孫 暉，戴家漲，馮 悅，鄭玲洋，趙 悅

（浙能阿克蘇熱電有限公司，新疆 阿克蘇 843000）

0 引言

火力發(fā)電廠用水在工業(yè)用水中占有較大比例，但水資源短缺制約了火力發(fā)電廠的發(fā)展，如何節(jié)約用水、提高水資源的利用率已成為火力發(fā)電廠急需解決的問(wèn)題[1-5]。浙能阿克蘇熱電有限公司位于新疆阿克蘇地區(qū)，生產(chǎn)用水全部使用阿克蘇城市污水處理廠的再生水，具有溫度低、濁度低、硬度高的特點(diǎn)。本文對(duì)阿克蘇城市再生水的水質(zhì)、預(yù)處理前后的水質(zhì)變化規(guī)律和高密度沉淀池除硬等方面進(jìn)行分析，為再生水用于電廠循環(huán)冷卻水提供依據(jù)，在節(jié)能減排、污水資源化再利用等方面具有重要意義。

1 城市再生水的水質(zhì)特性

阿克蘇的城市再生水水質(zhì)指標(biāo)（如pH值、濁度、電導(dǎo)率、氯離子質(zhì)量濃度、COD、氨氮和總磷質(zhì)量濃度等）變化見(jiàn)圖1，分析可知：

圖1 阿克蘇城市再生水水質(zhì)指標(biāo)變化Fig.1 Change of Aksu urban reclaimed water quality index

（1）再生水pH 值在6.5～8.2；濁度除10 月和4月外，其余均穩(wěn)定在20 NTU以下。

（2）氯離子質(zhì)量濃度和電導(dǎo)率的平均值在春夏比秋冬季節(jié)高。夏季溫度升高，氯離子質(zhì)量濃度上升，在8月達(dá)到全年峰值380.47 mg/L，隨后顯著下降。

（3）COD在4月達(dá)到全年最高值44.9 mg/L。隨著溫度降低，冬季平均值要小于夏季。10月氨氮質(zhì)量濃度除為3.34 mg/L，其余均在0～1.5 mg/L；全年氨氮質(zhì)量濃度先升高后降低，受溫度和氣候影響較大?？偭踪|(zhì)量濃度保持在1 mg/L左右，波動(dòng)幅度較小。

（4）總硬度為3.00～6.36 mmol/L，總堿度為1.95～4.88 mmol/L，碳酸鹽硬度為2.58 mmol/L。

圖1 表明再生水的多項(xiàng)指標(biāo)在一年中變化較大，給預(yù)處理的穩(wěn)定運(yùn)行造成較大難度。阿克蘇污水處理廠采用GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級(jí)排放要求，不能滿足GB/T 19923—2005《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》中對(duì)再生水水質(zhì)的要求[6-8]。

2 再生水預(yù)處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及原因分析

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)工藝

阿克蘇熱電有限公司再生水預(yù)處理系統(tǒng)流程見(jiàn)圖2，設(shè)計(jì)正常出力為1000 t/h。再生水在生物曝氣濾池內(nèi)進(jìn)行曝氣、脫氮后，自流至中間水池，經(jīng)3臺(tái)中間水泵提升至2臺(tái)600 t/h的高密度沉淀池內(nèi)進(jìn)行混凝沉降，高密度沉淀池污泥水排放至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，壓濾泥餅外運(yùn)，出水自流至5臺(tái)260 t/h變孔隙濾池過(guò)濾，過(guò)濾出水至工業(yè)及消防水池。

圖2 預(yù)處理系統(tǒng)流程Fig.2 Pretreatment system flow chart

2.2 存在的問(wèn)題及原因分析

2.2.1 預(yù)處理過(guò)程中加藥量不足

圖3 和圖4 為預(yù)處理過(guò)程中水質(zhì)指標(biāo)的變化，進(jìn)水和出水的水質(zhì)指標(biāo)變化較小。生物曝氣濾池出水中氨氮質(zhì)量濃度較進(jìn)水僅降低了33%左右，表明生物曝氣濾池的脫氮效果差，池中的微生物菌落含量少。高密度沉淀池加混凝劑和石灰處理前后再生水的濁度和硬度均無(wú)明顯降低，分析認(rèn)為，為了實(shí)現(xiàn)石灰的再利用，混凝劑加藥量低且沒(méi)有加入助凝劑，部分懸浮顆粒物在水中，不能很好地混凝沉淀導(dǎo)致出水濁度高。只有當(dāng)pH 值≥10 時(shí)，石灰處理才能降低碳酸鹽硬度，達(dá)到良好出水水質(zhì)。而阿克蘇熱電有限公司的預(yù)處理系統(tǒng)石灰加藥設(shè)備出力小，不能形成良好的處理?xiàng)l件，應(yīng)根據(jù)來(lái)水的水量和水質(zhì)變化，及時(shí)調(diào)節(jié)混凝劑、助凝劑和石灰的加入量，使出水達(dá)到最佳效果。

圖3 生物曝氣濾池對(duì)氨氮質(zhì)量濃度的去除效果Fig.3 Removal effect of biological aerated filter on ammonia nitrogen mass concentration

圖4 高密度沉淀池對(duì)濁度和硬度的去除效果Fig.4 Removal effect of high density sedimentation tank on turbidity and hardness

