城市再生水回用于电厂循环冷却水的分析及处理

孙 晖，戴家涨，冯 悦，郑玲洋，赵 悦

（浙能阿克苏热电有限公司，新疆 阿克苏 843000）

0 引言

火力发电厂用水在工业用水中占有较大比例，但水资源短缺制约了火力发电厂的发展，如何节约用水、提高水资源的利用率已成为火力发电厂急需解决的问题[1-5]。浙能阿克苏热电有限公司位于新疆阿克苏地区，生产用水全部使用阿克苏城市污水处理厂的再生水，具有温度低、浊度低、硬度高的特点。本文对阿克苏城市再生水的水质、预处理前后的水质变化规律和高密度沉淀池除硬等方面进行分析，为再生水用于电厂循环冷却水提供依据，在节能减排、污水资源化再利用等方面具有重要意义。

1 城市再生水的水质特性

阿克苏的城市再生水水质指标（如pH值、浊度、电导率、氯离子质量浓度、COD、氨氮和总磷质量浓度等）变化见图1，分析可知：

图1 阿克苏城市再生水水质指标变化Fig.1 Change of Aksu urban reclaimed water quality index

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

（2）氯离子质量浓度和电导率的平均值在春夏比秋冬季节高。夏季温度升高，氯离子质量浓度上升，在8月达到全年峰值380.47 mg/L，随后显著下降。

（3）COD在4月达到全年最高值44.9 mg/L。随着温度降低，冬季平均值要小于夏季。10月氨氮质量浓度除为3.34 mg/L，其余均在0～1.5 mg/L；全年氨氮质量浓度先升高后降低，受温度和气候影响较大。总磷质量浓度保持在1 mg/L左右，波动幅度较小。

（4）总硬度为3.00～6.36 mmol/L，总碱度为1.95～4.88 mmol/L，碳酸盐硬度为2.58 mmol/L。

图1 表明再生水的多项指标在一年中变化较大，给预处理的稳定运行造成较大难度。阿克苏污水处理厂采用GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》二级排放要求，不能满足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工业用水水质》中对再生水水质的要求[6-8]。

2 再生水预处理系统存在的问题及原因分析

2.1 预处理系统工艺

阿克苏热电有限公司再生水预处理系统流程见图2，设计正常出力为1000 t/h。再生水在生物曝气滤池内进行曝气、脱氮后，自流至中间水池，经3台中间水泵提升至2台600 t/h的高密度沉淀池内进行混凝沉降，高密度沉淀池污泥水排放至污泥浓缩池进行浓缩，压滤泥饼外运，出水自流至5台260 t/h变孔隙滤池过滤，过滤出水至工业及消防水池。

图2 预处理系统流程Fig.2 Pretreatment system flow chart

2.2 存在的问题及原因分析

2.2.1 预处理过程中加药量不足

图3 和图4 为预处理过程中水质指标的变化，进水和出水的水质指标变化较小。生物曝气滤池出水中氨氮质量浓度较进水仅降低了33%左右，表明生物曝气滤池的脱氮效果差，池中的微生物菌落含量少。高密度沉淀池加混凝剂和石灰处理前后再生水的浊度和硬度均无明显降低，分析认为，为了实现石灰的再利用，混凝剂加药量低且没有加入助凝剂，部分悬浮颗粒物在水中，不能很好地混凝沉淀导致出水浊度高。只有当pH 值≥10 时，石灰处理才能降低碳酸盐硬度，达到良好出水水质。而阿克苏热电有限公司的预处理系统石灰加药设备出力小，不能形成良好的处理条件，应根据来水的水量和水质变化，及时调节混凝剂、助凝剂和石灰的加入量，使出水达到最佳效果。

图3 生物曝气滤池对氨氮质量浓度的去除效果Fig.3 Removal effect of biological aerated filter on ammonia nitrogen mass concentration

图4 高密度沉淀池对浊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 预处理系统的腐蚀

对再生水进行腐蚀分析，静态挂片7天后水质浑浊、颜色呈黄色，金属挂片表面点蚀明显，附着大量黄黑色的腐蚀产物，腐蚀速率为0.051 2 mm/a[9]。金属表面腐蚀以点蚀为主，波纹状腐蚀面积较广，腐蚀深度较浅。通过对腐蚀产物进行X 射线能谱分析，可知腐蚀类型为吸氧腐蚀，铁氧元素质量比接近1，判定腐蚀产物的主要成分为氧化铁[10-11]。此外还存在少量的钙盐、镁盐及碳、硅氧化物，可见再生水具有一定的腐蚀性[12-13]。

