城市中水回用于火力发电厂循环水系统成为火电行业节水的重要措施之一。但中水水质复杂，直接回用于循环水系统会引发腐蚀、结垢和微生物污染等问题。在分析中水关键水质指标对循环水系统影响的基础上，提出指标控制建议和原则，分析部分中水深度处理工艺。
关键词：
火力发电厂；中水回用；循环水系统
引言
随着我国城市化、工业化和经济的快速发展，水资源供需矛盾和水污染问题日益突出。有关部门相继出台相关文件，明确水回用作为技术可行、经济适用的水资源综合利用技术，是工业行业的重要发展方向。我国印发的《水污染防治行动计划》明确要求，电厂逐渐增加使用中水比例。国家发展改革委等部门发布的《关于推进污水资源化利用的指导意见》明确提出，高耗水行业项目具备使用再生水条件但未有效利用的，要严格控制新增取水许可。 《工业废水循环利用实施方案》明确提出，截至2025年，力争规模以上工业用水重复利用率达到94%左右。火电厂是工业用水大户。根据中电联发布的《中国电力行业年度发展报告2020年》预估，2019年火电厂取水量约61.1亿t，废水排放约2.7亿t。以开式循环冷却水为主的火电厂占全部火电厂装机容量的53.7%。
火电厂的各用水系统中，循环水系统用水量最大，占全厂用水量的70%~85%。因此，使用中水作为循环水系统水源对火电厂的节水与废水治理工作具有积极作用。目前，各地区的污水水质差别较大，处理工艺不同导致不同城市污水的水质差别较大。受到季节变化等因素的影响，水质波动也较大。因此，为了保障回用系统的安全稳定运行，总结中水回用对循环水系统的影响及控制措施。
1 水质指标对循环水系统的影响
与各地区的地表水相比，大部分地区污水的生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、磷酸盐、氨氮化合物、氯离子和无机盐类物质等指标值较高，且微生物种群复杂。污水直接回用于循环水系统，会引发腐蚀、结垢和微生物污染等问题。研究各指标对循环水系统的影响及其控制措施是判断污水能否回用的关键。
（1） 浊度。城市污水的浊度主要受到悬浮物和胶体含量的影响，悬浮物和胶体是水垢和生物黏泥的主要来源物质。浊度升高会造成换热器表面结垢，从而影响换热设备的换热效率，加速换热器金属腐蚀；产生生物黏泥会导致阻垢缓蚀剂投加量增加，杀菌剂效果降低，产生局部腐蚀和微生物腐蚀现象。循环水的补水浊度应控制在5 NTU以内。根据实际工程情况，循环水运行过程的浊度宜控制在20 NTU以内，采用螺旋板式换热器时，浊度应控制在10 NTU以内。此外，旁路过滤是控制浊度的有效措施。
（2）微生物。城市污水中的氮、磷、有机物含量高，供氧量充足，温度为25~40 ℃，为微生物大量繁殖提供了有利条件。微生物繁殖过程会产生大量的代谢产物和生物黏泥，导致设备被腐蚀，系统产生堵塞现象，使换热器传热效率降低。微生物及其代谢产物和生物黏泥黏附在管道表面，可能造成管道局部缺氧，导致管道被严重腐蚀。为了防止微生物污染，可以在凝汽器上增加机械清除装置，阻止黏泥沉积，也可以筛选并投加适合的杀菌剂。
（3）氨氮。城市污水中氨氮含量的差别较大，为20~30 mg/L，90%以上的氨氮物质以氨的形式存在。氨氮含量过高会引发硝化反应，使水的碱度增加，pH值下降，导致次氯酸投加量增加，加速金属的被腐蚀速度。氨会与次氯酸型杀菌剂发生氧化还原反应，降低杀菌效果，加大杀菌剂的消耗量。此外，氨氮可以被微生物利用，加速微生物繁殖。项目实际运行过程中，高氨氮水回用应注意控制pH值和杀菌剂的投加。
（4） 磷。磷作为微生物的营养物质，能够促进微生物滋生，增加杀菌剂投加量。磷与钙、镁离子等反应生成磷酸钙和磷酸镁，导致系统管道堵塞。投加混凝剂可以去除磷酸根，降低循环水的磷酸盐浓度。通过调节循环水 pH 值，添加适当分散剂，能够有效控制磷酸钙结垢。
