电厂废水“零排放”工艺应用

2010-11-02葛小玲李克先

中国环保产业 2010年12期

关键词：零排放反渗透膜闪蒸

葛小玲，李克先

(国核电力规划设计研究院，北京 100094)

电厂废水“零排放”工艺应用

葛小玲，李克先

(国核电力规划设计研究院，北京 100094)

结合某电站废水“零排放”的设计，对高效反渗透（HERO）工艺进行了研究，探索了一种适合循环水排污水及同类型废水的高回收率的处理工艺，可以做到节水减排，并获得良好的经济性。

零排放;循环水排污水;高效反渗透（HERO）;节水减排

1 前言

近年来，许多电站要求按全厂废水“零排放”设计，一方面是为了节约水资源，获得良好的用水指标；另一方面是因为国家越来越注重对环境保护，在某些特定的区域，不允许电厂设排水口。

对大多数火电厂而言，全厂经用水流程及工艺系统优化后的末端废水基本有两种：一是脱硫废水，二是剩余的循环水排污水以及少量的酸碱再生废水。要实现全厂废水“零排放”，就必须对末端废水进行深度处理，选择合理的处理工艺，使得“零排放”做到既技术可行，也投资合理。

高效反渗透（High Efficient Reverse Osmosis，简称HERO）是近年来新开发出来的膜处理工艺，它的废水回收率可以达到90%，适用于循环水排污水以及其它高含硅量水的处理。该工艺可用于作为热力蒸发系统前的预浓缩器，也可作为减少进入蒸发器或其它结晶设施前的预浓缩工艺。

本文结合某电站废水“零排放”的设计，对高效反渗透（HERO）工艺进行了研究，探索了一种适合循环水排污水及同类型水质的高回收率的处理工艺，节水减排，并能获得良好的经济性。

2 HERO（高效反渗透）工艺

2.1 HERO工艺简介

HERO工艺一般设计流程：

原水→过滤→去除硬度→去除碱度→反渗透膜（高pH条件下）。

HERO的预处理工艺应根据化学和现场的实际情况确定，但有一个条件是不变的，这就是RO是在高pH条件下运行的。为使RO能在高pH条件下运行，所有可能引起膜结垢的硬度和其它阳离子成分必须除去。硅在高pH条件下是高度溶解的，不会限制RO的回收率。理论上，经过预处理后，RO的回收率只受溶液渗透压的限制。根据已有的工程实例，HERO工艺可实现90%的废水回收率。而且在大多数循环水排污水的应用上，回收率会更高。

2.2 HERO工艺的优点

HERO工艺是将在工业中成功应用的几个水处理工艺综合为单一的水处理工艺，其能在高回收率和增大的通流速率条件下处理难以处理的废水。与常规的RO工艺相比，该工艺具有如下特点：

（1）RO膜的防垢是通过预处理除去进水中的硬度及其它结垢性物质来达到的。

（2）由于硅的溶解度随pH的升高而增加，所以硅的结垢极限得到明显的提高。已有实例证明，在运行时浓水中硅的浓度可以达到1600～2000mg/L。相比之下，常规RO的硅浓度极限最大约为200mg/L。

（3）生物、有机物粘污可通过高pH控制。高的pH作为生物抑制剂，控制了生物粘污的产生。在运行的条件下，细菌、病毒、孢子和内毒素等被溶解或皂化，有机物被乳化或被皂化，使其不会粘附在膜上。

（4）颗粒粘污的明显降低是由于在高pH条件下表面强度的降低实现的。运行经验表明，高污泥指数（SDI）的水能在无需经常化学清洗的条件下运行。

（5）允许特殊情况下给水中含有低含量的油和油脂而不影响运行。

（6）由于预处理除去了结垢物质，所以HERO不需要投加阻垢剂。

（7）HERO工艺在高pH条件下运行，与常规RO为了防止生物粘污所采用的间断高pH清洗运行相似。故HERO不再需要高pH清洗，经常性的化学清洗也大为减少。

（8）HERO固有的防垢、防粘污、防堵塞机制，使其能在比常规RO高得多的通流量下运行，较高的通流量意味着可用较少的膜，降低了膜的用量和更换费用。

综上所述，HERO并不是一种新型的反渗透膜，而是一种工艺。这种工艺利用普通的淡水（或苦咸水）反渗透膜，通过一系列预处理，使其在高pH值的工况下运行，并且可达到90%以上的回收率。

