某电厂再生水深度处理系统问题诊断分析

韩 琳，程勇明，王冬梅，李亚娟，张 杰

（1.济南山源环保科技有限公司，山东济南 250011； 2.西安热工研究院有限公司，陕西西安 710054；3.华电电力科学研究院有限公司，浙江杭州 310030）

火力发电厂用水量在工业用水中占比较大，节约用水、提高水资源利用率是火力发电厂急需解决的问题〔1-3〕。北方某电厂设计水源为某市污水处理厂再生水，再生水经深度处理后作为全厂循环水和工业水系统补水。再生水深度处理采用曝气生物滤池-石灰混凝澄清-调节滤料深层滤池过滤工艺。系统自投运至今已近7 a，运行时间较长，设备腐蚀、老化现象严重，出水水质与设计值存在较大差距。同时由于存在部分设计缺陷，系统还存在机械加速澄清池出力达不到设计值、污泥脱水系统无法正常运行等问题，以致电厂无法正常使用再生水作为供水水源。基于现场勘察和综合分析，拟通过对机械加速澄清池内部结构、底部排泥管路系统，污泥脱水系统和石灰加药系统进行相应改造，以提高澄清池出力，优化系统出水水质。

1 电厂现有再生水深度处理系统

电厂再生水深度处理站设计处理量为1 600 m3/h（配备2台澄清池，每台处理量为800 m3/h），设计采用曝气生物滤池-石灰混凝-过滤处理工艺进行深度处理，出水加酸调节pH 后作为循环水系统补充水。

现有再生水深度处理系统工艺流程见图1。

图1 现有再生水深度处理系统工艺流程Fig.1 Process flow diagram of existing regenerated water advanced treatment system

再生水来水先进入曝气生物滤池进行生化处理。滤池内设置有罗茨风机对其进行曝气，通过反洗水泵对曝气生物滤池进行反洗，并设置反洗风机对其进行气洗。曝气生物滤池具有去除悬浮物、COD、BOD、氨氮、有机磷的作用。

曝气生物滤池的出水进入机械加速澄清池进行石灰混凝处理。混凝药剂选用聚合硫酸铁（PFS）、石灰乳、聚丙烯酰胺（PAM）。PFS 为混凝剂，在强烈的搅拌条件下通过混凝反应去除水中污染物；投加的石灰可与水中的碳酸氢根反应生成碳酸钙结晶；PAM 作为助凝剂可使微小絮体形成较大的絮体便于沉淀分离。石灰混凝处理能够有效降低水的碱度、硬度和水中非溶解物质浓度等，去除水中较小分子质量的有机胶体和无机胶体。

澄清池出水加入硫酸和杀菌剂后进入调节滤料深层滤池过滤，进一步降低浊度后进入软化水池。加硫酸的目的是降低澄清池出水pH，防止碳酸钙在滤池中沉淀；投加杀菌剂能有效杀菌、灭藻，防止微生物滋生。澄清池底部的污泥直接进入污泥浓缩池。污泥经过进一步浓缩，进入后续的离心机进行泥水分离，所产污泥外运填埋，分离出来的滤液连同污泥浓缩池的上清液返回机械加速澄清池。

2 再生水水质

该电厂设计水源为某市污水处理厂再生水，再生水经深度处理后作为全厂循环水和工业水系统补水。对从污水处理厂所取的再生水水样主要水质指标进行检测，结果见表1。

表1 再生水水质Table 1 Regenerated water quality

由表1可见，污水处理厂再生水的含盐量、总硬度、钙硬度、总碱度等水质指标均较高，超过再生水回用标准，且含有一定量的有机物 。为了确保循环水系统的稳定运行，需要对再生水进行深度处理。再生水深度处理采用1.1 节所述的曝气生物滤池-石灰混凝澄清-调节滤料深层滤池过滤工艺。深度处理系统正常运行时处理后的清水能满足冷却塔补充水的水质要求，也符合《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923—2005）相关要求〔4〕。

