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(biāo)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(biāo)異常,給循環(huán)水的運行管理造成困難。回用控制指標(biāo)如表1所示。

氨氮的影響

筆者所在廠一般直接使用達標(biāo)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(biāo)。氨氮超標(biāo)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(xì)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(xì)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(biāo),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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)嚴(yán)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(biāo)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(biāo)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(xì)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(zhǔn)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(biāo)。

(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(biāo)污水,故COD是一個非常重要而又容易超標(biāo)的控制指標(biāo)。循環(huán)水場在回用COD超標(biāo)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(biāo)嚴(yán)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(biāo)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(biāo)污水作為中水裝置水源無法保證含鹽量達標(biāo)。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(biāo)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(biāo)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(biāo)超標(biāo)或者偏高,則應(yīng)聯(lián)系排水裝置調(diào)整,連續(xù)超標(biāo)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(biāo)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(biāo)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(xì)菌、腐蝕率、加藥量等指標(biāo)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(biāo)中水,不僅可以促進循環(huán)水水質(zhì)達標(biāo),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(biāo)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?fàn)顩r,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)。