電廠(chǎng)冷卻尾水用于城市供水水源的水質(zhì)及水溫分析＊

張曉寧，胡靜，郭鵬乾

電廠(chǎng)冷卻尾水用于城市供水水源的水質(zhì)及水溫分析＊

張曉寧1，胡靜1，郭鵬乾2

（1.寧夏建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.石嘴山市潤(rùn)澤供排水有限公司惠農(nóng)分公司，寧夏 石嘴山 753200）

石嘴山電廠(chǎng)采用黃河水進(jìn)行直流冷卻，有大量冷卻尾水被排棄回黃河中，這提供了利用冷卻尾水作黃河水廠(chǎng)供水水源的可能性，從水質(zhì)和水溫兩個(gè)關(guān)鍵方面對(duì)其可行性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明利用電廠(chǎng)冷卻尾水作城市供水水源是可行的，會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果，在冬季寒冷的石嘴山地區(qū)，將更受歡迎。

電廠(chǎng)冷卻尾水；城市供水水源；水質(zhì)；水溫

1 引言

石嘴山黃河水廠(chǎng)位于寧夏石嘴山市惠農(nóng)區(qū)，目前是寧夏唯一一座同時(shí)具備地表水和地下水處理功能的水廠(chǎng)，承擔(dān)著惠農(nóng)區(qū)城區(qū)、河濱工業(yè)園區(qū)生活及工業(yè)用水的供給任務(wù)，供水能力達(dá)110 000 m3/d，其中地表水供水能力80 000 m3/d。地表水處理系統(tǒng)水源取自石嘴山電廠(chǎng)核心泵站黃河原水，經(jīng)取水泵站提升，輸送至凈水廠(chǎng)，凈化處理后再輸送給用戶(hù)供生產(chǎn)、生活使用。

石嘴山電廠(chǎng)位于石嘴山河濱經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)東側(cè)，緊靠黃河，該廠(chǎng)現(xiàn)有生產(chǎn)系統(tǒng)采用黃河水進(jìn)行直流冷卻，有大量的冷卻尾水被排棄回黃河中，這提供了利用這些冷卻尾水用作石嘴山黃河水廠(chǎng)水源的可能性，其水質(zhì)和水溫是主要的制約因素。基于此，本文從水質(zhì)和水溫兩個(gè)方面對(duì)電廠(chǎng)冷卻尾水用作城市供水水源的可行性進(jìn)行了分析，以期為類(lèi)似工程或本水廠(chǎng)的升級(jí)改造提供有利參考。

2 水廠(chǎng)現(xiàn)有取水情況

取水泵站工藝系統(tǒng)由取水閘室、前池及取水泵房三部分組成。引水渠把電廠(chǎng)核心泵站抽取的黃河原水引入取水閘室，引水渠引水能力為113 700 t/d。取水泵房為半地下式，平面尺寸12 m×24 m，總高14.2 m，地下部分深8.5 m，安裝渣漿泵3臺(tái)、離心式清泵1臺(tái)。原水輸水管從取水泵站至黃河水廠(chǎng)廠(chǎng)區(qū)全長(zhǎng)1 248 m，最大輸水量72 000 t/d。

冬季溫度較低，在取水口和凈水廠(chǎng)都要考慮防凍措施，凈水廠(chǎng)澄清池、濾池等為了防凍均要設(shè)在室內(nèi)，外露管線(xiàn)也要考慮保溫措施。

3 冷卻尾水水質(zhì)

3.1 冷卻水含沙量

取水泵房側(cè)向進(jìn)水窗底檻標(biāo)高按保證率為97%的低水位確定，平常水位可加設(shè)活動(dòng)疊梁閘板，以減少河床底部推移質(zhì)進(jìn)入。泵房?jī)?nèi)集水井底部設(shè)有2 m深的沉砂坑，同時(shí)設(shè)有沖砂廊道和排砂用的水力提升設(shè)備。為了防除雜物雜草等進(jìn)入，泵房設(shè)有欄污柵、旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)以及相應(yīng)的除污物設(shè)施。為了防除冰凌，第一臺(tái)泵在冬季停用，其輸水管改為反向回流熱水，回流到泵房上游及第一格集水井處，以提高進(jìn)水水溫和加劇進(jìn)水口處的水流擾動(dòng)。直流冷卻后的出水，由南北排水渠排入黃河。

