滕濟(jì)林 張文虎 戴航
（北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司,北京，100055）

　　摘要：本文對(duì)中水回用的方法做了描述，重點(diǎn)介紹了石灰處理系統(tǒng)技術(shù)的原理、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則，以及其在實(shí)際工程中的具體應(yīng)用實(shí)例。
　　關(guān)鍵詞：石灰處理 中水 循環(huán)冷卻水

1概述

　　水是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的不可替代的重要資源，也是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要資源。電廠又是耗水大戶(hù)，特別是在我國(guó)北方，以水限電、以水定電的情況相當(dāng)嚴(yán)重，水資源的緊張已逐漸成為電力發(fā)展的瓶徑，如何節(jié)約用水，提高水的利用率是電廠急需解決的問(wèn)題。開(kāi)展中水回用是解決這問(wèn)題的重要途徑，也是大勢(shì)所趨。在電力生產(chǎn)過(guò)程中，冷卻水的消耗占電廠總耗水量的60～80％，因此，城市污水處理廠二級(jí)處理出水（中水）深度處理后作為電廠冷卻水補(bǔ)充水，如能成功實(shí)施，將起到良好的示范效應(yīng)，適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展需要，并為電力發(fā)展拓展空間，具有巨大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益。城市污水具有水量大、來(lái)源可靠、水量穩(wěn)定的特點(diǎn)，但水質(zhì)復(fù)雜，其中有機(jī)物、微生物和化學(xué)溶劑較多。因此，城市污水二級(jí)生化出水要作為電廠循環(huán)冷卻水，必須先進(jìn)行深度處理。使用城市污水做為冷卻水的電廠，其中多數(shù)采用石灰處理工藝，一部分采用單純過(guò)濾法，一部分采用超濾技術(shù)，本文主要介紹石灰處理工藝。
　　石灰處理系統(tǒng)作為電廠循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水處理早在50年代就有應(yīng)用的實(shí)例。盡管石灰處理系統(tǒng)具有運(yùn)行費(fèi)用低，不污染自然水體等優(yōu)點(diǎn)，但由于勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)環(huán)境差、污染、堵塞等原因影響了石灰處理技術(shù)的發(fā)展。隨著科技的發(fā)展，人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，通過(guò)科技人員的不斷努力，石灰處理系統(tǒng)得到了許多改進(jìn)，越來(lái)越多的電廠采用了石灰處理系統(tǒng)，積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。我公司從早期循環(huán)水試驗(yàn)做起，參與了邯鄲熱電廠的循環(huán)水試驗(yàn)，負(fù)責(zé)神頭電廠中水回用的石灰處理調(diào)試，2000年我公司做了國(guó)內(nèi)第一例利用城市污水經(jīng)深度處理后回用于電廠循環(huán)冷卻水的總承包工程，目前該項(xiàng)目已投產(chǎn)，運(yùn)行良好。近年來(lái)國(guó)內(nèi)，尤其北方地區(qū)，越來(lái)越多的電廠采用石灰處理工藝對(duì)中水進(jìn)行處理，處理出水用作電廠循環(huán)冷卻水。

2中水回用于電廠循環(huán)冷水的方法

2.1中水深度處理的任務(wù)
　　為使城市中水回用于電廠循環(huán)冷卻水，根椐中水水質(zhì)特點(diǎn)和電廠循環(huán)水水質(zhì)要求，目前我國(guó)執(zhí)行的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978－1996）第二類(lèi)污染物最高排放標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，再生用作電廠冷卻水的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2，表2為中水濃度處理用于循環(huán)補(bǔ)充水的參考標(biāo)準(zhǔn)。

表1污水綜合排放第二類(lèi)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào) 污染物 一級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 二級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 1 pH 6～9 6～9 2 色度（稀釋倍數(shù)） 50 80 3 SS 20 30 4 BOD₅ 30 60 5 COD_cr 60 120 6 氨氮 15 25 7 磷酸鹽 0.5 1.0

表2再生水用作電廠冷卻用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

序號(hào) 污染物 直流冷卻水 循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水 1 pH 6.0－9.0 6.5－8.5 2

SS（mg/L）

30 1 3

BOD₅（mg/L）

30 10 4 COD_cr（mg/L） － 50 5 總硬度（以CaCO₃計(jì)/mg/L） 450 450 6 總堿度（以CaCO₃計(jì) mg/L） 500 350 7 氨氮（以N計(jì) mg/L） － 10 8 總磷（以P計(jì) mg/L） － 1 9 溶解性總固體（mg/L） 1000 1000 10 糞大腸菌群（個(gè)/L） 2000 2000

