［摘要］介紹了浙能長(zhǎng)興電廠3萬(wàn)t/d 城市中水綜合利用工程的項(xiàng)目背景、可行性分析過(guò)程及處理工藝，結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況分析了項(xiàng)目的效益、處理效果。實(shí)踐表明，采用曝氣生物流化池（ABFT）工藝處理含低濃度氨氮的城市中水，脫氮效果良好，同時(shí)可去除部分COD。城市中水經(jīng)深度脫氮處理后回用作電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水是可行的。

［關(guān)鍵詞］城市中水；深度脫氮；曝氣生物流化池；循環(huán)冷卻水

［中圖分類號(hào)］X703.1 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B ［文章編號(hào)］1005-829X（2011）03-0081-04

Application of advanced denitrogenation technology of urban recycled water in power plants

Zhou Haibin，Zhang Dongming，Chang Yan

Abstract：The background，feasibility analysis process and treatment technology of the 30 000 t/d multi-purpose project of urban recycled water at Zheneng Changxing Power Plant are introduced. Based on the actual running situation of the system，the project benefit and treatment effect are analyzed. The practice shows that the aeration biological fluidized tank （ABFT ） technology is suitable for the advanced treatment of urban recycled water containing low NH3-N and part of COD can be removed. It is feasible that the urban recycled water can be reused as circulating cooling water，after it has been subjected to the advanced denitrogenation treatment.

Key words：urban recycled water；advanced denitrification；aeration biological fluidized tank；circulating cooling water

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源需求不斷擴(kuò)大、水環(huán)境污染日益加重的雙重矛盾已成為制約國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素之一。以太湖流域?yàn)槔�，�? 年水資源供需缺口已達(dá)1.39×1010 m3〔1〕。我國(guó)電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)以火力發(fā)電為主，火力發(fā)電的工業(yè)用水量占全國(guó)工業(yè)用水總量的40%左右。此外，為應(yīng)對(duì)全球氣候變暖而采取的CO2 捕集與封存技術(shù)（CCS）將大幅增加火電廠的耗水量。據(jù)美國(guó)國(guó)家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（NETL）2008 年9 月發(fā)布的《未來(lái)熱電廠淡水需求估計(jì)》報(bào)道，CCS 將導(dǎo)致火力發(fā)電廠的耗水量在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上增加40%。可以預(yù)見(jiàn)，水資源問(wèn)題將會(huì)成為制約火力發(fā)電行業(yè)持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸之一。

盡管火力發(fā)電廠用水量巨大，但幾乎占全廠用水量97%以上的循環(huán)冷卻水對(duì)水質(zhì)的要求并不高〔2〕。中水（也稱再生水、回用水）經(jīng)進(jìn)一步處理后，一般均可滿足電廠循環(huán)冷卻水用水要求。城市中水（此處指城市污水處理廠二級(jí)排放水）回用作循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，不僅可降低對(duì)水環(huán)境的污染負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)污水資源化利用，而且可以為電廠提供一個(gè)水質(zhì)穩(wěn)定、水量充足的水源。筆者結(jié)合長(zhǎng)興電廠城市中水綜合利用工程（以下稱長(zhǎng)電中水回用工程）的研究與實(shí)踐，對(duì)城市中水經(jīng)深度脫氮后回用作電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水進(jìn)行了技術(shù)分析、效益分析和工程實(shí)踐分析。

1 項(xiàng)目概況

長(zhǎng)興電廠位于浙江省北部，裝機(jī)容量為4×300 MW，采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，年平均取水量1.67×107 m3（2006—2008 年），取水水源為陸匯港（屬太湖水系）。

近年來(lái)，陸匯港水污染日益嚴(yán)重。水源地的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明， 2003—2006 年，各種鹽離子濃度明顯增大，其中2004—2006 年，含鹽量上升了近300%。為解決長(zhǎng)期困擾電廠的用水安全問(wèn)題，開辟一個(gè)穩(wěn)定而可靠的新水源，經(jīng)過(guò)技術(shù)分析、論證及中間試驗(yàn)，確定采用經(jīng)深度脫氮處理后的城市中水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水。

