電廠利用城市中水供水可行性分析
前言
長時間以來，城市自來水價格非常便宜，低廉的水價淡漠了公眾節水意識。近年來，城市經濟快速發展，水資源需求增多用水價格上漲，部分地區工業用水價格達到6元/噸以上，由于中水使用價格相對便宜，經濟杠桿作用使城市中水成為部分地區開辟新水源的重要途徑。
目前，城市中水主要用于人工河流、湖泊補水、廣場噴泉、道路洗灑、公廁沖洗及降塵綠化，由于回用水量不大需求不連續，中水系統運行不穩定。因此，探索與尋找中水用量大，運行穩定系統試驗一直備受關注。
據有關方面報道：“現在居民用水量50%左右非飲用水實際上無端地浪費掉了，如果這些非飲用水由中水替代即可解決50%飲用水源問題” 其節約水資源比城市枯水年缺水量100%還要多。
通過一系列物理、化學、生物手段進行不同深度處理的城市中水，按照水質要求分類滿足各種用水需要或者將某些環節用水經過適當處理后重復利用，不僅節約水資源同時減少環境污染。
本文介紹武威熱電廠使用武威市中水作為主要供水水源可行性研究的部分情況。
1.項目概況
武威市地處甘肅省中部河西走廊東端，地形南北長而東西窄，海拔1367～3045米，境內有30多礦產資源，其中探明儲量的15種。現轄涼州區、民勤縣、古浪縣、天祝藏族自治縣三縣一區，聚居著漢、藏、回、蒙、土等民族。武威城市經濟開發區是甘肅省循環經濟示范區，建設起點高、后勁足。
武威熱電廠廠址建在武威市經濟開發區，總占地約35公頃。規劃建設規模為1200MW，本期建設2×300MW國產亞臨界超高壓、中間再熱抽汽供熱燃煤機組，它是一家國家電力投資公司控股的合資公司。
2. 城市供排水現狀
武威市居民生活用水主要為地下水源。長期以來除城市自來水廠向城市居民供水外，部分企業、學校還有自備水源井供水，供水總量約6.8×104m3/d 。1998年后武威市對城市供水工程進行改造，新增供水規模8.0×104m3/d，自來水廠供水總規模達到10×104m3/d，并實行地下水資源統一管理逐步取締關閉小水源井。
城市污水由居民生活污水與企業工業廢水組成，按照2001-2020年武威市總體規劃市區人口規模、人均最高日綜合用水量與排水率；按照2010年規劃工業總產值、萬元工業總產值用水量以及廢水排除率，武威市建成了一座規模為9.0×104m3/d污水處理廠。截止2005年10月武威市污水處理廠工程施工已全部完成，預計2005年12月份工程投產運行。
武威市污水總量表
序號
名 稱
合計m3/d
1
生活污水總量
人口規模（萬人）
30
47200
排水定額（升/日人）
144
生活排水量（m3/d）
43200
未予見水量（m3/d）
4000
2
工業廢水總量
工業產值（萬元）
16×104
39450
萬元產值用水量 m3
200
廢水排除率
0.48
3
污水總量
86650
3.城市中水水量、水質與運行
武威市污水處理廠處理流程：粗格柵（截流較大雜物）--污水泵房--細格柵（截流小漂浮物）--沉砂池—氧化溝—沉淀池（消毒）--接觸池—排水（回用）。污水處理廠建設規模為9.0×104m3/d，污水總變化系數為1.3，日變化系數為1.1，小時變化系數為1.18。最高日最大時排水量4875 m3/h，最高日平均時排水量4131m3/h平均日平均時排水量3750m3/h。污水處理后出水水質達到《城市綜合排放標準GB8978-96》二級污水處理廠排放標準，可以用于農業灌溉、城市景觀用水等，在灌溉季用于揚家河下游鄉鎮農田灌溉，其他季節直接排入楊家壩河。
水質排放控制指標
