滕濟林 張文虎 戴航
（北京國電富通科技發展有限責任公司,北京，100055）

　　摘要：本文對中水回用的方法做了描述，重點介紹了石灰處理系統技術的原理、特點和設計原則，以及其在實際工程中的具體應用實例。
　　關鍵詞：石灰處理 中水 循環冷卻水

1概述

　　水是國民經濟發展中的不可替代的重要資源，也是人類賴以生存和發展的重要資源。電廠又是耗水大戶，特別是在我國北方，以水限電、以水定電的情況相當嚴重，水資源的緊張已逐漸成為電力發展的瓶徑，如何節約用水，提高水的利用率是電廠急需解決的問題。開展中水回用是解決這問題的重要途徑，也是大勢所趨。在電力生產過程中，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處理出水（中水）深度處理后作為電廠冷卻水補充水，如能成功實施，將起到良好的示范效應，適應可持續發展需要，并為電力發展拓展空間，具有巨大的經濟、社會、環境效益。城市污水具有水量大、來源可靠、水量穩定的特點，但水質復雜，其中有機物、微生物和化學溶劑較多。因此，城市污水二級生化出水要作為電廠循環冷卻水，必須先進行深度處理。使用城市污水做為冷卻水的電廠，其中多數采用石灰處理工藝，一部分采用單純過濾法，一部分采用超濾技術，本文主要介紹石灰處理工藝。
　　石灰處理系統作為電廠循環冷卻水的補充水處理早在50年代就有應用的實例。盡管石灰處理系統具有運行費用低，不污染自然水體等優點，但由于勞動強度大、勞動環境差、污染、堵塞等原因影響了石灰處理技術的發展。隨著科技的發展，人們環保意識的不斷增強，通過科技人員的不斷努力，石灰處理系統得到了許多改進，越來越多的電廠采用了石灰處理系統，積累了許多寶貴的經驗。我公司從早期循環水試驗做起，參與了邯鄲熱電廠的循環水試驗，負責神頭電廠中水回用的石灰處理調試，2000年我公司做了國內第一例利用城市污水經深度處理后回用于電廠循環冷卻水的總承包工程，目前該項目已投產，運行良好。近年來國內，尤其北方地區，越來越多的電廠采用石灰處理工藝對中水進行處理，處理出水用作電廠循環冷卻水。

2中水回用于電廠循環冷水的方法

2.1中水深度處理的任務
　　為使城市中水回用于電廠循環冷卻水，根椐中水水質特點和電廠循環水水質要求，目前我國執行的《污水綜合排放標準》（GB8978－1996）第二類污染物最高排放標準見表1，再生用作電廠冷卻水的標準見表2，表2為中水濃度處理用于循環補充水的參考標準。

表1污水綜合排放第二類污染物排放標準

序號 污染物 一級標準 二級標準 1 pH 6～9 6～9 2 色度（稀釋倍數） 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標準

序號 污染物 直流冷卻水 循環冷卻水補充水 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/mg/L） 450 450 6 總堿度（以CaCO₃計 mg/L） 500 350 7 氨氮（以N計 mg/L） － 10 8 總磷（以P計 mg/L） － 1 9 溶解性總固體（mg/L） 1000 1000 10 糞大腸菌群（個/L） 2000 2000

　　必須作好以下幾方面的工作：
　　進一步去除殘余的懸浮物及膠體；
　　進一步去除二級生化處理后殘留的溶解性有機物；
　　去除無機鹽類（例如氮、磷、重金屬等）及微生物難以降解的有機物；
　　去除色素；
　　殺滅細菌及病毒等。
2.2中水深度處理的方法
　　城市污水二級處理水回用循環冷卻水面臨水質差，暫硬較高，含有氨氮、磷酸鹽及微生物污泥等污染物質，容易導致冷卻水系統化學與生物結垢，以及造成設備腐蝕等問題。目前國內外常用的中水回用處理技術有單純過濾處理、石灰混凝澄清過濾處理、吸附氧化處理及膜處理等工藝。污水深度處理的方法根據二級處理后的水質來選擇。
2.2.1 單純過濾處理
　　利用二級處理后的城市污水回用到對水質要求不太高的企業，一般電廠不會采用此項工藝，一般經過機械過濾及消毒，去除殘余的懸浮物就可以了。通過過濾，將懸浮物降至10mg/L以下；消毒的目的是防止回用水系統中滋生微生物粘膜或藻類。
2.2.2石灰混凝澄清過濾處理
　　一般的生物處理或二級處理，對氮、磷的去除效果差。含氮、磷量高的廢水回用，則導致水體的富營養化，使水體中藻類大量繁殖，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。同時也可除去污水中部分鈣、鎂、硅、氟、有機物和重金屬。
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機鹽類等，提高循環冷卻水的濃縮倍率。但需根據采用的系統增加相應的預處理。以上四種深度處理方法的選用是根據二級處理后的污水水質和經深度處理后的污水用途來決定的。其中吸附氧化處理和除鹽處理是用于較高級的用戶，如鍋爐的補充水等，其處理系統比較復雜、投資很高。而隨著水處理技術的發展特別是膜處理技術的應用，使得中水進行脫鹽深度處理并用于循環水成為經濟可行的方法之一。
　　為達到中水深度處理后可成功用于循環冷卻水，考慮到城市污水的水質波動對出水水質的影響，在保證水處理效果安全、經濟、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。石灰凝聚澄清過濾處理相比單純過濾處理具有出水水質好且穩定的優點，而吸附氧化與膜處理工藝雖出水水質好，但投資與運行費用高，在國內，隨著石灰凝聚澄清處理作為電廠循環冷卻水補充水處理技術的應用越來越多，此項技術在不久的將來必能得到大量的推廣應用。

