高回收率循环水排污水回用处理工艺研究*

李亚娟　陈景硕　余耀宏　降晓艳　黄倩

(1.西安热工研究院有限公司　西安 710032；　2.华能国际电力股份有限公司　北京 100031)



高回收率循环水排污水回用处理工艺研究*

李亚娟1陈景硕2余耀宏1降晓艳1黄倩1

(1.西安热工研究院有限公司西安 710032；2.华能国际电力股份有限公司北京 100031)

采用城市中水作为火电厂循环水系统水源，在循环水高浓缩倍率运行条件下，循环水排污水具有含盐量高、硬度高、有机物浓度高的特点，回用处理难度大。通过试验模拟研究，提出了采用“NaOH-Na2CO3联合软化+超滤+反渗透”处理工艺，该系统运行稳定，淡水回收率可达到85%，淡水可作为循环水系统补水或者锅炉补给水系统水源。

城市中水循环排污水联合软化高回收率反渗透

0　引言

循环水排污水占循环冷却型火电厂废水总量70%以上[1-2]，对其进行处理回用是实现火电厂废水零排放的关键。在循环水高浓缩倍率运行条件下，排污水含盐量、COD、SiO2、硬度、碱度等各项指标均偏高，并且含有大量的水质稳定剂[3-5]，加大了循环水排污水处理的难度。目前，循环水回用处理大多采用反渗透脱盐技术，在实际运行过程中出现膜污堵、阻垢剂析出、系统出力下降、化学清洗频繁等问题[6-8]。本文通过试验研究，提出以城市中水为水源的循环水排污水新型脱盐处理工艺。

1　循环水排污水水质分析

表1　循环水排污水水质分析结果

某电厂采用城市中水作为循环水补充水，循环水排污水水质分析结果见表1。根据水质分析结果，循环水排污水具有如下特点：

(2)有机物质量浓度高，COD为56 mg/L，BOD5只有9 mg/L，B/C=0.16，可生化性低。主要是由于可生化降解的有机物已经通过污水处理厂的生物处理工艺予以去除，残留的有机物可生化性不高。此外，循环水排污水中的有机物还有一部分来自循环水系统运行过程中投加的水质稳定剂，为化学合成药品，很难被生物降解。

(3)电厂为实现全厂废水“零排放”，采用循环水高浓缩倍率运行控制方案，浓缩倍率控制在6倍左右，导致循环水排污水含盐量偏高。

根据循环水排污水水质特点，提出对排污水进行“软化、除浊、脱盐”处理方案。

2　联合软化试验研究结果

通过石灰-碳酸钠和氢氧化钠-碳酸钠两种软化处理的出水水质和药耗成本对比，进行软化工艺的选择。

2.1Ca(OH)2- Na2CO3试验结果

固定碳酸钠加药量为1 200 mg/L，改变石灰加药量进行试验，结果见图1。石灰投加量为200～700 mg/L时，随着石灰加药量的增大，上清液中Mg2+浓度均逐渐降低，但Ca2+浓度逐渐增大。主要由于投加的石灰将大部分碳酸盐硬度去除后，剩余的石灰与MgSO4和MgCl2生成氢氧化镁沉淀以及CaSO4和CaCl2。由于Mg2+结垢倾向低，综合比较，选择石灰最佳投加量为500 mg/L。

图1　石灰软化处理试验结果

固定石灰投加量为500 mg/L时，改变Na2CO3剂量进行试验，结果见图2。Na2CO3加药量≤1 600 mg/L时，上清液Ca2+浓度和Mg2+浓度逐渐降低，当Na2CO3投加量>1 600 mg/L时，出水Ca2+浓度和Mg2+浓度变化趋于平缓。因此，Ca(OH)2-Na2CO3软化处理中Na2CO3投加量选择为1 600 mg/L。