|
污水處理廠正常狀態有四組氧化溝、沉淀池運行，四個DN600出水口分別對應著1座接觸池（污水出水前消毒）一根DN1200總出水管。如果采用設備分組檢修，可以保證四分之三的出水量6.75×104m3/d（相當于2813m3/h），最少可以保證二分之一水量45000m3/d（相當于1875m3/h）。污水處理廠采用雙電源供電，從法放與白圪塔變電站各引一條10Kv專用線至10KV/0.4KV變配電室，整個處理系統由計算機進行實時監控。因此只要合理安排設備檢修，城市中水可以穩定供給。當然污水水量受人口變化、季節改變影響，也受設備檢修與管網維護影響，為提高供水可靠性必須加強城市排水系統管理，提高污水處理系統的穩定性。
4.中水在電廠的利用
根據國家環保政策與循環經濟可持續發展政策、結合武威市供水現狀，擬用城市中水作為主要供水水源。城市中水平均日平均時排水量3750 m3/h，建設2×300MW國產亞臨界超高壓、中間再熱抽汽供熱燃煤機組，熱電廠夏季最大時供水水量為1850m3/h，因此還有1900m3/h尾水盈余直接排放。
從滿足電廠工業用水安全出發，尾水需要進行深度處理才能利用，電廠內設置中水再生處理系統，出水水質滿足工業冷卻水水質控制指標。
《污水再生利用工程設計規范GB50335-2002》
編號
項目
單位
數值
1
BOD5
mg/L
≤10
2
CODCr
mg/L
≤60
3
SS懸浮物
mg/L
≤30
4
NH3
mg/l
≤1.0
5
P
mg/L
≤1.0
6
總硬度（以CaCO3計）
mg/L
≤450
因此在進行中水處理系統工藝選擇時，充分考慮以下因素：
技術經濟性：考慮武威市經濟技術條件，以較少投資最大限度保障電廠生產用水水量和水質。
工藝先進性：技術先進可靠處理效果好、高效節能運行穩定、耐沖擊負荷能力強、運行費用低。
布置合理性：水處理構筑物與附屬物布置合理節省用地，管理方便，并留有發展的可能。
主要技術措施如下：
1.污水處理廠出水處設置調節水池平衡水量波動，建設大型中水升壓站，通過管道將中水輸送至電廠
2.在電廠中水再生處理系統出水處設置清水池，建設工業水升壓站，將合格的工業中水輸送至電廠各工業用水系統中，供電廠循環水系統補充與工業水設備冷卻。
工藝選擇：依照設計原則以及工業冷卻水水質控制指標，選擇以下的處理工藝流程：
加混凝劑 →原水（尾水） 曝氣生物濾池 → 列管式混合器 → 翼片隔板絮凝池 → 接觸絮凝沉淀池→出水
曝氣生物濾池是將接觸氧化工藝和懸浮物過濾工藝結合在一起的污水處理工藝，用于去除污水中的有機物，通過硝化和反硝化去除氨氮，在生物濾池的濾料上發生有機物的代謝過程，將生物轉化過程產生的剩余污泥和進水帶入的懸浮物進一步截流在濾池內進行生物過濾。
電廠1850m3/h供水量相當于中水處理水量45000m3/d。采用一座曝氣生物濾池對稱布置分成8格，濾速6m/h，每格濾池的尺寸為7.00×6.00×8.60m，濾料采用陶粒濾料，其厚度為4.0m，承托層厚度為400mm，每格濾池采用4根反沖洗排水槽，其中心距為1.75m。配水、配氣系統采用長柄濾頭，沖洗時空氣從濾柄上部的氣孔進入，水則在濾柄下部的縫隙和底部進入。反沖洗過程采用氣、水反沖洗。氣水比為3 ：1。
絮凝沉淀池：擬建2組絮凝沉淀池，每組絮凝沉淀池處理水量為22500m3/d。絮凝沉淀池尺寸為21.60m×9.00m×5.60m。絮凝沉淀池功能簡述：
混合：采用一個DN600列管式混合器安裝于絮凝沉淀池進水管上，混合時間3s，水頭損失0.5m，混凝劑投加于列管式混合器前端加藥口處。