3石灰處理系統技術

3.1石灰處理原理
　　石灰處理是通過投加石灰乳控制出水PH為10.3～10.5，進行下面三個反應，產生大量各種形態的CaCO₃結晶，降低水中暫硬的，同時生成結晶核心還可以對其它雜質起凝聚、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造了條件。為了提高工藝的沉淀效果，一般在處理過程中投加適量的凝聚劑與助凝劑，通過壓縮雙電層作用使分散的懸浮物、CaCO₃結晶、有機物、有機粘泥、膠體物等帶電體失穩，在機械混合攪拌和高分子助凝劑架橋與網捕作用下，顆粒物質碰撞結合長大，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行經驗。
　　石灰參與的軟化反應有:

　　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,但實際上鈣、鎂離子的殘留量常高于理論值,這是因為反應所生成的沉淀中會有少量呈膠體狀懸浮于水中不能沉淀下來. 所以為了盡量減少殘留的碳酸鹽硬度,同時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) 調節石灰加入造成的pH 值的升高. (2) 把石灰沒有去除的碳酸鹽硬度轉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石灰處理系統技術特點
　　該處理方式水質適用范圍廣，基本上適用于各種城市污水，深度處理方案在技術上有許多優越性。此外，通過近幾年個別工程幾年來的運行經驗看，石灰凝聚澄清過濾處理是城市污水深度處理比較成熟的技術方案。
3.2.1處理系統的特征
　　1)使用凝聚劑、助凝劑與反應產物CaCO₃、Mg（OH）₂及源水中污染物形成共沉淀縮短了沉淀時間，減小了澄清池體積，減少了占地面積；
　　2)澄清池合理的結構和水力流動性能，充分發揮活性泥渣的絮凝作用，通過網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，延長了過濾周期，減少了反洗水量的消耗；
　　5)氣水反沖洗使濾池反洗徹底，且反洗時間大大縮短。
3.2.2工藝優點
　　1）水質適用范圍廣，運行費用低，對環境污染小；
　　2）可以除氮、磷；
　　3）可以去除鈣、鎂、硅、氟的一部分，對水質可進一步軟化；
　　4）可以去除重金屬及其離子；
　　5）可以降低細菌及病毒含量；
　　6）可以降低懸浮態無機物和有機物；
　　7）可以大大降低出水堿度。
　　各種污染物的去除使循環冷卻水系統結垢和腐蝕減弱，對循環水的使用提供了更安全的保證，提高了循環水濃縮倍率，節水效益明顯。
3.3石灰處理系統流程及主要構成
3.3.1石灰處理系統基本流程

