中水回用在中國已有近30年歷史,早在1973年東方紅煉油廠就已經(jīng)將二級處理過的部分污水回用于循環(huán)水系統(tǒng),此后又有多家企業(yè)逐漸采用中水做系統(tǒng)補水,但由于受污水系統(tǒng)處理效果影響,中水水質(zhì)不穩(wěn)定,影響了中水回用的實際應(yīng)用效果，在排水車間增加一套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,中水主要作為一循系統(tǒng)補水使用,回用量根據(jù)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(tǒng)產(chǎn)生的影響

中水作為補充水回用循環(huán)水系統(tǒng)時,需要控制各項指標合格,才能減小對循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)影響,但在實際使用過程中,由于污水處理過程中不可控因素較多,中水回用時水質(zhì)易頻繁波動,短期內(nèi)對循環(huán)水系統(tǒng)影響較小,若持續(xù)時間較長,則會引起循環(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

筆者所在廠一般直接使用達標污水做中水處理水源,但當(dāng)污水處理廠受到外部來水沖擊時,氨氮處理效果將會受到影響,最終體現(xiàn)在中水處理環(huán)節(jié)時,就會引起中水氨氮超標。氨氮超標時,將會對循環(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。氨氮會在細菌的作用下發(fā)生硝化反應(yīng),產(chǎn)生H+,造成循環(huán)水pH異常波動，pH受中水氨氮含量偏高影響較大,整體運行偏低,若不及時調(diào)整,會大大增加系統(tǒng)腐蝕風(fēng)險。

(2) 增加循環(huán)水異養(yǎng)菌控制難度。氮、磷本身即為菌藻類生長的必需營養(yǎng)元素,氨氮含量較高時,可以為細菌提供充足的營養(yǎng)物質(zhì),若在其適應(yīng)的溫度環(huán)境下,會大量繁殖,容易增加系統(tǒng)管道內(nèi)生物黏泥量,這些生物黏泥附著在設(shè)備表面,不僅影響換熱效果,還會促進垢下腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

(3) 增加循環(huán)水殺菌劑耗量。循環(huán)水場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(yīng),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,而且水體中氯根過高,也會加劇設(shè)備腐蝕速率。

堿硬度的影響

鈣硬度和甲基橙堿度之和稱為循環(huán)水容忍度,是循環(huán)水結(jié)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(guī)定》要求,建議最適應(yīng)的控制范圍應(yīng)小于1100 mg/L。在實際生產(chǎn)過程中,根據(jù)一循運行多年的經(jīng)驗,最適應(yīng)的控制范圍應(yīng)小于900mg/L,若超過這個控制界限,將會導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢風(fēng)險加劇,同時也會引起循環(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)生了一些問題。

(1) 增加結(jié)垢風(fēng)險。中水水質(zhì)指標正常時,容忍度基本維持在800mg/L左右運行,而中水自身堿度偏高時,則會引起循環(huán)水容忍度上升。2013年4月中水堿度超標時,循環(huán)水總堿度全月運行在500mg/L以上,容忍度也超過900mg/L,且連續(xù)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,在同一個水系統(tǒng)中堿度的大小也間接反映pH的高低,即堿度高時,pH相對較大;堿度低時,pH相對較小。正常情況下,水體中的pH受OH-、HCO3-和CO32-三者制約,會達到一定的平衡狀態(tài)：2HCO3-→H2O+CO2+CO32-

當(dāng)pH過高時,CO32-濃度增高,因為CaCO3的溶度積較小,勢必會增加系統(tǒng)的結(jié)垢風(fēng)險〔2〕。2013年4月中水堿度不達標時,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(dǎo)率的影響

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

一循環(huán)在回用中水前電導(dǎo)率基本運行在1 800~2000μS/cm左右,但當(dāng)引入達標中水后,由于其電導(dǎo)率一般是新鮮水作補水時的2~3倍,使得循環(huán)水電導(dǎo)率迅速上升至2300~2500μS/cm運行。當(dāng)中水電導(dǎo)率超過1200μS/cm的控制界限時,將會進一步導(dǎo)致循環(huán)水電導(dǎo)率大幅攀升。過高的電導(dǎo)率致循環(huán)水場必須進行適量排污換水,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(shù)降低,也將進一步增加后期水耗。

