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摘 要： 探讨城市污水一级A处理水回用循环冷却水面临水质差，暂硬较高，含有氨氮、磷酸盐及微生物污泥等污染物质，容易导致冷却水系统化学与生物结垢，以及造成设备腐蚀等问题，通过对比过滤处理、石灰混凝澄清过滤处理、吸附氧化处理及膜处理等工艺，确定最佳工艺条件。
关键词：污染物 过滤 澄清池 膜处理
中图分类号：TQ085 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）07-0341-02
一、概述
大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂（以下简称张家口发电厂）隶属于境外上市的大唐国际发电股份有限公司，位于塞外山城张家口市东南14km处，距首都北京190km，距煤都大同180km。张家口发电厂始建于1988年，目前拥有八台装机容量为300兆瓦的机组，总装机为2400兆瓦。该厂一期工程1号机组至4号机组于1995年9月竣工投产。二期工程于1997年7月开工，5号至8号机组在1999至2001年间相继投产。张家口发电厂是京津唐电网西端骨干火力发电厂，通过两条500千伏输电线路向北京供电，同时兼顾地方用电。
电厂供水系统采用带冷却塔的二次循环供水系统。水源地设在张家口山间盆地的洋河漫滩南、北两岸。一期打有13眼深井，二期又打12眼深井。一期工程用水量为0.943m3/s，二期工程用水量为0.952m3/s。两期水源地总计供水能力为2.5m3/s，供电厂8×300MW机组用水。
张家口发电厂位于我国严重缺水的华北地区，为最大限度的节约有限的水资源，同时保护当地环境，减少地下水开采是当前的主要任务。电厂耗水很多，在华北地区水资源短缺已影响电力发展，所以，电厂急需解决的是怎样充分利用水资源。主要的解决途径是中水回用。在产生电力时，用于冷却消耗的水占总消耗的水的60～80%，因此，污水处理厂把城市污水经多次处理后可以作为电厂用来冷却的补充水，这样既环保又减少水的浪费。而且城市污水的量大、可靠、稳定等特点，但污水的水质复杂，含有机物、微生物和化学溶剂较多。因此，城市中水要作为电厂循环冷却水补水，必须先进行深度处理。城市中水做为电厂循环冷却水使用，其处理工艺多为以下三种，一种采用单纯过滤法，一种采用超滤技术，但多数采用石灰处理工艺，近年来越来越多的电厂采用石灰处理工艺对中水进行处理，处理出水用作电厂循环冷却水。
二、中水回用于电厂循环冷水的方法
1.中水深度处理的任务
为使城市中水回用于电厂循环冷却水，根椐中水水质特点和电厂循环水水质要求，目前我国执行的《污水综合排放标准》（GB8978-1996）污染物最高排放标准见表1，中水用作电厂冷却水的标准见表2，表2为中水深度处理用于循环补充水的参考标准。
必须作好以下几方面的工作：
进一步去除残余的悬浮物及胶体；去除二级生化处理后残留的溶解性有机物；去除无机盐类（比如氮、磷、重金属等）和一些难以降解的微生物；还要去除色素；杀灭细菌及病毒等。
2.深度处理中水的方法
城市污水一级A处理水作为循环的冷却水回用面临着水质差、暂硬度较高，并含有多种污染物质有氨氮、磷酸盐及微生物污泥等，这写会引起水冷却系统中的化学与生物反应，导致设备腐蚀的问题。现今，国内外比较常用单纯过滤处理、石灰混凝澄清过滤处理、吸附氧化处理及膜处理等工艺对中水回用进行过滤处理。污水深度处理的方法根据一级A处理后的水质来选择。
2.1 单纯过滤处理
通过一级A处理的城市污水，回收利用主要是一些对水质要求不高的企业，电厂一般不会采用此项工艺。主要是通过机械的过滤与消毒，把残余的一般经过机械过滤及消毒，去悬浮物除掉就可以了，过滤后，将悬浮物降至10mg/L以下；而消毒的主要目的是清除回收水中的微生物粘膜或一些藻类的再生长。
