HW澄清技术在电厂中水回用领域的应用实例

罗德波，闫彩霞，崔伟强，惠兆华

HW澄清技术在电厂中水回用领域的应用实例

罗德波1，闫彩霞1，崔伟强2，惠兆华1

（1.中国华电工程（集团）有限公司，北京 100160；2.华能北京热电有限责任公司，北京 100023）

介绍了华能北京热电有限责任公司中水回用工程概况，针对场地限制、进水浊度低、配套设备预留容量小的状况，选用了HW澄清池替代圆形澄清池。论述了工程的工艺流程、各处理单元主要设计参数。采用HW澄清技术后的试运行结果表明，在进水量达到设计流量时，HW澄清池出水浊度为0.4～0.9NTU，水质达到了设计标准。

HW澄清池；中水回用；循环水预处理；工艺流程；设计参数；效果

0 引言

电厂中水回用（即利用城市污水作为水源经处理后回用于电厂循环冷却水补充水）可大幅度减少新鲜水的取用量，是解决电厂水资源紧缺的重要途径之一。城市污水具有水量大、来源可靠、水量稳定的特点，但水质复杂，其中有机物、微生物和化学溶剂较多。目前，电厂中水回用技术主要有单纯过滤、石灰澄清过滤、弱酸树脂软化法、膜分离技术等，石灰澄清过滤是目前电厂应用最广泛的中水回用技术。

常规采用的石灰澄清池为圆形机械搅拌澄清池，该技术具有适合电厂石灰处理、全池底刮泥、出水水质较稳定的特点，但其也有以下不足之处：占地面积大，石灰结垢严重，入水悬浮物质量浓度需低于50mg／L等。面对用地资源日益紧张、来水水质波动大、出水水质要求日益提高的情况，亟需对原有技术进行创新改进。

1 水处理工程概况

华能北京热电有限责任公司原有循环水预处理系统采用圆形机械搅拌澄清池，来水水源为高碑店污水处理厂二级排放水，该工程为国内第1个电厂中水回用示范工程。由高碑店污水处理厂排出来的二级污水，经水泵提升后进入2座机械搅拌加速澄清池，石灰乳及聚合硫酸铁投加到澄清池中，经混合、反应和澄清后的水流入推流式氯接触池，在池内加入硫酸、氯化合物杀菌剂，以降低澄清水的pH值、杀菌并灭藻。加酸、杀菌后的澄清水分别进入＃1～＃6变孔隙滤池，过滤后的清水再进入下一层推流式氯接触池，再次加入氯化合物杀菌剂进行杀菌。最后流入2座反洗水池及2座过滤水池，过滤水池中的清水经4台循环水补水泵输送至循环水系统，反洗水池中的清水经2台反洗水泵送至重力式变孔隙滤池的反洗系统。重力式变孔隙度滤池的反洗排水回收到2座回收水池中，并由2台回收水泵打入澄清池入口母管内。原有循环水补充水系统设计水量为2201m3／h，设圆形澄清池2座，预留1座圆形澄清池用地，每座澄清池设计出力1 100m3／h；设滤池6座，每座滤池设计出力380m3／h，预留3座滤池的土建工程已完成。

在采用烟塔合一系统后，循环水蒸发损失有所增加，同时考虑电厂二期扩建，循环水补充水系统设计水量为5 200m3／h。由于场地限制、进水浊度低、配套设备预留容量小等原因，电厂烟塔合一之循环水预处理系统增容工程中采用了中国华电工程（集团）有限公司自主研发的HW澄清池。

该工程的设计出力为1 500m3／h，设HW澄清池1座，电厂二期扩建时，再增设1座HW澄清池，2座HW澄清池的建设用地为原有1座圆形澄清池的预留用地，利用预留用地将澄清系统设计水量由1100m3／h提高至3000m3／h，结合 2座圆形澄清池，总设计水量达到5200m3／h。

