1 概述隨著我國國民經濟的快速發展，作為主要基礎能源生產的電力工業也保持著較高的增速，其中火力發電量占總發電量的80%以上。火力發電廠用水量占全部工業用水量的40%，在采用循環冷卻水系統的火力發電廠中，循環冷卻水系統用水量占整個電廠用水量的80%以上。由于火力發電廠用水量大，水的問題已成為北方地區建設、發展電力工業的制約因素。因此，北方地區采用城市再生水作為火力發電廠用水是必然趨勢。提高循環冷卻水濃縮倍率并對循環排污水進行回收利用，可有效降低發電綜合水耗，降低運行成本。
循環冷卻水的節水常采用高濃縮循環水處理技術，通過“加酸+阻垢”聯合處理方式提高循環冷卻水的濃縮倍率來實現。一般地區循環冷卻火電廠的循環冷卻水濃縮倍率達到3 以上，特別缺水地區火電廠的循環冷卻水濃縮倍率可達4.5 以上。下表為某2×600MW 機組循環冷卻水濃縮倍率與排污水量、補充水量的數據。
如上表所述：盡管循環冷卻水采用高濃縮倍率運行可以減少排污損失，但其補充水量還是很大的，這么巨大的用水量無論是抽取地下水還是從江河湖泊取水，均會占用寶貴的水資源，如用城市再生水替代，將節約寶貴的水資源，具有良好的經濟效益、環境效益和社會效益，且符合國家“節水減排”產業政策。城市再生水作為可再生利用的水資源，已經越來越被人們所認識。以城市污水處理廠的出水經深度處理后作為火電廠機組循環冷卻水系統的補充水，從而替代地下水或地表水，技術上可行，在工程上許多電廠也已經實現。
城市二級污水處理廠出水排放標準應達到GB18918《城鎮污水處理廠污染物排放標準》二級標準或GB8978《污水綜合排放標準》中的一級標準。如下表所示：
根據中國電力工程顧問集團公司發布的《再生水深度處理設計導則》，城市二級污水處理廠出水經深度處理后的再生水用于工業循環冷卻水，其水質要求宜滿足表2.2 水質標準。
一般來說，城市再生水中的殘留污染物對發電廠安全生產構成危害的主要是有機物、氨氮、含鹽量和碳酸鹽硬度等。正常的污水廠二級處理出水CODcr 的含量一般在60mg/L～100mg/L 之間；氨氮含量在5mg/L～25mg/L 之間。這些指標均不能滿足發電廠用水的最低標準，需要進行深度處理后才能回用。城市再生水往往比當地天然水含有更多的溶解性鹽類，補入電廠循環冷卻水系統后，這些溶解鹽分經濃縮后會導致循環冷卻水系統結垢和腐蝕。為此，采用再生水作為補充水的循環水系統濃縮倍率不宜過高，宜控制在3.5 倍之內。
采用城市再生水作為循環冷卻水補充水源的循環排污水成分復雜，處理難度大，主要表現在：
（1）再生水殘留的有機物容易在循環水系統中產生大量的粘泥，滋生微生物，這些物質會隨循環水排污而帶出。
（2）為控制粘泥和微生物滋生，需要加大量的殺菌劑，循環排污水含有殘余的殺菌劑成分。
（3）為控制循環冷卻水系統內設備及管道結垢，需要添加水質穩定劑，使循環水排污水質成份變得更加復雜。
（4）再生水殘留的氨氮容易在循環水系統中反硝化，消耗循環冷卻水的堿度，容易導致循環排污水偏酸性。
（5）城市再生水往往比當地天然水含有更多的溶解性鹽類，其循環排污水含鹽量較高，有些電廠的排污水含鹽量達到了4000mg/L 以上。
鑒于采用城市再生水作為循環冷卻水補充水源的循環排污水比采用地下水系統的排污成分更復雜，我們在選擇水工藝時要綜合考慮，兼顧方案的成熟可靠性，也要考慮先進的膜處理工藝，同時要兼顧方案經濟性。
針對循環排污水含鹽量的特點：應考慮脫鹽處理措施，目前，用于脫鹽的設備主要有：反滲透設備、離子交換器、鹽水蒸發濃縮器。鹽水蒸發濃縮器因造價太高，很少采用；而離子交換器雖然成熟可靠，但再生用酸堿量大，運費用高，也不常使用。反滲透作為成熟的脫鹽工藝，具有運行穩定可靠；模塊化設計，占地面積小；易實現自動控制等特點，但反滲透需要嚴格的預處理，以保證其進水水質和使用壽命。