長(zhǎng)電中水回用工程于2009 年7 月30 日投入運(yùn)行，總投資1 836 萬(wàn)元，設(shè)計(jì)處理水量3 萬(wàn)t/d，采用曝氣生物流化池（Aeration Biological FluidizedTank，ABFT）工藝對(duì)城市中水深度處理后作為電廠二期（3#、4# 機(jī)組）循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，深度處理后的城市中水主要水質(zhì)指標(biāo)：NH3-N＜1 mg/L，CODCr≤20mg/L，BOD5≤5 mg/L。

2 可行性分析

2.1 水質(zhì)分析

長(zhǎng)興污水處理廠一期工程日處理污水量3 萬(wàn)t，處理工藝采用A/A/O 生物處理法（脫氮除磷工藝），出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）的一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)2005—2007 年的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，長(zhǎng)興污水處理廠處理出水的CODCr 為30.76 ~53.20 mg/L，NH3 -N 為5.01~11.87 mg/L，BOD5 為13.25~20.00 mg/L。

長(zhǎng)興電廠凝汽器管材質(zhì)為HSn70-1B 銅合金（3#、4# 機(jī)組），根據(jù)《城市污水再生利用工業(yè)用水水質(zhì)》（GB/T 19923—2005）和《火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則》（DL/T 712—2000），再生水（即中水）作為敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，NH3-N 須＜1 mg/L。根據(jù)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）的規(guī)定，再生水直接作為間冷開式系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，CODCr≤30 mg/L、BOD5≤5 mg/L，同時(shí)結(jié)合西安熱工所對(duì)中水用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)可能引起的腐蝕、結(jié)垢等問(wèn)題的試驗(yàn)結(jié)果，確定CODCr≤20 mg/L。

經(jīng)對(duì)比可知，長(zhǎng)興污水處理廠出水基本滿足電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水水質(zhì)要求，但NH3-N、CODCr、BOD5 高出控制指標(biāo)較多，其中NH3-N 的影響最大〔3〕。因此，深度處理系統(tǒng)的主要任務(wù)是降低城市中水的NH3-N，并進(jìn)一步降低CODCr、BOD5 等其他水質(zhì)指標(biāo)。

2.2 脫氮技術(shù)的選擇

現(xiàn)有的脫氮技術(shù)主要有物化法（氨氮吹脫、離子交換法、折點(diǎn)氯化法）、生化法（生物脫氮）和膜分離技術(shù)（超濾反滲透），其中，生物脫氮技術(shù)可在脫氮的同時(shí)去除部分COD，且運(yùn)行費(fèi)用較低。

較成熟的生物脫氮技術(shù)有生物濾池（BAF）、傳統(tǒng)活性污泥工藝（A/O）和曝氣生物流化池（ABFT），經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比（見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)水處理量6 萬(wàn)t/d），在進(jìn)水NH3-N 及BOD5 低負(fù)荷條件下， ABFT 工藝比A/O 工藝及BAF 工藝具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。

表1 BAF、A/O、ABFT 生物脫氮工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

為進(jìn)一步驗(yàn)證ABFT 工藝的可行性，2007 年9月，以長(zhǎng)興污水處理廠出水為對(duì)象進(jìn)行了3 個(gè)月的中間試驗(yàn)。中試結(jié)果表明，有效水力停留時(shí)間為1.5 h 時(shí)，NH3-N 的去除率能穩(wěn)定在95%以上；秋季常溫條件下，出水NH3-N 平均為0.04 mg/L，平均去除率為96.9%；冬季低溫條件下，出水NH3-N 平均0.35 mg/L，平均去除率為95.2%，完全符合出水NH3-N 須＜1 mg/L 的要求，從而確定生物脫氮工藝采用ABFT 工藝。

3 工藝說(shuō)明

3.1 ABFT 簡(jiǎn)介

ABFT 工藝是近年新興的一種生化法去除氨氮的污水處理技術(shù)，實(shí)際上是綜合傳統(tǒng)活性污泥法與生物膜法優(yōu)點(diǎn)的雙生物反應(yīng)器。該工藝依靠生物酶與載體的固定化技術(shù)將特效微生物固定在載體上，在有氧條件下利用載體表面的氨氧化細(xì)菌將氨氧化生成NO2-和NO3-，然后在缺氧條件（載體內(nèi)部）下，以污水中所含有機(jī)物和某些還原性物質(zhì)為電子供體，將亞硝酸鹽反硝化生成氮?dú)狻?/p>