2.2石灰混凝澄清过滤处理
城市污水中氮、磷的去除是比较困难一些，就普通的生物处理以及二级处理，都很难除掉。而污水中要是含氮、磷量较高时，常常会导致水体的富营养化，大量的繁殖藻类，造成水体的二次污染。用石灰深度处理的城市污水，不单能够除掉氮和磷，还且还有杀菌的作用，尤其能除掉大肠杆菌。同时，也可除去污水中部分钙、镁、硅、氟、有机物和重金属。
2.3吸附氧化处理
为了去除残余的有机物或色素，通常运用活性炭的吸附作用或臭氧氧化。
2.4除盐处理
去除无机盐类通常运用离子交换或膜法脱盐等，还可以提高冷却水循环的浓缩倍率。但运用这些方法还需要增加相应的预处理。以上四种深度处理方法的选用是根据一级A处理后的污水的水质和今后用途来确定的。其中吸附氧化处理和除盐处理能够用于锅炉补充水的环节等，其系统的处理并投资大。而随着水处理技术的发展尤其是对膜处理技术的应用，使得中水进行脱盐深度处理并用于循环水成为经济可行的方法之一。
为达到中水在经过深度处理成功后用于循环时的冷却水，考虑到城市污水的水质波动对出水水质的影响，在保证水处理效果安全、经济、有效的前提下，可采用的深度处理方案一般是石灰混凝澄清法。石灰凝聚澄清过滤处理相比单纯过滤处理具有出水水质好且稳定的优点，而吸附氧化与膜处理工艺虽出水水质好，但投资与运行费用高，石灰凝聚澄清处理作为电厂循环冷却水补充水处理是可行的。
三、石灰处理系统技术
1.石灰处理原理
石灰处理是通过投加石灰乳控制出水PH为10.3～10.5，进行下面三个反应，产生大量各种形态的CaCO3结晶，降低水中的暂硬的，而且生产的结晶还可以凝聚、吸附其它的杂质；而且石灰乳引起的PH值的升高也为氨氮和磷酸盐的去除创造了条件。为了提高工艺的沉淀效果，一般在处理过程中投加适量的凝聚剂与助凝剂，通过压缩双电层作用使分散的悬浮物、CaCO3结晶、有机物、有机粘泥、胶体物等带电体失稳，在机械混合搅拌和高分子助凝剂架桥与网捕作用下，颗粒物质碰撞结合长大，使污染物变的容易沉降。
石灰参与的软化反应有：
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
理论上经石灰软化后，水中的硬度能降低到CaCO3和Mg（OH）2溶解度值，但实际上钙、镁离子的残留量常高于理论值，这是因为反应所生成的沉淀中会有少量呈胶体状悬浮于水中不能沉淀下来. 所以为了尽量减少残留的碳酸盐硬度，同时加入了聚合硫酸铁作为絮凝剂，这样在去处碳酸盐硬度的同时也去除了一部分悬浮物.石灰及聚合硫酸铁后加入硫酸的作用为： 1.1 调节石灰加入造成的pH 值的升高。1.2 把石灰没有去除的碳酸盐硬度转化为溶解度较大的非碳酸盐硬度。深度处理可以去除90 %以上的碱度、磷酸盐、浊度、铜、铝和亚硝酸盐，去除硅酸盐、铁、氨、CODCr和BOD5的能力在30 %以上。
2.石灰处理系统技术特点
该处理方式水质适用范围广，基本上适用于各种城市污水，深度处理方案在技术上有许多优越性。石灰凝聚澄清过滤处理是城市污水深度处理比较成熟的技术方案。
2.1处理系统特点
2.1.1使用凝聚剂、助凝剂与反应产物CaCO3、Mg（OH）2及源水中的污染物共同形成沉淀，这样就减短沉淀的时间，并减少了澄清池的占地面积。
2.1.2澄清池合理的结构和水力流动性能，充分发挥活性泥渣的絮凝作用，通过网捕作用提高了沉淀效率，出水浊度一般小于2.0NTU；
2.1.3不同粒径滤料的采用，提高了滤池滤速，使滤池的处理能力大幅度增加；
2.1.4不同粒径滤料的采用使滤池变得不易堵塞，延长了过滤周期，减少了反洗水量的消耗；
2.1.5气水反冲洗使滤池反洗彻底，且反洗时间大大缩短。
3.工艺优点
3.1水质适用范围广，运行费用低，对环境污染小；
