高效反渗透废水处理工艺在电厂废水零排放中的应用 6页

'高效反渗透废水処理工艺在电厂废水零排放中的应用胡小武（神华亿利能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯014300）摘要：工业废水处理工艺系统越来越广泛应用于企业的废水处理中。神华亿利煤肝石电厂利用高效反渗透废水处理工艺系统対电厂中的各种工业废水进行处理从而达到废水再循环利用，实现了废水零排放。尖键词：零排放废水处理火电厂灰水循环冷却水工业废水中图分类号X773文献标识码4文章编号1674-8492（2011）05-092-051概述我国是个水资源短缺的国家，人均水资源量约为2200m3约为世界平均水平的四分之一。而且水资源供需矛盾突出，据统计全国600多个城市半数以上缺水，其中108个城市严重缺水。随着经济的发展，用水量持续增长，用水结构也在不断调整，节约用水、高效用水是缓解水资源供需矛盾的根本途径。在全国总取水量中衣业约占70%，工业约占20%,生活约占10%。而我国火力发电厂取水量约占总工业取水量的50%。因而发电企业实施节水及高效用水战略不仅是电力行业的一个经济问题，更是关系到电力工业持续发展和保证经济和社会快速健康发展的重大社会问题。本文分析了反渗透系统运行的特点，对制约反渗透系统回收率提高的因素进行了分析，并结合神华亿利煤歼石电厂高效反渗透废水处理工艺系统的应用实例，充分阐述了高效反渗透废水处理工艺系统在工业废水处理中的有效应用。2项目简介神华亿利煤砰石电厂位于内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗，该厂安装有4x200MW空冷发电机组。采用循环流化床脱硫工艺，由于没有下游用户，电厂各种废水难以处置。为减少全厂外排废水量劉氐单磁电量取水量，电厂实施了废水零排放工程；I各各种废水经深度处理后进行回用。神华亿利煤砰石电厂4x200MW电厂废水〃零排放"工程项目于2009年9月正式开工,2010年（月开始进入调试阶段,2010年9月正式移交生产。3工业废水处理工艺的选择神华亿利煤砰石电厂高效反渗透废水处理工艺系统主要采用〃石灰软化+过滤+离子交换+反渗透〃的处理工艺，主要包括废水收集和输送系统、预处理系统、离子交换系统、反渗透系统、RO浓水回用系统、加药系统、压缩空气系统。3.1神华亿利煤肝石电厂工业废水种类及特点电厂所排工业废水主要有四类，一类是含油的废水，主要是油库区的含油废水，这部分水水量小，为非连续性工业废水；一类为使用后盐份浓缩的废水注要是循环水排污水和化学车间的废水;一类为使用后悬浮物增加的水，包括主厂房地面冲洗水和无阀滤池反洗排水；一类为温度较高的锅炉排污水和疏放水。这四类工业废水目前在电厂管系系统为合流制，也就是目前电厂所有的工业废水都通过总排口排放。3.1.1含油废水油库区的含油废水由于油的含量较高，处理水量较小，平均仅有l〃/h，工业废水处理系统将这部分水从工业废水管网中分流出来，单独改造含油废水排放管道系统，将这部分废水就近排放到煤场随煤一起燃烧处理。3.1.2循环水排污水厂区内的循环水是混凝澄清处理后的黄河水经机械通风冷却塔自然浓缩至1.5~2.5倍后的水，且水中添加了一定量的缓蚀阻垢剂和杀菌剂，连续排放,排污量45m3/h，部分送至输煤系统和煤场逬行冲洗、喷洒、抑尘，剩余部分排至厂区内的工业废水管网。冷却塔排污水水质见表1。 表1冷却塔排污水水质项目单位分析结果项目单位分析结果全固形物mg/L1811.2碱Pmmol/L13溶解固形物mg/L1786.8度M总mmol/L11.5悬浮物mg/L24.4硬硬mmol/L&83_氧化硅mg/L18.82詈暂硬mmol/L钙离子mmol/L3.67皮永硬mmol/L钠离子mg/L710.8pH9.13氯根mg/L178co%mg/L6.67磷酸根mg/L3.0电导率Ms/cm25603.1.3水处理车间废水化学车间锅炉补给水处理系统采用超滤、反渗透、离子交换除盐工艺，排水包括反渗透设备清汾水、反渗透浓排水、中和处理后的离子交换树脂再生废水。