摘 要

在电力生产过程中，冷却水的消耗占电厂总耗水量的60%～80%。城市污水处理厂二级处理出水(中水)深度处理后作为电厂冷却水补充水，既适应可持续发展需要，又为电力发展拓展空间，具有较大的经济、社会、环境效益。城市污水有机物、微生物和化学溶剂较多，因此，城市污水二级生化出水要作为电厂循环冷却水，必须先进行深度处理。

经方案比选,采用石灰混凝处理工艺。石灰处理法是将生石灰乳加入水中与水中的碳酸盐硬度发生反应，生成和 沉淀，降低了水中的硬度和碱度。利用石灰处理法将城市中水进行深度处理后作为电厂冷却水补充水。

石灰处理技术有以下优点：运行费用低、环境污染小；不向水中投加大量的可溶性盐；无废水的排放，不污染自然水体；废弃物为固体，便于处置；经石灰软化处理的水，其有机物，硅化物，铁等的含量均将减少；石灰处理技术运行寿命长，维护工作量，技术成熟可靠，投资低。通过石灰处理法对城市污水进行深度处理，城市污水完全可以安全地回用发电厂的循环冷却水系统。

主要采用的工艺流程如下:

中水 → 中水池→提升水泵 → 机械搅拌式澄清池(石灰乳、混凝剂、助凝剂)→ 滤池 → 清水池(二氧化氯)→ 循环水水泵 → 循环冷却水系统

关键词：中水回用；石灰混凝法；机械搅拌式澄清池

Treatment Process for Urban Wastewater Reused

in Circulating Cooling Water System in Power Stations

ABSTRACT

In the electricity generation process, cooling water comprises 60~80 percent of the total water consumption. Using reclaimed water as compensation for cooling water has certain benefits for both the economy and the environment. It fits the principle of sustainable development and boosts the electricity generation at the same time. However, large quantity of organics, microbes and chemicals exist in urban sewage. Advanced treatment of reclaimed water before using is necessary.

Coagulation and flocculation process with lime has many advantages in comparison with other methods. Lime reacts with carbonas in the water and produces the precipitation of and , which reduces the hardness and alkalinity of the water.

This technique has the advantage of low operating expense and pollution. Only small amount of soluble salts are disposed into the water. It only produces solid waste, which does not pollute natural water and is easy to treat. After the treatment, the amount of organics, iron and silicides in the water is largely reduced. Coagulation and flocculation process has a long operating life and is easy to maintain. Moreover, this mature technique do not need a large investment. After the treatment, reclaimed water can be used as cooling water safely.

The main process flow is as follows:

Reclaimed Water → Reclaimed Water Reservoir → Lifting Pump → Mechanical Clarifier（Lime, Flocculant, Coagulant Aid) → Filter→Clean Water Reservoir（Chlorine Dioxide）→ The Water Circulating Pump → Cooling Water Circulating System

Key words: wastewater reused；coagulation and flocculation process with lime；mechanical clarifier