余氯的影響

中水在經(jīng)提升泵送往循環(huán)水場前,也需要進行殺菌消毒,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(jiān)測需要班組人員自行采樣分析,這就造成中水余氯監(jiān)測的不規(guī)律性,同時個人操作手法的差異也會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。通過觀察2011年中水與循環(huán)水余氯變化趨勢發(fā)現(xiàn):2011年中水全年余氯控制整體偏高,均值達到8.0mg/L,波動也較大,回用循環(huán)水場后,造成循環(huán)水余氯波動。

(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)換熱器點蝕的重要因素,若金屬材料的殘余應(yīng)力未消除或有較高溫度時,氯離子質(zhì)量的存在就會造成應(yīng)力腐蝕開裂。循環(huán)水場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(tǒng)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(shù)量較少,故需要重點關(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(dāng)中水氯離子質(zhì)量濃度超過200mg/L時,則會引起循環(huán)水氯離子濃度進一步上升,2011年中水氯離子濃度偏高時,導(dǎo)致循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度最高達536mg/L,直接導(dǎo)致部分月份腐蝕速率超標。

(2) 中水余氯波動增加循環(huán)水強氯精投加難度。根據(jù)生產(chǎn)需要,循環(huán)水場每日根據(jù)化驗結(jié)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,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是一個非常重要而又容易超標的控制指標。循環(huán)水場在回用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)水場使用的是氧化性殺菌劑,容易和這些有機物質(zhì)進行反應(yīng),為了保證殺菌劑的濃度,需要增加強氯精的投加量,無疑增加了運行成本。

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

2014年4月由于中水COD含量偏高,導(dǎo)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,但隨著水資源的緊缺,節(jié)水減排是企業(yè)今后發(fā)展的趨勢,可以通過加強日?，F(xiàn)場的管理、不斷優(yōu)化工藝操作等方式進一步降低回用中水帶來的各種問題,將中水對循環(huán)水系統(tǒng)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,而筆者所在廠污水回用裝置在設(shè)計時忽略了含鹽量對循環(huán)水系統(tǒng)的影響,而且現(xiàn)有條件下,污水處理廠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法保證含鹽量達標。為此,鋪設(shè)了一條應(yīng)急池至排水的DN 200專用管線,將應(yīng)急池收集的清凈廢水輸送至排水車間,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(zhuǎn),但由于目前各裝置都在推行節(jié)水減排,日常真正能夠被應(yīng)急池收集的清凈廢水越來越少,當(dāng)污水處理場被沖擊,生產(chǎn)異常時,清凈廢水用量的減少容易造成中水水質(zhì)的不穩(wěn)定。因此確保中水裝置進水水源的穩(wěn)定是保證中水水質(zhì)達標的關(guān)鍵,建議應(yīng)加強各裝置的清污分流管理,污水處理場應(yīng)加強水質(zhì)監(jiān)控,水質(zhì)異常時,及時增加清凈廢水的稀釋量,保證出水合格。

加強中水水質(zhì)監(jiān)控

由于循環(huán)水場關(guān)于中水水質(zhì)的分析項目每周只有一次,但排水車間每天都有關(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(yīng)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(yīng)聯(lián)系排水裝置調(diào)整,連續(xù)超標時應(yīng)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(wěn)定循環(huán)水質(zhì)至關(guān)重要。使用中水后首先要及時關(guān)注循環(huán)水水質(zhì)變化趨勢,當(dāng)中水相關(guān)指標偏高時,應(yīng)該有預(yù)見性地調(diào)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水質(zhì)異常時的藥劑投加控制方案,如pH偏低或偏高時的投堿、投酸量控制,余氯偏低時強氯精的投加方式等,盡可能地使藥劑投加操作在結(jié)合經(jīng)驗的同時,做到精確、平穩(wěn);再次要根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)的運行情況,定期評估現(xiàn)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(tǒng)腐蝕結(jié)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(shè)施,提高循環(huán)水的過濾水量,保證大于3.0%。摸索濾池的最佳反洗周期,根據(jù)水質(zhì)情況可適當(dāng)提高反洗頻次和反洗時間。

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

(3)針對循環(huán)水濃縮倍數(shù)上升過快的問題,可采取連續(xù)少量換水的方式保持濃縮倍數(shù)的穩(wěn)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(tǒng)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。實際使用中,應(yīng)該采用分階段調(diào)整中水用量的方式,逐步調(diào)整回用比例,每個階段都要重點關(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(jié)語

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

(2)一循現(xiàn)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,進一步提高中水水質(zhì)的達標率和中水供應(yīng)的穩(wěn)定性,加強中水使用期間的運行管理和水質(zhì)監(jiān)測,做好調(diào)整,爭取使中水回用率達到100%。

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