3 现有再生水深度处理系统存在的问题

目前再生水深度处理系统已运行7 a，存在机械加速澄清池出力不足、出水水质差、污泥脱水系统无法正常运行、石灰系统下料堵塞等问题。

3.1 机械加速澄清池系统

机械加速澄清池出力不能达到设计值，原设计单台机械加速澄清池的出力为800 m3/h，现每台机械加速澄清池的最大出力为400 m3/h 左右，主要原因如下：

1）局部上升流速过高。图2 为机械加速澄清池内部图，澄清池出水堰槽不平整，部分腐蚀严重，外圈有污堵现象，出水量极小，中间槽堰出水量大小不一，造成清水区上升流速不均匀，局部上升流速过高。在负荷增长时，泥层扰动，从而造成翻池，使得机械加速澄清池出力大大降低。

图2 机械加速澄清池内部Fig.2 The interior of the mechanically accelerated clarification tank

2）排泥不畅。澄清池底部采用手动阀门，底部不能自动排泥，污泥回流不均匀，影响上部的分离沉降；另外，排泥不及时容易造成澄清池内泥位过高，提高负荷时出水水质变差。

3）混凝剂投加没有与来水流量进行联锁采用等比例流量加药。因为混凝剂投加质量浓度变化幅度大，污泥的性质不稳定，从而容易造成澄清池翻池，使得机械加速澄清池出力不能达到设计值，出水水质变差。

3.2 污泥脱水系统

原污泥脱水机设计采用1 台国产离心式脱水机和1 台进口离心脱水机，出力均为50 m³/h，目前两台离心机已处于长时间停运状态。污泥脱水系统存在问题主要在以下几个方面：

1）石灰处理产生的泥渣主要是硬度较大的碳酸钙颗粒，而离心脱水机耐磨性较差，容易磨损，不适合用于对石灰处理后产生的污泥进行脱水。

2）原系统没有设计污泥浓缩池，污泥直接进入离心脱水机，其含固率不稳定，在0.5%～3%间浮动。影响含固率的因素有澄清池的排泥方式和水质的波动，澄清池是间歇排泥，污泥密度随着污泥量的减少而下降〔5〕，随后污泥量再一次累计，污泥密度会有一定程度上升。离心脱水机要求进料含固率稳定，含固率变化会造成离心机转动不平衡，易损坏。

3）脱水机由于安装水平度和铅垂度的偏差超过允许偏差，造成振动频繁，内筒与外筒之间挂泥现象严重，致使内筒与外筒之间摩擦力增大，设备损坏频繁，投产至今一直无法正常运转。

4）进口离心脱水机安全销经常断裂，速度传感器损坏，运行中机械振动大，噪音大，现已停用3 年。

3.3 石灰加药系统

原石灰加药系统采用传统干法石灰计量，包含容积式给料机、石灰溶解搅拌箱、平衡水箱及石灰加药泵。石灰加药系统主要存在以下问题：

1）由于石灰出料采用振动方式，容易造成粉料压实，改变堆积密度和体积，产生拱桥，阻碍出料。由于原计量站无防潮保护投加器，外部空气含有水分，导致粉料受潮，出现板结，致使石灰粉计量站给料机堵塞严重。

2）石灰投加控制采用通过改变石灰粉下料量来改变石灰投加量的方式，相对于原水流量变化有较大滞后，且计量站的投加不精确，无逻辑联锁控制。

3）石灰乳加药管设计管径较小，管道内大量石灰沉积，致使投加管管道完全被堵塞。加药管道无冲洗水。

4）石灰给料系统密闭不完善，加药间粉尘污染严重、环境恶劣。

综上所述，再生水深度处理系统问题主要是因为机械加速澄清池出力不能达到设计值所致，此外污泥脱水系统无法正常运行、石灰系统下料堵塞等也会加剧相应问题。改造既要考虑选取新型成熟的工艺，也要考虑到方便电厂的运行维护管理。