以上措施的采取，使得洪水季節(jié)時(shí)冷卻水的含沙量明顯低于黃河原水含沙量，只是當(dāng)黃河水含沙量降低時(shí)，即當(dāng)大粒徑的石子粗砂所占比例減小時(shí)，去除效果相應(yīng)就會(huì)降低。另外，如果泵房下部2 m深的沉砂坑因?yàn)榍宄辽安患皶r(shí)，會(huì)導(dǎo)致沉砂坑很快積滿(mǎn)，泥沙的去除效果也會(huì)大大削弱。

3.2 冷卻尾水污染情況

電廠(chǎng)冷卻水主要用于汽輪機(jī)冷卻，冷油器的冷卻水量很小，僅10～20 m3/h。正常冷卻過(guò)程中沒(méi)有任何添加劑和其他污染，只有在冷油器出事故的情況下，才可能有少量油混入冷油器的冷卻水中，在總量很大的直流冷卻水水體中，含量相對(duì)較小，是常規(guī)的凈水處理工藝可以去除的，所以其各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)可以按黃河原水為參考標(biāo)準(zhǔn)。

4 冷卻尾水水溫

由于電廠(chǎng)冷卻尾水溫度稍高，用作城市供水水源時(shí)，往往會(huì)引起注意，甚至產(chǎn)生懷疑，以下從實(shí)際供水、生活使用、工業(yè)生產(chǎn)使用、凈化過(guò)程以及工程建設(shè)等方面對(duì)水溫問(wèn)題進(jìn)行分析。

4.1 水廠(chǎng)供出自來(lái)水水溫預(yù)測(cè)

根據(jù)電廠(chǎng)水溫測(cè)定資料，尾水溫升平均約11.8 ℃，另外，黃河源水被水泵機(jī)組提升過(guò)程中，溫度也稍有升高，平均升高1～2 ℃，冬天加之泵房采暖，溫升相對(duì)稍高，夏季則相對(duì)稍低。

在水處理過(guò)程中，水溫的變化與外界氣溫、池型、風(fēng)速、相對(duì)溫度等許多因素有關(guān)，一般變化很小，在冬季水溫比氣溫高的情況下，處理過(guò)程中水溫下降1～2 ℃，而在夏天氣溫高日照好的情況下，敞開(kāi)曝曬的大面積穩(wěn)定水體，水溫則可能稍有升高。但總的來(lái)說(shuō)，在提升、凈化處理過(guò)程中，水溫的變化相當(dāng)微小，有時(shí)可互相抵消。

以黃河原水水溫（2018年）和冷卻尾水的平均溫升11.8 ℃來(lái)推算，預(yù)測(cè)自來(lái)水供水水溫，其黃河水溫實(shí)測(cè)曲線(xiàn)和尾水水溫預(yù)測(cè)比擬曲線(xiàn)如圖1所示，最高供水水溫約36 ℃，僅2個(gè)多月。

圖1 電廠(chǎng)冷卻水水溫變化曲線(xiàn)

4.2 日常生活用水的水溫

城市生活用水的使用范圍很廣，從家庭、單位到社會(huì)公共建筑、市政設(shè)施，有食用、飲用、洗滌等各種不同用途。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，各種不同用途生活用水的適宜溫度大部分在30～45 ℃，所以，電廠(chǎng)冷卻尾水的水溫，一般是可以被接受的，在石嘴山地區(qū)將更受歡迎。

4.3 一般城市自來(lái)水的水溫

國(guó)家對(duì)城市給水（即自來(lái)水）的水溫沒(méi)有明確規(guī)定。一般自來(lái)水的水溫都取決于給水水源，各地區(qū)也不盡相同。地表水水源水溫隨日照、氣溫及水層深度而變化，其變化范圍為0.1～30 ℃[2]。水體狀態(tài)也會(huì)影響到水溫，一般水體比較穩(wěn)定的湖面，水溫比河水稍高一些。因此，以地表水為水源的水廠(chǎng)供出的自來(lái)水，其水溫隨季節(jié)變化較大，所預(yù)測(cè)的電廠(chǎng)冷卻水溫也不會(huì)超過(guò)變化范圍。

