某電廠再生水深度處理系統(tǒng)問題診斷分析

韓 琳，程勇明，王冬梅，李亞娟，張 杰

（1.濟南山源環(huán)?？萍加邢薰荆綎|濟南 250011； 2.西安熱工研究院有限公司，陜西西安 710054；3.華電電力科學研究院有限公司，浙江杭州 310030）

火力發(fā)電廠用水量在工業(yè)用水中占比較大，節(jié)約用水、提高水資源利用率是火力發(fā)電廠急需解決的問題〔1-3〕。北方某電廠設計水源為某市污水處理廠再生水，再生水經(jīng)深度處理后作為全廠循環(huán)水和工業(yè)水系統(tǒng)補水。再生水深度處理采用曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調節(jié)濾料深層濾池過濾工藝。系統(tǒng)自投運至今已近7 a，運行時間較長，設備腐蝕、老化現(xiàn)象嚴重，出水水質與設計值存在較大差距。同時由于存在部分設計缺陷，系統(tǒng)還存在機械加速澄清池出力達不到設計值、污泥脫水系統(tǒng)無法正常運行等問題，以致電廠無法正常使用再生水作為供水水源。基于現(xiàn)場勘察和綜合分析，擬通過對機械加速澄清池內(nèi)部結構、底部排泥管路系統(tǒng)，污泥脫水系統(tǒng)和石灰加藥系統(tǒng)進行相應改造，以提高澄清池出力，優(yōu)化系統(tǒng)出水水質。

1 電廠現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)

電廠再生水深度處理站設計處理量為1 600 m3/h（配備2臺澄清池，每臺處理量為800 m3/h），設計采用曝氣生物濾池-石灰混凝-過濾處理工藝進行深度處理，出水加酸調節(jié)pH 后作為循環(huán)水系統(tǒng)補充水。

現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process flow diagram of existing regenerated water advanced treatment system

再生水來水先進入曝氣生物濾池進行生化處理。濾池內(nèi)設置有羅茨風機對其進行曝氣，通過反洗水泵對曝氣生物濾池進行反洗，并設置反洗風機對其進行氣洗。曝氣生物濾池具有去除懸浮物、COD、BOD、氨氮、有機磷的作用。

曝氣生物濾池的出水進入機械加速澄清池進行石灰混凝處理?；炷巹┻x用聚合硫酸鐵（PFS）、石灰乳、聚丙烯酰胺（PAM）。PFS 為混凝劑，在強烈的攪拌條件下通過混凝反應去除水中污染物；投加的石灰可與水中的碳酸氫根反應生成碳酸鈣結晶；PAM 作為助凝劑可使微小絮體形成較大的絮體便于沉淀分離。石灰混凝處理能夠有效降低水的堿度、硬度和水中非溶解物質濃度等，去除水中較小分子質量的有機膠體和無機膠體。

澄清池出水加入硫酸和殺菌劑后進入調節(jié)濾料深層濾池過濾，進一步降低濁度后進入軟化水池。加硫酸的目的是降低澄清池出水pH，防止碳酸鈣在濾池中沉淀；投加殺菌劑能有效殺菌、滅藻，防止微生物滋生。澄清池底部的污泥直接進入污泥濃縮池。污泥經(jīng)過進一步濃縮，進入后續(xù)的離心機進行泥水分離，所產(chǎn)污泥外運填埋，分離出來的濾液連同污泥濃縮池的上清液返回機械加速澄清池。

2 再生水水質

該電廠設計水源為某市污水處理廠再生水，再生水經(jīng)深度處理后作為全廠循環(huán)水和工業(yè)水系統(tǒng)補水。對從污水處理廠所取的再生水水樣主要水質指標進行檢測，結果見表1。

表1 再生水水質Table 1 Regenerated water quality

由表1可見，污水處理廠再生水的含鹽量、總硬度、鈣硬度、總堿度等水質指標均較高，超過再生水回用標準，且含有一定量的有機物 。為了確保循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要對再生水進行深度處理。再生水深度處理采用1.1 節(jié)所述的曝氣生物濾池-石灰混凝澄清-調節(jié)濾料深層濾池過濾工藝。深度處理系統(tǒng)正常運行時處理后的清水能滿足冷卻塔補充水的水質要求，也符合《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質》（GB/T 19923—2005）相關要求〔4〕。

3 現(xiàn)有再生水深度處理系統(tǒng)存在的問題

目前再生水深度處理系統(tǒng)已運行7 a，存在機械加速澄清池出力不足、出水水質差、污泥脫水系統(tǒng)無法正常運行、石灰系統(tǒng)下料堵塞等問題。

3.1 機械加速澄清池系統(tǒng)