4 再生水深度处理系统改造方案

4.1 机械加速澄清池改造

1）内部结构技术改造。

在清水区加装斜管〔6〕，斜管长度为1 000 mm，断面为蜂窝六角形，内径60 mm，水平倾角为60°，倾斜方向与水流旋转方向相反，以削减水流速度，使清水区水流更加平稳。增加斜管后，一方面增加了沉淀面积，含有絮体的水在上升途中遇到斜管，絮体附着在斜管壁逐渐沉降下来，返回悬浮泥渣层；另一方面加大了水池过水断面的湿周，同时减小了水力半径，在同样的水平流速时可以大大降低雷诺数，从而减少水的紊动，促进沉淀〔7〕。因此，在澄清池的分离区中加装斜管可以有效提高出水效率。同时，应增加斜管支架对斜管进行支撑，斜管支架选用角钢和扁钢，扁钢间隙为300 mm，且在水池内应设置成多边形，防止斜管掉落。

2）底部排泥管路系统改造。

澄清池底部排泥阀改为气动阀门，并加装电磁流量计。先根据进水流量累积值〔8〕计算出累积流量所产生的干污泥量，之后通过含固率计算出所产生的污泥量，再根据管道流速计算出排掉污泥所需的时间，最后根据进水流量定期排泥，精确控制排泥时间和排泥量。

4.2 污泥脱水系统改造

污泥脱水系统拟采用板框压滤机〔9〕，主要改造方案如下：

1）新增2台板框压滤机，2台高压污泥给料泵，1台清洗水箱，1台高压清洗水泵，1台压缩空气罐，1台污泥缓冲罐，2台污泥回流泵。机械加速澄清池污泥通过排泥泵送至污泥浓缩池，通过污泥排放泵打入污泥缓冲罐内，采用污泥回流泵对污泥缓冲罐污泥进行搅拌，通过高压给料泵将污泥输送至板框压滤机，滤液至回收水池，泥饼通过车外运。

2）板框压滤机配套清洗装置，清洗过程可全自动进行，清洗压力高达10 MPa。清洗装置安装在压滤机机身之上，由喷嘴、斜轨和连接管道组成。清洗时沿压滤机机身方向水平移动，依次将滤布清洗干净。可以根据滤布脏污程度，对同一块滤布往复清洗数次。

3）板框压滤机自带PLC 柜，需要与原系统连接，压滤机自控设备包括带有压力传感器的过滤停止控制装置、滤板自动卸压装置、滤布自动高压清洗装置。

4.3 石灰加药系统改造

石灰加药系统采用湿法石灰加药，设置2 台螺旋计量装置，2 台石灰乳溶液箱配套搅拌器，2 台石灰乳循环泵。

将原石灰粉仓锥斗震打装置拆除，建议在底部安装破拱刮片喂料机。当料仓料满时，柔韧刮片会以破拱轴为轴心收卷起来，一旦拱桥开始形成，相应拱桥位置的刮片因受到粉料的压力减少，甚至遇到空位，即会自动逐步弹直从而破碎拱桥，减少石灰粉仓底部的堵塞。

石灰粉通过计量输送机定时计量，配制固定浓度的石灰乳溶液投加至机械加速澄清池，石灰乳投加采用大流量循环加调节阀的加药方式。由于石灰乳含固量高，在调节阀的频繁动作当中对阀芯的磨损较重，因此石灰乳加药调节阀阀芯选用特殊陶瓷材质。石灰乳通过渣浆泵投加至机械加速澄清池，采用陶瓷球阀进行开度调节从而控制pH，再通过管道回流至石灰乳溶液箱。

4.4 改造后主要构筑物参数及设备清单

主要构筑物及设备参数见表2。

表2 主要构筑物及设备参数Table 2 Parameters of main structures and equipments

4.5 改造后运行情况

2021 年完成再生水处理系统改造，改造后单台机械加速澄清池出力可达750 m3/h，冬季水温较低时，整个系统运行较为稳定，澄清池出力可达700 m3/h。系统出水主要污染物指标满足GB/T 19923—2005要求。表3 为2021 年12 月、2022 年4 月及2023 年1 月对澄清池出水主要污染物指标的取样分析结果。

表3 澄清池水质Table 3 Water quality of clarification tank

5 结论及建议

本项目针对电厂再生水深度处理系统存在的问题，分别对机械加速澄清池系统、污泥脱水系统、石灰加药系统、其余加药系统及配套系统进行了优化改造，恢复了原系统的使用。建议在此基础上对再生水进行模拟实验，优化水质药剂的种类及最佳投加量，选择最适宜的工艺及运行参数，进一步提高再生水处理效果。