对不同处理设施中的再生水进行腐蚀电化学测试，结果见图5 和表1，碳钢在水样中的开路电位均随时间不断负移，说明此过程中，碳钢表面未形成保护膜。碳钢在再生水源水中的稳定开路电位为-0.581 V，经过高密度沉淀池处理后的开路电位为-0.609 V，混凝处理后的开路电位为-0.618 V，表明经过混凝沉淀处理后的再生水对碳钢的腐蚀性增强。

图5 不同处理设施中再生水的开路电位Fig.5 Open circuit potential time change diagram of reclaimed water in different treatment facilities

表1 不同处理设施中的再生水的电化学测试结果Tab.1 Electrochemical test of reclaimed water in different treatment facilities

碳钢在不同水样的腐蚀过程中阴极斜率均大于阳极斜率，表明碳钢在腐蚀过程中受阴极扩散过程控制，且阴极和阳极在扩散过程中阻力均较大。碳钢腐蚀的阴极反应为氧的还原过程，因此其腐蚀受氧的扩散控制。

2.2.3 预处理系统中颗粒的聚沉性弱

对预处理系统中再生水颗粒物的沉淀性能分析可以说明预处理系统的净化效果，即能否使水中颗粒物脱稳并聚沉。本文采用Zeta电位分析仪（马尔文公司，ZS-90）对不同处理设施中再生水的颗粒物Zeta电位进行分析，结果见表2。

表2 不同处理设施中再生水的颗粒物Zeta电位1）Tab.2 Zeta potential of particles in reclaimed water in different treatment facilities mV

再生水中颗粒物的Zeta 电位较高，说明颗粒间排斥力较大，不易聚沉，处于相对稳定状态[14-15]。1号水样的ABFT出水和变孔隙滤池出水的Zeta电位绝对值较高，说明水中胶体颗粒的稳定性强，预处理系统的净化作用较弱，水中悬浮颗粒及胶体微粒仍处于稳定状态，颗粒不易聚集沉降。

3 优化措施

3.1 混凝优化

采用聚合氯化铝（混凝剂）和聚丙烯酰胺（助凝剂）进行混凝优化，通过正交试验考察在搅拌强度、沉淀时间、加药量等不同条件下，混凝处理后水的浊度、pH 值、硬度、COD 等变化情况[16-18]。通过计算平均值、极差和各因素权重，可得最佳试验条件为：250 mg/L 的混凝剂，1 h 的澄清时间，混凝搅拌时间和助凝搅拌时间为90 s，搅拌强度为100 r/min。在此条件下，硬度去除率为40.9%，碱度去除率为40.9%，COD去除率为70.2%，浊度去除率为97.5%。

3.2 除硬优化

采用混凝-石灰-纯碱去除硬度，石灰加量为750 mg/L，纯碱加量为250 mg/L，其余试验条件同混凝优化，处理前后水质指标见表3。由表3 可知，在最佳加药量下浊度降为0，硬度降至0.3 mmol/L，去除率达91.9%。

表3 混凝-石灰-纯碱处理前后水质指标Tab.3 Water quality indexes before and after coagulation⁃lime⁃soda treatment

4 建议

本文对阿克苏城市再生水用于电厂循环冷却水的预处理系统存在的问题进行了分析，并提出相应的解决措施，针对此次处理过程，提出以下建议，可供存在类似问题的电厂参考。

（1）由于生物曝气滤池对氨氮的处理效果差，应确保滤池中溶解氧的含量，增强微生物的活性，定时更换滤料，及时进行反冲洗，保持pH值在合适范围内。

（2）控制混凝剂和助凝剂在高密度沉淀池的加入量，保证药剂之间具有一定的间隔时间和足够的混合反应强度，提高混凝反应和沉淀效果。

（3）采取混凝-石灰-纯碱法进行除浊除硬，处理后再生水的pH值较高，需要进行加酸处理，将pH值调整为6～9，然后补入循环冷却水系统。