中水回用在中國已有近30年歷史,早在1973年?yáng)|方紅煉油廠(chǎng)就已經(jīng)將二級處理過(guò)的部分污水回用于循環(huán)水系統,此后又有多家企業(yè)逐漸采用中水做系統補水,但由于受污水系統處理效果影響,中水水質(zhì)不穩定,影響了中水回用的實(shí)際應用效果，在排水車(chē)間增加一套200t/h的污水回用處理裝置,主要工藝流程如圖1所示。
圖1中水回用工藝流程

受中水水源及處理量等因素影響,2012年以來(lái),中水主要作為一循系統補水使用,回用量根據生產(chǎn)需要,控制在50~90t/h,回用率30%~60%。

中水回用對循環(huán)水系統產(chǎn)生的影響

中水作為補充水回用循環(huán)水系統時(shí),需要控制各項指標合格,才能減小對循環(huán)水系統的水質(zhì)影響,但在實(shí)際使用過(guò)程中,由于污水處理過(guò)程中不可控因素較多,中水回用時(shí)水質(zhì)易頻繁波動(dòng),短期內對循環(huán)水系統影響較小,若持續時(shí)間較長(cháng),則會(huì )引起循環(huán)水控制指標異常,給循環(huán)水的運行管理造成困難?；赜每刂浦笜巳绫?所示。

氨氮的影響

筆者所在廠(chǎng)一般直接使用達標污水做中水處理水源,但當污水處理廠(chǎng)受到外部來(lái)水沖擊時(shí),氨氮處理效果將會(huì )受到影響,最終體現在中水處理環(huán)節時(shí),就會(huì )引起中水氨氮超標。氨氮超標時(shí),將會(huì )對循環(huán)水水質(zhì)及加藥控制等多方面產(chǎn)生影響。

(1) 引起循環(huán)水pH偏低。氨氮會(huì )在細菌的作用下發(fā)生硝化反應,產(chǎn)生H+,造成循環(huán)水pH異常波動(dòng)，pH受中水氨氮含量偏高影響較大,整體運行偏低,若不及時(shí)調整,會(huì )大大增加系統腐蝕風(fēng)險。

(2) 增加循環(huán)水異養菌控制難度。氮、磷本身即為菌藻類(lèi)生長(cháng)的必需營(yíng)養元素,氨氮含量較高時(shí),可以為細菌提供充足的營(yíng)養物質(zhì),若在其適應的溫度環(huán)境下,會(huì )大量繁殖,容易增加系統管道內生物黏泥量,這些生物黏泥附著(zhù)在設備表面,不僅影響換熱效果,還會(huì )促進(jìn)垢下腐蝕現象的發(fā)生。

(3) 增加循環(huán)水殺菌劑耗量。循環(huán)水場(chǎng)目前使用的殺菌劑主要為氧化性活性氯殺菌劑,而氨氮能與活性氯發(fā)生氧化還原反應,生成氯胺,從而使水體中直接起到殺菌作用的游離氯濃度降低。另一方面,為了保證殺菌效果,維持循環(huán)水中一定濃度的余氯濃度就必須加大殺菌劑的投加量,這樣不僅增加了生產(chǎn)成本,而且水體中氯根過(guò)高,也會(huì )加劇設備腐蝕速率。

堿硬度的影響

鈣硬度和甲基橙堿度之和稱(chēng)為循環(huán)水容忍度,是循環(huán)水結垢風(fēng)險高低的一項重要判斷指標,一般按照《工業(yè)循環(huán)水運行管理規定》要求,建議最適應的控制范圍應小于1100 mg/L。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,根據一循運行多年的經(jīng)驗,最適應的控制范圍應小于900mg/L,若超過(guò)這個(gè)控制界限,將會(huì )導致系統結垢風(fēng)險加劇,同時(shí)也會(huì )引起循環(huán)水pH等指標異常。中水回用后,引起了循環(huán)水堿度和硬度變化,產(chǎn)生了一些問(wèn)題。

(1) 增加結垢風(fēng)險。中水水質(zhì)指標正常時(shí),容忍度基本維持在800mg/L左右運行,而中水自身堿度偏高時(shí),則會(huì )引起循環(huán)水容忍度上升。2013年4月中水堿度超標時(shí),循環(huán)水總堿度全月運行在500mg/L以上,容忍度也超過(guò)900mg/L,且連續超標嚴重。

(2) 引起pH偏高。循環(huán)水pH主要受中水OH-、HCO3-和CO32-含量的影響,在同一個(gè)水系統中堿度的大小也間接反映pH的高低,即堿度高時(shí),pH相對較大;堿度低時(shí),pH相對較小。正常情況下,水體中的pH受OH-、HCO3-和CO32-三者制約,會(huì )達到一定的平衡狀態(tài)：2HCO3-→H2O+CO2+CO32-

當pH過(guò)高時(shí),CO32-濃度增高,因為CaCO3的溶度積較小,勢必會(huì )增加系統的結垢風(fēng)險〔2〕。2013年4月中水堿度不達標時(shí),引起循環(huán)水pH偏高,全月pH均值達到9.1左右,接近工藝控制上限運行。