目 录

1 课题背景 - 1 -

1.1 本课题的研究背景和意义 - 1 -

1.2 中水用作循环水的主要问题 - 2 -

1.3 中水深度处理的主要方法 - 3 -

1.4 石灰处理原理 - 4 -

1.5 处理系统的特征及优点 - 6 -

1.5.1 处理系统的特征： - 6 -

1.5.2 石灰处理技术有以下优点： - 6 -

1.5.3 石灰处理工艺的主要流程 - 6 -

2 设计介绍 - 8 -

2.1 工程概况 - 8 -

2.2 设计依据 - 8 -

2.3 设计要求 - 8 -

2.4 处理工艺 - 10 -

3 主要构筑物的设计及计算 - 11 -

3.1 中水池及提升泵 - 11 -

3.1.1 中水池及提升泵的设计计算 - 11 -

3.1.2中水池及提升泵的设计 - 12 -

3.2 机械搅拌澄清池 - 13 -

3.2.1 机械搅拌澄清池的计算 - 13 -

3.2.1.1 机械搅拌澄清池池体部分的计算 - 15 -

3.2.1.2 机械搅拌澄清池搅拌设备工艺计算 - 23 -

3.2.2 机械搅拌澄清池的设计 - 28 -

3.3 D型滤池 - 28 -

3.3.1 D型滤池的原理及计算 - 28 -

3.3.1.1 池体设计 - 28 -

3.3.1.2 反洗水量和气量计算 - 29 -

3.3.1.3 滤池管渠的布置 - 30 -

3.3.1.4 配水槽的设计 - 31 -

3.3.1.5 配水方孔与配水气孔的确定 - 32 -

3.3.1.6 反冲洗水的供给 - 32 -

3.3.2 D型滤池的设计 - 36 -

3.4 清水池 - 37 -

3.4.1 计算 - 37 -

3.4.2 清水池的设计 - 37 -

3.5 加药间及加氯间 - 38 -

3.5.1 加药间及石灰投药量的计算 - 38 -

3.5.1.1 石灰投药量的计算 - 38 -

3.5.1.2 加药间的设计 - 39 -

3.5.2 加氯间的设计 - 39 -

3.6 回用泵房设计 - 40 -

3.7 高程计算 - 40 -

3.7.1 高程布置注意事项 - 40 -

3.7.2 高程计算 - 41 -

结 论 - 43 -

致 谢 - 44 -

参考文献 - 45 -

1 课题背景

1.1 本课题的研究背景和意义

我国是一个水资源严重匮乏的国家，是世界上十三个贫水国家之一，其中有 18个省、市、自治区的人均水资源低于联合国可持续发展委员会审议的人均占有水资源2000m³，10 个省、市、自治区低于1000m³的生存起码线。据统计，2010 年全国总供水能力为（6.2-6.5）×10¹¹m³，总需求水量7.3×10¹¹m³，供需缺口近 1×10¹¹m³。供水的严重不足必将影响正常的生产生活，影响经济的发展。循环冷却水是工业用水的大项，在电力行业中，循环冷却水的用量占企业用水总量的50%-90%。一台装机容量1000MW火电汽轮机组，循环冷却水量约35-45m³/s，接近于目前排入日本东京市区10个污水处理厂的污水总量5×10⁶m³/d。由此可见，电厂循环水对水资源消耗是巨大的。近 20 余年来，我国火电装机容量有了高速发展，2002年已有装机容量3.6亿kW，预计到 2020 年，中国发电装机容量应该到9-10亿kW，年均增长率5.3%-5.9%。随着火电装机容量迅速地增长，其循环冷却水对水资源消耗需求必将迅速增长。为了缓解水资源短缺和经济增长的矛盾，中水作为宝贵的水资源进入研究者的视野。中水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准后，可在一定范围内重复使用的非饮用水，其水质介于自来水与排污水之间。中水是水量稳定、供给可靠的一种潜在水资源，它的再生利用是开源节流、减轻水体污染、改善生态环境、解决城市水资源短缺的有效途径。中水回用不但可以相应降低对水环境的污染负荷，同时实现了污水的资源化。从全国来讲，每年要回用的中水数量是巨大的，2010年达560亿吨。目前回用对象分市政杂用水和部分工业用户。市政杂用水包括公园绿化及河湖用水、城市绿化用水、道路路面喷洒用水等；工业用户重点是回用至冷却用水以及厂内杂用水。把中水用作电厂循环冷却水，不仅可以扩大中水回用规模，而且也可以为电厂冷却水提供一个水质稳定、水量充足的水源，一举两得。但是，由于中水的硬度、碱度、有机物等含量较高，进入循环水系统后，随着水中的杂质的浓缩，致使循环水系统发生结垢、腐蚀和生物污垢等突出的问题。因此，中水只有经过深度处理后才能回用到循环冷却水系统。如果能将这部分中水回用作电厂的冷却水，无疑对解决水资源短缺，降低企业经营成本都大有好处。对于氨氮含量较高的中水可以选用曝气生物滤池作为生物膜法去除氨氮的单元。我国中水利用起步较晚，从“六五”开始在城市污水回用方面作了大量的工作，1985年北京环境科学保护研究所在所内建成国内第一个中水工程。目前，我国正致力于水资源的安全保障研究，污水回用于工业循环冷却水成为研究的重点之一。

1.2 中水用作循环水的主要问题

（1）电厂循环冷却水用量大，水质要求不是十分苛刻，但是中水比地下水含有更多的有机物、氮、磷、碱度及氯化物、硫酸盐等，所以在用作循环冷却水系统的补充水时，会给系统的运行造成更多的障碍。有机物、氮和磷都是菌藻所需的营养物，如不加以控制就会造成菌藻繁殖，生成生物黏泥和污垢，促进腐蚀，降低换热器的传热效率；钙、镁、氯化物、硫酸盐和碱度等又会造成系统结垢与腐蚀结垢：循环水系统中主要的水垢是碳酸钙，因而钙离子含量及碳酸盐碱度含量都是影响结垢的因素。一般情况下，要求循环冷却水中的钙离子极限浓度控制在 250以内。虽然循环水中钙离子含量是受原水水质和浓缩倍率决定的，但 值可以改变碳酸盐碱度的形式和数量，因而水的结垢倾向可由值调整。现在常用的阻垢处理方式有：单纯加硫酸处理，即在循环水补充水中加入，中和水中碱度，使碳酸盐不能达到饱和，不能形成沉淀；二是加硫酸和稳定剂处理，先在循环水补充水中加入一定量的，使补充水的碱度降到一定程度，再利用加水质稳定剂来保证循环水稳定运行；三是用石灰处理，向澄清池中投加石灰乳，使水中的碱度和碳酸盐硬度降低，不产生结垢；四是用全部弱酸树脂处理，利用弱酸阳离子交换树脂除去水中碳酸盐硬度和部分碱度，使循环水中的硬度和碱度降低，再用缓蚀剂来防止循环水系统的腐蚀；五是用部分弱酸树脂处理，将一部分补充水采用弱酸树脂处理，加入稳定剂进行稳定处理，以保证循环水中的碳酸盐不结垢。加酸处理处理可以提高水的浓缩倍率，但是如果仅靠加酸来提高浓缩倍率，酸的用量大，还可能不慎造成腐蚀。现在生产上都加入化学药剂以达到足够阻垢和防腐的效果。这方面的研究进展比较快，出现了很多新型的阻垢缓蚀剂。

（2）腐蚀：循环冷却水水质的好坏直接关系到凝汽器等设备的腐蚀问题。为节约用水就需要尽可能的提高循环水的浓缩倍率，但是，循环水中含盐量也随之增加，水的电阻变小，导电能力增强，使腐蚀电池的电流增大，加剧对凝汽器铜管的侵蚀，直接影响到机组的安全经济运行。有试验表明，随着氯离子浓度的增大，腐蚀速率增大，出现点蚀甚至孔蚀。另外，氨氮、有机物含量过高也会加速腐蚀。因此，高浓缩倍率下循环水的防腐处理就显得尤为重要。