循環(huán)水排污水采用膜脫鹽法處理回收工藝的試驗研究
水資源的匱乏是我國很多城市的大問題,尤其我國北方地區(qū),缺水相當嚴重,因此節(jié)水是我們國家的基本國策,也是我們企業(yè)水務管理的工作重點。循環(huán)水用水是火電廠的用水大戶,電廠的節(jié)水工作首先應該最大限度地提高循環(huán)水的濃縮倍率,減少循環(huán)水的用水。為此,我們在這方面做了些研究工作。
1 電站水務管理工作內容
火電廠的節(jié)水工作是一個綜合的水務管理過程,涉及到火電廠鍋爐、汽機、化學、水工、環(huán)保等各個專業(yè),而節(jié)水工作實施的關鍵是水務管理工作到位。電廠水務管理工作一般有三方面內容:水源取水量;全廠水的重復利用率;各項節(jié)水技術研究應用。對于濕冷機組,全廠水耗如能達到0.6-0.7m3/s/1000MW 的全國先進水平,水的重復利用率至少在95%以上,最好達到98%, 并通過研究,采取了各種先進的節(jié)水措施,這是水務管理工作搞好的尺度。只有做好這三方面工作,才能說做好節(jié)水工作。
火電廠實施節(jié)水措施,開展節(jié)水工作,這是水處理行業(yè)和發(fā)電業(yè)的發(fā)展方向。但是否實施零排放,不在于水處理技術,在技術上實施零排放是可以辦到的,而在于節(jié)水的潛力和經濟合理性。如投巨資只取得較小的節(jié)水效果。
由于地區(qū)水資源的日益匱乏,加上廣泛深入的節(jié)水宣傳和大量細致的節(jié)水技術研究,目前,一些節(jié)水工作在各個電廠中實施是沒有問題的,許多節(jié)水措施在電廠中已實施多年,如降低灰水比,減少沖灰水用量,甚至采用干除灰,沖灰不耗水;布設水處理系統(tǒng),回收再利用生產、生活廢水;采用加酸加復合水穩(wěn)劑,或其他軟化方法,將循環(huán)水濃縮倍率提高到 2.5-3 倍,有些水源水質較好的電廠循環(huán)水的濃縮倍率可以再高些,以降低循環(huán)水用水量,等等。然而,僅完成這些方面的基本節(jié)水工作是遠遠不夠的,與上述水務管理工作的尺度距離較大。 循環(huán)水耗水是電廠用水大戶,取水的80%水量是用作為循環(huán)水的補充水,因此,火電廠的節(jié)水研究重點應放在進一步提高循環(huán)水濃縮倍率,降低循環(huán)水用水量。
2 現有循環(huán)水處理工藝狀況
除靠近江河湖海的電廠,由于這些電廠的水資源比較豐富,循環(huán)水一般都采用貫流冷卻方式外,全國絕大多數電廠基本都是采用敞開式密閉冷卻系統(tǒng),F在運行著的敞開式密閉冷卻系統(tǒng)總是采取一定的處理措施,來提高循環(huán)水濃縮倍率,以降低補水量,節(jié)約用水。概括起來,目前的處理方法有以下兩種:
一種是降堿度方法。
加酸是一個傳統(tǒng)的老方法,一般是通過向循環(huán)水或其補沖水加入硫酸。在給定的循環(huán)水濃縮倍率下,將循環(huán)水的堿度降到極限碳酸鹽值以下。這一方法工藝簡單,控制容易,目前相當一部分電廠仍都采用這一方法。采用石灰沉降或弱酸離子交換樹脂處理循環(huán)水補充水,其原理同加酸處理,目的也是降低循環(huán)水補充水堿度,以保證在給定濃縮倍率下,循環(huán)水能控制在極限碳酸鹽硬度值下運行。
另一種是加阻垢劑、緩蝕劑等藥劑進行穩(wěn)定處理。
藥劑處理方法發(fā)展很快,從最早加六偏、磷酸三鈉開始,到加有機磷,至現在發(fā)展為加復合水穩(wěn)劑。由于復合水穩(wěn)劑當中某些藥劑成分對金屬離子有鏊合作用,同時為避免循環(huán)水的浸蝕性,在加復合水穩(wěn)劑的同時,還要加入緩蝕劑。 九十年代及近三年,循環(huán)水處理方法主要有以上這些。發(fā)展到今天,藥劑處理是循環(huán)水處理的主流處理方法,我相信,今后也會是。一般是根據被處理水質,通過試驗篩選出較佳的復合水穩(wěn)劑,并配以緩蝕劑,協(xié)同其他處理方法,如加酸處理,可以將循環(huán)水提高到較高的濃縮倍率。