　　必須作好以下幾方面的工作：
　　進(jìn)一步去除殘余的懸浮物及膠體；
　　進(jìn)一步去除二級(jí)生化處理后殘留的溶解性有機(jī)物；
　　去除無(wú)機(jī)鹽類(lèi)（例如氮、磷、重金屬等）及微生物難以降解的有機(jī)物；
　　去除色素；
　　殺滅細(xì)菌及病毒等。
2.2中水深度處理的方法
　　城市污水二級(jí)處理水回用循環(huán)冷卻水面臨水質(zhì)差，暫硬較高，含有氨氮、磷酸鹽及微生物污泥等污染物質(zhì)，容易導(dǎo)致冷卻水系統(tǒng)化學(xué)與生物結(jié)垢，以及造成設(shè)備腐蝕等問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外常用的中水回用處理技術(shù)有單純過(guò)濾處理、石灰混凝澄清過(guò)濾處理、吸附氧化處理及膜處理等工藝。污水深度處理的方法根據(jù)二級(jí)處理后的水質(zhì)來(lái)選擇。
2.2.1 單純過(guò)濾處理
　　利用二級(jí)處理后的城市污水回用到對(duì)水質(zhì)要求不太高的企業(yè)，一般電廠不會(huì)采用此項(xiàng)工藝，一般經(jīng)過(guò)機(jī)械過(guò)濾及消毒，去除殘余的懸浮物就可以了。通過(guò)過(guò)濾，將懸浮物降至10mg/L以下；消毒的目的是防止回用水系統(tǒng)中滋生微生物粘膜或藻類(lèi)。
2.2.2石灰混凝澄清過(guò)濾處理
　　一般的生物處理或二級(jí)處理，對(duì)氮、磷的去除效果差。含氮、磷量高的廢水回用，則導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使水體中藻類(lèi)大量繁殖，使水體受到二次污染。用石灰深度處理城市污水，不僅去除氮、磷，還有殺菌作用，可將大腸桿菌去除。同時(shí)也可除去污水中部分鈣、鎂、硅、氟、有機(jī)物和重金屬。
2.2.3吸附氧化處理
　　采用活性炭吸附或臭氧氧化，一般是去除殘余溶解有機(jī)物及色素。
2.2.4除鹽處理
　　采用離子交換或膜法脫鹽去除無(wú)機(jī)鹽類(lèi)等，提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍率。但需根據(jù)采用的系統(tǒng)增加相應(yīng)的預(yù)處理。以上四種深度處理方法的選用是根據(jù)二級(jí)處理后的污水水質(zhì)和經(jīng)深度處理后的污水用途來(lái)決定的。其中吸附氧化處理和除鹽處理是用于較高級(jí)的用戶(hù)，如鍋爐的補(bǔ)充水等，其處理系統(tǒng)比較復(fù)雜、投資很高。而隨著水處理技術(shù)的發(fā)展特別是膜處理技術(shù)的應(yīng)用，使得中水進(jìn)行脫鹽深度處理并用于循環(huán)水成為經(jīng)濟(jì)可行的方法之一。
　　為達(dá)到中水深度處理后可成功用于循環(huán)冷卻水，考慮到城市污水的水質(zhì)波動(dòng)對(duì)出水水質(zhì)的影響，在保證水處理效果安全、經(jīng)濟(jì)、有效的前提下，可采用的深度處理方案基本為石灰混凝澄清法。石灰凝聚澄清過(guò)濾處理相比單純過(guò)濾處理具有出水水質(zhì)好且穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，而吸附氧化與膜處理工藝雖出水水質(zhì)好，但投資與運(yùn)行費(fèi)用高，在國(guó)內(nèi)，隨著石灰凝聚澄清處理作為電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水處理技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，此項(xiàng)技術(shù)在不久的將來(lái)必能得到大量的推廣應(yīng)用。

3石灰處理系統(tǒng)技術(shù)

