再生水回用于火力发电厂深度处理的设计研究

【摘 要】 结合目前火力发电厂常用的再生水深度处理工艺方案，从设计角度对各方案的优点、缺点等进行了分析比较，提出了设计方案的选择应从原水水质、出水水质、工程投资、占地面积、处理成本、运行维护费用等多方面进行技术经济比选。

【关键词】 再生水 火力发电厂 深度处理

【Abstract】 Comebined with the commonly used process of acvanced treatment for reclaimed water in power plant，analyze and compare the advantages and disadvantages of schemes from the point of design view，and put forward that the selection of design shceme should be compared from the water quality of raw water and product water，project investment， space required，treatment costs，maintenance costs and other

【Keywords】 reclaimed water power plant advanced treatment

随着水资源日益匮乏和环保要求日益严格，再生水逐渐成为新建火力发电厂的主水源，特别是在严重缺水地区。火力发电厂用水量巨大，如2×600MW机组采用间冷开式循环冷却方式，每小时补水量约2500t/h，年耗水量在1400万m3左右；300MW火电机组，每百万千瓦的耗水量在～，其中70%～80%是冷却用水，若采用循环冷却，补水率按循环水量的3%计算，其补水量在960m3/h[1]。因此，将再生水回用于火电厂，即可为电厂提供稳定的水源、又可实现污水资源化，是各国解决水资源问题的重要途径[2]。

1 再生水的水质特点

再生水的水源来自于生活污水、工业废水（经预处理后）及受污染的降水等[3]。不同污水处理厂收集到的污水或废水组成不同、水质各异。因此，再生水的设计水质应根据污水收集区域现有水质和预期水质变化情况等综合考虑。

再生水深度处理方法按原理可分为：物理处理法、化学处理法和生物处理法[4]。具体的深度处理工艺在设计选择时应根据再生水水质、所需水量、水质指标、浓缩倍率和换热设备的材质、结构型式等条件，进行技术经济比较，并借鉴类似工程的运行经验或试验确定。目前，火力发电厂再生水深度处理工艺采用石灰混凝澄清工艺居多，约占70%，其次为曝气生物滤池、膜生物反应器等。

石灰混凝澄清工艺采用适合泥渣接触与分离的机械搅拌加速澄清池，池体采用分离室容积大的直筒平底式结构，增加了分离和沉降时间，且全程刮泥，无淤泥死角，具有容积率高、石灰反应彻底、能形成活性泥渣接触吸附层的技术特性，去除非溶胶体物和部分有机物功能强。对水质、水温的适应性强，出水水质好，是目前电厂再生水深度处理的主流方案。

基本工艺流程如图1所示，适合于对碳酸盐硬度高的水。对于处理后氨氮和COD指标仍不能满足工艺要求的再生水，需增加前置曝气生物处理工艺，形成曝气生物滤池+石灰+混凝澄清+过滤工艺。

优点：（1）能够去除水的碱度、碳酸盐硬度、磷和部分有机物，提高循环水浓缩倍率。具有良好的吸附功能，能有效地去除悬浮物、有机物和菌藻类等。（2）所形成的环境条件有益于NH3-N的分解，可去除部分氨氮。（3）石灰本身是较好的絮凝剂和助沉剂，也是良好的吸附剂。（4）石灰药剂和处理残渣碳酸钙均为天然物质，不污染自然水体，为无环境污染的绿色处理工艺。处理残渣为碳酸钙浆液，可送至湿法石灰石脱硫工艺用作脱硫剂，实现循环经济。

缺点：（1）没有除盐功能。只能一定程度去除有机物、氨氮，出水水质受制于污水处理厂出水水质，适用于有机物、氨氮不高而碱度、硬度高的水，有机物、氨氮较高时宜与前置曝气生物（过滤池或曝气池）处理工艺处理相结合。（2）碱度去除后的循环水碱度较低，缓冲能力降低。当进水氨氮含量高，易因处理后出水氨氮含量高导致循环水pH显著下降，必要时需设加碱措施。（3）石灰贮存、计量加药运行环境偏差，有一定的粉尘污染，系统易污堵，运行维护工作量偏大。（4）根据进水水质、季节等动态控制系统加药量和水质，对运行管理控制水平要求较高，否则易引起系统结垢腐蚀。

曝气生物滤池处理工艺

曝气生物滤池是一种发展较快的新型生物处理技术，与传统的活性污泥法相比，具有占地面积小、出水水质高、投资省、运行灵活、抗冲击负荷能力强等特点[6]。

曝气生物滤池内装填有高比表面积的颗粒状填料，以提供微生物膜载体，在填料层的下部鼓风曝气，让空气和污水逆向或同向流动接触，使有机物与填料表面生物膜通过氧化反应而降解。氨氮则在亚硝化菌和硝化菌作用下转化为NO2-、NO3-，并通过反硝化作用进一步还原为气态氮，填料同时起物理过滤作用。

曝气生物滤池在水流过时，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，完成生物氧化降解过程，因污水流经时，滤料成压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截流污水中的悬浮物，保证脱落的生物膜不会随水漂出，实现滤料对固体颗粒的截流作用。

为保证曝气生物滤池内微生物膜载体的生成，设计曝气生物滤池注意来水不应进行加氯杀菌处理。

优点：（1）生物浓度高，有机物负荷高，水力停留时间短，抗冲击负荷能力强，出水水质好，具有高的CODcr、氨氮去除率。曝气生物滤池可在正常负荷2～3倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小[7]；（2）占地面积小，是常规工艺的1/5～1/4，节省大量征地和地基处理费用，同时曝气生物滤池可省去二沉池的占地和投资，采用模块化结构设计，使运行管理更加方便。

