火电厂对城市污水资源化利用的工程实践及效益分析
张学勤 李永和 窦学军
三河发电有限责任公司（河北 邮编065201）
[摘 要]本文介绍了三河发电厂利用城市二级排污水做为电厂补充水源的最新工程实践，重点对利用城市污水后产生的社会效益及经济效益做了分析。
[关键词] 城市污水 循环冷却水 水资源
1 前言
2007 年第十五届“世界水日”的主题是“应对水短缺”，可见水资源的短缺成为全球面临的严重问题，水资源的日益匮乏给粮食安全和人类生存带来相当大的危害。中国的缺水情况尤为严峻，以河北为例，目前该省每年都要超采四十至五十亿立方米的地下水来弥补用水缺口。由于地下水超采，致使河北形成近四万平方公里的中国最大地下水超采漏斗群，同时造成平原区河道干涸、湖泊湿地萎缩土地沙化、地表和地下水污染、地面沉降、海水入侵等一系列严重后果。专家分析，随着京津冀三省市用水量急剧增加，水资源供需矛盾和水事纠纷日趋突出。水资源紧缺及其造成的生态环境恶化已成为制约京津冀经济、社会可持续发展的重要因素。在各工业企业中，电力行业是资源占用及污染排放的大户，电厂实施各种形式的节能减排措施是当务之急。本文以国华三河发电厂在资源化利用城市污水的工程实践为例，分析火电厂对城市污水资源化利用后产生的各种效益，分析污水资源化管理方面存在的一些问题以及改善方法。
2 国华三河发电厂利用污水发电工程介绍
2.1 电厂建设工程概况
河北三河发电有限责任公司（以下简称三河发电厂）地址位于河北省三河市燕郊镇马起乏乡西辛营与赵辛庄之间，地处燕郊经济技术开发区东侧边缘。燕郊镇与北京的通县隔潮白河相望，厂址西距通县17km、北京市区37.5km，东距三河市17km。电厂一期工程安装了两台350MW 凝汽机组，已于2000 年投产发电，二期工程安装两台300MW 供热机组，预计2007 年实现双投。电厂原有规划的水源地有两处，位于电厂的东北部，为齐心庄和北务水源地，分别距电厂约11km 和20km，水源均为地下水。一期工程已开发了齐心庄水源地，允许开采量为B 级64000m3/d，北务水源地未予开采。为节约宝贵的地下水资源，电厂二期
工程不再开采地下水作水源，而是采用北京市城市污水处理厂（通州污水处理厂和燕郊污水处理厂）经过深度处理后的中水作为循环冷却水的补充水。
2.2 城市污水水源情况
通州卫星城中心区污水处理厂在2006 年已经基本建成投产，处理能力为10×104m3/d 。
该污水处理厂位于土桥北，玉带河西侧，处理后的污水退入玉带河。预测通州卫星城中心区污水处理厂远景规划污水量为21×104m3/d；2010 年污水量将达到12×104m3/d。随着北京市污水再生利用的进一步发展，通州卫星城中心区污水处理厂的再生水（包括中水和二级出水）用量将不断上升。通州污水处理厂的规划中水回用范围为通州卫星城中心区，中水主要用途为回用范围内的建筑冲厕用水、绿地浇洒用水、道路浇洒用水；东方化工厂、造纸七厂等工业企业的循环冷却水；此外还包括北运河通州卫星城段等城市河湖的环境用水。根据预测，通州污水处理厂的中水总用量远景为10×104m3/d，2010 年预计达到4×104m3/d。通州污水处理厂采用的处理工艺流程如下：原污水􀃖隔栏􀃖曝气沉砂池􀃖初沉池􀃖曝气池􀃖二沉池􀃖接触池（加氯）􀃖出水，出水水质标准：pH 6-8.5；SS≤50mg/L；CODCr≤20mg/L；BOD5≤60mg/L；氨氮 <15 mg/L。
三河发电厂二期工程用水量平均日为3.0～4.0×104m3/d，最高日为5.0×104m3/d，根据以上通州污水处理厂污水量以及再生水用量的现状、2010 年、远景分析，污水处理厂在水量上可以基本保证三河发电厂循环冷却水规划用量。
根据通州卫星城中心区污水处理厂的处理工艺设计，其二级出水可以达到北京市《排入地表水体及其汇水范围的水污染物排放标准》，二级出水需要进一步处理，可以达到《污水回用设计规范》提出的间接冷却水的水质要求。
燕郊污水处理厂水源燕郊污水处理厂规划为2 座，目前规模为1.3×104m3/d 的东污水处理厂位于电厂西南角外侧，已建成试运行，现状处理污水约1.2×104m3/d。规模为5×104m3/d的西污水处理厂可研报告已经通过河北省发改委的批复（冀发改投资[2004]114 号），预计2007 年底建成。考虑到供水可靠性及输水距离等综合因素，电厂二期工程补充水源以通州卫星城中心区污水处理厂二级处理污水作为主要水源，燕郊污水处理厂二级处理污水为第二水源。
2.3 电厂处理城市污水的工艺
由于直接使用城市污水处理厂出水，水质不能满足电厂用水的要求，必需进行污水深度处理。本工程污水深度处理采用石灰凝聚澄清过滤处理系统。工艺流程如下：