2 工艺流程

2.1 设计进水水质

该工程进水为高碑店污水处理厂出水，实测污水来水水质结果见表1。

该工程设计进水水质采用平均值进行设计，并采用最大值进行校核。

2.2 设计出水水质

主要设计出水水质：澄清池出水浊度，≤2NTU；滤池出水浊度，≤1 NTU；滤池出水暂时碱度，≤1.2 mmol／L；滤池出水pH值，6～9。

表1 污水来水水质2007年上半年实测值

2.3 系统流程

该工程系统流程如图1所示。系统流程中的二级污水输送至机械混合池，机械混合池进水管道上设置流量计及电动可调节蝶阀对来水流量进行控制，池内设有快速搅拌器，以快速搅拌来水加快与聚铁、石灰等混合。经充分混合后的污水进入絮凝反应池，池内设置低速轴向流搅拌器，通过机械搅拌将污水与聚丙烯酰胺（PAM）、回流污泥等均匀混合并絮凝，絮凝反应区产生的矾花在推流絮凝区内进一步增大和密实后进入澄清区。沉速快的密实絮凝体在澄清区内沉淀，沉速慢的微絮凝体被设于澄清区上部的斜管截留，澄清水经斜管上部的集水槽收集后进入后混凝池。沉积的絮凝体在澄清区下部进行浓缩，部分浓缩污泥通过污泥回流泵送回絮凝反应区，剩余浓缩污泥通过污泥排放泵输送至污泥处置系统。后混凝池内投加混凝剂，用以增强后续滤池的处理效果，后混凝池出水自流进入变孔隙滤池进行过滤。滤池出水进入清水池，经杀菌后输送至各用水点。

该系统具有如下特点。

（1）处理效率高，节省占地面积。HW澄清池的设计上升流速是圆形澄清池的3～6倍，HW澄清池池壁为矩形，共壁布置，可节省50%占地面积，同时便于扩容改造。

（2）适于处理低温、低浊水。

（3）采用循环次数代替G值控制反应过程，便于运行控制。

（4）采用可精确调节的外部泥渣循环，保证絮凝反应泥渣浓度稳定、提高絮凝反应泥渣浓度，显著提升絮凝效率、增强系统的抗冲击负荷能力。

3 设计参数

3.1 机械混合池

为使污水、石灰乳、混凝剂充分混合，混合池内设快速搅拌器。投加石灰乳和混凝剂用于混凝，与此同时与碳酸氢根发生反应。混凝剂采用液态聚合硫酸铁，投加点位于机械混合池进口处，在石灰乳投加点之后。

机械混合池为地上式矩形构筑物，共1座，设计流量为3 000 m3／h（考虑二期扩建），平面尺寸为5.40m×5.40m，有效水深为5.45 m，有效容积为158.90m3，水力停留时间为2.9min。池内设快速搅拌器1台，额定转速为69 r／min，功率为7.5 kW。

图1 系统流程图

3.2 HW澄清池

HW澄清是一种新型的高速澄清技术，采用泥渣外部循环、投加高分子絮凝剂、轴向流搅拌絮凝技术，以提高泥渣浓度、絮凝体的密实度和沉淀速度，再通过斜管沉淀池进行分离。HW澄清池具有占地面积小、出水水质好、启动时间短（通常小于30min便能达到高峰效率）等优点。设HW澄清池1座，设计流量为1 500m3／h，HW澄清池分为机械絮凝区、推流絮凝区、沉淀浓缩区，其剖面如图2所示。

3.2.1 机械絮凝区

原水与药剂混合后进入机械絮凝区，在絮凝区分两点投加聚丙烯酰胺，通过机械搅拌后，再与聚丙烯铣胺、回流污泥均匀混合絮凝。机械搅拌系统采用轴向流水叶型叶轮并设置导流筒，使水流在反应器内循环流动，以防止池内悬浮固体在池底沉淀，同时保证矾花在循环过程中不会受到破坏。机械絮凝区平面尺寸为8.25m×5.85m，有效水深为6.90m，有效容积为314.14m3，水力停留时间为11min。池内设轴流搅拌器1台，额定转速为25 r／min，功率为

18.5 kW，采用变频控制，设计循环次数为15次。

3.2.2 推流絮凝区

机械絮凝区产生的矾花在推流絮凝区内进一步增大和密实。推流絮凝区平面尺寸为15.00m× 1.56m，有效水深为6.90m，有效容积为99.87m3，水力停留时间为4min。

3.2.3 沉淀浓缩区

沉淀浓缩区前端为预沉区，由于移动速度的减缓，悬浮固体在该区域沉淀。剩余矾花通过斜管截留去除。沉淀水由上部集水槽系统收集后自流进入后混凝池。集水槽和集水槽堰口均为矩形，可有效减少碳酸钙在堰口的结垢量，也便于清扫和清除。沉积的矾花在沉淀池下部进行浓缩，部分浓缩污泥通过污泥回流泵送回机械絮凝区，剩余浓缩污泥通过污泥排放泵输送至污泥贮存池。浓缩区设刮泥机，以增强污泥浓缩效果。为保持污泥床的高度恒定，在沉淀浓缩区设置污泥界面仪。