絮凝：采用翼片隔板絮凝設備。絮凝池水力分級為3級：一級設計流速0.12m/s，二級設計流速0.09m/s，三級設計流速0.06m/s。絮凝池分為15格，絮凝時間8分鐘；絮凝池及配水區尺寸9.10m×9.00m×5.60m。絮凝池及配水區排泥采用重力斗式排泥,采用DN200排泥管，每根排泥管管端設手動蝶閥、電動蝶閥各一個，快開排泥。
沉淀：采用接觸絮凝沉淀設備，安裝傾角60度，上升流速2.5mm/s，沉淀池尺寸為12.50m×9.00m×5.60m。采用5根鋼制穿孔集水槽集水，以保證出水均勻, 再匯集到總出水渠中。
沉淀池排泥采用重力斗式排泥DN200排泥管，管端設手動蝶閥、電動蝶閥各一個，快開排泥。
經絮凝沉淀池處理后出水濁度穩定在1NTU左右。
中水再生處理系統技術特點：
出水水質好：“湍流凝聚接觸絮凝沉淀水處理技術”利用湍流渦旋控制原理和邊界層理論，混合效率高，藥劑利用充分。絮凝形成的礬花粒度好、密度大。沉淀既利用了淺池沉淀原理，又增加和強化了接觸絮凝及過濾網捕作用，小顆粒泄漏少，絮凝沉淀池沉后出水濁度穩定在1NTU左右。
處理效率高：由于混合、絮凝、沉淀部分都采用了高效處理設備，整體技術與傳統工藝技術相比混合高效、充分，絮凝時間短（僅為8分鐘）等特點。沉淀池上升流速大大提高，達到2.5mm/s，縮短了水在處理構筑物中停留時間，處理效率高，節省占地，大大降低絮凝沉淀池的土建投資，較其它常規水處理工藝節省占地近40～50％,同時節省基建投資40%以上。
抗沖擊負荷能力強：由于混合充分、絮凝效果好及絮凝池、沉淀池利用接觸絮凝過濾網捕作用，因此抗沖擊負荷能力強。當水量、水質變化時接觸絮凝沉淀設備加強了接觸絮凝及過濾網捕作用，使沉淀池上升流速達到2.5mm/s，沉淀設備斜板區以及整流段絮體粒子動態懸浮區充分發揮作用，去除水中粒子。且此項工藝設備對處理低溫低濁水、高濁水、微污染水來說都是非常有效。
制水成本低：由于采用先進的混合、絮凝、沉淀設備，比常規工藝節省投藥量；主體設備使用年限長；本工藝操作簡單，降低運行管理費；設備整體水頭損失小，降低了水泵的經常運行費用。
運行方便操作簡單：工藝設備運行不需復雜的啟動調試，工藝設備安裝完畢后，投藥正常1小時即可得到理想出水水質。無機械設備，操作管理更簡單、方便。
施工簡便：絮凝沉淀池采用矩形池體更便于施工。
總之，此項水處理技術具有占地小、效率高，出水水質好、投資省、成本低、經濟效益顯著。
達到工業冷卻水水質控制指標中水進入化學水處理車間后繼續采用一級除鹽+混床系統處理系統才能作為電廠鍋爐補給水。
因此，城市中水作為電廠供水水源技術上可行的。只是電廠取得的供水協議上應該明確：正常條件下污水處理廠保證電廠1850m3/h中水供水量，在分組檢修條件下至少保證電廠1390m3/h供水；在最不利情況下（全廠斷水）時間限制的具體措施和相關責任。
5.備用水源（應急水源）
借鑒國內在建電廠目前使用城市中水經驗，城市中水作為電廠水源時應該考慮其他應急水源的相關措施。本項目采用水庫水源與自來水備用水源方案。
水庫備用水源：1958-1974年武威市先后建成13座水庫，其中3座中型水庫10座小型水庫，3座中型水庫中南營水庫最為合適。
