燃機電廠冷卻塔排水水質研究及處置方式

文_曹麗紅 趙愛蓮 陳建敏 中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司

火力發電廠是工業用水大戶，其用水量和排水量十分巨大，其中火力發電廠循環冷卻水用水量和排污量占據了總用水量的80%~90%。為減少循環冷卻水直接外排對環境影響及水資源的浪費，在缺水地區火力發電廠大多采用二次循環冷卻工藝，減少冷卻水的排放，且排放的冷卻水可回用于脫硫工藝、灰渣系統等系統。但對于燃機電廠來說，因沒有脫硫系統、除灰渣等系統，冷卻塔排水幾乎不能回用。對于位于海邊的電廠，冷卻塔排水可直接排入海域，但對于無法直接排入海域的冷卻塔排水，在目前比較難處理。

冷卻塔排水中主要污染物是溶解性總固體及氯離子，有機污染物含量低，若直接排入污水處理廠，對于以生物處理為主要方式的污水處理廠來說，會影響微生物的生長，影響污水處理廠的處理效率。目前有些燃機電廠由于冷卻塔排水沒有合適的排放途徑，只能進行濃縮處理，把冷卻塔排水中的溶解性總固體制成結晶鹽。但該處理工藝一是增加電廠投資，二是目前對制成的結晶鹽是否可作為工業用鹽還沒有明確的結論，如經檢測不符合工業用鹽的標準，結晶鹽將作為一般工業固廢處置。這種處置方式對電廠來講即增加投資又會產生二次污染物。

本文旨在通過分析燃機電廠冷卻塔補水工藝，調研燃機電廠原水及排水水質，探討燃機電廠冷卻塔排水合理的排放方式。

1 冷卻塔補水工藝流程

一般燃機電廠中冷卻塔補水工藝流程是將原水（一般為地表水）輸送至電廠凈水處理系統經絮凝沉淀后供冷卻塔系統補充用水。為控制進入冷卻塔的冷卻水中微生物繁殖，防止冷卻設備的堵塞和腐蝕及結垢，需在水中添加殺菌劑和阻垢劑。冷卻水吸收凝汽器中排汽的熱量后，進入冷卻塔中進行冷卻，冷卻后的冷卻水重新進入凝汽器工作，如此往復循環。吸收了凝汽器熱量的冷卻水在冷卻塔降溫時會因熱量產生蒸發損失，此外還伴隨有風吹損失。因此需要補充冷卻水來彌補循環水的損失，此外冷卻水量減少也造成水中鹽分（即溶解性總固體）富集，冷卻塔系統產生結垢，因此需排放部分冷卻水以降低其中的鹽分。

2 冷卻塔排水中污染物變化情況

2.1 懸浮顆粒物

冷卻塔補水工藝中的凈水處理系統是在原水中加入絮凝劑，經沉淀后去除水中懸浮物。根據《污水再生利用工程設計規范》（GB50335-2002），混凝沉淀一般對SS 去除率在40%～60%，因此原水經凈水處理系統處理后，冷卻塔排水中的SS 相比原水大幅降低。

2.2 COD

凈水處理系統能夠有效去除水中的懸浮物，而原水中有機污染物主要以顆粒物的狀態存在，因此原水經凈水處理系統后能夠去除大部分的有機污染物。根據《污水再生利用工程設計規范》（GB50335-2002），混凝沉淀對BOD 去除率在30%～50%，混凝沉淀對COD 的去除率在25%～35%。

冷卻塔系統是空氣與水相互接觸的過程，因此冷卻塔相當于曝氣系統，水中有機污染物可與氧氣接觸，再加上水中微生物的作用，從而可被氧化掉。因此經過冷卻塔系統，能夠再次去除水中部分有機污染物；此外，冷卻塔系統中加入殺菌劑進行殺菌的過程也是去除有機污染物的過程。

經過上述的工藝系統，原水經凈水處理系統和冷卻塔系統后水中的COD 將大大降低，即使循環冷卻塔排水相比原水濃縮4 ～5 倍，冷卻塔排水中COD 也比原水要小。

2.3 氨氮

水中氨氮主要以游離氨（NH3）和銨根離子（NH4+）形式存在。水在冷卻塔的循環過程中，游離氨（NH3）可被吹脫掉；此外冷卻塔作為一個大的曝氣系統可氧化掉部分銨根離子（NH4+），因此冷卻塔排水中氨氮相比原水中要小。