清洗水排放量2〃/h水质好，回收至冷却塔。废水排放量46讦/h排至厂区工业废水管网。化学车间排水水质见表2。项目单位分析结果项目单位全固形物mg/L1154碱戶Pmmol/L溶解固形物mg/L1136碱度M总mmol/L悬浮物mg/L18硬mmol/L二氧化硅mg/L34.76硬度暂硬mmol/L钙离子mmol/L6.03永硬mmol/L钠离子mg/L135.4pH氯根mg/L118co%mg/L磷酸根mg/L0.2电导率M表2化学车间排水水质分析结果016.622.23&111.0917983.1.4地面冲洗水和无阀滤池排污水电厂内的无阀滤池需要进行定期反冲洗，用工业水进行反冲洗时将产生一部分废水，折合到小时平均排放量为6m3/h悬浮物含量50~100mg/L其它水质指标同原水水质。废水排至厂区内的工业废水管网。主厂房冲洗产生间歇性排水，平均排放量约3m3/h，排至厂区内的工业废水管网。3.1.5锅炉排污水和疏水电厂内4台锅炉定期排放污水，平均排放量27.6nWh疏放水平均排放量4m3/h水温约110工排水水质见表3O3.2废水処理工艺及设施选择3.2.1废水処理系统的设计原则电厂所排废水为厂内未能重复利用的废水，成分复杂水质差别较大。生活污水中有机物含量高，易生化，工业废水中无机盐含量高，有机物含量低，因此将生活污水和工业废水进行1分类收集、分类处理、分质回用，废水处理站分为生活污水处理系统和工业废水处理系统。因生活污水由园区统一处理本工程只考虑工业废水处理。表3锅炉排污水水质项目单位分析结果项目单位分析结果二氧化硅mg/L2.57碱Pmmol/L0.8钙离子mmol/L0.1度M总mmol/L1.2钠离子mg/L1.03硬mmol/L0.17氯根mg/L4.0暂硬mmol/L磷酸根mg/L0.4丿旻永硬mmol/L电导率ps/cm78.4pH9.473.2.2系统设计进水水质工业废水除盐处理系统进水由循环水排污水、化学车间排污水以及锅炉排污水和疏水组成，其水质分别见前表1、表2。根据进入废水处理站的排水量加权平均计算的含盐废水混合后的水质见表4，部分指标考虑最差水质。表4工业废水除盐系统进水水质项目单位分析结果项目单位分析结果全固形物mg/L1483碱Pmmol/L0.65溶解固形物mg/L1462度Mmmol/L16.6悬浮物mg/L21硬总硬S暂硬展永硬mmol/L22.23融硅SOmg/L27mmol/L钙离子mmol/L4.9mmol/L钠离子mg/L424pH值8.6氯根mg/L148mgOA3.9全铁mg/L233电导率M2180磷酸根mg/L1.6三价铁mg/L2193.2.3系统设计出水水质出水送入化学车间锅炉补给水处理系统的淡外箱或清水箱，出水水质要求达到离子交换系统的注水水质要求。根据《工业用水软化除盐设计规范》（GB/T50109-2006）具体水质指标见表5、表6。表5废水零排放处理系统出水水质序号项目单位基本设计值1浊度NTU<22水温°C5~403co九mg/L<24游离氯（以CI2表示）mg/L<0.]5铁（以Fe表示）mg/L<0.3表6预处理设备出水水质序号项目单位基本设计值重力滤池出水NTU<5硬度mmol/L<2/弱酸阳床出水硬度mmol/L<0.1 项目高效反渗透(HERO)常规反渗透(R0)<75%，浓水排放量较大。预处理逬水需去除硬度,但对逬水系统中的SDI没有限制。膜的清洗虽然预处理中超滤系统巨去除大分子长链有机物隹小分子的有机物同样可透过超滤，所以反渗透依衆存在有机物污染，还存在碩垢、硅垢、油脂、颗粒物等污染，需进行在线反洗和定期化学清洗控制复杂。项目高效反渗透(HERO)常规反渗透(R0)在预处理中已去除Ba、Sr及硬度等多价离子•不会产生药剂CaF2等难溶物，无需添加昂消耗贵的阻垢剂，减少了清洗次数缩短了停机时间，降低了运行费用。反渗透的回收率取决于水冲的难溶物有些盐与pH值崔关比如CaCO3和SO。