4.4 水溫與生活使用中的節(jié)能問(wèn)題

日常生活用水中，有些是有溫度要求的，比如做飯、蒸煮等，水溫越高越好。另外，也有一些生活用水沒(méi)有明顯的水溫要求，也不需要加熱，直接用自來(lái)水就行，比如洗菜、洗拖布、灑地、沖廁等，所以日常生活中需加熱使用的水量大約占人們直接生活用水的50%。水溫高，社會(huì)節(jié)能效益是比較可觀(guān)的。

4.5 水溫對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的影響

4.5.1 工業(yè)用水的適宜水溫與經(jīng)濟(jì)關(guān)系

工業(yè)用水的水溫雖然不是影響產(chǎn)品質(zhì)量的決定因素，但與有效利用生產(chǎn)設(shè)備以及經(jīng)濟(jì)效益有很大關(guān)系。由于各種工業(yè)用水的目的與內(nèi)容不同，所適宜的水溫也不相同。一般工業(yè)生產(chǎn)的適宜水溫為20 ℃，年溫差越小越好。但是工業(yè)用水水溫一般并沒(méi)有達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)，而是取決于工廠(chǎng)所在地的氣溫與水源。特別是各城市地表水源差別較大，全年溫差也較大。由于在整個(gè)工業(yè)用水中，一般冷卻水與洗滌水占的比例較大，鍋爐用水占的比例較小，所以，在工業(yè)用水中，水溫高對(duì)經(jīng)濟(jì)節(jié)能方面總的來(lái)說(shuō)是不利的，影響的大小將取決于冷卻用水總量所占的實(shí)際比例。

4.5.2 水溫對(duì)工業(yè)用水設(shè)備的影響

由于水溫提高后對(duì)細(xì)菌微生物的繁殖有利，所以從理論上講，就會(huì)加速對(duì)金屬設(shè)備的腐蝕。腐蝕的速率隨水溫的升高而成比例地增加，一般情況下，水溫每升高10 ℃，腐蝕速率約增加30%[3]。細(xì)菌對(duì)金屬的腐蝕作用，并不一定是直接侵蝕金屬體，而主要是加速電化學(xué)腐蝕過(guò)程引起的腐蝕作用[4]，所以，主要應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備本身的防腐以控制這兩種基本的腐蝕因素。另外，細(xì)菌和藻類(lèi)的生殖，水溫只是制約因素之一。即使水中細(xì)菌和藻類(lèi)一旦超過(guò)規(guī)定限值，為保證出水水質(zhì)，采取滅菌式除藻或抑制其生存之類(lèi)的常用的有效措施，完全可以消除水溫提高所帶來(lái)的不良影響。

4.6 水溫對(duì)凈水處理的影響

原水溫度在凈化處理過(guò)程中的影響作用，主要表現(xiàn)在對(duì)混凝效果、顆粒沉降、過(guò)濾及消毒等方面的影響，具體如表1所示。

從表1中水溫對(duì)混凝、沉淀、過(guò)濾的影響作用看，水溫高有利于混凝、沉淀和過(guò)濾的進(jìn)行。對(duì)于消毒，并沒(méi)有水廠(chǎng)報(bào)道因水溫升高會(huì)導(dǎo)致加氯量有明顯的變化，可能是增加量非常微小的緣故。總的來(lái)說(shuō)，水溫升高對(duì)凈水處理弊少利多。

4.7 水溫對(duì)工程材料、工程造價(jià)方面的影響

橡膠、塑料等易老化的材料，在水溫高時(shí)要比水溫低時(shí)老化得快些，在溫差不大的情況下，實(shí)際上的差別不是很明顯。在凍土深度大的寒冷地區(qū)，管道因防凍要求而往往增大了埋深，水溫高時(shí)則可以減小管道覆土深度，從而降低工程造價(jià)，明露管道也可以減少保溫措施，都有助于節(jié)省投資。根據(jù)石嘴山歷年氣象資料，石嘴山地區(qū)冬季最冷月，月平均氣溫﹣15 ℃，極端最低氣溫﹣28.4 ℃，凍土深度104 cm[5]，水溫高，在防凍問(wèn)題上將會(huì)有明顯的優(yōu)越性，并且會(huì)反映在整個(gè)給水工程的造價(jià)上。

