深度脫氮技術在電廠中水回用中的應用

更新時間：2011-12-08 14:47 來源：作者: 閱讀：7440

［摘要］介紹了浙能長興電廠3萬t/d 城市中水綜合利用工程的項目背景、可行性分析過程及處理工藝，結合系統的實際運行情況分析了項目的效益、處理效果。實踐表明，采用曝氣生物流化池（ABFT）工藝處理含低濃度氨氮的城市中水，脫氮效果良好，同時可去除部分COD。城市中水經深度脫氮處理后回用作電廠循環冷卻水補水是可行的。

［關鍵詞］城市中水；深度脫氮；曝氣生物流化池；循環冷卻水

［中圖分類號］X703.1 ［文獻標識碼］B ［文章編號］1005-829X（2011）03-0081-04

Application of advanced denitrogenation technology of urban recycled water in power plants

Zhou Haibin，Zhang Dongming，Chang Yan

Abstract：The background，feasibility analysis process and treatment technology of the 30 000 t/d multi-purpose project of urban recycled water at Zheneng Changxing Power Plant are introduced. Based on the actual running situation of the system，the project benefit and treatment effect are analyzed. The practice shows that the aeration biological fluidized tank （ABFT ） technology is suitable for the advanced treatment of urban recycled water containing low NH3-N and part of COD can be removed. It is feasible that the urban recycled water can be reused as circulating cooling water，after it has been subjected to the advanced denitrogenation treatment.

Key words：urban recycled water；advanced denitrification；aeration biological fluidized tank；circulating cooling water

隨著經濟的快速發展，水資源需求不斷擴大、水環境污染日益加重的雙重矛盾已成為制約國家經濟和社會發展的重要因素之一。以太湖流域為例，近2 年水資源供需缺口已達1.39×1010 m3〔1〕。我國電力裝機結構以火力發電為主，火力發電的工業用水量占全國工業用水總量的40%左右。此外，為應對全球氣候變暖而采取的CO2 捕集與封存技術（CCS）將大幅增加火電廠的耗水量。據美國國家能源技術實驗室（NETL）2008 年9 月發布的《未來熱電廠淡水需求估計》報道，CCS 將導致火力發電廠的耗水量在現有的基礎上增加40%�？梢灶A見，水資源問題將會成為制約火力發電行業持續發展的主要瓶頸之一。

盡管火力發電廠用水量巨大，但幾乎占全廠用水量97%以上的循環冷卻水對水質的要求并不高〔2〕。中水（也稱再生水、回用水）經進一步處理后，一般均可滿足電廠循環冷卻水用水要求。城市中水（此處指城市污水處理廠二級排放水）回用作循環冷卻水補水，不僅可降低對水環境的污染負荷，實現污水資源化利用，而且可以為電廠提供一個水質穩定、水量充足的水源。筆者結合長興電廠城市中水綜合利用工程（以下稱長電中水回用工程）的研究與實踐，對城市中水經深度脫氮后回用作電廠循環冷卻水補水進行了技術分析、效益分析和工程實踐分析。

1 項目概況

長興電廠位于浙江省北部，裝機容量為4×300 MW，采用敞開式循環冷卻水系統，年平均取水量1.67×107 m3（2006—2008 年），取水水源為陸匯港（屬太湖水系）。

近年來，陸匯港水污染日益嚴重。水源地的水質監測數據表明， 2003—2006 年，各種鹽離子濃度明顯增大，其中2004—2006 年，含鹽量上升了近300%。為解決長期困擾電廠的用水安全問題，開辟一個穩定而可靠的新水源，經過技術分析、論證及中間試驗，確定采用經深度脫氮處理后的城市中水作為循環冷卻水補水。

長電中水回用工程于2009 年7 月30 日投入運行，總投資1 836 萬元，設計處理水量3 萬t/d，采用曝氣生物流化池（Aeration Biological FluidizedTank，ABFT）工藝對城市中水深度處理后作為電廠二期（3#、4# 機組）循環冷卻水補水，深度處理后的城市中水主要水質指標：NH3-N＜1 mg/L，CODCr≤20mg/L，BOD5≤5 mg/L。