在預處理工藝選擇上，根據目前工程實際應用情況，以超濾工藝為最佳。由于循環冷卻水的補充水是采用城市再生水，其殘留的有機物和循環冷卻水滋生的微生物對超濾運行的影響較大，為此，在采用城市再生水作為循環冷卻水補充水源的電廠，其循環排污水處理工藝必須考慮超濾的前處理和自身保護措施，如設置機械加速澄清池、多介質過濾器、超濾前置過濾器、超濾進水殺菌、超濾反洗及化學清洗等措施，以保證超濾的進水水質和使用壽命。
根據實際工程經驗，并通過現場工藝試驗，下述工藝技術先進可靠、經濟可行：
循環排污水（1、2 號機組凝汽器出入口）→生水加熱器（維持原水溫度20℃～30℃）→機械攪拌加速澄清池（NaClO、PAC）→雙介質（石英砂、無煙煤）過濾器→盤濾→超濾→反滲透（阻垢劑、鹽酸、還原劑）→淡水箱。在滿足機組及熱網系統正常補水外，其余部分返回循環冷卻水，用于改善循環冷卻水質量。
考慮到城市再生水經濃縮后的排污水具有成分復雜、易結垢、易污堵膜系統等特點，在系統設計中參數的選擇尤為重要。預處理設施：宜選擇“機械加速澄清池+多介質過濾器”工藝，并配合加絮凝劑（如聚合鋁或聚合鐵）、加殺菌劑（如次氯酸鈉）聯合處理。
（1）機械加速澄清池的上升流速≤0.60mm/s；
（2）多介質過濾器的運行流速≤10m/h；
（3）高效纖維過濾器的運行流速≤20m/h；
（1）超濾前應設置過濾精度100μm 的保護過濾器，形式宜選擇自清洗絲網過濾器；
（2）超濾膜宜選擇有大量應用業績的進口超濾膜，膜材質宜有限選擇PVDF；
（3）超濾膜通量宜選擇≤60L/m2·h；
（4）超濾運行周期宜選擇28min，即每30min 反洗一次，反洗時間2min；
（5）超濾宜設置化學加強反洗，化學加強反洗啊1～2 次/d，采用堿氯洗河酸洗分別進行一次10min 的浸泡清洗。
（6）超濾宜設置化學清洗，每3 個月進行一次，采用堿洗、堿氯洗、酸洗三步清洗。
（1）反滲透膜宜選擇抗污染膜；
（2）反滲透膜通量宜選擇小于等于20L/m2·h；
（3）應根據反滲透進水情況設置加酸、加阻垢劑、加還原劑、加非氧化性殺菌劑（根據實際需要設置）等加藥系統。
（4）反滲透的化學清洗周期根據進水情況和反滲透運行情況設置，根據污染物有針對性地進行化學清洗，清洗周期不宜超過6 個月。
3.4.1 循環水排污經反滲透脫鹽后，其產水水質較好，接近一級除鹽水，如果將產水用作鍋爐補給水除鹽系統的生水水源，可以極大地延長一級除鹽和混床的再生周期，降低酸堿耗量，給電廠帶來良好的經濟效益。
3.4.2 循環水排污回用處理系統產水在滿足鍋爐補給水除鹽系統的水量需求后還有剩余的情況下，建議將剩余的產水補入循環水系統，以實現循環水系統的旁流脫鹽。
3.5.1 機械攪拌澄清池排污水及多介質過濾器反洗排水可經過澄清過濾后回用。
3.5.2 循環水排污一般采用雙膜法，超濾產生的主要廢水有反洗水、濃排水及化學清洗廢水，反滲透產生的主要廢水有濃排水、沖洗水及化學清洗廢水。超濾及反滲透化學清洗廢水經處理后用于灰場噴灑降塵，其余部分廢水由于其濁度低、含鹽量于循環冷卻水相同，可回用于循環冷卻水系統補水。
3.5.3 反滲透濃水處理方式有兩種：在水質允許情況下，用作過濾器的反洗水；也可用于脫硫工藝用水。
（1）日處理排污水量：7200t/d。
（2）電廠循環冷卻水補充水源為城市再生水，再生水的主要水質指標：CODCr：11mg/L～20mg/L
懸浮物：1NTU～3NTU
含鹽量：480mg/L～812mg/L
（3）循環水濃縮倍率：3.5 倍。
（4）循環水排污的主要水質指標：CODCr：22mg/L～35mg/L
懸浮物：10NTU～20NTU
含鹽量：1000mg/L～1800mg/L.
