火電廠循環水排污水回用處理工藝研究

更新時間：2020-05-20 08:14 來源：工業水處理作者: 胡大龍等閱讀：1778

本文針對火電廠循環水排污水水質特點，進行了回用處理工藝實驗研究。結果表明，強化混凝可有效去除循環水排污水中的有機物，對COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%，減輕后續膜系統的有機污染；二級軟化對Ca2+、Mg2+、總磷、TOC、全硅的去除率分別為86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%，減輕后續膜系統的無機污染；反滲透回收率可達到85%，反滲透產水可以作為鍋爐補給水水源，反滲透濃水可以作為脫硫工藝用水。提出了地表水水源循環水排污水強化混凝-二級軟化-超濾-反滲透回用處理工藝。

隨著《水污染防治行動計劃》和“排污許可證”環保政策的密集實施，對火電廠取、排水水量和排水水質指標限制越來越嚴格，而且部分地區通過實施階梯式水資源費收取辦法，水資源成本大幅上漲，迫使火電企業必須實施深度節水和廢水綜合治理工作。循環水系統用、排水水量占循環冷卻型火電廠總用水量和總外排量的80%~90%，循環水系統節水減排是該類火電廠節水和廢水綜合治理工作的重點。

目前，大部分循環冷卻型電廠已通過加強原水預處理、優選水穩劑、升級凝汽器管材來提升濃縮倍率；循環水排污水作為脫硫、輸煤和除渣用水回用，但仍有大量剩余的循環水排污水需要外排。此外，還有少數電廠已采用反滲透工藝對循環水排污水進行脫鹽回用，但是均存在預處理不完善、膜污堵嚴重、系統回收率低、化學清洗頻繁、膜壽命縮短等問題。

筆者根據地表水水源循環水排污水水質特點，結合核心工藝實驗研究，提出了地表水水源循環水排污水回用處理工藝路線，為循環冷卻型火電廠節水和廢水綜合治理工作提供技術支撐。

1 實驗材料與方法

01 循環水排污水

實驗水樣為華北某循環冷卻電廠循環水排污水，該廠循環水補充水水源為地表水，凝汽器為銅管，循環水運行過程投加有磷阻垢劑、有磷碳鋼緩蝕劑和銅緩蝕劑，循環水濃縮倍率控制在4.0倍。循環水排污水主要水質指標見表1。

由表1可知，循環水排污水Ca2+、Mg2+、全硅、總磷（TP）、COD、總有機碳（TOC）濃度較高。

02 實驗及水質分析方法

（1）實驗方法

強化混凝除有機物實驗：量取1L循環水排污水于1L的燒杯中，用H2SO4將循環水pH調至實驗pH，加入實驗劑量的FeCl3，以200r/min攪拌30min后，靜置30min，上清液過濾后測定pH、TOC、COD等水質指標。

二級軟化實驗：Ca(OH)2或NaOH劑量優化。量取1L經強化混凝后的循環水排污水于1L的燒杯中，加入實驗劑量的Ca(OH)2或NaOH，以200r/min繼續攪拌30min，靜置60min，過濾上清液分析水質，確定Ca(OH)2或NaOH最優投加量。

Na2CO3劑量優化。量取1L循環水排污水于1L的燒杯中，加入最優投加量的Ca(OH)2或NaOH，以200r/min攪拌30min后，直接加入實驗劑量的Na2CO3，繼續攪拌30min，靜置60min，過濾上清液分析水質，確定Na2CO3最優投加量。

超濾（UF）實驗：UF實驗采用外壓式中空纖維膜元件，運行方式為死端過濾，運行模式為：過濾→反洗→沖洗，過濾周期為30min，進水流量為2.5L/h，分析產水濁度，并記錄膜兩側壓差。

反滲透（RO）實驗：RO膜組件采用美國陶氏公司的LCHR-4040膜，投加2mg/L阻垢劑。實驗采用濃水回流的運行模式，設計RO在回收率分別為75%、85%條件下運行。

（2）水質方法

水質分析方法采用標準法測定；TOC采用multiN/C 3100 TOC分析儀（德國耶拿）測定；電導、pH采用SevenGo DuoTM便攜式多參數水質分析儀（瑞士梅特勒-托利多），濁度采用2100Q濁度儀（美國哈希）測定。

2 結果與討論

01 強化混凝實驗研究結果分析

循環水排污水中的有機物會對膜回用工藝造成影響，去除工藝有混凝澄清和生物法。排污水中有機物均為難降解有機物，可生化性很差，直接采用生物法進行處理，有機物去除效果極差，需要先通過高級氧化來提高循環水的可生化性，但工藝復雜，工程實施難度大。

筆者考察火電廠常用的強化混凝工藝對循環水排污水有機物去除效果。循環水排污水的COD、TOC分別為63.0、23.13mg/L，有機物濃度較高，考察強化混凝pH和FeCl3投加量對有機物去除效果的影響，結果見圖1。