機械加速澄清池出力不能達到設計值，原設計單臺機械加速澄清池的出力為800 m3/h，現(xiàn)每臺機械加速澄清池的最大出力為400 m3/h 左右，主要原因如下：

1）局部上升流速過高。圖2 為機械加速澄清池內(nèi)部圖，澄清池出水堰槽不平整，部分腐蝕嚴重，外圈有污堵現(xiàn)象，出水量極小，中間槽堰出水量大小不一，造成清水區(qū)上升流速不均勻，局部上升流速過高。在負荷增長時，泥層擾動，從而造成翻池，使得機械加速澄清池出力大大降低。

圖2 機械加速澄清池內(nèi)部Fig.2 The interior of the mechanically accelerated clarification tank

2）排泥不暢。澄清池底部采用手動閥門，底部不能自動排泥，污泥回流不均勻，影響上部的分離沉降；另外，排泥不及時容易造成澄清池內(nèi)泥位過高，提高負荷時出水水質變差。

3）混凝劑投加沒有與來水流量進行聯(lián)鎖采用等比例流量加藥。因為混凝劑投加質量濃度變化幅度大，污泥的性質不穩(wěn)定，從而容易造成澄清池翻池，使得機械加速澄清池出力不能達到設計值，出水水質變差。

3.2 污泥脫水系統(tǒng)

原污泥脫水機設計采用1 臺國產(chǎn)離心式脫水機和1 臺進口離心脫水機，出力均為50 m3/h，目前兩臺離心機已處于長時間停運狀態(tài)。污泥脫水系統(tǒng)存在問題主要在以下幾個方面：

1）石灰處理產(chǎn)生的泥渣主要是硬度較大的碳酸鈣顆粒，而離心脫水機耐磨性較差，容易磨損，不適合用于對石灰處理后產(chǎn)生的污泥進行脫水。

2）原系統(tǒng)沒有設計污泥濃縮池，污泥直接進入離心脫水機，其含固率不穩(wěn)定，在0.5%～3%間浮動。影響含固率的因素有澄清池的排泥方式和水質的波動，澄清池是間歇排泥，污泥密度隨著污泥量的減少而下降〔5〕，隨后污泥量再一次累計，污泥密度會有一定程度上升。離心脫水機要求進料含固率穩(wěn)定，含固率變化會造成離心機轉動不平衡，易損壞。

3）脫水機由于安裝水平度和鉛垂度的偏差超過允許偏差，造成振動頻繁，內(nèi)筒與外筒之間掛泥現(xiàn)象嚴重，致使內(nèi)筒與外筒之間摩擦力增大，設備損壞頻繁，投產(chǎn)至今一直無法正常運轉。

4）進口離心脫水機安全銷經(jīng)常斷裂，速度傳感器損壞，運行中機械振動大，噪音大，現(xiàn)已停用3 年。

3.3 石灰加藥系統(tǒng)

原石灰加藥系統(tǒng)采用傳統(tǒng)干法石灰計量，包含容積式給料機、石灰溶解攪拌箱、平衡水箱及石灰加藥泵。石灰加藥系統(tǒng)主要存在以下問題：

1）由于石灰出料采用振動方式，容易造成粉料壓實，改變堆積密度和體積，產(chǎn)生拱橋，阻礙出料。由于原計量站無防潮保護投加器，外部空氣含有水分，導致粉料受潮，出現(xiàn)板結，致使石灰粉計量站給料機堵塞嚴重。

2）石灰投加控制采用通過改變石灰粉下料量來改變石灰投加量的方式，相對于原水流量變化有較大滯后，且計量站的投加不精確，無邏輯聯(lián)鎖控制。

3）石灰乳加藥管設計管徑較小，管道內(nèi)大量石灰沉積，致使投加管管道完全被堵塞。加藥管道無沖洗水。

4）石灰給料系統(tǒng)密閉不完善，加藥間粉塵污染嚴重、環(huán)境惡劣。

綜上所述，再生水深度處理系統(tǒng)問題主要是因為機械加速澄清池出力不能達到設計值所致，此外污泥脫水系統(tǒng)無法正常運行、石灰系統(tǒng)下料堵塞等也會加劇相應問題。改造既要考慮選取新型成熟的工藝，也要考慮到方便電廠的運行維護管理。

