中水回用于电厂循环冷却水系统的研究

陈 颖 范传辉 万永智 李 倩

在面临严重缺水且大量废水又造成水体污染的严峻形势下，将二级污水处理厂的排水经过适当的深度处理成为中水而实现回用，是城市污水资源化的一个有效途径，限制从自然水体的取水量和污染物的总排放量是减轻污染的重要手段。将中水回用于工业冷却用水具有很好的发展前景，冷却水用量很大，且先进的冷却水处理技术对补充水的要求不髙，可实现“近零排放”，所以是再生水的主要用途之一，具有很大的潜力，已受到各界的广泛关注。但是，工业冷却用水对水质的要求因工业类型及相关工艺的不同而不同。进入二级污水处理厂的污水中所含工业废水比例大时往往含有特殊污染物，处理起来又具有一定难度。发电厂是用水大户，用量最大的系统是循环冷却水系统和工业冷却水系统，因此，大力发展发电厂的中水回用技术势在必行。

一、中水回用的常用处理方法

1.生物处理法

生物处理法是利用微生物的代谢作用除去废水中有机污染物的一种方法，适用于有机物含量较高的污水。一般采用活性污泥法、接触氧化法、生物转盘等生物处理方法。或是单独使用，或是几种生物处理方法组合使用，如接触氧化+生物滤池；生物滤池+活性炭吸附；转盘+砂滤等流程。这种流程具有适应水力负荷变动能力强、产生污泥量少、维护管理容易等优点。

2.物理化学处理法

物理化学处理法是以混凝沉淀(气浮)技术及活性炭吸附相结合为基本方式，实现方法主要有废水离子交换处理法、废水光氧化处理法、废水萃取处理法和废水吸附处理法。物理化学处理法具有占地面积较少、对废水水量和浓度变化适应性较强、除磷脱氮的效果好、出水水质比较稳定、可除去有害的重金属离子和管理操作易于自动检测的优点，但是处理系统的设备费和日常运转费用较高。

3.膜滤法

膜滤法是在外力的作用下，被分离的溶液以一定的流速沿着滤膜表面流动，溶液中溶剂和低分子量物质、无机离子从高压侧透过滤膜进入低压侧，并作为滤液而排出，而溶液中高分子物质、胶体微粒及微生物等被超滤膜截留，溶液被浓缩并以浓缩形式排出。这种方法适用于水质变化大的情况。特点是装置紧凑，容易操作，受负荷变动的影响小。

4.膜生物反应器

膜生物反应器是由膜分离技术和传统的活性污泥法相结合的新型水处理技术，其具有污染物去除率高、设计和操作比较简单、抗冲击能力极强、污泥处理费用低等优点。

二、使用中水后循环水存在的主要问题

中水虽然经过了深度处理，但由于处理工艺的局限性，微生物、无机盐离子、氨氮等杂质含量仍较高，补入循环水系统后，随着循环水的浓缩，将产生腐蚀、结垢、微生物过量繁殖等不利因素。

1.腐蚀

当水的pH范围超过6～9（尤其是pH＜6的酸性水），会腐蚀金属管道设备。循环水中存在大量的氨氮，一方面会消耗大量的氧化性杀菌剂，降低氯的杀菌效果；另一方面氨在硝化菌和亚硝化菌的作用下可使冷却水的pH值降低，加速缓蚀剂聚磷酸盐和有机磷酸的水解，增强正磷酸盐的浓度，加速磷酸钙垢的生成。同时水中存在氧化剂时，氨会选择性腐蚀铜质管材，引起腐蚀问题。因此，为了防止腐蚀问题，可以采取降低循环水中氨氮含量、有效杀菌和降低富营养物含量等措施。

2.结垢

循环水冷却系统中的化学反应能够形成结垢。循环冷却水通过凝汽器水温上升，回到冷却塔中喷淋散热，随着Ca（HCO3）2浓度的升高，在循环过程中会使得水中的一部分HCO33-变成CO32-，同时pH上升，碳酸钙在水中的量逐渐增多，超过其自身的溶解度，以过饱和的状态存在于水中。而循环冷却水要实现高浓缩倍率运行，必须在高含盐量条件下运行盐类溶液结垢物质（如CaCO3）的溶解度随着水温的上升而下降。水的温度在传热表面或其附近时，大于在大部分系统中的温度，在这些区域中，某些物质（如CaCO3、SiO2等）的溶解度很小，就趋于沉淀和结垢。为了控制循环水中硬垢的生成，需要采取适当的控制方法，而采用阻垢剂就是其中最常用的方法之一，其通过分散作用低剂量效应和晶格畸变作用等抑制钙垢。

3.微生物

中水与其他水源不同之处在于，前期处理过程是通过活性污泥法利用细菌分解有机物，进入循环水系统之后，其携带的微生物在长期恒定的较高温度条件下迅速大量滋生，如不加以控制，就会造成菌藻大量繁殖、产生生物粘泥和污垢的现象，对设备产生许多危险因子，会减小凝汽器通流面积，增加水流阻力，降低换热器的传热效率，产生垢下腐蚀，严重者造成管材穿孔，设备泄漏。为了能够减少污泥腐蚀，在对其清洁的时候应该使用专门的杀菌灭藻剂处理。

三、中水回用于循环水系统中缓蚀阻垢的方法

中水经过深度处理后，用作电厂循环冷却水需要解决的主要问题是系统内管壁的腐蚀、结垢和微生物过量繁殖等问题，这就需要采取适当的措施保证传热面不结垢、避免引起换热面的大面积腐蚀。而解决这一问题的关键，需要根据电厂的实际情况选择合适的缓蚀阻垢剂。在选择缓蚀阻垢剂时，可以采用挂片腐蚀实验方法，用试片的质量损失计算出腐蚀率和缓蚀率来对缓蚀阻垢剂的缓蚀效果进行评定。挂片腐蚀实验方法的具体操作过程如下：将试片固定在旋转轴叶片上，放入加有缓蚀阻垢剂的水溶液中，在30℃～60℃的温度下，使试片以0.3～0.5m/s的速度在水中旋转，旋转时间在72h以上。待实验结束后，将试片清洗、干燥和稳重，并且测量尺寸，根据试片质量变化和尺寸的变化来判断试片的腐蚀情况。通过实验进行缓蚀阻垢剂的筛选，再结合电厂的实际情况、配方的针对性和加药量等问题，选择出最适合的缓蚀阻垢剂。

四、结论

中水回用有利于水资源的节约，有利于生态环境的保护，有利于提高社会的经济效益等，对于解决水资源短缺问题有着重要的作用。目前，中水回用于电厂循环水项目已经在国内逐渐推广，并且取得了一定效果，同时也暴露出许多的问题。中水回用仍是一项长期而艰巨的工作，需要在现有理论基础上进一步完善和创新，更好地解决现有问题，并发展新的中水回用技术，为中水回用创造更好的技术条件