張桂鳳，劉雪峰

（1.中國(guó)電建集團(tuán)福建工程有限公司，福建 福州 350008；2.福建江夏學(xué)院工程學(xué)院，福建 福州 350108）

0 引言

為響應(yīng)國(guó)家環(huán)境保護(hù)工作的要求和號(hào)召，以及考慮到火電廠用水量大、工業(yè)用水嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，城市污水處理廠處理后的中水已經(jīng)成為火電廠新建機(jī)組的主要生產(chǎn)用水來(lái)源。此類水源不僅可以作為補(bǔ)充水、循環(huán)水，深度處理后還可以用作機(jī)組的水汽用水。由此可見，水資源的高效循環(huán)利用，對(duì)于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

城市中水來(lái)水量雖大，但存在加藥量大、成分復(fù)雜的共性問題，縱使去除了大部分的懸浮顆粒物、有機(jī)物、膠體等污染物，其成分仍然不能滿足火電廠的水質(zhì)要求。目前，火電廠主要采用石灰混凝處理工藝去除城市污水中的懸浮物、膠體有機(jī)物及硬度，而后通過(guò)過(guò)濾殺菌工藝處理，基本可以滿足火電廠的用水功能[1]。但是，由于城市中水本身的水質(zhì)成分比較復(fù)雜，加之處理工藝過(guò)程以及設(shè)備的操作要求比較嚴(yán)格，水質(zhì)指標(biāo)控制目標(biāo)的影響因素也較多。如果水質(zhì)處理不達(dá)標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備污染腐蝕、管道污堵、鍋爐結(jié)垢等問題，直接影響后續(xù)生產(chǎn)的可靠性和效率。因此，本文采用人機(jī)料法環(huán)分析法，對(duì)水質(zhì)處理全過(guò)程的影響因子進(jìn)行識(shí)別分析，并提供相應(yīng)對(duì)策，以提高水質(zhì)的穩(wěn)定性和處理系統(tǒng)的可靠性。

1 理論基礎(chǔ)及研究方法

1.1 中水處理工藝基本原理

城市中水經(jīng)過(guò)石灰軟化去除二氧化碳和暫時(shí)硬度，即先向待處理中水中投入生石灰，后加入絮凝劑和組凝劑促進(jìn)CaCO3、Mg（OH）2使水中污染物形成沉淀，從而縮短沉淀時(shí)間，通過(guò)吸附、沉淀和網(wǎng)捕作用去除中水中的大顆粒，同時(shí)降低水的硬度[2]。經(jīng)石灰混凝處理后的中水，其堿度和碳酸鹽硬度被大幅度降低，從而有效降低了循環(huán)水中產(chǎn)生結(jié)垢的概率，之后處理水經(jīng)過(guò)過(guò)濾器和清水池，通過(guò)殺菌消毒后達(dá)標(biāo)使用。中水處理工藝流程如圖1所示。

圖1 中水處理工藝流程

1.2 影響因素分析

構(gòu)成生產(chǎn)制造的五大要素分別是人（Man）、機(jī)（Machine）、料（Material）、法（Method）、環(huán)境（Environments）。其中，人指操作和制造人員，機(jī)指生產(chǎn)制造所用的設(shè)備和工具，料指原材料，法指工藝、方法、規(guī)程等，環(huán)指產(chǎn)品制造過(guò)程中所處的環(huán)境。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中這五大要素的運(yùn)行進(jìn)行分析的方法稱為人機(jī)料法環(huán)分析法，也稱為4M1E 分析法[3]。

1.2.1 人員對(duì)水質(zhì)的影響

雖然火力發(fā)電廠的操作人員需要專業(yè)培訓(xùn)并考試合格取得上崗證，但是生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作需要標(biāo)準(zhǔn)化的管理，并且進(jìn)行培訓(xùn)和監(jiān)管。同時(shí)，需要實(shí)驗(yàn)人員在火力發(fā)電廠中水處理系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)備階段做好各環(huán)節(jié)的小型試驗(yàn)，以確定最佳加藥劑量的工作。運(yùn)營(yíng)階段人員涉及影響水質(zhì)的主要環(huán)節(jié)分別為：①石灰乳加藥系統(tǒng)的操作，啟動(dòng)攪拌器、螺旋輸粉機(jī)、星形給料機(jī)將生石灰定量送入石灰乳攪拌箱內(nèi)，并監(jiān)控石灰乳加藥系統(tǒng)，調(diào)整石灰乳自動(dòng)加藥功能，使得進(jìn)水流量的變化和加藥量相匹配。②控制混凝劑、助凝劑、濃硫酸、次氯酸鈉加藥系統(tǒng)的運(yùn)行，分別向溶藥箱內(nèi)加入計(jì)算量。③機(jī)械加速澄清池和過(guò)濾池的運(yùn)行操作。該過(guò)程屬于半自動(dòng)化操作，需要人員監(jiān)管流量計(jì)量、酸堿度、流速、壓力和溫度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按規(guī)定系統(tǒng)查漏及沖洗，執(zhí)行設(shè)備全員生產(chǎn)維護(hù)（total productive maintenance,TPM）及6S 管理（整理seiri、整頓seiton、清掃seiso、清潔seiketsu、素養(yǎng)shitsuke、安全security），確保能承擔(dān)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行操作和事故處理。