4 再生水深度處理系統(tǒng)改造方案

4.1 機械加速澄清池改造

1）內(nèi)部結構技術改造。

在清水區(qū)加裝斜管〔6〕，斜管長度為1 000 mm，斷面為蜂窩六角形，內(nèi)徑60 mm，水平傾角為60°，傾斜方向與水流旋轉方向相反，以削減水流速度，使清水區(qū)水流更加平穩(wěn)。增加斜管后，一方面增加了沉淀面積，含有絮體的水在上升途中遇到斜管，絮體附著在斜管壁逐漸沉降下來，返回懸浮泥渣層；另一方面加大了水池過水斷面的濕周，同時減小了水力半徑，在同樣的水平流速時可以大大降低雷諾數(shù)，從而減少水的紊動，促進沉淀〔7〕。因此，在澄清池的分離區(qū)中加裝斜管可以有效提高出水效率。同時，應增加斜管支架對斜管進行支撐，斜管支架選用角鋼和扁鋼，扁鋼間隙為300 mm，且在水池內(nèi)應設置成多邊形，防止斜管掉落。

2）底部排泥管路系統(tǒng)改造。

澄清池底部排泥閥改為氣動閥門，并加裝電磁流量計。先根據(jù)進水流量累積值〔8〕計算出累積流量所產(chǎn)生的干污泥量，之后通過含固率計算出所產(chǎn)生的污泥量，再根據(jù)管道流速計算出排掉污泥所需的時間，最后根據(jù)進水流量定期排泥，精確控制排泥時間和排泥量。

4.2 污泥脫水系統(tǒng)改造

污泥脫水系統(tǒng)擬采用板框壓濾機〔9〕，主要改造方案如下：

1）新增2臺板框壓濾機，2臺高壓污泥給料泵，1臺清洗水箱，1臺高壓清洗水泵，1臺壓縮空氣罐，1臺污泥緩沖罐，2臺污泥回流泵。機械加速澄清池污泥通過排泥泵送至污泥濃縮池，通過污泥排放泵打入污泥緩沖罐內(nèi)，采用污泥回流泵對污泥緩沖罐污泥進行攪拌，通過高壓給料泵將污泥輸送至板框壓濾機，濾液至回收水池，泥餅通過車外運。

2）板框壓濾機配套清洗裝置，清洗過程可全自動進行，清洗壓力高達10 MPa。清洗裝置安裝在壓濾機機身之上，由噴嘴、斜軌和連接管道組成。清洗時沿壓濾機機身方向水平移動，依次將濾布清洗干凈?？梢愿鶕?jù)濾布臟污程度，對同一塊濾布往復清洗數(shù)次。

3）板框壓濾機自帶PLC 柜，需要與原系統(tǒng)連接，壓濾機自控設備包括帶有壓力傳感器的過濾停止控制裝置、濾板自動卸壓裝置、濾布自動高壓清洗裝置。

4.3 石灰加藥系統(tǒng)改造

石灰加藥系統(tǒng)采用濕法石灰加藥，設置2 臺螺旋計量裝置，2 臺石灰乳溶液箱配套攪拌器，2 臺石灰乳循環(huán)泵。

將原石灰粉倉錐斗震打裝置拆除，建議在底部安裝破拱刮片喂料機。當料倉料滿時，柔韌刮片會以破拱軸為軸心收卷起來，一旦拱橋開始形成，相應拱橋位置的刮片因受到粉料的壓力減少，甚至遇到空位，即會自動逐步彈直從而破碎拱橋，減少石灰粉倉底部的堵塞。

石灰粉通過計量輸送機定時計量，配制固定濃度的石灰乳溶液投加至機械加速澄清池，石灰乳投加采用大流量循環(huán)加調節(jié)閥的加藥方式。由于石灰乳含固量高，在調節(jié)閥的頻繁動作當中對閥芯的磨損較重，因此石灰乳加藥調節(jié)閥閥芯選用特殊陶瓷材質。石灰乳通過渣漿泵投加至機械加速澄清池，采用陶瓷球閥進行開度調節(jié)從而控制pH，再通過管道回流至石灰乳溶液箱。

4.4 改造后主要構筑物參數(shù)及設備清單

主要構筑物及設備參數(shù)見表2。

表2 主要構筑物及設備參數(shù)Table 2 Parameters of main structures and equipments

4.5 改造后運行情況

2021 年完成再生水處理系統(tǒng)改造，改造后單臺機械加速澄清池出力可達750 m3/h，冬季水溫較低時，整個系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，澄清池出力可達700 m3/h。系統(tǒng)出水主要污染物指標滿足GB/T 19923—2005要求。表3 為2021 年12 月、2022 年4 月及2023 年1 月對澄清池出水主要污染物指標的取樣分析結果。

表3 澄清池水質Table 3 Water quality of clarification tank

5 結論及建議

本項目針對電廠再生水深度處理系統(tǒng)存在的問題，分別對機械加速澄清池系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、石灰加藥系統(tǒng)、其余加藥系統(tǒng)及配套系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造，恢復了原系統(tǒng)的使用。建議在此基礎上對再生水進行模擬實驗，優(yōu)化水質藥劑的種類及最佳投加量，選擇最適宜的工藝及運行參數(shù)，進一步提高再生水處理效果。