2.2.2 預(yù)處理系統(tǒng)的腐蝕

對(duì)再生水進(jìn)行腐蝕分析，靜態(tài)掛片7天后水質(zhì)渾濁、顏色呈黃色，金屬掛片表面點(diǎn)蝕明顯，附著大量黃黑色的腐蝕產(chǎn)物，腐蝕速率為0.051 2 mm/a[9]。金屬表面腐蝕以點(diǎn)蝕為主，波紋狀腐蝕面積較廣，腐蝕深度較淺。通過(guò)對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X 射線能譜分析，可知腐蝕類型為吸氧腐蝕，鐵氧元素質(zhì)量比接近1，判定腐蝕產(chǎn)物的主要成分為氧化鐵[10-11]。此外還存在少量的鈣鹽、鎂鹽及碳、硅氧化物，可見(jiàn)再生水具有一定的腐蝕性[12-13]。

對(duì)不同處理設(shè)施中的再生水進(jìn)行腐蝕電化學(xué)測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖5 和表1，碳鋼在水樣中的開(kāi)路電位均隨時(shí)間不斷負(fù)移，說(shuō)明此過(guò)程中，碳鋼表面未形成保護(hù)膜。碳鋼在再生水源水中的穩(wěn)定開(kāi)路電位為-0.581 V，經(jīng)過(guò)高密度沉淀池處理后的開(kāi)路電位為-0.609 V，混凝處理后的開(kāi)路電位為-0.618 V，表明經(jīng)過(guò)混凝沉淀處理后的再生水對(duì)碳鋼的腐蝕性增強(qiáng)。

圖5 不同處理設(shè)施中再生水的開(kāi)路電位Fig.5 Open circuit potential time change diagram of reclaimed water in different treatment facilities

表1 不同處理設(shè)施中的再生水的電化學(xué)測(cè)試結(jié)果Tab.1 Electrochemical test of reclaimed water in different treatment facilities

碳鋼在不同水樣的腐蝕過(guò)程中陰極斜率均大于陽(yáng)極斜率，表明碳鋼在腐蝕過(guò)程中受陰極擴(kuò)散過(guò)程控制，且陰極和陽(yáng)極在擴(kuò)散過(guò)程中阻力均較大。碳鋼腐蝕的陰極反應(yīng)為氧的還原過(guò)程，因此其腐蝕受氧的擴(kuò)散控制。

2.2.3 預(yù)處理系統(tǒng)中顆粒的聚沉性弱

對(duì)預(yù)處理系統(tǒng)中再生水顆粒物的沉淀性能分析可以說(shuō)明預(yù)處理系統(tǒng)的凈化效果，即能否使水中顆粒物脫穩(wěn)并聚沉。本文采用Zeta電位分析儀（馬爾文公司，ZS-90）對(duì)不同處理設(shè)施中再生水的顆粒物Zeta電位進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同處理設(shè)施中再生水的顆粒物Zeta電位1）Tab.2 Zeta potential of particles in reclaimed water in different treatment facilities mV

再生水中顆粒物的Zeta 電位較高，說(shuō)明顆粒間排斥力較大，不易聚沉，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)[14-15]。1號(hào)水樣的ABFT出水和變孔隙濾池出水的Zeta電位絕對(duì)值較高，說(shuō)明水中膠體顆粒的穩(wěn)定性強(qiáng)，預(yù)處理系統(tǒng)的凈化作用較弱，水中懸浮顆粒及膠體微粒仍處于穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒不易聚集沉降。

3 優(yōu)化措施

3.1 混凝優(yōu)化

采用聚合氯化鋁（混凝劑）和聚丙烯酰胺（助凝劑）進(jìn)行混凝優(yōu)化，通過(guò)正交試驗(yàn)考察在攪拌強(qiáng)度、沉淀時(shí)間、加藥量等不同條件下，混凝處理后水的濁度、pH 值、硬度、COD 等變化情況[16-18]。通過(guò)計(jì)算平均值、極差和各因素權(quán)重，可得最佳試驗(yàn)條件為：250 mg/L 的混凝劑，1 h 的澄清時(shí)間，混凝攪拌時(shí)間和助凝攪拌時(shí)間為90 s，攪拌強(qiáng)度為100 r/min。在此條件下，硬度去除率為40.9%，堿度去除率為40.9%，COD去除率為70.2%，濁度去除率為97.5%。

3.2 除硬優(yōu)化

采用混凝-石灰-純堿去除硬度，石灰加量為750 mg/L，純堿加量為250 mg/L，其余試驗(yàn)條件同混凝優(yōu)化，處理前后水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表3。由表3 可知，在最佳加藥量下濁度降為0，硬度降至0.3 mmol/L，去除率達(dá)91.9%。

表3 混凝-石灰-純堿處理前后水質(zhì)指標(biāo)Tab.3 Water quality indexes before and after coagulation?lime?soda treatment

4 建議

本文對(duì)阿克蘇城市再生水用于電廠循環(huán)冷卻水的預(yù)處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的解決措施，針對(duì)此次處理過(guò)程，提出以下建議，可供存在類似問(wèn)題的電廠參考。

（1）由于生物曝氣濾池對(duì)氨氮的處理效果差，應(yīng)確保濾池中溶解氧的含量，增強(qiáng)微生物的活性，定時(shí)更換濾料，及時(shí)進(jìn)行反沖洗，保持pH值在合適范圍內(nèi)。

（2）控制混凝劑和助凝劑在高密度沉淀池的加入量，保證藥劑之間具有一定的間隔時(shí)間和足夠的混合反應(yīng)強(qiáng)度，提高混凝反應(yīng)和沉淀效果。

（3）采取混凝-石灰-純堿法進(jìn)行除濁除硬，處理后再生水的pH值較高，需要進(jìn)行加酸處理，將pH值調(diào)整為6～9，然后補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。