弱酸處理和石灰處理都是處理循環(huán)水補充水,處理后可以將濃縮倍率進一步提高。但弱酸處理和石灰處理都存在一定弊端。弱酸處理適于處理負硬水,或堿度較大的水,如被處理水硬度大,則周期制水 pH 值較低,易于引發(fā)金屬腐蝕。另外,采用弱酸處理,設備投資大,再生廢液不易處理排放;石灰也適于處理堿度大些的水系,石灰處理維護工作量大,增加了環(huán)境污染和檢修工作量,設備投資也較大。
還有,目前,我國多數機組采用的是銅材凝汽器管,且多為HSn70-1管。按照選材導則,這種銅管適宜水質為:總含鹽量小于1000mg/L,氯根小于150mg/L。按照這樣的水質控制,循環(huán)水的濃縮倍率受到了限制。如我們地區(qū)的地表水或地下水總含鹽量在500mg/L以上,氯根在40mg/L 以上,那么即是說循環(huán)水的濃縮倍率只能控制在 2-3 倍,而對于這樣的濃縮倍率值加水穩(wěn)劑進行穩(wěn)定處理即可達到,無需再采取弱酸或石灰處理。
3 膜脫鹽法處理循環(huán)水排污水緣由
火電廠的節(jié)水工作重點應放在提高循環(huán)水濃縮倍率、減少循環(huán)水補充水。然而,如前所述,提高循環(huán)水濃縮倍率,不但對系統(tǒng)設備提出更嚴格要求,同時受到了管材對水質要求的限制,因此,要進一步提高循環(huán)水濃縮倍率,就只有采用脫鹽的方法處理循環(huán)水排污水,這樣,按照鹽平衡計算,循環(huán)水的濃縮倍率提高了,而總含鹽量與各種離子含量不會增加,不會超過選材導則允許值。
為什么要處理循環(huán)水排污水?循環(huán)水經過加水穩(wěn)劑處理后,濃縮倍率控制在2.5-3.0倍以上,與補充水的水量相比,排污水的水量相對較小。對這水量相對較小的循環(huán)水排污水再采用脫鹽法處理,這樣既提高了脫鹽設備的利用率,又可以節(jié)約大量投資。
以一臺300MW機組為例:循環(huán)水量按30000t/h計,蒸發(fā)損失率(p1)取1.4%,風吹損失率(p2)取 0.1%(帶收水器的自然通風冷卻塔),設濃縮倍率為k,排污率為p3。
則: 補充水率p = p1 + p2 + p3
濃縮倍率取3倍,且 k = p /(p2 + p3)=
(p1 + p2 + p3)/(p2 + p3)
則: p3 = 0.6%
p = 2.1%
即一臺300MW機組在循環(huán)水濃縮3倍時,補充水量為 30000×2.1% = 630t/h,而排污水量為30000×0.6% = 180t/h。顯然,處理排污水的設備容量僅為處理補充水的 3.5 分之一,這不但包括節(jié)省了同樣比例的初投資,也包括節(jié)省了同樣比例的場地。
如補充水含鹽量為 1000mg/L,濃縮 3 倍后,排污水的含鹽量就是3000mg/L, 處理濃縮后的高含鹽量水如果在技術上可行的話,那么與處理補充水比較,應該說提高了水處理設備的利用率。
對循環(huán)水排污水進行脫鹽處理,主要指反滲透膜脫鹽,其他的脫鹽方法不適合。反滲透膜脫鹽法經過這么多年的應用與發(fā)展,技術比較成熟,設備配套比較齊全,自動化程度比較高,價格在逐年下降,又不會給環(huán)境造成污染,因此,就目前的現狀,循環(huán)水排污水的脫鹽處理系統(tǒng)主要是以反滲透膜脫鹽為中心的處理系統(tǒng)。
4 循環(huán)水排污水膜脫鹽法處理系統(tǒng)
我公司認真落實國家的節(jié)水政策,不管在已運行機組上,還是在新、擴建機組上,因地制宜,積極采取各種節(jié)水措施,尤其是在循環(huán)水排污水處理上,已確定了幾個以反滲透膜為主體的膜脫鹽處理系統(tǒng)。這些處理系統(tǒng)有的已安裝,即將投運;有的已招標、設計;有的確定了意向。
目前我們采用的反滲透膜脫鹽處理系統(tǒng)介紹如下:
4.1 以微濾作反滲透預處理
循環(huán)水排污水 → 管道絮凝 → 微濾 → 保安過濾器 → 反滲透 → 預脫鹽水(補進水塔或作其他用)
4.2 以超濾作反滲透預處理
循環(huán)水排污水 →(澄清池+砂濾器+50μm 保安過濾器)或(100μm到200μm疊片過濾器)→ 超濾 → 5μm 保安過濾器 → 反滲透 → 預脫鹽水(補進水塔或作其他用)
4.3 高效反滲透系統(tǒng)處理
水塔→循環(huán)水排污水→弱酸處理→除氣處理→軟化處理→反滲透膜預脫鹽
↑ ↓ ↓
│ 弱酸水 預脫鹽水