缺点：（1）进入滤池的水质要求高，要求进入滤池的水质较好，特别是对悬浮物要求高，且来水悬浮物含量稳定，一般控制SS 60～100mg/L、BOD5 150～200mg/L。一般要对原水进行预处理，以降低进水的SS，在一定程度上增加了成本。（2）无除盐功能。（3）反应器中缺乏厌氧释磷的环境，单纯采用曝气生物滤池生物除磷效果较差，需同步化学除磷，一般加入铁盐和铝盐等药剂，增加成本。（4）因采取鼓风曝气，生物滤池数量多，鼓风机需一对一配置l过滤水头损失大，污水提升所需泵机的扬程高，能耗较大。

实际工程中常采用曝气生物滤池+混凝反应+沉淀+过滤工艺，该工艺适用于污水处理厂二级出水出水水质较差，有机物和氨氮较高，但硬度不高的水体。

膜生物反应器处理工艺

膜生物反应器包括预处理、生化池和膜池。通常是将孔径为中空纤维超滤膜悬挂在反应槽内，使反应槽内维持一定浓度的微生物量，使生物降解和过滤同时进行，是一种膜分离技术与活性污泥法有机结合的新型水处理技术。该技术以中空纤维膜膜组件取代活性污泥法中的二沉池，进行固液分离，有效的达到了泥水分离的目的。膜的高效截留作用，可以有效截留硝化菌，使其完全截留在生物反应器内，使硝化反应得以顺利进行，有效去除氨氮，避免污泥的流失，同时可以截留一时难于降解的大分子有机物，延长其在反应器的停留时间，使之得到最大限度的分解。

实际工程中常采用膜生物反应器+反渗透（部分水）工艺，该工艺适用于污水处理厂二级出水出水水质较差的情况、含盐量高、电厂总的需水量不大的情况（如空冷机组），反渗透的设计规模视混合水的含盐量来确定，该工艺的优点是该工艺出水水质好，缺点是投资比传统工艺高，考虑到反渗透的投资成本大，反渗透的处理规模不能过大。

优点：（1）处理效率高、出水水质好，尤其是氨氮、悬浮物、细菌、病毒、微生物去除率高，提高循环系统运行安全可靠性，降低加氯、加稳定剂成本。通过曝气池+膜生物反应器处理，CODcr的去除率40～55%，氨氮的去除率可高达90%以上。（2）设备紧凑、占地面积小、易实现自动控制、运行管理简单。（3）化学水的预除盐不需要重复建设。

缺点：（1）不能降低碱度和硬度，不能有效提高循环水浓缩倍率。（2）投资和运行费用较贵。随着膜的推广、制造技术的进步、质量的提高，膜制造成本将逐步降低，该工艺的投资也会随之度降低，将成为再生水回用的主要推广方向。（3）抗有机物污染和去除有机物能力有限。膜生物反应器虽然出水生化指标总体较好，但应注意超滤去除有机物能力差，特别是超滤膜无法去除小分子有机物，进而成为下一工艺的污染源。

3 再生水深度处理的一般设计要求

（1）除生活用水外，火电厂循环冷却水、工业用水、辅机冷却水、锅炉补给水水源均可采用再生水。

（2）再生水水源可采用工业及城镇污水处理厂的排水、矿井排水、间冷开式系统的排污水等。

（3）再生水作为补充水时，循环水的浓缩倍数应根据水质、水质控制指标、药剂和凝汽器换热管材质等因素，通过试验或参考类似工程的运行经验确定，不应低于，宜～。

（4）再生水输配管网应设计为独立系统，并应设置水质、水量监测设施，严禁与生活用水管道连接。

（5）再生水深度处理基本工艺及适用情况见表1。

各类工艺中，膜过滤处理方案工艺先进，出水水质好，不受来水水质影响，工艺和操作简便，维护量小，占地小，符合技术发展方向，但投资运行费用较高l混凝澄清+过滤方案为传统处理工艺，国内外应用广泛，工艺成熟，运行稳定可靠，工程经验丰富，出水水质可满足水质要求不高的循环水补水，且投资运行费用较省，符合国情，但工艺先进性和出水水质较差，工艺和运行操作复杂，维护量大，占地大。

常用的再生水深度处理工艺的比较见表2。

4 结语

再生水回用于新建火力发电厂，从节水要求、废水资源化、环保要求，已成为一种主趋势。但由于再生水水质复杂性及多样性，在设计和运行过程中仍面临着诸多问题。在设计时应从技术、环保、经济等方面进行多方案综合比选，以寻求环保和经济效益的最佳组合方案。

参考文献：

[1]李本高.现代工业水处理技术与应用.北京：中国石化出版社，

[2]Jules B Van Lie，Gatze technologies for effective management of industrial and domestic waste water：the decentralized approach[J].Water Science and Technology，1999，40（7）：

[3]崔玉川，刘振江，张绍怡，等.城市污水厂处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，20xx，

[4]崔玉川，杨崇豪，张东伟.城市污水回用深度处理设施设计计算[M].北京：化学工业出版社，20xx，

[5]华东建筑设计研究院有限公司.给排水设计手册.工业给水处理[M].北京：中国建筑工业出版社，20xx，

[6]张薇，史开武，孔惠.曝气生物滤池（BAF）的发展与现状[J].北京石油化工学院学报，20xx，13（3）：

[7]鞠保轩，于青，崔宪文，等.曝气生物滤池工艺在水处理中的应用[J].青岛建筑工程学院学报，20xx，26（4）：

[8]中国电力工程顾问集团再生水深度处理设计导则[M].20xx，

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