我国是一个水资源短缺的国家，作为耗水大户的电厂循环水是实施节水行动的重要突破口，在落实节水行动的具体技术路线上，采用中水（再生水）作为循环水补水是切实可行且前景广阔的技术路线。文章对采用中水作为垃圾发电厂循环水补水的经济性展开了分析，以华南地区某大型垃圾发电厂为例，对比了自来水和中水作为循环水补充水源的经济性，论证了采用中水作为电厂循环水补充水源的现实意义。
关键词：
节水；中水回用；循环水
0 引言
节能减排是新时期经济发展和生态文明建设的迫切需求，一方面，城市淡水资源紧张，自来水供水压力大；另一方面，城市会建设市政污水处理厂排放达标处理后的中水，垃圾发电厂距离城市污水处理厂较近，有近距离的充足的中水资源作为补水水源。因此，探讨中水作为垃圾发电厂循环水补水水源具有现实意义。
1 采用中水作为循环水补充水的经济性
1.1 水费成本
以华南地区某大型垃圾发电厂为例，每天补水需消耗自来水约 10 000 m3，自来水单价按 5 元 /m3 计算，每天的自来水成本为 5 万元；1 年按运行 300 d 计算，每年的自来水成本为 1 500 万元。
项目中水目前取自市政污水处理厂产水，只需要投入前期泵站和管路建设成本，一般不需要取水费用，全部使用中水后，1 年可节约水费约 1 500 万元。若部分使用中水，水费成本可等比例缩减。
1.2 循环水药剂成本
全部使用中水后，在保证水质的情况下循环水药剂的消耗量增加情况如下：阻垢缓蚀剂用量增加约40%，次氯酸钠用量增加约 35%，非氧化性杀菌灭藻剂用量增加约 30%，粘泥剥离剂用量增加约 40%，全年药剂成本增加约 30 万元。
1.3 建设成本
（1）泵站及管网建设成本。供水管线建设成本由管线距离和施工条件决定，泵站建设成本主要包括引水渠、前池、泵组（通常一用一备或两用一备）及配套供电系统和电控装置、围栏、监控等安全设施，起升机构等检修设施。
（2）中水预处理成本。如中水供水水质达不到规范标准和设计要求，就需要建设中水预处理系统，处理达标后的产水方可补进循环水系统。中水回用预处理工艺主要分为混凝澄清处理工艺和超滤处理工艺。混凝澄清处理工艺占地面积大、设备多、运行维护复杂、能耗和药剂消耗量大、现场文明生产控制难度大。超滤工艺处理效果优于混凝澄清，出水悬浮物、浊度明显低于混凝澄清。超滤工艺操作简单、占地面积小、维护量少、运行稳定、能耗低、药剂消耗量小，但缺点是膜设备投资较大。超滤膜有不同的膜种类，普通有机膜运行 3 ～ 5 年后、陶瓷膜运行 10 年左右需要更换。整体而言，采用超滤处理工艺需要大型垃圾发电厂花费超过千万元。对于水质好的中水，如满足电厂循环水补水要求，可直接回用 。
（3）循环水系统的材质升级成本。将循环水泵的轴、轴套、叶轮、叶轮室等过流部件升级为高档不锈钢材质时增加的费用。
1.4 运维成本
在电厂端，运行人员配置不需要变化，工作量少量增加，需要对循环水加药方案进行优化调整，化验频次需要适当增加；需密切关注水质变化，及时调整排污率。对于厂外中水供水泵站和管网的运行维护，通常需要增加专职或兼职的运维人员，因工作量不大，通常不超过 4 人；如果供水点离电厂近，可由电厂运维人员兼顾管理。在循环水系统检修维护方面，如果设计时循环水过流系统选取的材质防腐性能优良，如循环水泵过流部分选用 316L 或双相不锈钢、凝汽器选取高档不锈钢或钛合金等高档材质，对检修维护成本影响很小，可能的影响是系统清洗泥垢的工作量会增加；若材质未作提升，需要更加关注过流部件腐蚀情况，无论采用什么补充水源，都需要保证循环水水质满足国标要求，需要根据行业规范和设备厂家要求开展日常维护和定期检修工作，消除系统结垢积泥和检查腐蚀磨损情况，处理设备缺陷，消除设备隐患 。
运维成本增加值估算：运维成本主要由人工成本和备件材料成本组成，以 1 个年度计算主要运维成本增加，具体如下。
（1）人力成本。以中水系统运行维护增加 4 人计算，按人均年综合成本 15 万元计算，共计增加 60 万余元。（2）备件材料成本。主要备件包括水泵和管阀日常维修及大小修备件，电气设备及视频监控系统、压力流量监视测量系统的日常维护和大小修备件，年度预估成本约 10 万元。（3）其他运维成本。可能发生的地下中水输送管道泄漏引起的道路中断围护及交通疏导成本、吊车等特种设备租赁成本等，按 10 万元每年预估。（4）电厂内循环水系统因投用中水增加的维护成本。根据试验效果，如工程建设期采用耐腐蚀过流部件且运行期优化调整循环水排污量和加药方案、合理控制浓缩倍数、采取有效的杀菌阻垢措施，电厂内循环水系统的运维成本不会明显增加，不会因此增加设备大修次数或缩短检修周期。由此可知，电厂投用中水供水系统后，除去循环水药剂，1 年增加的运维费用约 80 万元。
综上，循环水用户采用中水作为循环水补充水，需要增加前期建设成本，运营期虽药剂部分成本增加、检修维护工作量适当增加，但水费节约更大，整体成本节约明显。对于耗水量大的循环水系统，长期运行降本增效效益显著，具备投资价值 。
2 采用中水作为循环水补水对循环水水质的影响
