火电厂再生废水反渗透回收工艺研究

马燕飞

神华新疆化工有限公司

火电厂再生废水反渗透回收工艺研究

马燕飞

神华新疆化工有限公司

目前，离子交换树脂广泛地应用在食品工业、水处理、重金属离子的富集以及环境保护等行业。离子交换树脂具有吸附选择性较好、机械强度大、抗污染能力强、物理化学稳定性好以及可循环使用等诸多优点，而一直受到广泛的研究，主要应用于水处理、环境保护等领域。将离子交换再生废水中的有用物质进行资源化回收再利用、降低再生废水排放量，已经成为降低离子交换过程成本、减轻再生废水对环境不利影响的重要途径，因此进一步加强对其的研究非常有必要。基于此本文分析了火电厂再生废水反渗透回收工艺。

火电厂；再生废水；反渗透回收工艺

1 研究意义

近年来随着国家《节约能源法》、《环境保护法》等法规相继颁布实施，国家对火电厂用、排水量和水质的要求日益严格，企业废水外排压力日渐增大，水已经成为制约及影响电厂经济效益的主要因素之一，许多电厂已经将节水减排作为重点工作来抓。如何减少废水排放量，实现废水的资源化利用已经成为水处理技术领域的重要课题。

目前在燃煤火力发电厂，大多数300MW以上的凝汽式机组，都带有凝结水精处理设备，凝结水精处理多采用高速混床，在运行过程中产生一定量的酸碱再生废水。针对这部分再生废水，一般的处理及回用方式为：中和水力除灰系统的碱性灰水，或者通过中和至排放标准后用于煤场冲洗喷淋或直接外排。由于目前火电厂基本采用干除灰方式，灰渣系统消耗废水量很少，并且这部分废水含盐量高、侵蚀性强、水中富含氨氮，严重限制了回用途径。因此，酸碱废水只能中和后回用至输煤等水质要求低的场合，剩余部分只能达标排放。

由于离子交换设备产生的再生废水含盐量高，结垢性离子如硬度离子和SO42-含量很低，主要离子成分是再生剂带入的Na+和Cl-，精处理再生废水中还有的氨，上述成分都是电力生产过程中的有用物质，有资源化回收利用的潜力，因此进一步加强对其的研究非常有必要。

2 反渗透膜分离的原理

对透过物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的这种薄膜，称之为理想的半透膜。当把相同体积的溶剂和溶液(或把相同体积的两种不同浓度的溶液)分别置于此膜的两侧时，纯溶剂将自然穿过半透膜而自发地向溶液(或从低浓度溶液向高浓度)一侧流动，这一现象称为渗透。随着水的流入浓溶液不断被稀释，当水向浓溶液流动而产生的压力P足够阻止水继续流入时，渗透则处于平衡状态。平衡时，水通过半透膜从任一边向另一边流入的数量是相等的，即处于动态平衡状态，此时的压力P称为溶液的渗透压。渗透压的大小取决于溶液的固有性质，即与浓溶液的种类、浓度和温度有关，而与半透膜的性质无关。渗透是自发过程，而反渗透是一种非自发过程。在进水(浓溶液)侧施加压力，且该压力大于自然渗透压，则水分子自然渗透的流动方向就会逆转，进水(浓溶液)中的水分子部分通过半透膜(反渗透膜)流向稀溶液一侧，使得进水(浓溶液)侧浓度更大，这个过程叫做反渗透[34，35]。其原理如图1所示。

图1 反渗透基本原理

3 火电厂再生废水反渗透回收工艺

3.1 精处理系统

凝结水是给水的最大组成部分，由于热力系统的不严密以及系统内金属的腐蚀，凝结水中不仅含有各种微量的溶解盐类物质和硅化合物，还含有悬浮态、液态的金属腐蚀产物以及微量的有机物等杂质，凝结水精处理的主要任务就是除去凝结水中悬浮物、腐蚀产物及其他杂质，降低凝结水系统中的含盐量和电导率，以保证机组安全稳定运行。

某电厂装机4×1000MW超超临界燃煤发电机组，每台机组设一套中压凝结水精处理系统，整套系统包括前置过滤器和高速混床及旁路保护系统，用于除去凝结水中的金属腐蚀产物和微量盐分。机组正常运行时，该系统具有100%凝结水流量的处理能力，经过处理的凝结水水质能满足超超临界机组对给水水质的要求。每台机组配备4台高速混床，在正常情况下，3用1备。每两台机组共用一套体外再生系统，再生采用的是锥体分离法。树脂再生过程包括六个步序，即树脂的输送、树脂的清洗、树脂的分离、阴树脂的再生、阳树脂的再生以及阴、阳树脂的混合。

树脂输送阶段采用水力输送方式将失效树脂输送至阴再生罐，备用树脂输送至高速混床内部；树脂清洗阶段采用压缩空气+除盐水正洗交替循环方式对失效树脂进行清洗并分层；阴、阳树脂分离阶段采用除盐水将阳树脂从阴再生罐输送至阳再生罐，再采用除盐水对分离后的阳树脂进行反洗；阴树脂再生是通过对阴树脂进碱以恢复树脂的离子交换能力，接着对再生后的树脂进行擦洗以去除再生产物，最后经过循环反洗以及正洗直至排水电导合格；阳树脂再生是通过对阳树脂进酸以恢复树脂的离子交换能力，接着对再生后的树脂进行擦洗以去除再生产物，最后经过循环反洗以及正洗直至排水电导合格；阴、阳树脂混合是将阴树脂水力输送至阳再生罐，经空气混合均匀后进行正洗至排水电导合格。

3.2 精处理再生废水水质分析

电厂凝结水精处理高速混床采用体外锥斗法再生，再生一次运行时间约18h，排水水量为554.5m3。电厂4×1000MW机组精处理高速混床共计再生520次，根据单次再生废水水量以及再生次数计算，产生再生废水水量合计为28.8万吨，水耗偏大。对单次再生废水水量及水质进行分析。

树脂输送、树脂清洗以及树脂分离三个步序，排水的pH值在5～7之间，电导率＜2μS/cm，阴、阳树脂混合过程排水的pH值在5～6之间，电导率＜4μS/cm，这四个步序排水水量合计为213.9m3。

阴树脂进碱和置换阶段排水为高含盐强碱性废水，阳树脂再生进酸和置换阶段排水为高含盐量强酸性废水，废水水量合计为60m3，废水中的主要离子成分为再生剂带入的Na+和Cl-，此外，阳树脂再生排水中还富含氨氮。阴树脂正洗和阳树脂正洗两个阶段排水水量合计为280.6m3，水量较大。其中，正洗初期排水的电导率较高，随着正洗的循环进行，排水的电导率逐渐下降，到正洗合格后排水的电导率＜1.5μS/cm。

根据精处理再生过程消耗的酸碱量，对精处理再生过程废水中主要离子含量进行统计计算，结果见表1。