集成式生物化粪池在火力发电厂中的应用研究

华北地区某火力发电厂的生产主水源采用城市污水处理厂的再生水，再生水水质达到一级B的排放标准，电厂内的再生水深度处理站采取“曝气生物滤池+石灰混凝+砂滤”工艺。生产的清洁水用于循环水系统补充水、锅炉及热网补充水（精处理后）。火电厂产生的生活污水，常规的处理方式为设置一体化生活污水处理设施，而这种工艺投资高、运行成本高，且由于生活污水处理设施运行不稳定，故障率高，导致设施经常处于荒废状态。

本文提出了一种适合以城市再生水为水源的火电厂生活污水的处理及回用工艺。

1.火电厂生活污水量及水质

1.1 电厂生活用水量

2台30 万级的燃煤电厂的定员为389人，为计算方便取400人（最大班按照200人估算）。按照工业企业运行人员的生活用水定额，本工程最高日生活用水定额为30～50L/（人·班），使用时间8～10h，小时变化系数1.5～2.5，故最大日用水量为2.0×50×200÷8=2500 L/h=2.5m3/h，为便于计算并考虑一定的裕量，按照3m3/h进行设计。

1.2 电厂生活污水排水量

排水系统的排水定额一般按照相应的生活给水系统用水定额的85%～95%考虑，本文中取90%，则生活污水排水量为3.0×0.9=2.7m3/h。

1.3 电厂生活污水水质

电厂的生活污水主要为来自带水冲洗的大便器、小便器、卫生间洗手盆、墩布池及食堂的盥洗废水，污水内可能掺杂的固体物质有粪便、手纸、烟头、卫生巾、米粒、菜叶、动植物油，该类生活污水的有机物含量高，可生化性好。

一般未处理的粪水水质及国内已运行电厂生活污水处理站的实测数据，水质如下表所示[1]：

表1 电厂生活污水水质参数表

2.电厂生活污水常规处理工艺

2.1 工艺流程

火电厂生活污水处理一般采用生物接触氧化，流程如下[2]：

生活污水→格栅井→调节池→提升泵→初沉池→生物接触氧化→二沉池→消毒池→过滤→清水池

初沉池及二沉池产生的污泥部分回流至调节池，剩余污泥排至污泥池，由吸粪车运出厂外。

该工艺处理复杂，相当于一个小型的生活污水处理厂，各种泵类、风机繁多，运行费用高、初投资高[3]。

2.2 出水水质

生物接触氧化工艺的出水水质满足，CODCr≤50mg/L，BOD5≤10mg/L，SS ≤5mg/L，氨氮≤3mg/L。

对照《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918－2002中数据[4]，可以看出，生物接触氧化工艺的出水水质满足一级A标准。

处理后的生活污水将用作工厂的绿地浇洒、道路喷洒等杂用水；或将其回收至再生水深度处理站，经处理后用作电厂生产用水的技术方案[5]。

3.再生水水源的火电厂工程

3.1 再生水深度处理

以再生水为水源的火力发电厂，多处于城市近郊，生活及消防水源采用市政自来水，故厂内的净水站仅对再生水原水进行处理。

再生水深度处理站采取“生物曝气滤池＋石灰混凝澄清＋砂滤”，具有较强的去除COD、BOD、SS、NH3-N的能力，而处理后的水质需要满足《城市污水再生利用 工业用水水质》GB/T 19923-2005中的关于敞开式循环冷却水系统补充水的水质要求[6]。

由于城市再生水的出水水质已经达到一级A的标准，无论处理后的生活污水是否送至电厂内的再生水深度处理站，城市再生水在电厂内均需要进行深度处理，以防止再生水补充至电厂循环水系统中之后，富集浓缩，影响系统的安全运行。

3.2 再生水原水量与电厂生活污水量

华北地区某火力发电厂采用湿冷技术，再生水原水量（再生水深度处理站处理水量）为：夏季1797m3/h，冬季653m3/h；而生活污水最高小时产生量为2.7m3/h。

从上面数据可以看出，电厂内产生的生活污水量与电厂生产水源的再生水同源，即均是来自于人们生活过程中产生的洗浴、冲厕、餐饮等污水；生产水源的量远远高于生活污水的产生量。

4.新型的集成式生物化粪池

4.1 集成式生物化粪池特点

集成式生物化粪池介于化粪池和无动力污水处理设备之间，具有较好的污水净化效果。

集成式生物化粪池为玻璃钢圆桶形设备。内部设储粪仓一个、过滤仓五个和接触氧化仓一个。把传统的调节池、沉淀池、发酵池、过滤池和接触氧化池集成在一个容器里，还具备格栅、隔油的良好功能，污水的降解路线延长，出水杂质很少，净化效率提高[7]。