南營水庫位于武威市城東18 km金塔河干流出山口處，是一座防洪、灌溉為主，兼顧發電功能中型水庫。金塔河發源于祁連山天祝藏族自治縣冷龍嶺北麓，分左、右兩條干流，左干流主要有大水河、細水河、白水河，右干流主要有南岔河和冰溝河，干流長45公里，流域面積852平方公里，其中大水河約占60%，冰溝河占40%。平均海拔高程3010米，水庫壩址河道高程1897米。水庫于1958年開始建設1970年開始蓄水，1977年竣工運行，1989年、2002年水庫進行加固除險改造。南營水庫部分特性如下：
總庫容 2000萬立方米，對應水位1941.5米；
調洪庫容1205萬立方米，對應水位1938.0米；
興利庫容1080萬立方米，對應水位1938.0米；
死庫容652萬立方米 水庫死水位：1919.9 已淤積量406萬立方米
水庫設計標準為100年一遇洪水，1000年一遇洪水校核；
多年年平均流量4.95 m3/秒，多年平均來水量：14267萬m3
集雨面積： 852 km2 多年平均降水量：306 mm
主壩壩頂高程：1943 m
設計洪水位(P=1%)：1433.3 m 校核洪水位(P=1%0)：1941.5 m
南營水庫年徑流量受自然地理條件和氣候因素影響年際變化大，年內分配極不平衡。6-9月徑流量占年徑流量的73%為全年主汛期。最小徑流量0.7979億立方米，1991年最底年份最低月平均來水0.49萬立方米。可以防御百年一遇洪水災害，設計農業灌溉面積13.85萬畝，發電裝機2×1000KW年發電量640萬度兼有部分水面養殖與綠化等。
南營水庫距電廠18-20公里，興利庫容1080萬立方米大部分作為灌溉使用。電廠全年補給水量約780萬立方米。根據水資源特征與用水要求相適應原則，結合供水水源現有條件，考慮城市中水的可靠性，可以采用水庫興利庫容中一定的庫容量為備用水源，通過水利管理處調節部分灌溉用水來滿足電廠用水。
城市自來水備用水源：自來水廠設計日供水總規模10×104m3/d，現水廠日最大供水量僅4.6×104m3/d，一些單位和企業自備水源供水能力(含單位綠化用水0.45萬噸)為2.5×104m3/d，城市共計日供水能力為7.1×104m3/d，尚有日供水5.4×104m3/d能力，至2010年城市日供水能力總計為15.74×104m3/d，其中市自來水廠10×104m3/d，城東工業區水廠2.74×104m3/d、企業自備井3×104m3/d。實際日最大耗水量為10.7×104m3/d，自來水廠日供水剩余4.3×104m3/d能力。截止2004年底，武威市城區供熱鍋爐310臺，容量總計為1240噸，鍋爐供暖天數為150天，日最大耗水量7395噸，每年耗水量110萬噸。武威熱電聯產項目投產后絕大多數將被拆除，其耗水量可以作為電廠供水補充水量。
自來水廠到電廠廠址的補給水管長度5.0（公里）比水庫補給水管短13公里，補給水系統運行維護比水庫方便，管道漏損少，征地少.可見自來水備用水源系統的投資費用最少、工程量最少、建設周期最短，經濟技術上是可行的。因此，城市自來水作為電廠備用水源是可行的。
6.結論與建議
根據電廠建設規模、結合武威市現有供水現狀與當前火力發電廠工程建設的產業政策，本工程擬用武威市中水作為主要供水水源在技術上是可以實現的。應急水源選擇：關注自來水新的供水政策及電廠建設同步擴建水廠供水管網可行性。建議《水資源論證報告》專題研究南營水庫取水調度方案，滿足電廠用水量并報水利主管部門批準實施。
中水作為電廠主要供水水源水量大、需求連續、系統運行穩定。不僅節約水資源同時減少環境污染，符合國家積極推廣循環經濟，建立節約型社會的理念。
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