（5） 化学需氧量。中水回用技术中，COD是反映水中有机物含量的关键指标。循环水系统使用的氧化性杀菌剂容易与有机物质反应，COD浓度过高会增加杀菌剂的消耗量。COD值高代表有机物含量高，会促进微生物大量繁殖，导致设备腐蚀和系统堵塞，进而降低换热器的传热效率。根据工程应用情况，循环水系统COD值通常低于150 mg/L。
（6）无机盐。与地表水相比，城市污水中的钙离子、镁离子、氯离子、硫酸根和硝酸根离子等物质的含量较高。液体碱性较强时，水中易生成碳酸钙、碳酸镁等硬垢和硫酸钙、硫酸钡等难溶性结垢物质，沉积在换热器上导致换热效率降低和换热器局部温度过高，甚至引发爆管现象。采用石灰苏打法进行深度处理可以明显降低污水中的钙离子和镁离子含量；采用旁流软化过滤法也能够降低循环水中的溶解性盐类含量。
循环水的蒸发浓缩过程中，氯离子浓度不断升高，会破坏金属和合金表面的钝化膜，引起金属点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。柳成才建议再生水补水中的氯离子浓度应控制在80 mg/L以下。实际工程中，氯离子浓度可以根据凝汽器换热管材质和浓缩倍率确定。循环冷却水中的氯离子浓度应不超过700 mg/L，氯离子和硫酸根浓度不超过1 500 mg/L。
2 循环水系统中水回用控制措施
结合住建部2021年新公布的《城市污水再生利用工业用水水质 （征求意见稿）》和以中水为循环水补水的火电厂运行情况，中水用于循环冷却水补水的处理原则为：
（1） 碳酸盐硬度小于3 mmol/L时，采用加药剂、加酸处理；碳酸盐硬度大于3 mmol/L时，根据浓缩倍率控制值，采用补充水预处理、旁流处理和药剂处理。
（2） 电厂的循环水排水必须回用时，采用反渗透等膜法处理。
（3） 循环水浓缩倍率大于 5 或项目处于风沙严重缺水地区时，设置循环水旁流过滤处理。
（4） 中水水质指标控制建议如表 1 所示。中水水质指标项满足要求时，可以直接补入循环水系统，否则应进行预处理，同时也可以设置旁流处理。
2.1 中水深度处理工艺
目前，中水深度处理工艺通常采用组合工艺以保障系统稳定运行。应用较广泛的工艺包括石灰混凝、澄清过滤、曝气生物滤池、膜分离以及膜生物反应器、电渗析 （ED）、电吸附和新型药剂等新工艺。部分中水深度处理工艺如表2所示。
2.2 循环水排水回用处理工艺
从全场废水排放的角度考虑，采用预处理+膜法处理循环水的排水，产水回到冷却塔、脱硫或其他系统，可以实现废水深度减量和废水零排放的目的。
废水预处理过程受排污水碱度、硬度、含盐量、有机物含量以及阻垢缓蚀剂等指标的影响，常见工艺包括石灰处理、臭氧生物活性炭吸附、强化混凝、投加盐酸钠和澄清过滤等，可以有效降低COD值和胶体等杂质的含量，有助于后续膜处理工艺的进行。预处理过程通常需要精细化控制，投加药剂过多会增加后续脱硫系统的运行难度，加大废水零排放的压力；处理不够、产水不达标会导致膜污堵、出力不足和清洗频繁等问题。部分循环水排水回用处理工艺如表 3 所示。膜处理技术主要包括超滤反渗透和电渗析处理工艺。
3 结语
各火电企业进行中水改造时，应根据水源水质特征和回用要求有针对性地选择改造路线和深度处理技术。
预处理+双膜工艺为主的深度处理工艺具有出水水质好、占地面积小、自动化程度高、操作管理简单等特点，在具有高出水水质、高回用率和废水零排放需求的火电企业有广泛的应用前景。为了确保膜系统产水稳定，应保障膜组件本身的性能满足要求且操作控制正确运行，选择正确的预处理方法。针对火电场循环水系统中水回用，高性能膜组件、新型预处理技术、新型环保药剂的研发和各工艺联合优化控制成为重要研究方向。
原标题：中水回用于火电厂循环水系统的影响与工艺探讨
原作者：殷爱鸣
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