第26卷第2期上海电力学院学报
Vol .26,No .2 2010年4月
Journal of Shanghai U niversity of E lectric Pow er
Ap r . 2010
阀门加工文章编号:1006-4729(2010)02-0141-04中水回用于火电厂循环冷却水的技术 收稿日期:2009-06-30
作者简介：赵晓丹(1979-)，女，硕士，讲师，湖北荆门人.主要研究方向为循环冷却水处理和电厂给水处理. E 2mail:z_
赵晓丹
(上海电力学院能源与环境工程学院，上海 200090)
摘 要：中水用于电厂循环冷却水的补充水，不仅可以扩大中水回用规模，而且也为电厂提供了一个水量充足的水源.针对城市污水的特点和循环冷却水的要求，提出了技术可行、可靠，且投资、运行费用较低的中水深度处理工艺. 关键词：中水；循环冷却水；深度处理
中图分类号:T V137;T M621 文献标识码:A
I nvesti gati on on Usi n g I nter medi a te Water as
C i rcul ati n g Cooli n g Water i n Power Pl ant
ZHAO Xiao 2dan
(School of Ther m al Po w er and Environm ental Engineering,Shanghai U niversity of
Electric Po w er ,Shanghai 200090,China )
Abstract : Based on the characteristics of power p lant cooling water syste m and the dis posing situati on of munici pal waste water,a p r ocess that is feasible and reliable in technique,l ow in invest m ent and operati on cost is p resented .
铅黄铜Key words : inter mediate water;circulating cooling water;deep water treat m ent
随着世界经济的迅速发展与人口的剧增，水资源的短缺和水环境的恶化日益突出，水资源的短缺给经济发展和人们生活带来了严重影响.在解决这一问题时，无论是发达国家还是发展中国家，都必须考虑水资源的回用.中水利用就是一种有效的水资源回用方式.中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准、并可在一定范围内重复使用的非饮用水，其水质介于
上水(自来水)和下水(排污水)之间.中水回用可以减少城市污水的排放，降低对水环境的污染，是清洁生产、污水资源化的具体体现
[1,2]
.
火力发电厂一直是耗水大户,2×600M W 的
发电机组耗水量约为8×104m 3
/d，相当于一个中小城市的居民用水量，其中循环冷却水占总耗水量的2/3以上，这部分耗水均以蒸发和风吹形式损失，基本不会形成污染.由于循环冷却水水质的要求不高，将中水回用作为火电厂循环冷
却水的补充水，可以在扩大中水回用规模的同时，给火电厂提供充足水源.但如何保证水质稳定，以及循环冷却系统的运行可靠性是回用技术的关键
[3]
.
1 中水回用的深度处理作用
城市污水作为新开发的第二种水源，具有水量大、稳定，以及来源可靠、不需要长距离引水的
特点，并能提高水的重复利用率，是今后可持续发展的一种再生水资源.城市污水水质复杂，其中有机物、微生物和化学溶剂较多，因此城市污水要作为电厂循环冷却水和工业服务水，必须先进行二级生物处理，然后再作进一步的深度处理[4].
电极箔由于城市污水处理厂的二级生物处理是生化处理，其主要功能是去除污水中的有机物、微生物和悬浮物，而对污水中的硬度、碱度、细菌和重金属等均无法去除.此外，城市污水处理厂二级处理控制的生化指标只满足排放标准.因此，电厂使用城市污水处理厂二级处理后的污水还必须进行深度处理.其目的是:
(1)进一步去除残余的悬浮物和胶体;
(2)进一步去除二级生化处理后残留的有机物;
(3)去除无机盐类(如氮、磷、重金属等)及微生物难以降解的有机物;
(4)去除素;
(5)杀灭细菌及病毒等.
中水中主要的有机粘泥、胶体有机物、无机胶体物、菌藻类、蛋白质、油脂、机械杂质、生化处理反应产物，以及NH
3
N类、磷类、分解气体等污染物，其颗粒大多在1～100n m.其主要危害是：腐蚀过流部分的金属和非金属，生成粘膜；沉积繁殖；妨碍热传导和黏滞阻流；造成设备损坏和效率降低.
深度处理的水质与后期的要求有关，对用于循环冷却水的回用水，火电厂主要关注的指标有微生物、磷、氨氮等.
2 深度处理工艺
石灰软化处理系统作为电厂循环冷却水的补充水处理早在20世纪50年代就有应用的实例.尽管石灰软化处理具有运行费用低、不污染自然水体等优点，但由于当时块状石灰纯度低(40%～60%)，存在排污量大，石灰运输、装卸、制乳过程灰尘大，劳动条件差等问题，加上人类对环境保护意识的淡薄，使其不受运行人员的欢迎.随着科技的发展、人们环保意识的不断增强，以及石灰处理系统的不断改进，经过近20年的努力，石灰处理系统又重新被广泛使用.用石灰对城市污水进行深度处理，可将大肠杆菌去除99%以上，也可去除污水中部分钙、镁、硅、氟，以及有机物和重金属等[5].2.1 石灰凝聚澄清处理
石灰处理法是将石灰乳加入水中，与水中的
碳酸盐硬度发生反应，生成CaCO
3
和Mg(OH)
2沉淀物，以降低水中的硬度和碱度，同时，结合絮
凝剂的投加，具有巨大表面积的新生态CaCO
3
和Mg(OH)2沉淀物在沉淀过程中大量吸附原水中的悬浮物、胶体等，使原水得以净化，有机物、氨氮等污染物得到大量去除.