这世物质会亏擁CaCO3的污染可通过调低pH实现但这对Si02没有作用,无法解决高滤系统,同时浓水产生星少，统，同时浓水产生量大有投资运行费用需投加昂贵的阻垢剂及复杂的在线清洗运行费用高。324工业废水除盐工艺及设施的选择进入工业废水处理站的工业废水，水中含盐量和硬度较高，需要通过除盐处理后回用到锅炉补给水处理系统。除盐工艺通常采用物理或化学的方法降低或去除水中的绝大多数盐类，以获得纯度较高的除盐水。除盐方法通常分为蒸馆、离子交换、电渗析、EDI(电去离子)、反渗透。对于本工程废水零排放系统,要求除盐工艺具有系统可靠、岀水稳定、自动化程度高、检修方便和制水成本合理的特点。蒸憎法由于投资和运行费用均较高，热交换部分宜结垢，运行维护麻烦，一般不采用。目前，我国常用的除盐工艺主要有离子交换法、电渗析法、EDI技术、反渗透法。根据这几种工艺方法的特点，本工程采用反渗透脱盐处理工艺。4高效反渗透技术高效反渗透(HERO)是特殊的反渗透工艺是常规反渗透工艺的改进，可以很容易处理常规反渗透不能处理的原水，特别是用于各种工业循环废水。其原理是通过软化工艺去除来水中的硬度，然后再通过脱气去除水中的二氧化碳，加碱将反渗透进水的pH调到8.5以上。在这种高pH环境下运行与常规的反渗透相比,HERO增大了SiO2的溶解度使得回收率能够达到95%。4.1高效反渗透与常规反渗透比较(见表7)表7高效反渗透与常规反渗透比较高达95%,在废水零扫嗷系产水回统中更具有优势，使得进入收率蒸发系统的废水量更少，投资及运行费用降低。进水SDI<5要求严格，预处理需配套投资高的超滤或微滤系统，增加投资当超滤出问题时也可以导致反渗透堵塞。反渗透膜是在高pH环境下运行的,这种环境对于大部分的污染物是属于一种清洗的环境包括有机污染物，在这种操作条件下，可非常有效地防止这些污染物的污染r因此无需复杂的清洗工艺减少了污堵。反渗透的回收率取决于水中的难溶物，有些盐与pH值无关，比如:Ba.Sr.Ca及Mg的硫酸盐和氟化物。这些物质在常规的反渗透系统中是靠投加昂贵的阻垢剂来控制的，费用高，清洗频繁，每次30min同时需酸、碱反洗投资及运行费用高。在预处理中已去除硬度和碱度不会有CaCO?的污染>在［云厂pH高的条件下5iO2的溶解訂醫度^常高又扳渗透的回收率双果不会有影响，因此运行稳定，除硅效果好，可以解决高SO含量与高回收率的问题。预处理不需使用投资高的超预姐孺使^殳§高&豳虑系只有5%确免使用投资昂贵25%对于本顷目来讲需要増的蒸发器大大节省了投资。力噪舞增财赣150万菊L由于不用投加昂贵的阻垢剂及复杂的在清洗，比常规反渗透运行费用低15%〜20%。眇IO药较广汤狐用国内还不是很普及，罗斯韦尔125/165MW联合循环电厂，TURLOCK区250MW联合循国内外均已经有较广泛的应用环电厂等15个电厂割做工程应用。使用THERO工^国内的石家庄裕华热电1200n?/h污水回用项目也采用了HERO。4.2新型抗污染反渗透膜元件一PROC10特点PROC10是由日本电工集团/美国海德能公亘硏发的一款新型抗污染反渗透膜元件，该膜元件崔三项日本电工集团/美国海德能公司专利技术。(1)高分子聚合技术，平膜致密度增强。(2)新型给水隔网，大幅度降低系统运行时的JH力阻力。(3)新型端板(ATD)加设端板排气结构降低反渗透膜元件机械破损概率。首先,致密度的增加，提高了反渗透膜的脱盐率和化学稳定性延长了膜的使用寿命。再次，特殊开?状的0.86mm给水隔网大幅度降低了膜元件的压才损失,减少了隔网对污染物的阻碍，从而保证反渗透系统阻力小，少污堵,易清洗，明显改善膜系统前后段的水平衡。此外,膜元件两侧端板上各增加了6个排气槽，加快了膜元件与压力容器间隙中空气的排除速度，可有效缓解系统启动时瞬时升压对膜系纺的产能冲击J!备低膜元件发生机械砺员的概率。 