经上述系统处理后的水质为： 碱度：0.4～0.8mmol/L；pH：8.8～9.2； 浊度：≤1.0mg/L。
污水深度处理系统的出力按1600t/h 设计。
本期工程污水深度处理系统按无人值守、运行人员定期巡视设计，操作员工作室设在一期工程锅炉补给水处理站的控制室内。石灰、聚合硫酸铁等加药系统采用单元制方式运行。
控制水平采用以PLC 和上位机为监控中心的微机控制系统，不设常规仪表控制盘。各水池的液位控制和石灰计量控制由微机来实现自动调节。澄清池的排泥、过滤池的反洗等程序均由PLC 来完成。
城市中水采用石灰处理工艺处理后用于循环补充水，配合加酸加入适当的水质稳定剂和杀菌剂，处理技术可行、可靠，投资、运行成本相对低，国内外成功案例较多，被证明是一种成熟可靠的工艺系统，本文对此不做详细描述。另外在电厂凝汽器的选材问题上，考虑到水源为城市污水，常规的黄铜管耐受氨蚀等性能较差，所以选用了T316L 不锈钢材质，进一步加强了电厂系统运行的安全性。
2.4 城市污水输水管线工程
目前在国内利用城市污水的工程，基本是利用本地附近污水处理厂，以方便就近输送污水。在国外城市污水输送最长的是1988 年投运的美国最大的核电站－帕洛弗迪核电站，是采用城市二级污水，经61km 的输送管道到核电站再进行石灰等深度处理的。
三河发电厂二期工程，在经过多方论证后，采用跨省市利用城市污水的方式，在国内开创了城市污水跨地区进行资源化利用的先河。三河发电厂工程污水输送管线的特点是：供水管线较长，全长24.49 公里，管线用地及施工状况也很复杂。污水供水管线按区域可分为通州段和燕郊段，整条管线要穿越四条河（潮白河、北运河、运潮减河和玉带河）、两条沟（减运沟和丰字沟）和两条铁路（京秦铁路和东方化工厂铁路专用线）。

通州段全厂12.54 公里，输水管线经过通州污水处理厂内的中水加压泵站加压后，向北穿越玉带河、沿净水西路南侧绿化带-梨园南街南侧辅路（过东方化工厂专用铁路）-滨河东路西侧围墙内-向东穿越北运河（顶管施工），然后沿新的运河东大街南侧（已完成）向东穿越东六环（顶管施工）至通胡南路（已完成），继续向东沿运河东大街现状路南侧铺设至运潮减河东南侧附近的果园，然后再改沿果园内道路至运潮减河桥西北过运潮减河，过运潮减河后沿潮白河西岸大堤外侧铺设160 米左右，然后向东穿越潮白河到三河燕郊。
燕郊段管线全长为11.95km，DN700 的输水管线自三河发电厂东南端穿电厂桥沿铁路专用线及京秦铁路东及北侧行至马起乏村铁路涵洞处，在其东侧垂直铁路下穿至铁路南侧，沿京秦铁路南侧向西行至汇福粮油公司用地附近高压线，沿高压线东侧向南行至高压线尽端（监狱围墙北侧规划路），再折向西穿越至汇福路西侧，沿汇福路西侧向南敷设至220kv高压线南侧，向西拐沿高压线行至潮白河，向西穿越潮白河至通州。
至此，通过北京市通州区的12.54 公里污水输水管线加上河北省三河市燕郊镇的11.95公里污水输水管线，实现了跨省市的城市污水资源化利用。
3 三河发电厂二期工程对城市污水资源化利用的效益
3.1 三河发电厂地下水使用情况
三河发电厂水源规划的依据是全国矿产储量委员会相关批文（储发【1994】243 号）。
全国矿产储备委员会根据水文地质详勘报告，批准河北省三河发电厂齐心庄水源地岩溶水允许开采量B 级64000m3/d；北务水源地孔隙水允许开采量B+C 级67000m3/d，其中B 级50000m3/d。
一期工程两台350MW 机组的水源为齐心庄水源地深层地下水，设计补水量49300 吨/天。目前三河发电厂一期工程在使用地下水的问题上，采取了很多节水措施，使得实际用水量远小于设计量。运行6 年以来的实际补水量约27000 吨/天，每年实际消耗900～1000 万吨左右。发电水耗2.05kg/kwh，低于3.84kg/kwh 的电力工业火力发电取水定额，接近发达国家同类型电厂1.90kg/kwh 的水平。尽管如此，公司在三河地区也属于首屈一指的使用地下水的大户，随着地方用水政策的紧张，地下水费用的大幅度上涨，发电成本也将因水而上升。因此，三河发电厂二期工程，采用城市污水做水源，以期节约大量宝贵的地下水，不仅是为降低电厂发电成本，取得经济效益，同时也是为落实国家环境保护政策，保护地下水资
源，主动承担企业社会责任。
3.2 三河发电厂使用城市污水的效益分析