相比于自来水，中水的浊度、氯离子、总硬度等指标均偏大，这些离子会增加胶体污染和结垢的风险。中水中的有机物、氨氮含量高于自来水，会增加细菌和藻类的生长，更容易形成粘泥沉积和系统结垢，降低换热效率，增加能耗。中水的菌落总数高于自来水，微生物代谢产生的酸类物质也会加速设备和管道的腐蚀，微生物会造成水质恶化并形成粘泥造成设备结垢，降低换热效率和隔绝药剂对金属的保护作用。
中水对循环水水质会有一定的影响，这种影响取决于中水取水水质及预处理工艺。中水水质需满足《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923—2005）、《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050—2017）、工艺系统设计要求及发电厂化学设计规范的最新要求，在此前提下，可以尝试中水试用并通过试验逐步增加用量，经过一定周期的观察，直到最终确定最合理的用量、相应的加药调整方案及运维调整方案。
对比两种补水方案，对比中水和自来水使用量按照 3 ∶ 1（75% 中水）配比使用和全量采用自来水时循环水水质的化验值。试验厂中水补水水源为城市污水处理厂出水，其排水标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级 A 标准。经检测，主要水质指标满足《城市污水再生利用 工业用水水质》（GB/T 19923—2005）要求，故未经过电厂再次处理，直接补进电厂循环水系统。采用中水补水时，对循环水加药方案进行了优化，增加了药剂投加量。
试用期中水水质浊度约 4 倍于自来水，总硬度约 3 倍于自来水，中水氨氮浓度小于 0.6 mg/L、COD 小于 20 mg/L、氯离子浓度小于 250 mg/L。试验厂取用的中水水质主要指标参考值和采用全自来水和 75% 中水补水时的循环水主要水质指标如表 1 和表 2 所示。
通过表 1 可以看出，采用中水补水时，电导率、总硬度、氯离子浓度明显升高，但尚能满足《工业循环冷却水处理设计规范》（GB/T 50050—2017）要求的水质标准。由此可见，当采用中水作为循环水补充水源时，水质尚可控，但是水质比采用自来水补水时差。
因此，浓缩倍率的控制应与自来水作为补充水时有所区别，排污量需要加大。主要是因为中水的有机质、氨氮、氯离子、色度、菌落总数、含盐量均高于自来水，需控制有机质、氯离子及含盐量导致的危害。根据项目工程运行经验，浓缩倍数一般控制在 3 左右。在中水使用期需要加强循环水水质监测，建议在循环水系统挂设标准腐蚀试片，监测生物粘泥附着、结垢和腐蚀率，根据结垢情况及时调整中水使用量、排污量及加药方案。
试验项目采用 3 ∶ 1 的中水和自来水比例，控制循环倍数在 3 ～ 5 之间，此补水方案试运 5 个月后，循环水水质均合格，循环水排污水水质亦满足环评批复的纳管排放标准。试用期采用氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剥离剂相结合的配方，充分发挥各药剂优点消除抗药性。氧化性杀菌剂次氯酸钠投加时间根据现场情况一般维持在 60 ～ 90 min/d，一般采用冲击性投加方式，投加后 2 h 余氯基本能够维持在 0.2 ～ 0.7 mg/L，达到控制标准。试验期结束后观察到现场循环水系统设备状态如下：（1）冷却塔池体、填料干净，无明显结垢现象；（2）循环水池体及水体无明显藻类生长；（3）试片腐蚀速率满足国标要求；（4）循环水颜色气味正常，无发黑发臭等现象。采用中水补水运行 5 个月后的循环水试片腐蚀率如表 3 所示。
3 结论及建议
优点：（1）电厂循环水是工业耗水大户，垃圾发电厂采用中水作为循环水补充水可以节约水资源，特别是对于水资源短缺的地区，既可以减少对河道淡水资源的占用，又可以减少污水处理厂排水对河道等水体的影响，有益于保护生态环境。（2）采用中水作为循环水补充水的另一好处是可节约企业运营成本，虽然使用中水会增加循环水处理的药剂成本，但减少自来水消耗的降本效益更大，能从经济上和生态上整体获益。（3）采用中水补水相对于纯自来水补水增加了一路补水水源，提高了系统可靠性，可从容应对自来水系统抢修等供水中断风险。
缺点：（1）采用中水补水作为循环水补充水的弊端是会增加循环水系统设备的结垢和腐蚀，但通过合理选择材质、优化循环水加药方案、加强检修维护等办法可以将影响控制在可接受的程度。通过核算，当工程前期投资增加和后期运营成本减少相比得到的收益率达到企业期望值时，对于循环水耗水大户来说，将具有经济价值和明显的生态价值。（2）中水水质不如自来水，对运行维护水平要求更高，同时也需要更低浓缩倍率，循环水补水量和排污量也会相应增大。（3）采用中水作为循环水补水也存在一定的约束条件，其需要附近有可靠的满足数量和质量需求的再生水水源，考虑到污水处理厂检修等特殊工况，需要建设自来水或其他水源补水系统作为备用水源。
在环境和资源约束趋紧的今天，建议有中水补水条件的循环水耗水大户采用中水作为常规补水水源。地方政府和行业部门在规划产业布局时，应尽量考虑将耗水大户布局在靠近大型再生水水源附近，以充分利用中水水源、促进循环经济的发展。
原标题：采用中水作为垃圾发电厂循环水补水的技术经济性分析
原作者：邹闰平
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