3.1石灰處理原理
　　石灰處理是通過(guò)投加石灰乳控制出水PH為10.3～10.5，進(jìn)行下面三個(gè)反應(yīng)，產(chǎn)生大量各種形態(tài)的CaCO₃結(jié)晶，降低水中暫硬的，同時(shí)生成結(jié)晶核心還可以對(duì)其它雜質(zhì)起凝聚、吸附作用；而且石灰乳引起的PH值的升高也為氨氮和磷酸鹽的去除創(chuàng)造了條件。為了提高工藝的沉淀效果，一般在處理過(guò)程中投加適量的凝聚劑與助凝劑，通過(guò)壓縮雙電層作用使分散的懸浮物、CaCO₃結(jié)晶、有機(jī)物、有機(jī)粘泥、膠體物等帶電體失穩(wěn)，在機(jī)械混合攪拌和高分子助凝劑架橋與網(wǎng)捕作用下，顆粒物質(zhì)碰撞結(jié)合長(zhǎng)大，使污染物變的容易沉降。我公司在山西侯馬電廠已有成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。
　　石灰參與的軟化反應(yīng)有:

　　CO₂ + Ca (OH) ₂ →CaCO₃ ↓+ H₂O

　　Ca (HCO₃ )₂ + Ca (OH) ₂ →2CaCO₃ ↓+ 2H₂O

　　Mg(HCO₃ )₂ + Ca (OH)₂ →2CaCO₃ ↓+Mg(OH)₂ ↓+ 2H₂O

　　理論上經(jīng)石灰軟化后,水中的硬度能降低到CaCO₃ 和Mg(OH) ₂ 溶解度值,但實(shí)際上鈣、鎂離子的殘留量常高于理論值,這是因?yàn)榉磻?yīng)所生成的沉淀中會(huì)有少量呈膠體狀懸浮于水中不能沉淀下來(lái). 所以為了盡量減少殘留的碳酸鹽硬度,同時(shí)加入了聚合硫酸鐵作為絮凝劑,這樣在去處碳酸鹽硬度的同時(shí)也去除了一部分懸浮物.石灰及聚合硫酸鐵后加入硫酸的作用為: (1) 調(diào)節(jié)石灰加入造成的pH 值的升高. (2) 把石灰沒(méi)有去除的碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化為溶解度較大的非碳酸鹽硬度。深度處理可以去除90 %以上的堿度、磷酸鹽、濁度、銅、鋁和亞硝酸鹽,去除硅酸鹽、鐵、氨、COD_Cr和BOD₅ 的能力在30 %以上。
3.2石灰處理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)
　　該處理方式水質(zhì)適用范圍廣，基本上適用于各種城市污水，深度處理方案在技術(shù)上有許多優(yōu)越性。此外，通過(guò)近幾年個(gè)別工程幾年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，石灰凝聚澄清過(guò)濾處理是城市污水深度處理比較成熟的技術(shù)方案。
3.2.1處理系統(tǒng)的特征
　　1)使用凝聚劑、助凝劑與反應(yīng)產(chǎn)物CaCO₃、Mg（OH）₂及源水中污染物形成共沉淀縮短了沉淀時(shí)間，減小了澄清池體積，減少了占地面積；
　　2)澄清池合理的結(jié)構(gòu)和水力流動(dòng)性能，充分發(fā)揮活性泥渣的絮凝作用，通過(guò)網(wǎng)捕作用提高了沉淀效率，出水濁度一般小于2.0NTU；
　　3)不同粒徑濾料的采用，提高了濾池濾速，使濾池的處理能力大幅度增加;
　　4)不同粒徑濾料的采用使濾池變得不易堵塞，延長(zhǎng)了過(guò)濾周期，減少了反洗水量的消耗；
　　5)氣水反沖洗使濾池反洗徹底，且反洗時(shí)間大大縮短。
3.2.2工藝優(yōu)點(diǎn)
　　1）水質(zhì)適用范圍廣，運(yùn)行費(fèi)用低，對(duì)環(huán)境污染??；
　　2）可以除氮、磷；
　　3）可以去除鈣、鎂、硅、氟的一部分，對(duì)水質(zhì)可進(jìn)一步軟化；
　　4）可以去除重金屬及其離子；
　　5）可以降低細(xì)菌及病毒含量；
　　6）可以降低懸浮態(tài)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物；
　　7）可以大大降低出水堿度。
　　各種污染物的去除使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕減弱，對(duì)循環(huán)水的使用提供了更安全的保證，提高了循環(huán)水濃縮倍率，節(jié)水效益明顯。
3.3石灰處理系統(tǒng)流程及主要構(gòu)成
3.3.1石灰處理系統(tǒng)基本流程