3.2可以除氮、磷；
3.3可以去除钙、镁、硅、氟的一部分，对水质可进一步软化；
3.4可以去除重金属及其离子；
3.5可以降低细菌及病毒含量；
3.6可以降低悬浮态无机物和有机物；
3.7可以降低出水碱度。
通过去除污水中的污染物，可以减弱循环用的冷却水结垢或腐蚀，为使用循环水提供了更安全的保证，提高了循环水浓缩倍率，节水效益明显。
4.石灰处理系统流程及主要构成
4.1石灰处理系统基本流程
原水（城市污水）→提升泵→机械加速澄清池→变孔隙滤池→清水池。
4.2石灰处理系统主要单元设计
4.2.1机械加速澄清池单元
该机械加速澄清池是一种引进型机械加速澄清池，澄清池就是让池中的泥渣和原水中杂质物质互相接触或者吸附，从而达到清水的尽快分离的地方。原水沿切线方向进入第一反应室搅拌叶轮上方，搅拌叶轮旋转时，将池底泥浆提升到第一反应室，并与原水、石灰乳、絮凝剂、助凝剂迅速均匀混合，发生絮凝。水和初步形成的絮凝物进入第二反应室后，强力旋转的水流在此处被整流，形成微小的湍流，这有利于小的凝胶粒子的变大利于和悬浮的泥渣粘附在一起。到达分离区，水和泥渣得到分离，清水经集水槽被送至下一工艺进行处理，泥渣除定期排出外，大部分参加回流。
澄清池内部设置第一反应室，第二反应室，同时还要有机械搅拌的提升装置，这创造了快速混合、速度剃度递减和调节泥渣适宜循环量的良好絮凝条件。池中设置底部刮泥机，由于底部的坡度小，这样既能很好的排放出经石灰处理的较重的沉渣，又可以更好的利用澄清池。同时，采用同轴驱动的搅拌浆和刮泥机，巧妙的设计减速传动机，使其消耗功率小，动作比较灵活。
4.2.2变孔隙滤池单元
变孔隙滤池的工作原理是根据“同向凝聚”来设计的，是正流深床滤池，主要是用一种相比普通用的滤料颗粒更大与一种滤料颗粒较小的按照一定的比例混合而成的滤床，在变孔隙深层滤池中所用的滤料颗粒及所占的比例都相差比较大。变孔隙滤池主要依靠整个滤层来进行过滤，可以避免普通滤池的滤层的表面过滤，这就降低了滤层阻力；同时也阻止了悬浮颗粒很快的穿透，这就提高了过滤速度；加入的小颗粒滤料在滤层中混匀后很大程度上降低了大颗粒滤料的局部孔隙率，使得污水中细小颗粒的絮凝作用得到提升，方便出去这些细小颗粒，也就大大的滤池的截污能力。
滤池设计配水均匀，有良好的反洗效果，运行平稳。
4.2.3石灰加药单元
石灰粉输送、计量、配置系统，石灰筒仓下部设置振动料斗，在通过容积式精确地给料机定量后输送到石灰乳的搅拌箱，石灰乳的搅拌箱必须配置一个石灰乳的辅助箱，在辅助箱设定浮球开关的控制阀，可以确保均匀的进水量。经过系统的不断搅拌，再采用离心式的渣浆泵注入到运用机械加速的澄清池中。其中石灰乳加药的剂量是由澄清池中第二反应室的PH值或进水量来调节。
四、结论
城市中水采用石灰处理工艺应用于循环时的补充水，如果为了达到防垢的效果经常是配合加酸加阻垢剂，这种方法可行、可靠，且投资与运行成本相对较低。石灰处理的技术是对中水进行深度处理的一种比较成熟稳妥的方法。经过石灰软化技术对城市污水进行深度的处理，并加人一定量的水质稳定剂和杀菌剂，处理后的水就可以安全的回收利用到活力发电厂的冷循环中。
参考文献
[1]高峻发，王社平. 污水处理厂工艺设计手册.化学工业出版社. 2003
[2]史忠祥. 实用环境工程手册-污水处理设备.化学工业出版社.2002
[3]王彤. 城镇污水处理及回用技术. 化学工业出版社.2003
作者简介：丁大伟，男，（1963-），张家口发电厂设备部综合专业，助理工程师，综合点检员。
常水清，男，（1973-），张家口发电厂设备部综合专业，助理工程师，综合点检员。
任剑钧，男，（1968-），张家口发电厂设备部综合专业，助理工程师，综合点检员。
王鎏，男，（1980-），张家口发电厂设备部综合专业，工程师，综合点检员。