中水回用技术在垃圾焚烧发电厂的应用

谷占军

（原阳县康恒环保能源有限公司，河南 新乡 453000）

水资源是社会经济可持续发展、维系生态平衡与和谐环境的基础，在水资源紧缺的北方地区，工业用水不仅受用水成本的影响，还受水源供应稳定性的限制。生活垃圾焚烧发电厂生产用水量较大，而且对水质的要求高。市政中水回用可以降低用水成本，缓解水资源紧缺，同时可以促进污水的资源化利用，新常态下受到工业生产企业的广泛关注。市政中水是指经城镇污水处理厂处理后的出水，一般作为电厂循环冷却水系统的补水，近年来作为电厂锅炉补给水水源已成为趋势。某垃圾焚烧发电厂探索采用市政中水代替地表水作为生产用水的水源，将处理后的市政中水用作生产过程的工业用水、循环水系统补充水和锅炉补给水，取得良好的应用效果。

1 工程概况

该生活垃圾焚烧发电项目于2019年6月投产运行，日处理生活垃圾1 200 t，配置2 台600 t/d 的机械炉排焚烧炉、1 台30 MW 的凝汽式汽轮机和1 台30 MW 的发电机组，年利用小时数为8 000 h。该项目采用市政生活污水处理厂的尾水（简称市政中水）作为生产用水的水源，以市政自来水作为备用水源，采用多介质过滤器-活性炭过滤器-反渗透（RO）装置（中水处理车间）+一级反渗透（RO）装置-二级反渗透（RO）装置-EDI 精处理装置（化水处理车间）的处理工艺，根据生产实际需要，该项目设中水处理车间和化水处理车间两个水处理车间，中水处理车间出水满足工业用水、循环水补充水和化水车间除盐水制备用水对水质的要求，浓水采用调节池+软化加药+砂滤+超滤+反渗透的处理工艺进行净化处理；化水处理车间制备的除盐水用作锅炉补给水系统的补水，浓水排至定排降温池后补充至循环水系统。

2 工艺流程

中水处理车间和化水处理车间各平行布置两套水处理设备，互为备用，并可以同时启停，满足供水量增大的需求。多介质过滤器和活性炭过滤器主要用于去除原水中的悬浮物、胶体和有机物等杂质，为后续的脱盐处理提供满足浊度要求的进水；化水处理车间配置EDI 精处理装置，对中水处理车间来水进行再次精脱盐处理，工艺流程如图1 所示。

图1 工艺流程

2.1 市政中水水质分析

生活污水处理厂尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）的一级A标准，从主要指标来看，尾水的标准允许排放浓度及中水原水实测值如表1 所示。

表1 污水处理厂尾水允许排放浓度和中水原水实测值对比

2.2 多介质过滤器

多介质过滤器的滤料从顶部往下依次为无烟煤、小颗粒石英砂、中颗粒石英砂和大颗粒石英砂。含有悬浮物颗粒的市政中水与添加的絮凝剂（聚合氯化铝）混合后形成胶体颗粒，当胶体颗粒流过多介质过滤器的滤料层时，其被滤料缝隙吸附，多介质过滤器完成对泥沙、悬浮物和胶体等杂质以及藻类等生物的截留。

2.3 活性炭过滤器

活性炭过滤器内装有优质果壳活性炭，用以去除水中的异味、胶体、色素和重金属离子等杂质，为后续反渗透处理单元提供符合水质要求的进水。多介质过滤器和活性炭过滤器被合称为预处理系统，预处理系统运行受中间水箱液位控制，实现自动启停，为后续反渗透装置运行不间断供水。

2.4 反渗透装置

中水处理车间平行配置2 套反渗透装置，每套配备12 支压力外壳，按2 ∶1 方式排列，每个压力外壳内装有6 支复合膜，共计144 支膜，每套反渗透装置设计出力为50 m/h。化水处理车间平行设置两套二级反渗透装置，每套一、二级反渗透装置各配备5 支压力外壳，一字排列，每支压力外壳内装有6 支反渗透膜，共计60 支膜元件。反渗透装置的设计脱盐率和设计回收率如表2 所示。

表2 反渗透装置的脱盐率和回收率

2.5 EDI 装置

该项目配备2 套EDI 装置，共计10 个模块，每个模块设计出力为5 m/h，合计出力为2×25 m/h。EDI 装置以稳定的直流电为电源，设电源过载保护功能，波动范围为1%～5%，通常操作条件下的电压和电流可以调节，再生条件下电流随进水电导率变化而变化。EDI 装置设计产水电导率≤0.2 μS/cm （25 ℃），回收率≥90%。模块操作运行时的进水水质要求如表3 所示。

表3 EDI 装置进水水质要求

2.6 其他附属构筑物

该项目地处北方地区，冬季气温较低。膜系统化学清洗装置，絮凝剂、还原剂、阻垢剂和杀菌剂加药装置等附属构筑物及其他主要设备均设置在室内，为保证膜系统稳定运行，中水处理车间冬季供暖。化水处理车间阻垢剂、pH 调节剂和氨水加药装置，紫外线杀菌装置等附属构筑物及其他主要设备均设置在室内。

3 实际运行效果

3.1 水质监测情况

该项目的长周期运行监测显示，锅炉补给水的电导率、钠离子、二氧化硅、硬度等主要监测指标稳定，满足工业用水、循环水系统补水和锅炉补给水对水质的要求，锅炉汽水系统无结垢和积盐迹象。水质具体指标如表4 所示。

表4 中水产水设计值、实测值与二级反渗透及EDI 实测值对比

3.2 制水成本测算

中水回用后可以作为生产用水及锅炉补水，其间可以利用中水原水制备除盐水，其主要成本包括药剂费、电费等，设备折旧、保养维修费用不计算在内。中水处理车间制水成本如表5 所示，化水处理车间制备除盐水的成本如表6 所示（表5、表6 中药剂单价为市场参考价），电价以垃圾焚烧发电厂上网电价（标杆电价+政府补贴）为参考。

表5 中水处理车间制水成本测算

表6 化水处理车间制水成本测算

该项目工业用水和循环水补充水为中水处理车间产水，由表5 可知，其制水成本约为1.664 元/m， 锅炉补给水的制水成本为中水处理车间制水成本与化水处理车间除盐水制水成本之和，综合表5 和表6 可知，其制水成本约为3.638 元/m。

4 效益分析

该项目工业用水和循环冷却水系统的年平均日补充水量为2 060 m，锅炉补充水的年日均补水量为100 m，若使用自来水作为生产水源，预计年取水量约80 万m；按照当地自来水单价3.50 元/m，中水处理车间制水成本1.664 元/m计算，预计企业每年可节约146 万余元，经济效益显著。该项目每年取用中水量约为130 万m，按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A 标准的允许排放浓度计算，每年可减少直接排入自然水体的化学需氧量65 t、氨氮6.5 t，环境效益明显。

5 结论

采用“市政中水+热交换器+多介质过滤器+活性炭过滤器+反渗透+一级反渗透+二级反渗透+EDI 精处理”的组合工艺，将处理后的市政中水作为生活垃圾焚烧发电厂工业用水和锅炉补充水的水源，在扩大中水回用规模、减少污水排放的同时，可以为垃圾焚烧发电厂提供水质稳定、水量充足的水源，这是实现污水资源化的重要途径，在有效节约地表水资源的同时，降低了企业运行成本。该项目生产用水模式的成功实践为水资源紧缺的北方地区垃圾焚烧发电企业的用水水源选择提供了参考，在国家大力发展循环经济的大背景下，具有现实意义。