ABFT 工藝在結(jié)構(gòu)上分成4 個(gè)區(qū)域，即集泥區(qū)、緩沖配水區(qū)、生物載體區(qū)、清水區(qū)。原污水在流過(guò)生物載體區(qū)時(shí)，附著在其上的微生物吸收水體中的可溶性有機(jī)物、氮、磷等作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并在代謝過(guò)程中將有機(jī)污染物分解，從而使原污水得到凈化。由于ABFT 內(nèi)的微生物食物鏈比較完整和穩(wěn)定，內(nèi)源呼吸進(jìn)行得較充分，因此ABFT 內(nèi)的污泥產(chǎn)生量極少。

3.2 工藝流程

長(zhǎng)電中水回用工程工藝流程如圖1 所示。城市中水經(jīng)生物脫氮、混凝沉淀和殺菌處理后，作為長(zhǎng)興電廠二期（3#、4# 機(jī)組）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水�？紤]到電廠循環(huán)冷卻水用量因季節(jié)、運(yùn)行負(fù)荷不同而波動(dòng)較大，因此，將城市中水作為二期循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的主要水源，陸匯港作為二期循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的補(bǔ)充水源，以保證電廠用水的可靠性和安全性。

圖1 長(zhǎng)電中水回用工程工藝流程

3.3 主要構(gòu)（建）筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

長(zhǎng)電中水回用工程設(shè)有1 座配水池（20.35 m×1.0 m×5.7 m），2 座ABFT 池（10.0 m×10.0 m×5.5 m），1 座中間水池（21.05 m×2.0 m×5.5 m）和鼓風(fēng)機(jī)房（108 m2）1 間。其中ABFT 池的總有效容積為4 000 m3，總水力停留時(shí)間為3.2 h，主要功能是去除氨氮，氧化部分有機(jī)物，降解各種水質(zhì)污染因子。

4 實(shí)際運(yùn)行效果

4.1 在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

長(zhǎng)電中水回用工程自投入運(yùn)行以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。根據(jù)在線儀表（水樣取自清水井）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，出水平均CODCr 和NH3-N 均低于設(shè)計(jì)值（NH3-N＜1 mg/L，CODCr≤20 mg/L）。2009 年9 月1日至15 日出水CODCr、NH3-N 的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 出水CODCr、NH3-N 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

4.2 人工分析數(shù)據(jù)

根據(jù)2009 年9 月人工取樣分析數(shù)據(jù)，一期（1#、2# 機(jī)組）清水井出水口的Cl-為21~41 mg/L、全堿度為1.4~1.6 mmol/L、總硬度為1.14~1.32 mmol/L；二期（3#、4# 機(jī)組）清水井出水口的Cl-為52~63 mg/L、全堿度為1.2 ~1.5 mmol/L、總硬度為1.46 ~1.54mmol/L、BOD5 為3~5 mg/L。經(jīng)比較可知，一期、二期出水的全堿度相差不大，二期出水的Cl-、總硬度相對(duì)偏高。

4.3 存在的問(wèn)題及對(duì)策

（1）城市中水的總硬度和Cl-含量一般較高，但ABFT 工藝不能去除Cl-和總硬度，因此使用城市中水時(shí)的循環(huán)水濃縮倍率不高，中水的使用效率較低。

（2）經(jīng)深度脫氮處理后的城市中水在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中仍存在硝化反應(yīng)，而硝化反應(yīng)需消耗一定的堿度，根據(jù)Larson 指數(shù)〔4〕，堿度的降低會(huì)增加腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)上述存在的問(wèn)題，結(jié)合城市中水水質(zhì)特點(diǎn)，將對(duì)循環(huán)水處理系統(tǒng)使用的阻垢劑、殺菌劑進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，以進(jìn)一步優(yōu)化篩選適合城市中水水質(zhì)特點(diǎn)的藥劑。同時(shí)，深度處理系統(tǒng)的曝氣量和加藥量應(yīng)根據(jù)城市中水水質(zhì)、水量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在確保出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，使系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行。