由圖1可知，在pH=4.0和pH=8.2條件下，隨著FeCl3投加量的增大，出水COD和TOC濃度降低，去除率增加。在pH=4.0條件下，FeCl3投加量為20mg/L，對COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%；而在pH=8.2條件下，要達到相同的有機物去除效果，FeCl3投加量需增加至80mg/L。混凝主要去除顆粒態和膠體態有機物，混凝試驗前將水樣pH調至酸性可以使部分溶解態有機物（DOM）轉化為非溶解態有機物，降低混凝劑投加量，還有助于循環水中殘余的阻垢劑、緩蝕劑的去除，因此，優選后的強化混凝條件為pH=4.0，FeCl3投加量為20mg/L。02軟化實驗研究結果分析（1）Ca(OH)2-Na2CO3二級軟化Ca(OH)2-Na2CO3二級軟化工藝對循環水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見圖2。

由圖2（a）可知，隨著Ca(OH)2投加量的增大，Mg2+濃度迅速減低，但Ca2+濃度逐漸增加，主要是因為OH-與Mg2+生成Mg(OH)2沉淀去除Mg2+。Ca(OH)2最優投加量為350mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為9.02、0.72mmol/L，繼續增大Ca(OH)2投加量，出水Mg2+濃度略降低，而Ca2+濃度繼續大幅升高，增加藥劑處理成本。

由圖2（b）可知，隨著Na2CO3投加量的增大，Ca2+濃度迅速減低，Mg2+濃度略有降低，投加Na2CO3生成CaCO3過程有Mg2+共沉淀現象，與其他研究結論一致。Na2CO3最優投加量為450mg/L，軟化出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.89、0.69mmol/L。

此外，Ca(OH)2、Na2CO3投加量分別為350、450mg/L條件下，對TP、TOC、全硅的去除率分別為96.9%、24.9%、82.8%。

（2）NaOH-Na2CO3二級軟化

NaOH-Na2CO3二級軟化工藝對循環水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見圖3。

由圖3（a）可知，Mg2+和Ca2+濃度均隨著NaOH投加量的增大而減小，NaOH最優投加量為450mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為1.08、0.02mmol/L，Ca2+濃度遠低于Ca(OH)2軟化出水。

由圖3（b）可知，Ca2+和Mg2+濃度均隨著Na2CO3投加量的增大而減小，Na2CO3最優投加量為150mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.64、0.47mmol/L。

此外，NaOH、Na2CO3投加量分別為450、150mg/L條件下，對TP、TOC和全硅的去除率分別為97.9%、27.4%和84.3%。

（3）優化工藝對比

Ca(OH)2-Na2CO3和NaOH-Na2CO3二級軟化對循環水排污水軟化效果基本一致，對Ca2+、Mg2+、TP和全硅去除率高。最優Ca(OH)2-Na2CO3和NaOH-Na2CO3條件下二級軟化藥劑費用對比見表2。

由表2可知，兩種二級軟化工藝的藥劑費用基本一致。但是，Ca(OH)2-Na2CO3二級軟化由于Ca(OH)2的加入引入額外的Ca2+，造成Na2CO3投加量增加，污泥量增大，增加污泥處理費用；且NaOH加藥系統簡單，現場工作環境好，因此，二級軟化工藝選用NaOH-Na2CO3，軟化藥劑費用為1.23元/t。

03 UF實驗研究結果分析

UF實驗水源采用NaOH-Na2CO3軟化澄清出水，調節pH為7.5左右，UF運行壓力、出水濁度見圖4。

由圖4可知，在UF膜元件連續運行的700min內，運行壓力穩定在40~44kPa范圍內，總體較為穩定，表明UF膜未發生污堵；UF出水濁度為0.51~0.56NTU，UF膜對濁度的去除率＞90%。

UF出水水質見表3。

由表3可知，UF出水SDI為2.83，小于3.0，達到RO膜進水水質要求。

04RO實驗研究結果分析將軟化-UF產水作為RO進水，在系統回收率分別為75%、85%條件下，RO實驗設備累計運行72h，運行壓力、運行壓差見圖5。

由圖5可知，RO系統回收率為75%條件下，系統運行壓力穩定在2.3~2.4MPa，系統運行壓差隨時間增長無明顯升高現象，在18.9~20.5kPa之間波動；RO系統回收率提高至85%，系統進水壓力為2.7~2.9MPa，壓差在20.1~21.6kPa之間波動，遠低于膜運行過程中對壓差的限值（單支膜元件的壓差＜100kPa），說明運行期間RO系統運行狀況較為穩定。

考察回收率對電導率、脫鹽率的影響，結果表明，回收率為75%時，RO進水電導率為7.0~7.7mS/cm，產水電導率為46.1~68.2μS/cm；脫鹽率在99.2%~99.4%；回收率為85%時，RO進水電導率為12.5~13.5mS/cm，產水電導率在95.2~109.5μS/cm，脫鹽率為99.0%~99.3%。RO系統連續運行72h內，不同時間段的產水和濃水水質見表4。