5 結(jié)論

因取水泵房采取了一定的措施，在洪水季節(jié)電廠(chǎng)冷卻尾水泥沙量低于黃河原水泥沙量，可有效減輕凈水廠(chǎng)預(yù)沉池負(fù)荷。正常冷卻過(guò)程中，冷卻尾水沒(méi)有任何添加劑和其他污染，其各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)可以按黃河原水為參考標(biāo)準(zhǔn)。

電廠(chǎng)冷卻尾水溫度高于黃河原水溫度，并不超出一般城市自來(lái)水水溫的常規(guī)范圍，仍然適應(yīng)人們?cè)谌粘Ｉ钪械氖褂靡螅矣捎诠?jié)能，在冬季寒冷的石嘴山地區(qū)會(huì)更受歡迎。在水的凈化處理和輸配工程中，也有很明顯的優(yōu)越性，但對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)用水，由于各種不同的目的，其水溫高的優(yōu)越性不明顯，特別是冷卻使用時(shí)弊多利少。利用電廠(chǎng)冷卻尾水作城市給水水源，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果，但要注意與電廠(chǎng)生產(chǎn)的密切關(guān)系，保證安全供水。在北方氣溫低、冬季嚴(yán)寒的條件下，其有利的一面將更為突出。

表1 水溫對(duì)凈水處理的影響

影響方面水溫的影響作用機(jī)理 對(duì)混凝效果的影響一般情況下，水溫升高有利于絮凝反應(yīng)①水的粘度隨水溫的升高而降低，進(jìn)而使顆粒的遷移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，顆粒的碰撞機(jī)會(huì)大幅增加；②水溫升高，分子的熱運(yùn)動(dòng)加快，使膠體顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)能量增強(qiáng)，從而有利于膠體顆粒脫穩(wěn)沉降；③水溫升高，膠體顆粒周?chē)灰姿粫?huì)妨礙膠體聚集，而粘附能力提高，有利于礬花的形成 對(duì)顆粒沉降的影響自然沉淀中分散顆粒的自由沉降：借重力下沉的大顆粒，水溫高時(shí)越容易沉，而穩(wěn)定的細(xì)小膠體顆粒水溫高時(shí)反而不易沉①水溫高時(shí)，水分子熱運(yùn)動(dòng)的加快以及膠體顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)、顆粒碰撞機(jī)會(huì)的增加，都對(duì)顆粒順利地自由下沉造成阻礙作用；②水溫高時(shí)水的粘滯性變小，對(duì)顆粒下沉的拖拽阻力又會(huì)減小 混凝沉淀中絮凝顆粒的自由沉降：水溫高時(shí)，既有有利的方面也有不利的方面①水溫升高時(shí)，增加了顆粒再絮凝變大的機(jī)會(huì)，因而是有利的一面；②按自由下沉直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)距離最短的原理，溫升所增加的分子運(yùn)動(dòng)與碰撞，從沉淀角度看是不利的一面 高濁度擁擠沉降：水溫的影響作用不明顯，基本上不影響沉淀效果由于泥砂顆粒密集，互相干擾，形成界面沉降或整體網(wǎng)絡(luò)下沉的形式，水溫對(duì)分子熱運(yùn)動(dòng)、顆粒碰撞等產(chǎn)生的作用，相對(duì)不明顯 對(duì)過(guò)濾的影響水溫升高，過(guò)濾周期加長(zhǎng)，有利于過(guò)濾的進(jìn)行①水溫高會(huì)使混凝沉淀效果提高并使余濁中的礬花也具有較強(qiáng)的抗剪能力而不易穿透；②水的粘滯系數(shù)減小后，阻力減小，在濾速與過(guò)濾水頭一定的情況下截污能力相對(duì)提高 對(duì)消毒的影響水溫升高，消毒加氯量增加水溫高時(shí)細(xì)菌繁殖加快，消毒加氯量應(yīng)稍有增加

［1］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50015—2003建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

［2］張克榮.水質(zhì)理化檢驗(yàn)［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2006：35.

［3］金熙，項(xiàng)成林，齊東子.工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答及常用數(shù)據(jù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1997：304.

［4］魏寶明.金屬腐蝕理論及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984：170.

［5］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50736—2012民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

TU991

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.007

2095－6835（2019）19－0022－03

張曉寧（1983—），男，碩士，講師，主要從事水處理方面的研究工作。

2018年寧夏高等職業(yè)教育教學(xué)工程項(xiàng)目（寧教職成辦〔2018〕102號(hào)）

〔編輯：張思楠〕