型号有效膜面积Ft2/m2公称产水量GPD/m7d脱盐率（％址给水隔网厚度mil公称最氐PROC10400/37.210/500/39.799.7599.6344.4制约反渗透回收率的因素对常规苦咸水而言，采用反渗透预脱盐技术巨前应用广泛，但回收率一般只能做到75%左右，制约其回收率提高的因素主要有以下几个方面：（1）无机离子的结垢，主要为钙、镁、¥贝、银、铁筹二价或三价离子产生的结构。（2）悬浮物津者。（3）有机物及微生物污堵。上述因素中，通常离子的结垢是制约反渗透回收率进一步提高的主要原因，如果有合适的预处理手段将结垢性风险降到最低，就可以提高反渗透的回收率。高回收率反渗透就是采用这一思路通过埋加石灰软化工艺降低水中的暂硬和水中悬浮物、®体、二氧化硅等的含量通过离子交换软化工艺去階来水剩余的硬度，通过脱气去除水中的二氧化碳禮过投加少量阻垢剂抑制浓水中的二氧化硅，从而使反渗透的回收率提高到90%~95%。4.5高效反渗透特点高回收率反渗透特别适用于各种工业循环展水。高回收率反渗透工艺主要特点有:①产水回收屋高极大减少反渗透浓水的«咏量。②由于进水中结垢性风险已经降低，因此膜的清洗周期将更长，运行更稳定。③由于反渗透膜的应用已经普及，膜的价格比较便宜，这相对于采用蒸懈工艺浓缩高含盐量的废水而言，设备投资将显著降低。④通常经工业过程浓缩后的苦咸水含有较高的暂硬若配合以石灰软化工艺;I各可以大大降低后续离子软化的负担,降低运行成本，并可以进一步提高逬水水质。4.6神华亿利煤肝石电厂高效反渗透废水处理系统5.1系统实际运行情况该项目自2010年6月投入运行以来，一直运行稳定各项运行指标均达到设计要求。表9为项目从2010年6月份投产以来的运行情况。表92010年6月份投产运行情况序号日期工艺段水质_______2010-6-142010-2010-备注7-218-5pH"9.329.569.87电导ps/cm2929312233001进水调酚駄碱mmol/L2.42.22运行班化丄节池甲基瞪碱度mmol/L7.57.86.5验数据硬度mmol/L54.74.96石灰澄pH11.0210.512运行班化验数据2清池硬度mmol/L21.62.4岀水全硅mg/L11.25.69.83钠床出水弱酸硬度M8212578运行班化验数据床出水硬度M运行班化432110验数据进水温度°C262722进水电导Hs/cm212223082423现场在线表数据F产水鴨口36.235.230.55反渗透P出水流量m3/h50.0149.850.13装置r浓水流量mJ/h2.622.632.650.050.050.05现场魏1=瑕间磋MPa0.020.020.02丿主力表换算数据注2#反渗透运行数据与V类似表中未列出。5.2系统性能检查情况2010年9月至12月西安热工研究院技术人员对屎充SOTtmt刼试相詬應10o表10系统性能测试指标流程（见下图）至化学水池.辅机水迪―・丄I气浮池II调节池i机加澄清池H重力滤泡一淸水池11铠11弱酸床I缓冲池二H污泥浓缩池I灰渣调湿等匮丞匯-［浓水.电厂废水淡水产水・图高效反渗透废水处理系统流程测试项目测试内容平均测试结果单位RO出水浊度0.146NTURO出水水温28.4°CRO岀水COD险0.48mg/LRO出水游离氯Cb~0mg/LRO出水铁（以Fe表示）13.66mg/L反渗透系统RO浓水硬度0.14mmol/LRO浓水含盐星爪O进水含盐量21.8一RO浓水pH7.15■r反渗透脱盐率95.19%一T反渗透脱盐率95.57%一重力滤池出水0.66NTU3.88mmol/L弱酸阳床出水硬度0.055mmol/L4.3反渗透膜元件一PROC10性能参数（见表8）表8反渗透膜元件一PROC10性能参数5该工艺系统实际运行情况 5.3系统运行情况总结经过一段时间的运行以及性能测试来看，整个系统运行比较平稳，通过对调试和运行数据的分析，总结如下：(1)反渗透的回收率和脱盐率。从以上表看出，回收率实现了95%，脱盐率为95%左右，实现了设计目标。(2)反渗透的稳定运行。该项目采用了美国海德能公司的宽流道抗污染型PROC-10S反渗透膜元件，反渗透进水pH值维持在8~9之间反渗透装置的段间压差、产水水量、水质等均维持基本稳定。