沉淀浓缩区平面尺寸为15.0m×15.0m，有效水深为6.8m，沉淀时间为40min，斜管面积为140 m2，液面上升流速为10.7m／h。沉淀浓缩区设刮泥机1台，直径为15.0m，额定转速为3.8 r／min，变频控制；设污泥螺杆泵3台（2用1备），其中2台为变频控制，流量为60m3／h，功率为15 kW，泥渣外部循环比为2%～4%。

3.3 后混凝池

后混凝池内投加混凝剂，用以增强后续滤池的处理效果。后混凝池为地上式矩形构筑物，共1座，设计流量为3 000m3／h（考虑二期扩建），平面尺寸为3.50m×3.50m，有效水深为3.73m，有效容积为46m3，水力停留时间为50 s。池内设快速搅拌器1台，额定转速为51 r／mim，功率为2.2 kW。

3.4 变孔隙滤池

设变孔隙滤池3座，设计流量1 500m3／h，每座滤池过滤面积为21m2，平面尺寸为5.85m×5.85 m，考虑到已建6台滤池，每座滤池设计滤速19.6 m／h，强制滤速为22.0m／h。滤池内的滤料分为承托层和滤层。承托层共有5种级配的鹅卵石，装填高度为440 mm。滤料为海砂，装填高度为1 525 mm，主滤料粒径为1.2～2.8mm，辅助滤料粒径为0.5～1.0mm，辅助滤料不占高度，全部进入主滤料间隙中。滤池反冲洗采用气水联合反冲洗方式，反冲洗程序为：大流量水冲洗，强度为57m3／（m2·h），冲洗时间为5min；气水联合冲洗，水冲洗强度为57m3／（m2·h），气冲洗强度为60m3／（m2·h），冲洗时间为2min；小流量水冲洗，水冲洗强度为28 m3／（m2·h），冲洗时间为5min。

图2 HW澄清池剖面图

滤池集水（布水）、布气系统为大阻力配水系统，采用不锈钢梯形绕丝结构的支管。反冲洗用水采用滤池出水，设反冲洗水泵3台（2用1备），每台水泵流量为600m3／h，扬程为18m，配套电动机功率为45 kW，大流量水冲洗时开启2台水泵，小流量水冲洗开启1台水泵；反冲洗用气由鼓风机提供，设鼓风机2台（1用1备），每台鼓风机风量为20.99 m3／min，风压0.07MPa，配套电动机功率为45 kW。滤池装有进水、出水、反冲洗进水、反冲洗排水、反冲洗进气等5个阀门，均采用电动蝶阀。

3.5 石灰配投系统

石灰采用熟石灰粉末，纯度大于85%，粒径为325目；采用湿式投加方式，通过石灰配投系统将石灰粉末溶解成石灰乳液，投加至快速混合池；石灰粉平均投加量为270mg／L。

粉状消石灰由密封罐车运输，气动卸灰。卸灰粉尘由罐顶布袋除尘器过滤后排至大气。消石灰粉进入螺旋输送机，螺旋输送机采用变频控制，电动机运行频率与澄清池入口流量成比例变化。螺旋输送机将粉料输送至溶解箱上部，干粉在进入溶解箱的同时，与排出的水汽在粉汽分离器被分离，粉落入箱中，水汽则排至箱外。在溶解箱内粉与从另侧进入的清水混合、搅拌，溶解成石灰乳，由石灰乳泵输送至快速混合池。石灰粉投加量采用干粉计量，石灰乳泵流量不变，通过改变石灰乳液浓度实现石灰投加量控制，保持管道内石灰乳液在恒定流速下运行，以克服流量变化引起的磨损。

设石灰配投系统共设1套，包括：石灰筒仓1座，容积为 240 m3；螺旋输送机 1台，输送量为1.40～4.35m3／h；石灰溶解搅拌箱1台，容积为2.5 m3；石灰辅助水箱1台，容积为0.5m3；石灰乳泵2台（1用1备）。采用渣浆泵，流量为10m3／h，扬程为20m，配套电动机功率为1.5 kW；筒仓物位采用雷达料位计测量，水箱液位采用静压式液位计测量。

