城市中水回用至锅炉补给水的可行性分析

第40卷第2期2018年2月湖州师范学院学报JournalofHuzhouUniversityVol.40No.2Feb.,2018城市中水回用至锅炉补给水的可行性分析邓悦,王立刚,房辉,张佳宁,余卫东,沈卫军,杨修军(浙能长兴发电有限公司,浙江湖州313000)摘要:通过对水量、水质的可靠性分析,以及对污染因子处理工艺和生产线路等方面的讨论,研究以城市中水替代河水水源利用到锅炉补给水处理系统的可行性.同时对现有系统进行研究及两种水质作全年对比分析,论证中水替代河水的可行性,最终得出城市中水可以替代河水作为补给水水源的结论.关键词:节能减排;城市中水;污染因子;活性炭吸附中图分类号:TK09文献标志码:A文章编号:10091734(2018)02005706在浙江省“五水共治”工作全面铺开并取得卓有成效的大背景下,浙江能源集团响应省委号召,广泛开展治污水、抓节水工作,提高用水效能,降低耗水指标.以城市中水替代河水水源利用到锅炉补给水处理系统,完全契合新环保法的精神,既提高了城市中水的实际利用率,也减少了水资源的取用量和污染,是公司支持浙能集团力争成为“管理最优、效益最佳、节能减排最先进”的综合型能源企业发展目标的重要着力点.1系统概述1.1城市中水系统浙能长兴发电有限公司装机容量为4×330MW的燃煤发电机组,采用二次循环冷却方式时,其用水量可达3.6×104m3/天,公司厂区水源直接与长兴县污水处理厂相通,将深度处理后的市政污水即中水,经过进一步的处理后,作为机组循环水的补充水,大大减少了向自然界水源的取水.中水一期流程:长兴污水处理厂提升泵出口→2.7公里DN800管路(此管接有一个三通,装有一个事故放水阀)→电厂ABFT水池→配水区→脱碳区→高速硝化区→中速硝化区→低速硝化区→中间水池→潜水泵→出水母管DN600进澄清池混水井3、4#冷却塔水池.中水二期流程:长兴污水处理厂提升泵出口→2.7公里DN800管路(此管接有一个三通,装有一个事故放水阀)→电厂ABFT水池→配水区→脱碳区→高速硝化区→中速硝化区→低速硝化区→中间水池→潜水泵→平流式沉淀池→1、2#冷却塔水池.中水系统见图1.污水厂来水ABFT生化池中间水池管道混合器陆汇港河水补给水泵浑水井机械澄清池循环水系统厂区用水混凝加药系统混凝加药系统助凝加药系统图中水系统图1泵Fig.1Thediagramofreclaimedwatersystems收稿日期:20171005通信作者:邓悦,助理工程师,研究方向:电厂化水处理与试验监督.Email:[e-mail]1.2锅炉补给水系统目前锅炉补给水处理系统采用陆汇港河水水源,锅炉补给水原处理工艺为:原水(太湖水系陆汇港河水)→4×600m3/h澄清池→三层过滤器→盘式过滤器→超滤装置→反渗透装置→离子交换设备.如图2所示.陆汇河港澄清池过滤器超滤反渗透阳床阴床混床除盐水箱图锅炉补给水处理工艺2Fig.2Thediagramofboilermake-upwatersystems2可行性分析2.1中水水量可靠性目前锅炉补给水处理系统采用陆汇港河水水源,经过一期澄清池净水系统进入工业调节池和消防水池,日取水量总计约500m3/h,其中锅炉补给水处理系统(预脱盐系统UF+RO)用水量约300m3/h,其他消防及冷却用水量约200m3/d,如表1所示表1设计需求水量分项统计表Table1Statisticaltablesforthedemandofwater项目设计水量/(m3/h)实际运行水量/(m3/h)平均最大水量/(m3/h)UF进水2×1402×120300消防、空压机冷却用水200150200合计水量500城市中水供给量应为城市中水深度处理系统全部出水量除去循环冷却用水量后的剩余水量,市中水除去循环冷却补水用水量后的剩余水量约为500m3/h,如表2所示表2供给水量分项统计表Table2Statisticaltablesforthewaterthatcanbeprovided项目城市中水总量/(m3/h)循环冷却水水量/(m3/h)剩余水量/(m3/h)设计水量2×12504×500500目前实际运行(两台机组)2×7502×500500正常水量2×12504×500500综上所述,城市中水的给水量可以满足锅炉补给水处理系统及消防、空压机冷却用水日均最大用水量.