2.4 總磷

絮凝沉淀處理工藝對于水中的總磷也有很好的去除效果，根據《污水再生利用工程設計規范》（GB50335-2002），混凝沉淀對總磷的去除率在40%～60%。

為防止冷卻塔結垢，循環水在進入冷卻塔之前需添加阻垢劑，阻垢劑為大分子聚合物組成，主要成份含有環氧琥珀酸、HEDPA羥基亞乙基二膦酸及EDTMPS乙二胺四亞甲基膦酸納等，阻垢劑中一般含量。若電廠采用含磷的阻垢劑，可能增加冷卻塔排水中磷的含量。隨著人們環保意識的增強，目前阻垢劑向著無毒、無磷、可生物降解的方向發展。電廠采用無磷阻垢劑，冷卻塔排水中的磷含量相比原水將有所降低。

2.5 溶解性總固體

冷卻塔補水工藝中的凈水處理系統的絮凝劑經沉淀能去除水中的懸浮物、有機物、總磷等污染物，但對于水中的溶解性固體無法去除，因此在冷卻水在塔內經過一定倍率的濃縮后需排放部分冷卻水，補充新鮮的冷卻水。冷卻塔排水與原水相比，溶解性固體的排放濃度與濃縮倍率有關。

綜上所屬，原水經凈水系統和冷卻塔系統后，除溶解性總固體增加外，排水中的有機污染物（COD、氨氮和總磷等）以及以顆粒狀態存在的物質并不會因為冷卻塔的濃縮倍率而成倍的增加，實際上將比原水中污染物要小，此外在這個過程中將會加入次氯酸鈉殺菌，因此水中余氯會有額外增加，其他沒有額外的污染物加入（阻垢劑為無磷型）。

本文調研了上海某燃機電廠冷卻塔排水和原水水質（見表1），主要污染物對比結果見圖1。

表1 電廠冷卻塔排水和原水水質檢測結果（單位：mg/L,pH值除外）

圖1 電廠冷卻塔排水和原水主要污染物對比圖

由表1 可見，2017 年3月和6 月的采樣分析中，原水經過廠內凈水處理系統處理，再經冷卻塔系統排出的濃水中懸浮物、COD 和氨氮相比原水不會增加，反而有所減少，但溶解性總固體及氯離子等鹽類物質濃度會增加。

3 燃機電廠冷卻塔排水處置方式探討

3.1 排放方式一

若進入凈水處理系統的僅是原水，沒有后續工藝中的產生的回用水進入原水系統，且電廠采用環保無磷的阻垢劑，排水中溶解性總固體及氯離子滿足排放標準要求，受納水體屬于非敏感水域，且不屬于灌溉功能的水體，冷卻塔排水可作為清下水直接排入水體。

國標《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）中未對排水中的總磷、溶解性總固體及氯離子指標做出規定，但目前一些地方廢水排放標準中對總磷、溶解性總固體及氯離子有相應的限制要求。針對地標中有溶解性總固體及氯離子排放限制要求的，電廠可通過控制冷卻塔系統的能縮倍率使得排水中的溶解性總固體及氯離子滿足排放標準的要求。

3.2 排放方式二

若進入凈水處理系統的僅是原水，沒有后續工藝中的產生的回用水進入原水系統，電廠采用有磷的阻垢劑，排水中溶解性總固體、氯離子滿足排放標準要求，總磷經檢測低于原水中總磷的含量，周邊水域屬于非敏感水域，且不屬于灌溉功能的水體，冷卻塔排水也可直接排入水體。

3.3 排放方式三

若進入凈水處理系統的除原水外，后續工藝中產生的生產廢水也進入原水系統作為回用水，那么冷卻塔系統的排水不能保證除溶解性總固體及氯離子等其他污染物濃度降低，排水不能定義為清下水，因此建議在水質滿足納管標準的情況下排入市政污水管網。

4 結論及建議

本文通過對燃機電廠冷卻塔補水工藝的研究，分析了原水及冷卻塔排水主要污染物的變化情況。通過調研已運行燃機電廠原水及排水水質情況，提出了適合燃機電廠冷卻塔排水的排放方式。

燃機電廠冷卻塔排水中污染物較少，若冷卻塔排水中沒有增加新的污染物，可作為清下水。電廠可根據受納水體的保護程度及利用條件選擇合理的冷卻塔排水處理途徑，以減少電廠資源消耗及二次污染的產生。