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［2］ 罗远良，谢世全.城市二级污水在火电厂冷却水中的再生利用［J］.四川电力技术，2005，28（1）：49－51，59.

［3］ 顾小红，黄种买，虞启义.我国城市污水回用作火电厂循环冷却水的研究［J］.电力环境保护，2003，19（1）：35－37.

［4］ 郭冀峰，王荣昌，夏四清，等.气浮－曝气生物滤池工艺处理洗浴废水回用工程［J］.工业用水与废水，2007，38（3）：89－91.

［5］ 唐文锋，何晓文，孙丰英.曝气生物滤池预处理微污染水源水试验研究［J］.华北水利水电学院学报，2012，33（4）：107－111.