水量可靠性还有以下3个有利因素:(1)长兴县政府要求进一步提高城市中水的实际利用率,长兴污水厂的城市中水输送量将逐渐达到设计的额定水量2500m3/h;(2)电厂近期甚至未来的较长时间内,循环冷却塔正常开机运行2~3台,最大循环冷却补水量需求低于1500m3/h;(3)一期净水系统原有单元仍能在短时间内启动河水供水,以保证锅炉补给水处理系统的用水水质85湖州师范学院学报第40卷和水量安全.由此可见,城市中水回用锅炉补给水处理系统的用水、水量可靠性较高.2.2中水水质可靠性锅炉补给水处理预脱盐系统处理单元具体包括:板式换热器、三层过滤器、前置盘式过滤器、UF装置及RO装置.城市中水替代河水作为水源,产生影响的单元主要是UF装置和RO装置.超滤(UF)装置采用内压式中空纤维膜有两个主要缺点:一是易受微生物侵蚀而降解,从而使膜脱盐率降低;二是在酸性、碱性条件下易水解,生成纤维素和醋酸.[1]随着水温升高,水的pH值低于或高于最佳pH值(5~6)时,水解速度加快.反渗透(RO)装置采用芳香聚酰胺复合膜,其特点是:操作压力低、水通量大;对二价和一价离子的脱盐率较高,对有机物和二氧化硅也有相当高的脱除率;机械性能和耐菌类污染性能好;有良好的化学性能,pH值稳定范围大,通常可在4~11范围内运行;有一定的耐热性.但该膜若受到氯或其它氧化剂侵蚀,则易降解;最高运行温度为40℃[2].根据中空纤维超滤膜的特性,具有一定的供水前处理要求.因为水中的悬浮物、胶体、微生物和其它杂质会附于膜表面,使膜受到污染,由于超滤膜水通量比较大,被截留杂质在膜表面上的浓度迅速增大产生所谓浓度极化现象,更为严重的是有一些很细小的微粒会进入膜孔内堵塞水通道.[3]另外,水中微生物及其新陈代谢产物生成粘性物质也会附着在膜表面.这些因素都会导致超滤膜透水率下降以及分离性能变化.同时对超滤供水温度、pH值和浓度等也有一定限度的要求.根据UF装置和RO装置的材料性能特点,城市中水对预脱盐系统造成不良影响的主要污染因子有微生物、pH、胶体、氯离子度等盐离子,并容易引起微生物滋生的生物污染因子,如COD、N、P等.根据全年四个季度分别对陆汇港河水、城市中水取样进行全检分析.通过对比分析,与陆汇港河水水质相比,城市中水离子含量较高,硬度、碱度及电导率相对偏高,细菌类及COD含量相对偏高;在悬浮物、pH及COD方面,城市中水较为清澈,并且水质更为稳定.具体见表3.表3陆汇港河水、城市中水取样全检分析表(平均数)Table3Theelementoftheriverandreclaimedwater项目陆汇港河水城市中水项目陆汇港河水城市中水全固形物/(mg/L)421.25563.75钠离子/(mg/L)26.4642.98溶解性固形物/(mg/L)369.5560.5钙离子/(mg/L)38.3759.99悬浮物/(mg/L)52.33.25镁离子/(mg/L)13.0319.68全硅/(mg/L)5.256.75铜离子/(mg/L)00溶硅/(mg/L)3.865.36铁离子/(mg/L)0.030.01胶硅/(mg/L)1.391.39铵根离子/(mg/L)0.460.09游离二氧化碳/(mg/L)6.717.15碳酸氢根/(mg/L)108.3132.71化学需氧量/(mg/L)17.126碳酸根/(mg/L)00全碱度/(mmol/L)1.782.18氟离子/(mg/L)3.131.98酚酞碱度/(mmol/L)00氯离子/(mg/L)45.51102.83碳酸盐硬度/(mmol/L)1.782