電導率的影響

電導率反映了水中各種可導電離子的多少,過(guò)高的電導率表明水體中各種鹽類(lèi)含量較高,而含鹽量高則會(huì )不可避免地增加系統腐蝕的潛在風(fēng)險。

一循環(huán)在回用中水前電導率基本運行在1 800~2000μS/cm左右,但當引入達標中水后,由于其電導率一般是新鮮水作補水時(shí)的2~3倍,使得循環(huán)水電導率迅速上升至2300~2500μS/cm運行。當中水電導率超過(guò)1200μS/cm的控制界限時(shí),將會(huì )進(jìn)一步導致循環(huán)水電導率大幅攀升。過(guò)高的電導率致循環(huán)水場(chǎng)必須進(jìn)行適量排污換水,不僅浪費了新鮮水,而且增加了藥劑費用。排污后循環(huán)水濃縮倍數降低,也將進(jìn)一步增加后期水耗。

余氯的影響

中水在經(jīng)提升泵送往循環(huán)水場(chǎng)前,也需要進(jìn)行殺菌消毒,目前使用的殺菌劑為強氯精。由于化驗分析計劃僅對細菌含量做定期分析,余氯監測需要班組人員自行采樣分析,這就造成中水余氯監測的不規律性,同時(shí)個(gè)人操作手法的差異也會(huì )造成余氯值檢測的準確性降低,投加強氯精后容易引起中水余氯值的波動(dòng)。通過(guò)觀(guān)察2011年中水與循環(huán)水余氯變化趨勢發(fā)現:2011年中水全年余氯控制整體偏高,均值達到8.0mg/L,波動(dòng)也較大,回用循環(huán)水場(chǎng)后,造成循環(huán)水余氯波動(dòng)。

(1) 引起循環(huán)水氯根升高。對于不銹鋼鋼材質(zhì)換熱器,氯離子質(zhì)量是誘發(fā)換熱器點(diǎn)蝕的重要因素,若金屬材料的殘余應力未消除或有較高溫度時(shí),氯離子質(zhì)量的存在就會(huì )造成應力腐蝕開(kāi)裂。循環(huán)水場(chǎng)一般控制氯離子和硫酸根離子的濃度,但由于硫酸根對循環(huán)水系統的直接影響不大,大約為氯離子的1/10,且在日常生產(chǎn)中,中水帶入的硫酸根數量較少,故需要重點(diǎn)關(guān)注氯離子的濃度。

在引入中水前,循環(huán)水中氯離子質(zhì)量濃度普遍維持在150~250mg/L之間,但回用中水后,氯離子質(zhì)量濃度則升至300~450 mg/L之間運行,當中水氯離子質(zhì)量濃度超過(guò)200mg/L時(shí),則會(huì )引起循環(huán)水氯離子濃度進(jìn)一步上升,2011年中水氯離子濃度偏高時(shí),導致循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度最高達536mg/L,直接導致部分月份腐蝕速率超標。

(2) 中水余氯波動(dòng)增加循環(huán)水強氯精投加難度。根據生產(chǎn)需要,循環(huán)水場(chǎng)每日根據化驗結果投加強氯精殺菌劑。由于強氯精為塊狀固體,其在水體中的溶解度受水溫、流速等多因素影響,很難像投加氯氣殺菌劑那樣定量控制投加。中水余氯值的波動(dòng),使得每日強氯精投加的難度增加,余氯值不易控制。

COD的影響

由于中水水源為達標污水,故COD是一個(gè)非常重要而又容易超標的控制指標。循環(huán)水場(chǎng)在回用COD超標的中水后,給循環(huán)水水質(zhì)造成一定影響。

(1)增加了殺菌劑耗量。由于循環(huán)水場(chǎng)使用的是氧化性殺菌劑,容易和這些有機物質(zhì)進(jìn)行反應,為了保證殺菌劑的濃度,需要增加強氯精的投加量,無(wú)疑增加了運行成本。

(2)促進(jìn)了微生物的滋生。有機物能給微生物提供豐富的營(yíng)養,當環(huán)境溫度適宜時(shí),微生物大量繁殖,增加了系統黏泥量,容易造成冷換器換熱效率下降,同時(shí)引起生物腐蝕。

2014年4月由于中水COD含量偏高,導致循環(huán)水試管黏附速率超標嚴重。

加強中水回用的日常管理措施

中水回用增加了循環(huán)水運行管理的難度,但隨著(zhù)水資源的緊缺,節水減排是企業(yè)今后發(fā)展的趨勢,可以通過(guò)加強日?，F場(chǎng)的管理、不斷優(yōu)化工藝操作等方式進(jìn)一步降低回用中水帶來(lái)的各種問(wèn)題,將中水對循環(huán)水系統的影響降至最低。