(3)水中钙、镁、铁等二价、三价金属离子的结垢在预处理得到了控制。在石灰软化和离子交换的前处理工艺中，硬度得到了去除，且除碳器去除了水中残留的游离CO?,原水中结垢性成分已经得到了去除。实际运行过程中,控制钠离子交换器的失效终点为200pmol/L硬度弱酸离子交换器失效终点为lOOpmol/L硬度。(4)二氧化硅的去除。澄清池去除了一部分原外中的二氧化硅，反渗透入口投加了少量控制硅污菜的阻垢剂(FILCORETREAT-2010型投加量lppm),该阻垢剂同时还具有控制钙镁垢的作用。(5)悬浮物污染、有机物和微生物的控制。由于电厂工业废水中有机物含量较低，且石灰澄清池软化工艺还具有消毒、沉淀有机物的功能运行过程中没有出现有机物和微生物。反渗透装置的段间压差也基本维持稳定，没有6效果与效益神华亿利能源有限责任公司工业废水零排放工程于2010年6月开始运行，到现在已经运行一年多总、计处理工业废水近40万t，系统水耗为5.5%,而生净水约为38万t折合除盐水为27万t。使用外来水按3元/t计算，向园区外排水按50万元/月计算，药品消耗与电耗费用初步计算为10万元/月，则总共节约资金46.3万元/月全年可以节约资金近550万兀。7结束语高回收率反渗透工艺系统在处理电厂工业废水时具有回收率高，膜结垢污染风险低，岀水水质稳定等优点，同时在投资、运行管理等方面与常规反渗透技术相当。通过目前运行实际情况来看该系统能够很好的解决电厂废水外排与用水问题，具有可观的经济及社会价值。当前，高回收率反渗透技术在电厂工业废水回用处理及零排放方面的应用还较少，但可以预见其在工业废水的回用上;I各具有广阔的应用前景。参考文献［1］反渗透和纳滤膜产品技术手册［M］•美国海德能公司,2007.［2］靖大为汪春艳，梁全民•反渗透系统给水电导率与pH的系统影响［J］.工业水处理2006.［3］陈颖敏真莉萍苏金坡，孙路长罗小燕•膜技术应用于循环冷却排污水的再生回用［J］•华东电力2005.［4］徐峰，操家顺蔡娟•反渗透工艺处理电厂循环冷却排污水［J］•给水排水2004.［5］许臻，袁国全苏艳杨兴•神华亿利煤肝石电厂废水零排放处理系统性能验收试验报告［R］神华亿^煤砰石电厂,2009.作者简介：胡小武(1970-)•技师4997年毕业于江西电力职工大学电厂化学系•现任神华亿利能源有限责任公司发电运行部化学主管。TheApplicationofHigh-EfficientReverseOsmosisWastewaterTreatmentinTheZero-EmissionofPowerPlantHUXiaowu(ShenhuaYiliEnergyCompany.ShenhuaGroup,014300,China)Abstrct：IndustrialwastewatertreatmentsystemhasbecomemoreandmorewidelyappliedinenterpriseofwastewatertreatmentShenhuibillionthepowerplantusinghighreverseosmosiswastewatertreatmentprocesssystem#Forpowerplantinvariousindustrialwastewatertreatment,Thusreachwastewaterrecirculationusing,realizedthewastewaterzerodischarge.Keywords:Zerodischarge;Wastewatertreatmentpower;GreywaterCirculating;coolingwaterindustrialwastewater(收稿日期2011-2-23责任编辑马小军) 涵盖各行业最丰富完备的资料文献，最前瞻权威的行业动态，是专业人士的不二选择。file:///CI/Users/Administrator/Desktop/新建文本文档52012/8/2612:19:58'