1.2.2 設(shè)備及工具對(duì)水質(zhì)的影響

中水處理設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝要嚴(yán)格監(jiān)管，管道、防腐材料的選用要合理，運(yùn)營(yíng)過(guò)程要求設(shè)備可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，且信息反饋效率高，可以及時(shí)處理隱患?，F(xiàn)場(chǎng)工具配備齊全，重要測(cè)量?jī)x表需經(jīng)過(guò)計(jì)量部門檢測(cè)，以此保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.2.3 原材料對(duì)水質(zhì)的影響

涉及的原材料主要包括生石灰、濃硫酸、混凝劑、助凝劑、次氯酸鈉等，原材料的質(zhì)量及計(jì)量直接影響水質(zhì)的pH，鈣離子和鎂離子等化學(xué)成分的含量，從而產(chǎn)生堵塞和腐蝕等問題。

1.2.4 處理方法及工藝對(duì)水質(zhì)的影響

處理工藝基本滿足生產(chǎn)的需要，主要是人員對(duì)該過(guò)程水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)管和控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)易腐蝕、易結(jié)垢堵塞的環(huán)節(jié)并立即改善。

1.2.5 環(huán)境對(duì)水質(zhì)的影響

運(yùn)行過(guò)程發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的溫度會(huì)影響中水溫度，導(dǎo)致微生物和細(xì)菌滋生，同時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備管道的腐蝕老化產(chǎn)生影響。另外，現(xiàn)場(chǎng)良好的照明有利于提高人員的工作效率。

2 問題分析與對(duì)策

2.1 石灰乳的制備和投加系統(tǒng)堵塞

為了降低中水的堿度和硬度，通常使用石灰-混凝澄清處理工藝，將石灰乳加入水中，使其與水中的碳酸鹽成分發(fā)生反應(yīng)，生成可去除的碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀。該工藝是起始階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中石灰乳的制備設(shè)備和投加系統(tǒng)的正常運(yùn)行直接決定后續(xù)處理效果，涉及的因素包括設(shè)備、員工以及原材料，具體體現(xiàn)在石灰粉倉(cāng)堵塞、給料機(jī)堵塞、輸送管道堵塞。

該過(guò)程的改善方法主要是原材料生石灰的質(zhì)量必須合格，純度越高越好，其次是存放的條件濕度適宜，盡量保持高燥，同時(shí)保持填料與出料相匹配，不至于堆積而產(chǎn)生結(jié)塊。啟動(dòng)攪拌器、螺旋輸粉機(jī)、星形給料機(jī)過(guò)程需要人員監(jiān)管，從而保證投料設(shè)備正常運(yùn)行，因此需要制定嚴(yán)格的工作制度和操作標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 設(shè)備及管道的腐蝕

火電廠中水化學(xué)處理系統(tǒng)生產(chǎn)運(yùn)行中多個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備及其輸送管道都普遍存在被腐蝕的問題，其產(chǎn)生的原因基本可以分為3 類。①酸性腐蝕：由氨氮發(fā)生亞硝化、硝化反應(yīng)后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)造成。②生物腐蝕：高有機(jī)物環(huán)境下產(chǎn)生細(xì)菌且大量繁殖而造成。③電化學(xué)腐蝕：由高含鹽量和氨氮含量造成[4]。