3.3.2石灰處理系統(tǒng)主要單元設(shè)計(jì)
　　（1）機(jī)械加速澄清池單元
　　該機(jī)械加速澄清池是一種引進(jìn)型機(jī)械加速澄清池，澄清池是利用池中積聚的泥渣與原水中的雜質(zhì)顆粒相互接觸、吸附，以達(dá)到清水較快分離的構(gòu)筑物。原水沿切線方向進(jìn)入第一反應(yīng)室攪拌葉輪上方，攪拌葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，將池底泥漿提升到第一反應(yīng)室，并與原水、石灰乳、絮凝劑、助凝劑迅速均勻混合，發(fā)生絮凝。水和初步形成的絮凝物進(jìn)入第二反應(yīng)室后，強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)的水流在此處被整流，形成輕度的湍流，從而有利于微小絮凝膠粒的長(zhǎng)大和懸浮的回流泥渣顆粒粘附。在分離區(qū)，水和泥渣顆粒分離，清水經(jīng)集水槽送至下一處理工藝，泥渣除定期排出外，大部分參加回流。
　　澄清池內(nèi)部設(shè)置第一反應(yīng)室，第二反應(yīng)室，同時(shí)設(shè)置了機(jī)械攪拌提升裝置，這創(chuàng)造了快速混合、速度剃度遞減和調(diào)節(jié)泥渣適宜循環(huán)量的良好絮凝條件。池中設(shè)置底部刮泥機(jī)，底部坡度很小，相當(dāng)于全池刮泥，這樣即保證了較重的石灰處理沉渣良好的排放，又提高了池容積的利用率。同時(shí)，攪拌漿和刮泥機(jī)采用同軸驅(qū)動(dòng)，減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，驅(qū)動(dòng)功率很小，動(dòng)作比較靈活。
　?。?）變孔隙濾池單元
　　變孔隙濾池是一種以“同向凝聚”理論設(shè)計(jì)的正流深床濾池，它采用一種比通常使用的濾料粒徑更大的濾料和另一種細(xì)粒濾料按一定比例混合而成的濾床，變孔隙深層濾池采用的濾料粒徑及所占的比例相差較大。變孔隙濾池主要使用的是粗濾料，它依靠整個(gè)濾層進(jìn)行過(guò)濾，這樣避免了普通濾池形成濾層的表面過(guò)濾，降低了濾層阻力，也避免了懸浮物顆粒的過(guò)早穿透，還可以提高濾速；細(xì)濾料的加入并在濾層中混勻極大地降低了粗濾料的局部孔隙率，提高了污水中細(xì)小顆粒的絮凝作用，更有利于對(duì)細(xì)小顆粒的去除，也極大地提高了濾池的截污能力。
　　濾池主要由濾料和承托層、進(jìn)氣裝置、配水裝置、進(jìn)出水堰室和閥門(mén)等組成，濾池設(shè)計(jì)配水均勻（保證濾料上面有一定的液位高度），有良好的反洗效果，反洗水耗低，運(yùn)行平穩(wěn)，采用深層過(guò)濾。
　　（3）石灰加藥單元
　　石灰粉輸送、計(jì)量、配置系統(tǒng)
　　石灰筒倉(cāng)下部設(shè)置振動(dòng)料斗，在通過(guò)容積式給料機(jī)精確定量后輸送至石灰乳攪拌箱，石灰乳攪拌箱同時(shí)配置一個(gè)石灰乳輔助箱，石灰乳輔助箱上設(shè)置浮球開(kāi)關(guān)控制閥可保持恒定的進(jìn)水量，通過(guò)系統(tǒng)的連續(xù)攪拌后用離心式渣漿泵打入到機(jī)械加速澄清池中。石灰乳的加藥量可根據(jù)澄清池第二反應(yīng)室的PH值或進(jìn)水量來(lái)調(diào)節(jié)。
　　本石灰加藥系統(tǒng)采用了美國(guó)公司生產(chǎn)的粉料輸送、溶解和計(jì)量設(shè)備和德國(guó)公司生產(chǎn)的干粉投加裝置這一成熟技術(shù)，使得本系統(tǒng)的可靠性有了很好的保障。除此之外，我公司還對(duì)各設(shè)備接口問(wèn)題進(jìn)行了研究，解決了石灰系統(tǒng)存在的石灰溶解過(guò)程時(shí)大量產(chǎn)生熱蒸汽使得投粉系統(tǒng)結(jié)塊，堵塞石灰通道，使石灰投粉系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行的問(wèn)題；以及石灰溶解殘?jiān)灰着懦?，堵塞排液通道的?wèn)題。