在电厂中，按水源的不同，会采用不同的水处理措施使水质适用于热力系统，同时也会选择不同的材料以适应水质。以三河发电厂为例，用城市污水时，与用地下水相比，增加水处理设施的造价约4000 万元（其中土建费用2000 万元，设备购置及安装费用2000 万元），换热系统材料改善（如以不锈钢管凝汽器代替铜管凝汽器）费用增加1000 万元，增加水处理消耗性材料300 万元/年，增加运行维护费用及运行人工费用100 万元/年，输水管线工程及供水系统运行维护等费用基本持平，按固定资产折旧（按平均年限法、土建20 年、设备10 年、净残值10%）370 万元/年计算，每年用污水的费用增加770 万元，相当于每吨污水
的使用成本比使用地下水增加0.77 元。如果按照现行地下水3.2 元/吨、城市污水1.0 元/吨的价格计算，使用污水的效益是1.43 元/吨，按每年1000 万吨的用水量计算，每年节省费用1430 万元。
该项目的社会效益分析：三河发电厂地下水水源地位于河北省廊坊地区北部，在地下水补给资源量分布上该地区属地下水补给贫乏区，在地下水资源开采潜力上属地下水超采区，而电厂的用水量相当于整个燕郊地区的居民生活用水量。电厂发电的社会效益很大，承担的社会责任也很重大，面临的环境保护的压力也很大。在电厂的经营上，要取得可持续发展的主动权，就需要主动落实国家环保政策，主动承担节约自然资源的社会责任。同时，电厂减少开采地下水，大量使用城市污水，也极大促进了地方对国家环保政策的实施进程，加快城市污水处理站建设的规模与速度，提高城市污水再利用程度，在提升企业社会形象的同时也提升地方城市环保形象，是一举多赢的项目。
4 存在问题分析
4.1 地方城市污水集中处理工程进展滞后
据《2006 年国家城市环境管理和综合整治年度报告》所述，全国城市环境基础设施建设问题突出。全国城市生活污水集中处理率平均仅为42.55%，200 个城市生活污水集中处理率为0，占“城考”城市总数的33.61%。首都、省府等大城市环保规划较为完善，城市污水处理设施投运较好，但大部分小城市、乡镇的污水集中处理还处于远景规划阶段，这就给一般选址远离大城市的火电厂利用污水发电带来困难，三河发电厂地处三河市燕郊镇，但因燕郊镇的5 万吨/天规模的污水处理厂尚未建成，不得不舍近求远，跨省选用了北京市通州区的污水水源，大大增加了污水使用的成本。
4.2 缺乏支持企业积极使用城市污水的管理机制
企业使用城市污水，不但要增加大量的设施设备的投资，而且要承担企业生产事故几率增加的风险，经营压力增加，直接经济效益减少。回用城市污水的最大受益者是社会，当然，做为社会成员的企业，应当承担社会责任，应当追求长远利益，追求可持续发展。但最好有地方政府的实质性的政策支持，形成对污水资源分配使用的长效管理机制。在目前情况下，地下水、地表新鲜水、城市污水、中水等定价较为混乱，打击了企业回用污水的积极性，导致合格污水的大部分直接排放，回用率很低。要使企业使用污水时早使早受益，要提高企业使用城市污水的积极性，就要在污水回用的开始阶段定价要低一些，在建设污水输送管线时规划、征地、拆迁的协调力度再大一些。
4.3 在污水处理技术水平上有待提高
近年来，城市污水回用技术有很大发展，电力行业在污水回用方面也做了大量工作，但由于受到污水深度处理技术水平的限制，电厂使用城市污水时承担的运营成本还是比较高的，同时引发生产事故的风险也比较大，如深度处理后的污水中含有的有害离子引起的热力系统腐蚀与结垢的问题；污水中氨氮磷化合物引起的系统内微生物大量繁殖问题；深度处理后的污水高倍浓缩后的排污水再度处理问题；这些问题需要进一步花大力气研究解决，才能使电厂在使用城市污水时无后顾之忧。
5 总结
城市污水经过处理后，成为再生水，成了人们的第二水资源。这样的资源不能得到合理的使用，就会淡化污水处理的意义。二级污水处理厂的出水再经过深度处理，能够满足电厂循环冷却水的用水水质标准，尽管与原来使用优质淡水资源相比，水处理费用和运行风险是增加了，但也能带来直接的经济效益，而电厂对城市污水资源化利用的社会效益是巨大的，通过利用城市污水，不仅补充了水资源的短缺，地下水等优质水源的消耗量也会大大减少，同时污水处理厂也减少了排向水域的污水量，创造了可观的环境效益。电厂等水资源消耗大户，应以节约水资源、造福一方百姓为己任，在城市污水资源化利用上，进一步开展降低水处理成本、提高利用率的研究，达到优质淡水零使用、废水零排放的目标，为社会发展做出更大贡献。
参考文献
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[3] Metcalf & Eddy，Inc.秦裕珩等译，废水工程－处理及回用，北京：化学工业出版社，2004
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