（5）處理工藝：循環排污水→機械加速澄清池→多介質過濾器→疊片過濾器→壓力式超濾→超濾產水箱→升壓泵→保安過濾器→高壓泵→反滲透→淡水箱。
（6）超濾設備：出力：128×4m3/h，回收率：90%。超濾選用美國KOCH 公司生產的型號為的V1072-35-PMC 膜元件，膜通量設計采用60L/m2·h。
（7）反滲透設備：出力為120×2m3/h，回收率：70～75%。反滲透選用美國DOW 公司生產的型號為BW30-365FR 膜元件。
（8）反滲透產水的用途：首先滿足鍋爐補給水處理系統用水需求，多余部分直接補入循環冷卻水系統。
（9）項目于2007 年2 月竣工投產。
4.1.2.1 超濾系統運行情況
從上圖可以看出，在長達一年的運行中，超濾產水的SDI 值總體在1.5～2.5 之間波動，超濾產水完全能滿足反滲透入口水的水質要求。
從上圖可以看出，在長達一年的運行中，超濾運行壓差TMP 平均3 個月就到設計值（1.5MPa），就應該停機機進行化學清洗，清洗后的TMP 能恢復到清洗前的水平，化學清洗周期為3 個月。
從上圖可以看出，在長達一年的運行中，超濾人口水CODMn 在5.8m/L～6.6m/L 之間，平均為6.05mg/L。出口水CODMn 在5.35m/L～6.00m/L，平均為5.45mg／L。超濾CODMn 去除率為10％左右，說明超濾對有機物的去除率較低，有機物的去除需要依靠前面的混凝過濾工藝。
4.1.2.2 反滲透系統
（1）反滲透系統配置：每套反滲透設計處理能力為120t/h，按一級兩段（20：12）排列，單套采用美國DOW 公司的BW30-365FR 抗污染膜192 支，膜通量設計采用18L/m2·h。
（2）2008 年反滲透運行情況
由于反滲透進水的SDI 在1.5～2.5 之間，且反滲透設計選用通量低，反滲透膜為抗污染膜，反滲透運行穩定，脫鹽率保持在97.5%以上，產水量基本維持在115～120t/h，段間壓差平均3 個月上升1.5bar，一年總共進行4 次化學清洗，從清洗循環液的顏色和垢樣分析，反滲透污染主要體現在有機物污染，清洗后反滲透的段間壓差能恢復到原來的水平，產水量也能恢復到設計值。
5 結束語
5.1 采用循環冷卻水排污水作為化學水處理水源，特別是使用城市再生水作為循環冷卻水補水的水源，需要通過現場試驗選擇確定水處理工藝，一般原水需要混凝澄清預處理工藝，去除大部分懸浮物和部分去除有機物，為后續水處理設備安全穩定運行創造有利條件。建議控制機械攪拌澄清池出水濁度≤1NTU。5.2 在循環冷卻水選擇水質穩定劑、緩蝕劑及殺菌滅藻劑時，考慮與化學混凝澄清藥劑、工藝相適應。在循環冷卻水投加殺菌滅藻劑時，注意循環冷卻水濁度變化對混凝澄清的影響。根據運行經驗，循環冷卻水殺菌滅藻劑不宜使用異噻唑啉酮。
5.3 根據這類電廠的循環水排污水具有高含鹽量、高污染等特性，回收工藝宜采取“預處理+雙膜法（即超濾膜+反滲透膜）”處理工藝處理，脫鹽處理方式以反滲透方案最為經濟。
5.4 為了保證系統運行安全穩定，在膜通量選擇上，超濾膜宜選擇小于等于60L/m2·h，反滲透膜宜選擇小于等于20L/m2·h，反滲透宜選用抗污染膜。為防止微生物對超濾、反滲透膜的污染，建議考慮反滲透系統連續添加非氧化性殺菌滅藻劑或定期采用非氧化性殺菌滅藻劑對反滲透膜進行化學清洗。
5.5 脫鹽后的淡水宜首先用作化學車間的鍋爐補給水處理設備的給水，以進一步提高反滲透預脫鹽處理的經濟性。
5.6 采用循環冷卻水排污水作為化學水處理水源，特別是使用城市再生水作為循環冷卻水補水的水源，超濾選用美國KOCH 膜元件、反滲透選用美國DOW 抗污染膜元件是合理的。
參考文獻：
[1] 水質標準匯編 中國標準出版社 2005.10
[2] 火力發電廠化學專業設計規程規范匯編 水處理專業信息網
[3] 再生水深度處理設計導則 中國電力工程顧問集團公司
[4] 北京京能熱電石景山發電廠污水深度處理回用系統施工設計總說明 2006.8
[5] 工業水處理技術 海洋出版社。