4石灰處理系統(tǒng)工程應(yīng)用

4.1侯馬發(fā)電廠污水回用工程
4.1.1項(xiàng)目概況:
　　工程規(guī)模：10000m³/d
　　項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)：取水泵房位于侯馬電廠西側(cè)污水河道內(nèi)，污水處理站與電廠化學(xué)車(chē)間相鄰。
　　項(xiàng)目建設(shè)性質(zhì)：新建；交鑰匙工程。
　　處理用途：電廠循環(huán)冷卻水
　　深度處理系統(tǒng)主要設(shè)備和參數(shù)見(jiàn)表3

表3 深度處理系統(tǒng)主要設(shè)備和參數(shù)

序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào)和參數(shù) 數(shù)量 備注 1 機(jī)械加速澄清池 φ12.4m 2座 2 變孔隙濾池 130m³/h，3.6mX2.5mX5.45m 5座 3 石灰加藥系統(tǒng) 1套 國(guó)產(chǎn)設(shè)備 4 回收水池 8m×12m×4m 1座 5 反洗水池 6m×12m×4m 1座 6 清水池 10m×12m×4m 1座 7 污泥濃縮池 Ф12m×2.5m 1座

4.1.2主要工藝流程：

4.1.3項(xiàng)目意義：
　　本項(xiàng)目屬?gòu)U水的資源化回收利用項(xiàng)目。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，努力控制工程造價(jià)和運(yùn)行成本，提高污水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)、以及對(duì)污水水質(zhì)水量波動(dòng)的適應(yīng)能力，保證污水處理站能夠保質(zhì)保量地向電廠供水。為了保護(hù)環(huán)境，在電廠工程項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)時(shí)考慮將城市污水進(jìn)行生物處理和深度處理，處理后的水回收用作電廠的循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水。此項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)第一個(gè)利用城市污水處理經(jīng)生物和深度處理后回用于電廠循環(huán)冷卻水的工程。
4.1.4項(xiàng)目運(yùn)行情況
　　目前此項(xiàng)目自2002年投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行情況一直良好。出水水質(zhì)情況見(jiàn)表4

表4出水水質(zhì)情況

項(xiàng)目 出水指標(biāo) COD_Cr ≤20 _­BOD₅ ≤10 濁度 ≤2 殘余堿度 0.5~0.7 PH 8~9

4.2河南新鄉(xiāng)豫新發(fā)電廠中水回用工程
4.2.1項(xiàng)目概況:
　　工程規(guī)模：40000m³/d
　　項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)：新鄉(xiāng)豫新發(fā)電廠
　　項(xiàng)目建設(shè)性質(zhì)：新建；交鑰匙工程。
　　處理用途：電廠循環(huán)冷卻水
　　深度處理系統(tǒng)主要是由兩臺(tái)φ26m的機(jī)械加速澄清池，8臺(tái)5.4mX4.0mX5.45m的變孔隙濾池及附屬系統(tǒng)所組成。
　　主要設(shè)備和參數(shù)見(jiàn)表3

表3 深度處理系統(tǒng)主要設(shè)備和參數(shù)

序號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào)和參數(shù) 數(shù)量 備注 1 機(jī)械加速澄清池 φ26m 2座 2 變孔隙濾池 5.4mX4.0mX5.45m 8座 3 石灰加藥系統(tǒng) 1套 進(jìn)口設(shè)備 4 回收水池 20m×7m×5m 1座 5 清水池 20m×20m×5m 2座 6 軟水池 20m×8m×5m 1座 7 污泥儲(chǔ)池 12m×6m×5m 1座

4.2.2工藝流程：

4.2.3項(xiàng)目意義:
　　此項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)第一個(gè)使用該種結(jié)構(gòu)形式機(jī)械加速澄清池直徑(Φ26m)超過(guò)23m的工程，這表明了我公司在澄清池的設(shè)計(jì)上有了一整套計(jì)算方法和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

5結(jié)論

　　城市中水采用石灰處理工藝用于循環(huán)補(bǔ)充水，配合加酸加阻垢劑可以達(dá)到系統(tǒng)防垢要求，技術(shù)可行、可靠，投資、運(yùn)行成本相對(duì)低，石灰處理技術(shù)是一種成熟穩(wěn)定的中水深度處理方法。通過(guò)石灰軟化對(duì)城市污水進(jìn)行深度處理,并加入適當(dāng)?shù)乃|(zhì)穩(wěn)定劑和殺菌劑,城市污水完全可以安全地回用于火力發(fā)電廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。