│ ↓ ↓
混合水箱← --------------------------------------------
這些處理系統(tǒng)都采用了膜過濾作為反滲透的預處理,在技術上比較先進,脫離了傳統(tǒng)的預處理方式。過去,對于地表水作為水源,反滲透預處理大多采用凝聚、澄清、過濾、砂濾、活性炭過濾這樣的傳統(tǒng)系統(tǒng)。雖然傳統(tǒng)處理系統(tǒng)的初投資要低些,但存在著出水水質不穩(wěn)、設備占地面積大、自動控制難于實施等弊端。尤其是SDI值這一出水水質指標,在傳統(tǒng)處理系統(tǒng)上,很難控制在穩(wěn)定值以下,而這一指標控制得好與壞又直接影響著反滲透的安全運行。
隨著膜處理技術的飛快發(fā)展和膜處理設備的成本降低,我們現在完全有可能脫離傳統(tǒng)處理工藝,而采用比較先進的膜處理技術。當然,采用膜處理技術不是沒有技術問題,而是仍有相當復雜、相當難度的技術問題需要去研究、去應用、去實踐。
5 膜脫鹽法處理循環(huán)水排污水技術研究
為研究膜處理技術的應用,結合具體應用電廠的實際水質,我公司投入了一定的科研費用,依靠膜設備制造公司和某些工程公司,分別在三個電廠進行了 2-3 個月的動態(tài)工業(yè)試驗。通過試驗考察,基本選定了設備運行中所需加入的藥品種類(絮凝劑、阻垢劑)與計量,初步確定了運行控制參數。 這三個電廠的循環(huán)水補充水均為地表水。其中一個電廠的補充水為黃河水,溶解固形物最大近1000mg/L,氯根最大近200mg/L;其他兩個電廠的補充水為北京上游河水,溶解固形物在500mg/L左右,氯根最大近70mg/L。
試驗時,三個電廠的循環(huán)水均加水穩(wěn)劑,控制濃縮倍率在3倍的情況下,對排污水進行處理中型試驗。先在實驗室利用燒杯進行藥品種類和計量初選,再在實際超微濾設備前進行加藥篩選試驗,在這樣的基礎上,再接上反滲透小型裝置連續(xù)運行20-30 天。通過實驗室小型試驗、現場中型實際考察試驗及全系統(tǒng)中型連續(xù)運行考核試驗,基本摸清了膜處理運行工況。
膜處理循環(huán)水排污水技術研究關鍵點: 首先是絮凝劑或混凝劑藥品種類的篩選及計量的確定。循環(huán)水排污水的絮(混)凝處理與通常地表水的絮(混)凝處理有較大的差別,因為循環(huán)水中加入了水質穩(wěn)定劑。水穩(wěn)劑就是阻垢劑,水穩(wěn)劑是通過防止生成晶核或臨界晶核、阻止或干擾晶體生長、分散晶體微粒等方式達到阻垢目的,一句話,水穩(wěn)劑的作用就是分散。而加入絮(混)凝劑的目的正相反,是要將水中的各種雜質及膠體凝聚在一起,成為大顆粒,便于沉降除掉。所以,循環(huán)水排污水的絮(混)凝劑要選擇絮(混)凝效果較優(yōu)的,尤其對微濾,必須擇優(yōu)。當然,不言而語,其絮(混)凝劑用量要比處理原水的計量大很多。 其次是反滲透膜運行參數的確認。因為,循環(huán)水已濃縮了三倍,總含鹽量及各種離子(尤其是影響運行的特種離子)濃度都擴大了三倍。假如補充水的含鹽量是1000mg/L,濃縮三倍,循環(huán)水的含鹽量就是3000mg/L。這個含鹽量達3000mg/L的循環(huán)水是經過濃縮達到的,它和含鹽量為 3000mg/L 的普通地表水在性質上不一樣。反滲透膜處理循環(huán)水排污水要通過試驗選擇合適的阻垢劑,并按照影響反滲透運行穩(wěn)定性的主要離子確定水的回收率。
6 結束語
近期,我地區(qū)將有幾個循環(huán)水排污水處理工程要投運,這些項目將是方向性工程、歷史性工程,投運后具有非常大的社會意義。前期試驗研究工作是工程實施的基礎,工廠順利投產與穩(wěn)定運行還與設計、安裝、運行管理諸階段工作有關,我們將協(xié)同各方力量、協(xié)調上下關系共同做工作,確保工程正常投產運行。
采用膜處理技術處理循環(huán)水排污水是一項新的技術研究,肯定會有許多技術問題,需要我們不斷研究、不斷應用、不斷解決、不斷總結,隨著不斷研究應用,膜處理循環(huán)水排污水的系統(tǒng)、方案也會不斷合理、不斷完善、不斷可靠。

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