3.6 加药系统

3.6.1 混凝剂加药系统

混凝剂采用液体聚合硫酸铁，其质量分数为10%～12%，与清水1∶1稀释后投加。聚铁溶液采用卧式贮罐贮存，自流进入计量箱后稀释，然后经过计量泵输送至快速混合池、后混凝池。快速混合池聚铁有效投加量为15.0～20.0mg／L，后混凝池聚铁有效投加量为1.0mg／L。

卧式贮罐、计量箱均为原有设备，新增米顿罗机械隔膜计量泵4台，其中：快速混合池聚铁投加泵2台（1用1备），每台计量泵流量为583 L／h，出口压力为0.7MPa，配套电动机功率为0.55 kW；后混凝池聚铁投加泵2台（1用1备），每台计量泵流量为25 L／h，出口压力为 1.2 MPa，配套电动机功率

0.25 kW。

聚铁投加量采用流量定比控制，根据快速混合池入口流量控制计量泵运行频率，同时根据流量手动调节计量泵冲程。

3.6.2 固体聚丙烯酰胺加药系统

高分子聚合物选用国产阴离子型固体聚丙烯酰胺（PAM），采用一体化制备装置将固体粉末溶解为液体聚丙烯酰胺，其质量分数为0.1%～0.2%，稀释10倍后通过PAM投加泵输送至HW澄清池内。PAM设计投加量为0.5mg／L。

设一体化制备装置1套，考虑二期扩建，一体化制备装置产量为4 000 L／h，整套系统包括干粉进料机、预制箱、熟化箱、溶液箱。固体粉末通过负压抽吸至干粉进料机，计量后进入预制箱，预制箱进水设电磁流量计，根据预设的质量分数配制PAM溶液。配制完成的PAM溶液自流至PAM投加系统，设PAM投加螺杆泵3台（2用1备），每台螺杆泵流量为800 L／h，出口压力为0.2MPa，配套电动机功率为

0.37 kW，采用变频控制，根据快速混合池入口流量控制螺杆泵运行频率。设稀释装置2套，稀释能力为5m3／h。

3.6.3 加酸与加氯

经石灰软化后的水直接过滤会在滤料上产生碳酸钙结垢，因此，须加酸降低澄清池出水pH值。利用电厂原有硫酸加药系统将澄清池出水pH值由10.0～10.5调整至8.2～8.5。利用电厂原有加氯系统实现滤前、滤后杀菌消毒。

4 运行效果

该工程于2008年4月中旬开工，2008年11月28日至12月5日完成小流量调试，流量为450～810m3／h；2009年7月16日至7月19日，完成设计流量调试，流量为1200～1600m3／h；2009年7月20日，完成冲击负荷流量调试，流量为1 800～2 000 m3／h。从3个不同试运行阶段的监测数据来看，共监测澄清池出水水样106个，其中104个水样浊度小于1.0 NTU，最大值为1.4 NTU，最小值为0.4 NTU，平均值为0.67NTU，其中设计流量调试阶段，澄清池出水浊度全部小于1.0 NTU（为0.4～0.9 NTU），如图3所示。从近半年的运行效果来看，环境、社会、经济效益明显，循环水系统结垢、腐蚀均在可以控制的范围之内。

图3 澄清池出水浊度

5 结束语

华能北京热电有限责任公司循环水预处理系统工程采用污水处理厂出水为水源，经澄清过滤后，出水作为循环水补充水。工程设计规模为 1 500 m3／h，HW澄清技术具有占地面积小、出水浊度小于1.5NTU、处理效果稳定的特点。该工程自2008年12月5日正式投产以来，运行稳定，HW澄清池出水浊度控制在0.4～0.9NTU。由于澄清池出水水质优异，明显延长了后续滤池的运行周期，节约了滤池反冲洗需要的用水量及运行能耗。

因此，采用HW澄清技术将城市二级污水进行深度处理，处理后的水作为火力发电厂循环冷却水的补充水，技术上是可行的，经济效益明显。

水的净化方法及设备：中国，ZL200710099969.9［P］. 2007-06-01.

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（本文责编：王书平）

［1］李永明，李尚志，惠兆华，等.循环冷却水或城镇二级污

TK 223.5+1

：B

：1674-1951（2015）02-0068-05

罗德波（1979—），男，湖北仙桃人，工程师，从事供水及污水处理的设计及投资方面的工作（E-mail：luodebo＠bewg. net.cn）。

2013-01-11；

2014-11-13

闫彩霞（1980—），女，河北唐山人，工程师，从事污水处理的研究和设计工作（E-mail：ycx_li＠163.com）。