通过石灰凝聚处理去除或降低的物质有:
(1)悬浮的有机物和无机物，可去除1μm以上的颗粒，进而去除由这些颗粒(主要是生物处理流失出的生物絮体碎片、游离细菌等)形成的COD;
(2)溶解性磷酸盐,1mg/L以下;
(3)去除一些钙、镁、硅石、氟化物;
(4)去除某些重金属，如镉、铬、铜、镍、铅和银等;
(5)降低水中细菌和病毒的含量.
混凝处理的对象是二级出水，二级出水中所含物质与天然水所含物质不同.天然水中形成浊度的主要是泥砂等无机物，而在二级出水中则是胶体和菌胶团微粒，因而污水深度处理的混凝不同于给水处理的混凝.污水处理混凝的特点是：由于污水中生物微粒的存在，以及这种微粒与药剂之间存在较强的亲和力，因而投加药剂后，絮凝过程可在较短时间内完成.
絮凝剂采用聚合氯化铁，其优点是除、除浊和除磷效果明显，浊度去除率可达80%～90%，度去除率可达60%～80%，明显高于传统的铝盐和铁盐.
废水中磷有3种存在形态：有机磷酸盐；聚磷酸盐；正磷酸盐.磷主要通过人体排泄物、食堂粉碎机排入下水道的废食品，以及多种家用去污剂进入污水中.有机磷存在于有机物和原生质细胞中，洗涤剂含有较多的聚磷酸盐，正磷酸盐是磷循环中的最后分解产物，易被石灰凝聚法去除.
在常规污水处理厂中，预处理和二级处理只能部分除磷，投加石灰除磷是国外早期常用的方法.石灰与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀，其反应式如下:
5Ca2++4OH-+3HP O42-→
241上 海 电 力 学 院 学 报 2010年
Ca5OH(P O4)3+3H2O
首先，石灰与水中的碱发生反应形成碳酸钙沉淀:
Ca(OH)2+Ca(HCO3)2→2CaCO3+2H2O
然后，过量的钙离子再与磷酸盐反应生成羟基磷灰石沉淀，因此所需的石灰量主要取决于污水的碱含量，而不取决于污水中的磷酸盐含量.
2.2 过滤作用
澄清池之后设过滤器的主要作用是：进一步去除水中的生物絮体和悬浮物；进一步降低有机物含量，对细菌和病毒也有很高的去除率；去除絮凝过程中产生的铁盐、铝盐等重金属沉淀物和其他污染物，减少后置杀菌剂的耗量.
3 氨氮的脱除
3.1 氨氮的危害
在城市污水特别是经二级处理后的污水中, 90%以上的氮是以氨的形式存在的.工业用水中氨氮的主要危害如下:
(1)在给水消毒和工业循环水杀菌处理时需‘增大用氯量;
(2)对某些金属，特别是铜具有腐蚀性，当再生水作为冷却水回用时，要考虑冷却设备的腐蚀损害问题;
(3)当污水回用时，再生水中的氨氮会促使输水管道和用水设备中微生物繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率.
3.2 常规脱氨方法及其存在的问题
(1)折点加氯法 成本高，耗氯量大，会增加水中总固体含量，目前还没有实用化;
(2)空气吹脱法 要将pH值控制在10.8～11.5，否则效果不好，而且存在冬季效率低的问题，国外现已基本停用;
(3)选择性离子交换法 再生困难，还没有成熟经验;
(4)生物脱氨氮法 增加生物耗氧氧化时间，达到硝化阶段，技术可行，但基建投资和运行电费比常规法增加很多，不经济.
3.3 利用循环水系统脱氨氮
工业用水，特别是电厂冷却水，对氨氮有较高的要求，一般要求氨氮小于1mg/L.在一定运行条件下，循环水系统中的冷却塔可以脱氨兼用，既不增加处理费用，又使水质达到回用要求，从而解决了氨氮指标影响回用这一关键技术，为推广污水回用提供了技术和经济保证.
循环水系统由冷却装置(冷却塔)、循环泵和换热设备组成.在冷却塔内，水与空气接触，进行蒸发冷却，然后重入换热设备循环使用.冷却塔由于蒸发、风吹、排污而需补充水，城市污水经过再生处理后可作为补充水进入循环水系统.在循环水系统中，再生水主要在冷却塔内.
