浅谈城市中水回用于火力发电厂

浅谈城市中水回用于火力发电厂

摘要：城市中水中有机物、氨氮等物质含量较高，作为火力发电厂循环水，需对其进行深度处理。中水深度处理采用石灰软化处理，并通过澄清、过滤等工艺完成。采用城市中水做为循环水补水的循环水系统运行时需注意中水水质问题给循环水系统带来的影响，并合理使用杀菌、防腐等方法来减少中水对循环水系统的影响。

关键词：中水回用火力发电厂预处理防腐阻垢

0 引言

随着世界经济的高速发展与人口数量的增长，水资源的短缺和水环境的恶化日益明显，水资源的短缺已成为制约经济发展和人们生活质量提高的主要问题。在解决这一问题的过程中，水资源的回用已成为发达国家和发展中国家所需要考虑的关键问题[1]。

火力发电厂一直在工业企业用水中占有较大的份额，水资源的短缺已经越来越大的制约了火力发电企业的发展，如何节约用水，提高水资源的利用率已成为火力发电厂目前急需解决的问题。开发中水回用就成了解决这一问题的关键。在火力发电企业的生产过程中，循环冷却水消耗占火电厂总耗水量的60%～80％[2]，因此，将城镇污水处理厂的二级处理水（中水）经过深度处理后作为电厂循环冷却水的补充水，将会给电力企业带来较好的经济效益，同时也会产生良好的环境效益和社会效益。

1 中水回用于火力发电厂对循环冷却水系统的影响

1.1 中水的水质特点做为污水处理厂的排放水，中水中的有机

物含量和氨氮含量远高于自然界水质，且油类物质、色度、磷含量也较高。根据对一些城市中水取样化验，中水的含盐量也比较高，尤其是一些轻化工比较发达的城市，工业废水存在着直接排入城市排污管网的现象，致使城市污水的含盐量更高。甚至，一些城市的污水处理厂排水根本达不到二级排放水标准，主要表现在化学需氧量(cod)、生化需氧量(bod5)、氨氮含量和色度值超标。造成其数值超标的原因很多，但主要原因有以下几种：①设计处理能力偏低或进水的有机物含量、氨氮含量远远超过设计数值。②为了降低运行成本，曝气等动力装置没有按要求正常运行。③北方城市冬季低温抑制了细菌的生长；④设备运行不正常等。

1.2 中水回用对火力发电厂（循环冷却水系统）的影响由于中水的上述特点，其应用于火力发电厂对循环冷却水系统的影响主要体现在以下两个方面：

1.2.1 腐蚀的多样化：①氨氮发生亚硝化、硝化反应后产生的酸性腐蚀。②高有机物含量造成细菌大量繁殖后发生的生物腐蚀。

③高含盐量和氨氮含量造成的电化学腐蚀等。这些腐蚀都对循环水系统金属材料和水泥构件的使用寿命及安全性有着较大的影响。

1.2.2 设备及管道的结垢：①循环冷却水补水中有机物含量高会促进细菌和藻类的生长，并形成大量粘泥沉积于冷却塔和换热设备内，造成系统堵塞和结垢。②较高的钙、镁离子在高碱度下可产生难以去除的碳酸钙等硬垢，影响系统换热效率。③悬浮物能促进微生物繁殖，产生生物粘泥。④与碳酸钙硬垢混合形成的泥垢沉积

于换热器表面，影响凝汽器的换热效果。⑤部分悬浮物可成为钙、镁离子的诱发晶核，促进结垢。

2 中水回用于火力发电厂水系统前的预处理

2.1 中水回用深度处理作用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，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去除色素。⑤杀灭细菌及病毒等。

2.2 中水回用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，使其不受运行人员的欢迎。随着科技的发展，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[3]。

2.2.1 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caco3和mg(oh)2沉淀物，以

降低水中的硬度和碱度。

2.2.2 过滤作用。混凝澄清池之后设置过滤装置，目前常用的过滤装置为变孔隙滤池。

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。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氯的使用量；②对某些金属，特别是铜，具有腐蚀性，所以在再生水回用于循环冷却水时，需考虑冷却设备的腐蚀损害问题；③再生水回用时，水中的氨氮会加速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，同时影响设备换热效率。

3.2 氨氮的处理氨氮的去除主要是通过曝气生化处理完成，为了防止氨氮硝化反应带来的腐蚀，目前新建电厂的中水处理系统大都在澄清器前设计氨氮曝气处理装置（一些电厂因中水油脂类物质含量高还设置了除油装置）。

4 电厂在使用中水过程中应该注意的几个问题

经过预处理的城市中水，虽然在各种物质含量上已经大大减少，但作为发电厂循环水补水依旧存在很多的缺点，因此采用中水作为循环水系统补水的发电厂在循环水处理问题上仍要有足够的重视。中水回用电厂的循环水处理所面临的主要问题就是防垢、防蚀及杀菌。

4.1 中水回用阻垢工艺我国北方地区发电厂的循环水浓缩倍

率一般控制在3.5以上，而采用中水作为循环水补水的发电厂其循环水浓缩倍率一般在3.0左右，甚至更低。为了稳定水质并有效的提高浓缩倍率，循环水阻垢的主要方法有以下几种：①加硫酸调ph 值+复合水质稳定剂处理。②石灰处理+复合水质稳定剂处理。③弱酸离子交换处理+复合水质稳定剂处理。

4.2 中水回用防蚀措施

4.2.1 凝汽器管材的腐蚀与防护。中水经石灰软化处理后具有较强的腐蚀性，铜合金管材在中水中会受到严重腐蚀，因此采用中水回用的发电厂凝汽器水室一般采用不锈钢管材。不锈钢管材的材料类型可以通过电化学试验进行选择，即采用经过石灰软化处理的中水加药（阻垢剂）浓缩到设计要求的浓缩倍率后，取浓缩水进行不锈钢管材的选材试验。

4.2.2 循环水管道的腐蚀与防护。从目前已投产的中水回用发电厂运行情况来看，循环水碳钢管道（或水泥管道）的腐蚀现象十分明显，分析其原因主要有以下几点：①浓缩后的中水含盐量较高，腐蚀性较强；②采用中水回用的发电厂循环水中有机物含量较高，适合细菌繁殖，细菌繁殖所形成的腐蚀性离子加速了管道的腐蚀；

③氨氮硝化反应生成的硝酸和亚硝酸导致循环水ph值下降，使腐蚀现象加剧。

4.2.3 冷却塔水泥构件的腐蚀与防护。中水回用发电厂冷却塔水泥构件的腐蚀主要与氨氮在冷却塔内发生的硝化反应有关。中水石灰软化处理后循环水中hco-3的含量被大量消耗，导致循环水对