2 可行性分析

2.1 水質分析

長興污水處理廠一期工程日處理污水量3 萬t，處理工藝采用A/A/O 生物處理法（脫氮除磷工藝），出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級B 排放標準。根據2005—2007 年的在線監測數據，長興污水處理廠處理出水的CODCr 為30.76 ~53.20 mg/L，NH3 -N 為5.01~11.87 mg/L，BOD5 為13.25~20.00 mg/L。

長興電廠凝汽器管材質為HSn70-1B 銅合金（3#、4# 機組），根據《城市污水再生利用工業用水水質》（GB/T 19923—2005）和《火力發電廠凝汽器管選材導則》（DL/T 712—2000），再生水（即中水）作為敞開式循環冷卻水系統補水時，NH3-N 須＜1 mg/L。根據《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050—2007）的規定，再生水直接作為間冷開式系統補水時，CODCr≤30 mg/L、BOD5≤5 mg/L，同時結合西安熱工所對中水用作循環冷卻水系統補水時可能引起的腐蝕、結垢等問題的試驗結果，確定CODCr≤20 mg/L。

經對比可知，長興污水處理廠出水基本滿足電廠循環冷卻水補水水質要求，但NH3-N、CODCr、BOD5 高出控制指標較多，其中NH3-N 的影響最大〔3〕。因此，深度處理系統的主要任務是降低城市中水的NH3-N，并進一步降低CODCr、BOD5 等其他水質指標。

2.2 脫氮技術的選擇

現有的脫氮技術主要有物化法（氨氮吹脫、離子交換法、折點氯化法）、生化法（生物脫氮）和膜分離技術（超濾反滲透），其中，生物脫氮技術可在脫氮的同時去除部分COD，且運行費用較低。

較成熟的生物脫氮技術有生物濾池（BAF）、傳統活性污泥工藝（A/O）和曝氣生物流化池（ABFT），經技術經濟對比（見表1，設計水處理量6 萬t/d），在進水NH3-N 及BOD5 低負荷條件下， ABFT 工藝比A/O 工藝及BAF 工藝具有較為明顯的優勢。

表1 BAF、A/O、ABFT 生物脫氮工藝技術經濟比較

為進一步驗證ABFT 工藝的可行性，2007 年9月，以長興污水處理廠出水為對象進行了3 個月的中間試驗。中試結果表明，有效水力停留時間為1.5 h 時，NH3-N 的去除率能穩定在95%以上；秋季常溫條件下，出水NH3-N 平均為0.04 mg/L，平均去除率為96.9%；冬季低溫條件下，出水NH3-N 平均0.35 mg/L，平均去除率為95.2%，完全符合出水NH3-N 須＜1 mg/L 的要求，從而確定生物脫氮工藝采用ABFT 工藝。

3 工藝說明

3.1 ABFT 簡介

ABFT 工藝是近年新興的一種生化法去除氨氮的污水處理技術，實際上是綜合傳統活性污泥法與生物膜法優點的雙生物反應器。該工藝依靠生物酶與載體的固定化技術將特效微生物固定在載體上，在有氧條件下利用載體表面的氨氧化細菌將氨氧化生成NO2-和NO3-，然后在缺氧條件（載體內部）下，以污水中所含有機物和某些還原性物質為電子供體，將亞硝酸鹽反硝化生成氮氣。

ABFT 工藝在結構上分成4 個區域，即集泥區、緩沖配水區、生物載體區、清水區。原污水在流過生物載體區時，附著在其上的微生物吸收水體中的可溶性有機物、氮、磷等作為營養物質，并在代謝過程中將有機污染物分解，從而使原污水得到凈化。由于ABFT 內的微生物食物鏈比較完整和穩定，內源呼吸進行得較充分，因此ABFT 內的污泥產生量極少。