加強中水裝置水源控制

污水回用的關(guān)鍵是回用達標中水,而筆者所在廠(chǎng)污水回用裝置在設計時(shí)忽略了含鹽量對循環(huán)水系統的影響,而且現有條件下,污水處理廠(chǎng)對含鹽污水的處理能力較弱,單純的依靠處理后的達標污水作為中水裝置水源無(wú)法保證含鹽量達標。為此,鋪設了一條應急池至排水的DN 200專(zhuān)用管線(xiàn),將應急池收集的清凈廢水輸送至排水車(chē)間,用于稀釋中水水源,一定程度上降低中水裝置的含鹽、氨氮和COD含量。

水源改善后的中水裝置出水水質(zhì)有了明顯的好轉,但由于目前各裝置都在推行節水減排,日常真正能夠被應急池收集的清凈廢水越來(lái)越少,當污水處理場(chǎng)被沖擊,生產(chǎn)異常時(shí),清凈廢水用量的減少容易造成中水水質(zhì)的不穩定。因此確保中水裝置進(jìn)水水源的穩定是保證中水水質(zhì)達標的關(guān)鍵,建議應加強各裝置的清污分流管理,污水處理場(chǎng)應加強水質(zhì)監控,水質(zhì)異常時(shí),及時(shí)增加清凈廢水的稀釋量,保證出水合格。

加強中水水質(zhì)監控

由于循環(huán)水場(chǎng)關(guān)于中水水質(zhì)的分析項目每周只有一次,但排水車(chē)間每天都有關(guān)于中水主要水質(zhì)指標的分析,日常操作中,班組人員除了要關(guān)注中水回用量外,還應每天關(guān)注中水氨氮、COD的情況,若相關(guān)指標超標或者偏高,則應聯(lián)系排水裝置調整,連續超標時(shí)應暫停中水使用,避免對循環(huán)水水質(zhì)造成沖擊,絕不能為了保證中水使用量而使用未達標的中水。

制定合理的藥劑投加方案

藥劑投加對穩定循環(huán)水質(zhì)至關(guān)重要。使用中水后首先要及時(shí)關(guān)注循環(huán)水水質(zhì)變化趨勢,當中水相關(guān)指標偏高時(shí),應該有預見(jiàn)性地調整緩蝕阻垢劑或殺菌劑的用量和頻次;其次要逐步制定常見(jiàn)水質(zhì)異常時(shí)的藥劑投加控制方案,如pH偏低或偏高時(shí)的投堿、投酸量控制,余氯偏低時(shí)強氯精的投加方式等,盡可能地使藥劑投加操作在結合經(jīng)驗的同時(shí),做到精確、平穩;再次要根據循環(huán)水系統的運行情況,定期評估現有水處理藥劑配方是否適合目前中水回用量和回用水質(zhì),不斷提高緩蝕阻垢劑的性能,降低系統腐蝕結垢的風(fēng)險。

加強循環(huán)水日常運行管理

(1)管好、用好旁濾設施,提高循環(huán)水的過(guò)濾水量,保證大于3.0%。摸索濾池的最佳反洗周期,根據水質(zhì)情況可適當提高反洗頻次和反洗時(shí)間。

(2)針對中水含鹽量高、易形成積垢、引起垢下腐蝕的特點(diǎn),每季度定期對循環(huán)水場(chǎng)進(jìn)行黏泥剝離清洗,加強過(guò)程監控,保證清洗效果。

(3)針對循環(huán)水濃縮倍數上升過(guò)快的問(wèn)題,可采取連續少量換水的方式保持濃縮倍數的穩定。

分階段提升中水回用量

中水回用量的大小要與循環(huán)水系統的管理和水質(zhì)承受能力掛鉤,絕不是量越大越好,維持水中各離子的平衡狀態(tài)才是最重要的。實(shí)際使用中,應該采用分階段調整中水用量的方式,逐步調整回用比例,每個(gè)階段都要重點(diǎn)關(guān)注循環(huán)水細菌、腐蝕率、加藥量等指標的變化情況,為以后提升用量做好經(jīng)驗儲備。

結語(yǔ)

(1)隨著(zhù)水資源的緊缺,中水回用將是今后社會(huì )發(fā)展的大趨勢,同時(shí)也是企業(yè)節水減排的主要手段。經(jīng)過(guò)近兩年生產(chǎn)實(shí)踐證明,回用合格的、品質(zhì)較好的達標中水,不僅可以促進(jìn)循環(huán)水水質(zhì)達標,更極大地降低了新鮮水水耗,節能的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益明顯。

(2)一循現階段中水回用量維持在50%~60%,近兩年循環(huán)水水質(zhì)綜合合格率為99.61%,今后仍需采取各種手段,進(jìn)一步提高中水水質(zhì)的達標率和中水供應的穩定性,加強中水使用期間的運行管理和水質(zhì)監測,做好調整,爭取使中水回用率達到100%。

(3)關(guān)注國內中水深度處理的技術(shù)發(fā)展狀況,嘗試引入先進(jìn)的中水處理工藝和設備,不斷提升中水處理量和出水水質(zhì)穩定性,為今后其他循環(huán)水場(chǎng)回用中水打好基礎。