3.3.2石灰處理系統主要單元設計
　　（1）機械加速澄清池單元
　　該機械加速澄清池是一種引進型機械加速澄清池，澄清池是利用池中積聚的泥渣與原水中的雜質顆粒相互接觸、吸附，以達到清水較快分離的構筑物。原水沿切線方向進入第一反應室攪拌葉輪上方，攪拌葉輪旋轉時，將池底泥漿提升到第一反應室，并與原水、石灰乳、絮凝劑、助凝劑迅速均勻混合，發生絮凝。水和初步形成的絮凝物進入第二反應室后，強力旋轉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大和懸浮的回流泥渣顆粒粘附。在分離區，水和泥渣顆粒分離，清水經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。
　　澄清池內部設置第一反應室，第二反應室，同時設置了機械攪拌提升裝置，這創造了快速混合、速度剃度遞減和調節泥渣適宜循環量的良好絮凝條件。池中設置底部刮泥機，底部坡度很小，相當于全池刮泥，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，攪拌漿和刮泥機采用同軸驅動，減速傳動機構設計巧妙，驅動功率很小，動作比較靈活。
　　（2）變孔隙濾池單元
　　變孔隙濾池是一種以“同向凝聚”理論設計的正流深床濾池，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，它依靠整個濾層進行過濾，這樣避免了普通濾池形成濾層的表面過濾，降低了濾層阻力，也避免了懸浮物顆粒的過早穿透，還可以提高濾速；細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，提高了污水中細小顆粒的絮凝作用，更有利于對細小顆粒的去除，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、進氣裝置、配水裝置、進出水堰室和閥門等組成，濾池設計配水均勻（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，運行平穩，采用深層過濾。
　　（3）石灰加藥單元
　　石灰粉輸送、計量、配置系統
　　石灰筒倉下部設置振動料斗，在通過容積式給料機精確定量后輸送至石灰乳攪拌箱，石灰乳攪拌箱同時配置一個石灰乳輔助箱，石灰乳輔助箱上設置浮球開關控制閥可保持恒定的進水量，通過系統的連續攪拌后用離心式渣漿泵打入到機械加速澄清池中。石灰乳的加藥量可根據澄清池第二反應室的PH值或進水量來調節。
　　本石灰加藥系統采用了美國公司生產的粉料輸送、溶解和計量設備和德國公司生產的干粉投加裝置這一成熟技術，使得本系統的可靠性有了很好的保障。除此之外，我公司還對各設備接口問題進行了研究，解決了石灰系統存在的石灰溶解過程時大量產生熱蒸汽使得投粉系統結塊，堵塞石灰通道，使石灰投粉系統無法正常運行的問題；以及石灰溶解殘渣不易排出，堵塞排液通道的問題。

4石灰處理系統工程應用

4.1侯馬發電廠污水回用工程
4.1.1項目概況:
　　工程規模：10000m³/d
　　項目建設地點：取水泵房位于侯馬電廠西側污水河道內，污水處理站與電廠化學車間相鄰。
　　項目建設性質：新建；交鑰匙工程。
　　處理用途：電廠循環冷卻水
　　深度處理系統主要設備和參數見表3

表3 深度處理系統主要設備和參數

序號 設備名稱 型號和參數 數量 備注 1 機械加速澄清池 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 1套 國產設備 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項目意義：
　　本項目屬廢水的資源化回收利用項目。通過優化設計，努力控制工程造價和運行成本，提高污水處理系統的出水水質、以及對污水水質水量波動的適應能力，保證污水處理站能夠保質保量地向電廠供水。為了保護環境，在電廠工程項目初步設計時考慮將城市污水進行生物處理和深度處理，處理后的水回收用作電廠的循環水系統補充水。此項目是國內第一個利用城市污水處理經生物和深度處理后回用于電廠循環冷卻水的工程。
4.1.4項目運行情況
　　目前此項目自2002年投產以來，運行情況一直良好。出水水質情況見表4

表4出水水質情況

項目 出水指標 COD_Cr ≤20 _­BOD₅ ≤10 濁度 ≤2 殘余堿度 0.5~0.7 PH 8~9

4.2河南新鄉豫新發電廠中水回用工程
4.2.1項目概況:
　　工程規模：40000m³/d
　　項目建設地點：新鄉豫新發電廠
　　項目建設性質：新建；交鑰匙工程。
　　處理用途：電廠循環冷卻水
　　深度處理系統主要是由兩臺φ26m的機械加速澄清池，8臺5.4mX4.0mX5.45m的變孔隙濾池及附屬系統所組成。
　　主要設備和參數見表3

表3 深度處理系統主要設備和參數

序號 設備名稱 型號和參數 數量 備注 1 機械加速澄清池 φ26m 2座 2 變孔隙濾池 5.4mX4.0mX5.45m 8座 3 石灰加藥系統 1套 進口設備 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 污泥儲池 12m×6m×5m 1座

4.2.2工藝流程：

4.2.3項目意義:
　　此項目是國內第一個使用該種結構形式機械加速澄清池直徑(Φ26m)超過23m的工程，這表明了我公司在澄清池的設計上有了一整套計算方法和設計經驗。

5結論

　　城市中水采用石灰處理工藝用于循環補充水，配合加酸加阻垢劑可以達到系統防垢要求，技術可行、可靠，投資、運行成本相對低，石灰處理技術是一種成熟穩定的中水深度處理方法。通過石灰軟化對城市污水進行深度處理,并加入適當的水質穩定劑和殺菌劑,城市污水完全可以安全地回用于火力發電廠的循環冷卻水系統。