通過(guò)經(jīng)驗(yàn)積累和數(shù)據(jù)的搜集，總結(jié)出影響設(shè)備腐爛主要涉及以下3 個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：①高位酸槽橡膠襯墊層出現(xiàn)腐蝕。②低位酸池設(shè)備內(nèi)壁及勾縫腐蝕。③在通水量最大也最薄弱的環(huán)節(jié)，水管道的腐蝕最為常見。不適宜的溫度、液體流速及介質(zhì)的濃度都會(huì)對(duì)設(shè)備表面的防腐層帶來(lái)較大的負(fù)面影響，加速了被腐蝕的可能。如果腐蝕嚴(yán)重，將會(huì)發(fā)生漏水等安全隱患，不僅造成水資源的浪費(fèi)，而且影響安全生產(chǎn)及設(shè)備正常運(yùn)行，其可靠性、穩(wěn)定性將失去保障。結(jié)合以上影響因素，在進(jìn)行管道的防腐設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)企業(yè)的實(shí)際運(yùn)行狀況，如水質(zhì)的特點(diǎn)、產(chǎn)能的大小、區(qū)域環(huán)境等因素，基本確定系統(tǒng)運(yùn)行較適宜的溫度、流速、微環(huán)境等參數(shù)，綜合考慮后選擇最合適的防腐材料及設(shè)計(jì)方案[5]。

2.3 設(shè)備及管道的結(jié)垢

結(jié)垢主要是化學(xué)剩余產(chǎn)物和微生物、有機(jī)物的產(chǎn)物。①澄清池中不能完全沉淀雜質(zhì)，尤其是過(guò)飽和溶液這類微小晶體狀物質(zhì)，在循環(huán)水受熱、蒸發(fā)過(guò)程中，仍有可能析出CaCO3沉淀等硬垢，影響系統(tǒng)換熱效率。②富含有機(jī)物的循環(huán)冷卻水及其補(bǔ)水會(huì)促進(jìn)細(xì)菌和藻類的繁殖生長(zhǎng)，并形成大量黏泥沉積于冷卻塔和換熱設(shè)備內(nèi)，造成系統(tǒng)堵塞和結(jié)垢。③懸浮物能促進(jìn)微生物繁殖，產(chǎn)生生物黏泥。④部分懸浮物可成為鈣、鎂離子的誘發(fā)晶核，造成結(jié)垢[6]。

循環(huán)水減少結(jié)垢的方法主要有以下3 種：①加硫酸調(diào)節(jié)pH+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。過(guò)濾前添加少量硫酸，以保持水中Ca2+和CO32-處于未飽和狀態(tài)，通常調(diào)節(jié)pH 在7.5～8.5。②石灰處理+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。③弱酸離子交換處理+復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑處理。

3 4M1E 分析法的分析與思考

針對(duì)以上的問題分析及對(duì)策，使用4M1E 分析法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)境不同的影響因素進(jìn)行分類匯總，具體如表1所示，可以根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況，不斷補(bǔ)充問題及對(duì)策。目前發(fā)現(xiàn)存在以下4 個(gè)問題。

表1 使用4M1E 分析法處理中水的問題分析及對(duì)策

（1）人員的正確操作和及時(shí)應(yīng)對(duì)是十分重要的，可通過(guò)有針對(duì)性的學(xué)習(xí)培訓(xùn)、落實(shí)責(zé)任制、制作標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)書等方式提高人員操作水平及應(yīng)對(duì)能力。

（2）設(shè)備監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋，是調(diào)節(jié)水質(zhì)的基礎(chǔ)，由此獲取準(zhǔn)確的硬度、堿度、pH、懸浮物等數(shù)據(jù)。

（3）源頭控制，中水處理的建設(shè)施工和設(shè)備安裝的合理設(shè)計(jì)能有效解決問題，減少維修和維護(hù)的成本。物料、材料的選擇和應(yīng)用需要嚴(yán)格把關(guān)。

（4）持續(xù)改善，由于城市中水水質(zhì)存在不夠穩(wěn)定、生產(chǎn)環(huán)境變化快等因素，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程的問題往往會(huì)被掩蓋，如堵塞、腐蝕泄露等情況。因此，通過(guò)4M1E 分析法列出所有已知存在的、預(yù)期的隱藏影響因素，供管理者和執(zhí)行人員參考，做好日常的TPM 管理和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)6S 管理，消除隱患，防范質(zhì)量問題的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)4M1E 分析法可以搜集各地火電廠中水處理的問題案例，積累影響因子類型，從而為新建及已運(yùn)營(yíng)的火電企業(yè)提供參考建議；通過(guò)單一火電企業(yè)內(nèi)部長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)問題，不斷補(bǔ)充表1的內(nèi)容，形成較為清晰的、有針對(duì)性的質(zhì)量管理方法；更加全面地找到問題的發(fā)生環(huán)節(jié)，無(wú)論是從人員組織與管理，還是技術(shù)及材料的選擇與改進(jìn)，都能直觀看到需要完善和控制的問題；系統(tǒng)地對(duì)中水處理進(jìn)行質(zhì)量管理。本研究在提升火電廠生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性、提高經(jīng)濟(jì)性效益等方面提供了行之有效的分析方法和解決途徑。