根据系统水源不同，预处理应采用不同工艺。一般采用一级弱酸阳离子交换，当硬碱比不合适时再增加一级钠离子交换。

3 HERO工艺在某电站废水“零排放”设计上的应用

3.1 设计背景及概况

该电站装机容量为2×1250MW，采用长江水二次循环，为避免大量循环水排污水对周围环境产生影响并节约用水，项目建设初期，业主要求废水按“零排放”设计。

电站内不同的工业设备和工艺系统用水有不同的水质要求，本工程根据全厂废水的组成、特点以及各用水点的水质、水量要求，采用梯级供水方式，对用水流程及各水处理系统进行了细致的优化。因本工程无脱硫废水，无煤灰系统的冲洗、伴湿用水，故末端废水量比较大，主要为循环水排污水、凝结水精处理酸碱再生废水，以及除盐水处理系统膜元件定期清洗时少量的排水，因此必须进行深度处理才可达到 “零排放”的目标。

3.2 设计工艺简介

该工程的技术难点在于末端废水的处理消化。要实现全厂废水“零排放”，除尽量回用外，末端的浓水只能采用蒸发/结晶工艺，而蒸发包括自然蒸发和强制蒸馏，自然蒸发与当地气候有关，在此不做论述。由于结晶设备投资昂贵，为尽量减少进入结晶设备的水量，对废水进行预浓缩十分必要。预浓缩工艺也有多种，如常规RO浓缩工艺、HERO浓缩工艺、蒸馏浓缩工艺等，详见浓缩结晶工艺的简要介绍表。

浓缩结晶工艺简要介绍表

由此表可以看出，直接将废水进行蒸发结晶，投资和运行费用都极大。采用预浓缩＋结晶工艺，可减少进结晶器的废水处理量，降低结晶设备的初投资和运行费用，而且国际上已有成功运行的实例。

HERO预浓缩工艺解决了RO膜结垢和粘污的根本原因，因此能可靠地在90%或更高的回收率下运行，而常规的RO基本上只能在75%或更低的回收率下运行。采用此工艺作为循环水排污水的预浓缩器，能大大减少废水的体积，使得较少量的浓水进入结晶处理单元。

综合考虑，本工程末端废水即选择HERO预浓缩+结晶工艺，以实现真正的废水“零排放”。

3.3 循环水排污水处理工艺

本工程循环水经浓缩至1/5后，其排污水的碱度在10meq/L左右，有机物含量也很高，而且因循环水系统投加了酸、阻垢剂、稳定剂、杀菌剂等，造成其排污水水质更加复杂。近年来火力发电厂循环水排污水回用处理普遍采用的设计工艺是双膜法，即超滤+普通反渗透，反渗透的废水回收率一般在60%左右。经过最近1～2年的运行经验来看，存在相当严重的超滤和反渗透膜的污堵，以及膜清洗后出力和出水水质不能达到设计值、运行成本增加等诸多问题。

综和考虑进水水源、水质等各种因素，循环水排污水处理系统选择：石灰/纯碱澄清+高效反渗透（HERO）处理工艺，工艺流程为：

其中HERO回收率设计为80%，主要是与末端废水处理工艺统筹考虑，其浓水进入末端废水通过三级HERO工艺进一步浓缩。

循环水排污水处理系统处理水量1404t/h，其中循环水系统的排污水1376t/h，凝结水精处理系统再生废水约37t/h，除盐水处理系统反渗透膜元件清洗排水约1t/h。

石灰处理的排水，经浓缩池浓缩后，上部溢水收集至贮存池，再送回石灰处理的进口；浓缩后的污泥经脱水机脱水后，泥饼外运。

过滤器的反洗排水，返回石灰处理的进口。

弱酸阳离子交换器再生用水采用末端废水处理三级HERO的浓排水，再生废水直接进入结晶设备。

HERO的浓排水，排至末端废水处理系统进一步浓缩、结晶。

3.4 末端废水处理工艺

循环水排污水处理系统浓排水水量约304t/h，含盐量约2万mg/L。如果直接进入结晶设备，投资巨大。为尽量减少结晶处理设备的投资，设计采用三级HERO预浓缩后，再进行蒸发结晶处理。

（1）HERO预浓缩原则工艺流程

其中三级HERO浓水水量约为35t/h，含盐量至少为8万mg/L。本系统HERO总回收率高达89%。

（2）蒸发结晶原则工艺流程

经三级HERO浓缩后的来水 → 给水箱 → 回收热交换器 → 强制循环换热器 → 闪蒸水箱 → 压滤机 → 喷雾干燥机 → 固体处理。

废水首先进入给水箱，经泵送入回收热交换器，加热到100℃左右，加热的热水来自强制循环热交换器内形成的蒸馏水。被加热后的废水输送到强制循环热交换器，进一步加压、加热后输送到闪蒸箱，该水的温度远高于在大气压力下的沸点，所以进入闪蒸箱时即进行闪蒸。闪蒸箱里的浓缩物将会越来越浓，并在强制循环换热器、闪蒸水箱以及压滤机之间不断循环，形成结晶物，在压滤机压缩后进行喷雾干燥处理，分离出干的盐粉，收集后送至处置场填埋。