3.2 工藝流程

長電中水回用工程工藝流程如圖1 所示。城市中水經生物脫氮、混凝沉淀和殺菌處理后，作為長興電廠二期（3#、4# 機組）循環冷卻水系統補水�？紤]到電廠循環冷卻水用量因季節、運行負荷不同而波動較大，因此，將城市中水作為二期循環冷卻水補水的主要水源，陸匯港作為二期循環冷卻水補水的補充水源，以保證電廠用水的可靠性和安全性。

圖1 長電中水回用工程工藝流程

3.3 主要構（建）筑物設計參數

長電中水回用工程設有1 座配水池（20.35 m×1.0 m×5.7 m），2 座ABFT 池（10.0 m×10.0 m×5.5 m），1 座中間水池（21.05 m×2.0 m×5.5 m）和鼓風機房（108 m2）1 間。其中ABFT 池的總有效容積為4 000 m3，總水力停留時間為3.2 h，主要功能是去除氨氮，氧化部分有機物，降解各種水質污染因子。

4 實際運行效果

4.1 在線監測數據

長電中水回用工程自投入運行以來，系統運行穩定。根據在線儀表（水樣取自清水井）監測數據顯示，出水平均CODCr 和NH3-N 均低于設計值（NH3-N＜1 mg/L，CODCr≤20 mg/L）。2009 年9 月1日至15 日出水CODCr、NH3-N 的監測數據如圖2所示。

圖2 出水CODCr、NH3-N 監測數據

4.2 人工分析數據

根據2009 年9 月人工取樣分析數據，一期（1#、2# 機組）清水井出水口的Cl-為21~41 mg/L、全堿度為1.4~1.6 mmol/L、總硬度為1.14~1.32 mmol/L；二期（3#、4# 機組）清水井出水口的Cl-為52~63 mg/L、全堿度為1.2 ~1.5 mmol/L、總硬度為1.46 ~1.54mmol/L、BOD5 為3~5 mg/L。經比較可知，一期、二期出水的全堿度相差不大，二期出水的Cl-、總硬度相對偏高。

4.3 存在的問題及對策

（1）城市中水的總硬度和Cl-含量一般較高，但ABFT 工藝不能去除Cl-和總硬度，因此使用城市中水時的循環水濃縮倍率不高，中水的使用效率較低。

（2）經深度脫氮處理后的城市中水在循環冷卻水系統中仍存在硝化反應，而硝化反應需消耗一定的堿度，根據Larson 指數〔4〕，堿度的降低會增加腐蝕的風險。

針對上述存在的問題，結合城市中水水質特點，將對循環水處理系統使用的阻垢劑、殺菌劑進行動態模擬試驗，以進一步優化篩選適合城市中水水質特點的藥劑。同時，深度處理系統的曝氣量和加藥量應根據城市中水水質、水量進行優化調整，在確保出水水質達到設計要求的同時，使系統經濟、安全運行。

5 項目效益

5.1 社會效益

城市中水經過ABFT工藝深度脫氮處理后，可滿足電廠循環冷卻水補水的用水要求，實現了污水回用。利用電廠循環水系統的特殊工況條件，可進一步削減城市中水中的污染因子，減輕自然水體的負擔〔5-6〕，有利于太湖流域的環境保護及水污染防治。同時，企業更好地承擔了應負的社會責任，更大程度地參與地方循環經濟的發展，為拓展企業的生存空間帶來了契機。

5.2 環境效益

城市中水經深度處理后回用作循環冷卻水補水，每年可減少工業新鮮水取水875 萬t，同時可削減長興地區向自然水體及太湖流域的污染物排放總量，經測算，可減少的污染物排放量：懸浮物157 t/a，化學耗氧量290 t/a，氨氮52 t/a，環境（減排）效益明顯。

5.3 經濟效益

循環冷卻水補水采用經深度處理的城市中水后，僅從可量化的部分（取水費、運行費、折舊費等）與使用陸匯港水作為循環冷卻水補水時比較（見表2），新增費用64.62 萬元/a。使用城市中水后，不僅為電廠提供了一個水量、水質穩定的新水源，還為電廠的安全運行提供了保障，該項經濟效益雖難以量化，但同樣明顯。

表2 使用城市中水、陸匯港水作為循環冷卻水補水的費用比較