电厂再生水回用的工艺分析
2018-05-28 14:20:18
作者：水处理事业部 郭锋
摘要：结合城市二级污水处理工艺及再生水用于电厂工业用水水源的现状，探讨常采用的混凝澄清过滤、石灰处理、BAF、MBR等工艺系统特点及选用条件。
关键词：再生水回用;电厂; 石灰处理;BAF;MBR
随着我国城镇化进程不断推进，水环境的不断恶化，将城市污水处理厂二级出水进行深度处理用于工业企业的情况越来越多。而燃煤电厂作为用水大户，如果采用再生水作为其工业用水水源可大幅减少新鲜水的用量，是解决电厂水资源紧缺，防止环境污染的重要途径。城市污水二级处理水回用面临水质差，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。污水深度处理的方法根据二级处理后的水质来选择。目前工程实践中常用的水处理方案包括：混凝澄清+石灰处理+过滤、曝气生物滤池（BAF）、膜生物反应器（MBR）等工艺系统。
1、水质特点及再生水水质要求
新疆所建的城市污水处理厂大多数设计出水水质为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的二级标准，具体水质指标如表一。
电厂用水主要为循环冷却水补水及锅炉补给水水源。循环冷却水补水水质可参照以下表二水质标准。
由表一及表二对比可知，采用再生水作为电厂循环水补水需要作好以下几方面的工作：
1) 进一步去除残余的悬浮物及胶体；
2) 进一步去除二级生化处理后残留的溶解性有机物；
3) 去除无机盐类（例如氮、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。
要达到以上5个方面的处理效果，现在国内比较常用的有混凝澄清+石灰处理+过滤、曝气生物滤池（BAF）、膜生物反应器（MBR）。而作为锅炉补给水水源除了要经过以上工艺系统的预处理，还需要后续的超滤（UF），反渗透（RO），离子交换及EDI等工艺系统进一步处理以达到锅炉补给水补水水质标准。
2、常用工艺系统
2. 1石灰处理工艺系统
石灰处理工艺系统通常会结合混凝澄清系统、深度过滤系统，以达到处理水质达到再生水回用标准。
a. 混凝澄清过程
通过投加混凝剂、助凝剂，在电中和、吸附以及泥渣吸附过滤等作用下，经过胶体脱稳、凝聚、形成絮凝体并不断长大、最终沉淀等过程，混凝澄清工艺可以去除水中的悬浮物、胶体、部分有机物以及藻类等杂质。一般情况下，城市污水处理厂二级出水经混凝澄清处理，浊度去除率为50％～60％，SS去除率为40％～60％，BOD去除率为30％～50％，COD去除率为25％～35％，总氮去除率为5％～15％，总磷去除率为40％～60％。圆形机械加速澄清池是目前燃煤电厂较为普遍采用的混凝澄清设备，此外还有HW高效澄清池等。混凝澄清一般与过滤配合使用。
b. 深度过滤
在城市污水处理厂二级出水回用于燃煤电厂的水处理中常采用混凝澄清过滤，一般情况下，经混凝
澄清过滤处理，浊度去除率为70％～80％，SS去除率为70％～80％，BOD去除率为60％～70％，COD去除率为35％～45％，总氮去除率为10％～20％，总磷去除率为60％～80％；其出水浊度3～5 NTU，SS 5～10 mg／l。变孔隙滤池是较常用的过滤设备。
c. [2] 石灰处理
石灰处理的主要目的是去除水中的暂时硬度，软化水质。同时，它还可以去除水中的多种杂质，包括悬浮物、大分子有机物、胶体硅等，还可用于后除磷等。
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) 调节石灰加入造成的pH 值的升高. (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。
石灰处理常与混凝澄清结合，将石灰直接投加于机械加速澄清池或者高效澄清中。电厂循环冷却水补充水水质一般要求浊度≤5 NTU，SS≤10 mg／L，BOD5≤5 mg／L，CODcr,≤30 mg／L，硬度(以CaCO3计)≤250 mg／L，氨氮≤5 mg／L，总磷≤1 mg／L。通常达标的城市污水处理厂二级出水BOD、COD、氨氮、总磷较低时，经过石灰处理+混凝澄清+深层过滤工艺处理后，能满足循环冷却水补充水的水质要求，可直接回用。
2. 2 BAF系统
氨氮是微生物的营养物质，过高浓度的氨氮可能会造成循环水系统的生物粘泥、结垢增多，杀菌
剂用量增大等问题。氨氮还可能导致pH明显下降和设备腐蚀等问题，对电厂的安全运行不利。BAF集生物氧化和过滤于一体，具有去除COD、BOD、氨氮等的作用。当经过二级处理的城市污水的COD、BOD、氨氮等指标较高时，可以用BAF进行进一步的去除。一般情况下，CODcr,去除率可达50％"--80％，氨氮去除率可达90％以上。
同时BAF在再生水来水水质波动较大的情况下，能起到一定的去除COD、BOD、氨氮的能力，起到较强的抗水质恶化冲击的能力。另外BAF后还能与混凝澄清一起使用，达到更理想的处理效果。
2. 3 膜生物反应器（MBR）工艺系统
MBR将活性污泥法与膜过滤相结合，同时具有活性污泥法的二级处理功能和超滤的处理功能，其活性污泥浓度可高达8～12 g／L，处理效率及抗冲击负荷能力大大提高。水力停留时间与固体停留时间相互独立，污泥龄长且完全可控，各种微生物充分生长。因此，经过MBR后，出水水质好，水质稳定化彻底。MBR可以将城市污水直接处理后回用，也可以在后面接RO等进行除盐，满足需要除盐的用途。
3、工艺流程的选定原则
3. 1 技术工艺的适用范围
3. 2 环境的影响
不同的技术、工艺，其产生的环境影响、特别是跨介质环境影响也不相同。混凝澄清、石灰处理、BAF、MBR等技术均会有污泥产生，需要经过脱水等处理后进行无害化处置。石灰法工艺中产生的污泥虽然较多，但与普通生化法产生的活性污泥不同，石灰法工艺产生的污泥中无机成分较多，易于进行脱水及无害化处理。由于污泥循环回流、污泥龄长等原因，MBR产生的剩余污泥量较少。在石灰法工艺中容易产生粉尘污染，通过设备改进，实现石灰粉的全密闭运输、存储、计量、制乳和投加，可以较好地解决粉尘污染问题。
3. 3 经济性比较
石灰处理+混凝澄清+深层过滤处理工艺，具有一次性工程投资低、主要消耗品石灰价格低廉、运行费用便宜等特点。采用高效澄清池时，占地面积较大且系统复杂。BAF容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，出水水质好，所需基建投资少，运行能耗低，运行费用省。MBR的初次建设投资及运行费用较高，与传统活性污泥二级处理工艺相比缩短了流程、减少了占地面积，适合于土地紧缺、来水水质较好、处理高浓度有机废水、出水水质要求较高的情况。
四、结束语
城市污水处理厂二级出水作为电厂水源需综合分析中水来水水质情况，结合以上几种工艺系统的技术经济比较、当地环保部门要求及厂区总平面规划等最终确定适用于不同工程条件的工艺流程系统。
参考文献：
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