5 項(xiàng)目效益

5.1 社會(huì)效益

城市中水經(jīng)過(guò)ABFT工藝深度脫氮處理后，可滿足電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的用水要求，實(shí)現(xiàn)了污水回用。利用電廠循環(huán)水系統(tǒng)的特殊工況條件，可進(jìn)一步削減城市中水中的污染因子，減輕自然水體的負(fù)擔(dān)〔5-6〕，有利于太湖流域的環(huán)境保護(hù)及水污染防治。同時(shí)，企業(yè)更好地承擔(dān)了應(yīng)負(fù)的社會(huì)責(zé)任，更大程度地參與地方循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為拓展企業(yè)的生存空間帶來(lái)了契機(jī)。

5.2 環(huán)境效益

城市中水經(jīng)深度處理后回用作循環(huán)冷卻水補(bǔ)水，每年可減少工業(yè)新鮮水取水875 萬(wàn)t，同時(shí)可削減長(zhǎng)興地區(qū)向自然水體及太湖流域的污染物排放總量，經(jīng)測(cè)算，可減少的污染物排放量：懸浮物157 t/a，化學(xué)耗氧量290 t/a，氨氮52 t/a，環(huán)境（減排）效益明顯。

5.3 經(jīng)濟(jì)效益

循環(huán)冷卻水補(bǔ)水采用經(jīng)深度處理的城市中水后，僅從可量化的部分（取水費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、折舊費(fèi)等）與使用陸匯港水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水時(shí)比較（見(jiàn)表2），新增費(fèi)用64.62 萬(wàn)元/a。使用城市中水后，不僅為電廠提供了一個(gè)水量、水質(zhì)穩(wěn)定的新水源，還為電廠的安全運(yùn)行提供了保障，該項(xiàng)經(jīng)濟(jì)效益雖難以量化，但同樣明顯。

表2 使用城市中水、陸匯港水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的費(fèi)用比較

6 結(jié)論

（1）曝氣生物流化池（ABFT）作為一種生物脫氮工藝，特別是對(duì)低濃度氮的脫除，效果良好，同時(shí)可去除部分COD，其技術(shù)關(guān)鍵在于所采用的填料、特殊菌種及曝氣方式。從實(shí)際運(yùn)行情況看，出水NH3-N和COD 符合控制指標(biāo)。該工藝為城市中水深度脫氮提供了一種較好的選擇。

（2）隨著對(duì)水環(huán)境保護(hù)的進(jìn)一步推進(jìn)，提高水資源使用費(fèi)、限制取水總量和實(shí)施COD 排放指標(biāo)是必然趨勢(shì)，因此使用城市中水的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)日趨明顯。

（3）城市中水所含污染物質(zhì)雖少，但成分復(fù)雜，各地的城市中水水質(zhì)相差明顯，在論證處理工藝的可行性時(shí)，一般要做中間試驗(yàn)，以降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

（4）長(zhǎng)電中水回用工程的實(shí)踐證明，使用城市中水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水是可行的，這對(duì)火力發(fā)電廠開展使用城市中水作為替代水源有積極的借鑒意義。

［參考文獻(xiàn)］

［1］王穎，王臘春，朱大奎. 長(zhǎng)江三角洲水資源現(xiàn)狀與環(huán)境問(wèn)題［J］.科技通報(bào)，2010，26（2）：171-179.

［2］趙毅，王曉攀，付東. 中水用于電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的可行性分析［J］.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，32（3）：89-94.

［3］茍曉東，黃種買，虞啟義，等. 城市二級(jí)污水回用作電廠循環(huán)冷卻水銅管腐蝕研究［J］.化工進(jìn)展，2004，23（3）：304-306.

［4］周本省. 工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕與防護(hù)［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993：20-21.

［5］張小霓，廖冬梅，陳明靜. 城市中水回用于循環(huán)冷卻水的氨氮去除試驗(yàn)研究［J］. 電力環(huán)境保護(hù)，2006，12（6）：50-53.

［6］周彤，郭曉，周向爭(zhēng)，等. 城市污水回用于循環(huán)冷卻水時(shí)氨氮去除［J］. 工業(yè)用水與廢水，2000，31（6）：9-11.

［作者簡(jiǎn)介］周海濱（1977—），1999 年畢業(yè)于華北電力大學(xué)，工程師，長(zhǎng)期從事電廠水處理技術(shù)研究及應(yīng)用工作。

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