.18氢氧根/(mg/L)00非碳酸盐硬度/(mmol/L)1.212.44亚硝酸根/(mg/L)0.040.01全硬度/(mmol/L)2.994.61硫酸根/(mg/L)49.0762.44pH7.377.49硝酸根/(mg/L)6.3622.91导电度/(mg/L)450.75716.75磷酸根/(mg/L)0.951.77钾离子/(mg/L)5.068.47综上所述,城市中水与陆汇港河水水质不存在较大差异,原则上可以作为锅炉补给水处理系统的用水水源,但是考虑到COD、细菌类微生物可能加剧膜污染而影响预脱盐系统的安全,因此需采取措施进一步降低城市中水COD及微生物等.经全检分析,将城市中水与差异性重点污染因子确定为COD、微生物及硬度.95第2期邓悦,等:城市中水回用至锅炉补给水的可行性分析2.3污染因子处理工艺2.3.1微生物灭杀城市中水深度处理系统采用ABFT膜法生物处理工艺,水中含有少量微生物及藻类(夏季更明显).微生物的存在对中空纤维超滤膜的危害极为严重,杀灭微生物处理(NaClO)仅可杀灭微生物,但不能从水中去除微生物,仅防止了微生物的滋长,因此应采取综合措施进一步降低N、P等生物污染因子.2.3.2去浊度(SDI)在膜法处理中,精密的微结构、截留分子级甚至离子级的微粒,用浊度来反映水质明显是不精确的.为了预测原水污染的倾向,开发了SDI值试验.超滤技术对SDI值的降低最为有效,经中空纤维超滤膜处理,水的SDI=0,但当SDI过大时,特别是较大颗粒对中空纤维超滤膜污染严重时,在超滤工艺中必须进行预处理,即采用石英砂、活性炭或装有多种滤料的过滤器过滤.2.3.3悬浮物和胶体物质的去除对于粒径5μm以上的杂质,可以选用5μm过滤精度的滤器去除,但对于0.3~5μm间的微细颗粒和胶体,利用上述常规的过滤技术很难去除.常用的絮凝剂有无机电解质.由于有机絮凝剂高分子聚合物能通过中和胶粒表面电荷,形成氢键和“搭桥”使凝聚沉降在短时间内完成,从而使水质得到较大改善,故近年来高分子絮凝剂有取代无机絮凝剂的趋势.在絮凝剂加入的同时,可加入助凝剂,如pH调节剂石灰、碳酸钠、氧化剂氯和漂白粉及聚丙烯酰胺等,以提高混凝效果.2.3.4可溶性有机物的去除可溶性有机物用絮凝沉降、多介质过滤以及超滤均无法彻底去除.目前都采用氧化法或者吸附法.(1)氧化法利用Fenton或臭氧进行氧化,对除去可溶性有机物效果比较好,但成本较高.(2)吸附法利用活性炭或大孔吸附树脂能有效除去可溶性有机物.但对于难以吸附的醇、酚等仍需采用氧化法处理[4].3线路设计3.1线路一线路一设计如图3.成套活性炭投加设备集水提升泵池活性炭吸附反应池连续流砂净化池机械澄清池（（一期城市中水来水工业调节水池消防水池注：为新建构建筑物为原建构建筑物利用图3项目设计路线一泵提升300mh/3200mh/3Fig3Design1fortheproject.根据超滤膜进水要求,针对城市中水中的重点差异性污染因子,主体采用粉末活性炭吸附混凝+连续流砂过滤工艺.线路一具有如下特点:(1)充分利用原一期机械澄清池,避免澄清池空置加剧设备折旧.保留澄清池原有进出水管,保证河水备用水源可短时间启用,提高用水可靠性;(2)设置专有活性炭吸附反应池,吸附时间合理,去除效果好;(3)利用原有城市中水二期出水输水管,无需新建长距离输水管路;06湖州师范学院学报第40卷(4)连续流砂过滤池,无需设置反冲洗水池和反冲洗泵,处理负荷高,水头损失小,能减少二次提升;(5)处理设施集中,布置紧凑,占地面积小,管理方便;(6)新增澄清池进出水管路有一定的施工难度.3.2线路二线路二设计如图4.成套活性炭投加设备集水提升泵池连续流砂净化池机械澄清池（（一期城市中水来水工业调节水池消防水池注：为新建构建筑物为原建构建筑物利用图4项目设计路线二泵提升300mh/3200mh/3Fig4Design2fortheproject.线路二具有如下特点:(1)省去活性炭吸