3.3.1 氨氮的去除机理
由于循环水系统是一个特殊的生态环境，合适的水温、很长的停留时间、巨大的填料表面积、充足的空气等优良条件均可使氨氮转化.据测量, 80%为硝化作用,10%为解吸作用,10%为微生物同化作用.
3.3.2 影响因素
(1)冷却塔浓缩倍数和停留时间 冷却塔的浓缩倍数与节水效益直接相关，浓缩倍数越高，补给水量越少，循环水在系统内的停留时间越长.
T=
V
Q b+Q m
式中:T水在系统内的停留时间,h;
V循环水系统容积，一般为循环小时流
量的1/3～1/5,m3;
Q b排污和泄漏损失水量,m3/h;
Q m风吹损失水量,m3/h.
例如,10000m3/h的循环水系统，系统容积2500m3，当浓缩倍数为2时，补给水量为400 m3/h，排污水量为180m3/h，蒸发水量为200m3/ h，飞散水量为20m3/h.循环水在系统内的停留时间为12.5h；当浓缩倍数为5时，排污水量为50m3/h，停留时间为50h，可见其停留时间很长.
试验结果表明，当浓缩倍数在2以上，城市污水氨氮含量为20～50mg/L时，出水氨氮浓度可小于1mg/L，满足工业用水(包括电力冷却用水氨氮指标)的要求.我国大多数工业冷却塔浓缩倍数在2左右，故大多数工厂的循环水冷却系统具有很高的去除氨氮的能力.
(2)碱度和pH 氨氮的硝化反应式为:
石榴套袋技术NH4++1.83O2+1.98HC O3-→0.02C5H7NO2 +1.04H2O+0.98NO3-+1.88H2CO3
341
赵晓丹：中水回用于火电厂循环冷却水的技术
计算出每氧化1g NH
42N 要消耗碱度7.14g
(以CaCO
3
计).当碱度不足时，应当设法补加或在前置处理装置的出水中保持足够的碱度，维持
pH在7.9～8.2，硝化菌在pH为7.0～7.8和7.7～8.1时，活性最强，循环水的pH值很适宜硝化菌的活动.
(3)温度 亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃.在适宜的温度下，硝化菌活性高、增长快，对氨氮的去除能力强.而冷却塔水的温度长期保持在25～40℃，并且不存在低温时硝化菌效能减退问题.
(4)供氧量 计算得出，氧化1g NH
4
+N时子环
为NO
2
N耗氧3.43g，氧化1g NO2N为NO3N需耗氧1.14g，共耗氧4.57g.相关文献指出[6,7]，氨氮的硝化应保证空气量为硝化所需空气量的50倍.
在冷却塔内,1m3水的供空气量可达2000 m3，供氧充足，溶解氧可以达到饱和.这样高的空气量可以提高溶解氧向液膜的传递速率，有利于硝化活动的进行.
(5)生物膜 污水经二级处理和深度处理后，水中还含有一定数量的细菌和有机物，在冷却塔填料表面很容易形成一层生物膜.冷却塔填料有点滴式、膜板式、网格状、蜂窝状等多种形式，表面积在100～350m2/m3.巨大的表面积为生物膜生长提供了良好场地，虽然填料的比表面积大，但循环水是补给水的几十倍，可看作高倍数回流，因此填料不会有脱水现象发生.由于再生水的BOD 小于10mg/L，加上循环水有大量稀释能力，因而合成代谢所形成的新细胞数量很小，膜的增殖脱落量不大，不会发生填料间隙的堵塞问题.按计
算，每氧化1mg NH
4
+N产生0.15mg新细胞,
当原水为20mg/LNH
4
+N时，也只产生3.0 mg/L悬浮物，数量很少.工程实践也证明，循环水系统SS很低，并不因其具有硝化功能而增加排污.
3.3.3 处理效果
城市污水经二级和深度处理后，氨氮尚有30 mg/L左右，进入冷却系统后，在浓缩倍数为2的情况下，氨氮达到0.4mg/L，且不随浓缩倍数和运行时间的增加而累积.
表1是某厂每日使用万吨级回用工程再生水的典型水质分析.由表1可知，在工业用水实践中，循环水系统中的氨氮小于0.5mg/L，可满足包括电力工业在内的循环水氨氮指标小于1mg/ L的要求.
表1 某厂使用再生水的循环水系统水质分析
项 目pH
硬度
以CaCO
3
计
碱度
以CaCO
3
计
mg・L-1
补充水(再生水)7.015095循环水7.9330150
项 目
Cl-NH4+N COD SS
mg・L-1
补充水(再生水)12113.021 4.2循环水2820.430 4.4
4 结束语
通过科学合理的处理工艺，对城市污水进行深度处理后可用于电厂的循环补充水；采用石灰凝聚深度处理工艺，配合加酸加阻垢剂，中水可以达到系统防垢要求.利用循环水系统脱氨，不但在技术上可行，达到防腐蚀要求，而且具有很高的经济性，可简化回用处理流程，较多地节省回用工程基建投资和运行费用，为工业用户，特别是电力行业用户安全放心使用再生水创造了条件.
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