集成式生物化粪池结构紧凑，安装和粪渣清理比普通化粪池更为简便，主要结构特点有以下几点[8]。

（1）生活污水自进水管排入储粪仓，进水管和储粪仓口盖都具有密封构造，既防止上浮粪渣杂物堵塞进水管口，又对储粪仓起到密封作用，有利于粪便污水的厌氧发酵。

（2）储粪仓和过滤仓之间均由大面积半软性滤料隔离，进入储粪仓的粪渣杂物全部被阻隔在储粪仓内，不仅完全具备格栅作用，而且不必象格栅池那样需要经常清理截留污物。

（3）各仓都设有封闭隔板，相当于隔油挡板，各种浮油在隔板的阻挡下很难进入下一仓，从而具有隔油池的功能。

（4）粪便污水自上而下进入储粪仓，流速和流向都得到调节，粪水分离，沉淀下来的污泥在厌氧菌和兼性菌的作用下进行酸化、水解、各过滤仓也都有沉淀和发酵功能[9]。

（5）过滤仓相当于传统的生物过滤池，并把传统的上流式或下流式过滤改进为新颖的平流式过滤，既有利于生物挂膜和水流通过，又不会出现传统生物滤池滤料的堵塞现象。

（6）接触氧化仓设有进气口和拔气口，空气和水流呈逆向流，具有一定的好氧硝化作用。

（7）各仓都设有逆流孔，过多的污泥可在清理粪渣时通过逆流孔自动排入储粪仓，很方便地和粪渣一起清除[10]。

（8）化粪池盖板中央设有直径40cm的清渣口，并有开启方便的口盖，清理粪渣非常简便。

图1 集成式生物化粪池断面示意图

4.2 集成式生物化粪池的性能指标

集成式生物化粪池已被全国数十个单位、住宅小区、公园、度假村、宾馆饭店所选用，对几处集成式生物化粪池进出水状况多年进行的检测，综合数据如下[11]：

表2 集成式生物化粪池和普通国标化粪池的出水指标对比

可以看出，集成式化粪池处理效果稳定，且出水水质比普通化粪池的污染物去除效果好。

根据上表绘制的去除率对比关系如下图所示：

图2 不同化粪池方案的污染因子去除率对比

经过与《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918－2002中数据的对比，可以看出，集成式生物化粪池的处理效果非常接近国家二级排放标准。

5.电厂生活污水回用新工艺

5.1 回用方式

如前所述，生活污水经过集成式化粪池处理后可以与再生水原水混合，由于再生水深度处理站的水量为生活污水量的242～666倍，混合后的水质变化不大，电厂再生水原水、集成式化粪池的出水、混合后的再生水的水质参数如下表所示：

表3 生活污水回用水质对比

从上表可以看出，经过混合后，再生水深度处理站的进水水质变化非常小，由于污水处理厂的出水水质每日变化，通过混合，水质的变化基本在污水厂自身出水水质的变化范围内，因此，本工艺不次于再生水深度处理站的处理效果。

值得说明的是：在工艺设计时，有学者提出，集成式化粪池出水的水质较差，不符合再生水回用标准。但是，集成式化粪池的出水并没有直接用于回用，而是与电厂再生水原水混合，然后经过再生水深度处理站的混凝沉淀工艺处理后回用。从表3可以看出，虽然水质指标稍有恶化，但考虑到污水处理厂的出水水质指标本身每日都在变化之中，可以忽略生活污水对再生水原水水质的影响。

5.2 臭味影响及治理措施

由于化粪池工艺为厌氧处理工艺，为生化处理工艺的一种形式，其厌氧细菌可以将臭味物质（硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚等）分解；实际上化粪池出水基本无臭味[12]。而且即便有臭味，溶解在水中的臭味物质（硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚等）经过242～666倍的稀释，浓度也会大大降低，不会引起恶臭。

即便化粪池的处理效果出现故障，导致恶臭，可以采取除臭剂。目前市售的生物除臭剂（SUKAClean S/T）由多种有益菌和酶组成的生物活性剂，性质温和，环保无毒，可用于化粪池系统中粪便减量及除臭[13]，也可以根治粪便中有机物引起的管道堵塞及反味。该生物制剂既可以用于处理化粪池的臭味，又可以处理化粪池出水的臭味，用于处理污水时，每天大约投放10g的药剂，费用大概为8元/天，合2920元/年，处理成本很低[14～16]。

5.3 施工工期影响

由于本工艺简单，建构筑物少，仅需对场地开挖将集成式化粪池埋入地下，施工简单，无混凝土结构。本工艺比传统的生活污水处理站的施工工期大约节省30天左右。

5.4 投资及运行成本分析

5.4.1 初投资对比

埋地式生活污水处理站的费用约为70万元，而集成式化粪池为1.05万元/个，常规火电工程采用4个可以满足要求，初投资为4.2万元。节约初投资65万元，经济效益明显。

5.4.2 运行成本分析

埋地式生活污水处理站内设置两套污水处理装置，设置1.5kW水泵2台，11kW水泵4台，2.2kW风机2台，总功率为1.5×2＋11×4＋2.2×2=51.4kW，按一用一备考虑，常年运行的功率为25.7kW，按照0.3元/kWh的电价，年运行8000h计算，年运行成本为6.168万元/年。

而集成式化粪池，无鼓风曝气，无泵类运转，是一种自然的厌氧处理工艺，运行成本为零，即便是考虑使用除臭剂4座化粪池的年费用仅为1.16万元/年。

采用集成式生物化粪池工艺的运行成本比埋地式生活污水处理站运行成本节约至少5万元/年。

6.结论

（1）火力发电厂采用再生水水源时，电厂生活污水可采取用集成式生物化粪池处理，然后与再生水原水混合，深度处理后回用至循环水系统。

（2）集成式生物化粪池出水水质接近二级排放标准，至再生水原水混合后，对再生水原水的水质影响非常小。

（3）本技术初投资比传统常规工艺节约65万元，运行成本节约5万元/年，经济效益明显。