图2　碳酸钠软化处理试验结果

Ca(OH)2-Na2CO3软化出水总磷≤0.15 mg/L，总磷去除率≥95%，TOC去除率在15%～20%之间。

2.2NaOH-Na2CO3试验结果

固定Na2CO3剂量为1 200 mg/L，改变NaOH剂量进行试验，结果见图3。NaOH加药量由100 mg/L增加到600 mg/L，上清液中Ca2+，Mg2+浓度均逐渐降低。当NaOH投加量>500 mg/L时，出水Ca2+，Mg2+浓度基本趋于平稳。

图3　NaOH软化处理试验结果

图4　Na2CO3软化处理试验结果

固定NaOH剂量为500 mg/L，改变Na2CO3剂量进行试验，结果见图4。上清液中Ca2+，Mg2+浓度均随Na2CO3剂量的增大而降低，但当Na2CO3投加量>1 000 mg/L时，混凝后上清液Ca2+，Mg2+残留量变化较小。综合比较，Na2CO3最佳加药量为1 000 mg/L。NaOH-Na2CO3联合软化对总磷和TOC的去除情况和Ca(OH)2-Na2CO3基本一致。

由于原水碳酸盐硬度只有6.78%，石灰去除暂硬的同时额外带入Ca2+，导致Na2CO3加药量偏高，产生的污泥量增大。而且石灰加药系统运行环境差，计量准确性低，系统易堵塞。在碳酸盐硬度较低的情况下，通过投加NaOH去除镁硬，Na2CO3去除钙硬，Na2CO3加药量较Ca(OH)2-Na2CO3处理工艺低40%，药耗成本低约15%。此外，直接投加液碱，系统易于控制，作业环境好。因此，软化药剂推荐选用NaOH和Na2CO3。

3　超滤试验研究结果

试验水源采用氢氧化钠-碳酸钠软化出水。采用外压式中空纤维超滤膜组件，运行方式为死端过滤，运行模式为过滤→反洗→冲洗，过滤周期为30 min，运行压力和出水浊度如图5和图6所示。

由试验结果可以看出：在超滤设备连续运行的400 min内，超滤运行压力稳定在42～45 kPa范围内，变化幅度很小，设备运行稳定。出水浊度<0.20 NTU，超滤膜对浊度的去除率>90%。对超滤产水进行SDI测定，SDI在2.47～2.85之间。可以看出，超滤出水水质满足反渗透膜对进水水质(浊度<1 NTU，SDI<5)的要求。

图5　超滤运行压力变化曲线

图6　超滤出水浊度变化曲线

4　反渗透试验研究结果

4.1试验条件

模拟试验采用陶氏公司生产的LCHR-4040型号反渗透膜元件，模拟水样采用循环水排污水经过NaOH-Na2CO3联合软化和超滤处理后的出水，主要水质指标见表2。

表2　反渗透进水水质分析结果

通过运行压力、脱盐率以及进、出水水质分析，评价反渗透系统的运行性能。

4.2试验工况的选择

(1)经过预处理后循环水排污水中仍含有少量硬度离子，且硫酸根含量偏高，通过计算LSI=0.98>0，BaSO4饱和度>100%，需要投加阻垢剂。

(2)反渗透进水TOC质量浓度为14.15 mg/L，COD质量浓度为51 mg/L，有机物含量偏高，易造成膜污堵。在碱性条件下运行，有机物被乳化或皂化，避免其粘附在膜表面。此外，硅溶解度随pH值的升高而增加，所以硅结垢极限得到了明显提高。如果采用高效反渗透运行(调节进水pH=11～12)的话，需要增加弱酸阳床，彻底去除来水中的硬度离子。弱酸阳床在运行过程中产生周期性再生废水，为强酸碱性高含盐量废水，而且含有大量的硬度离子和硫酸盐，增大了电厂末端高盐废水的处理量和处理难度。此外，循环水排污水有机物含量高，易造成树脂污堵。经过综合考虑，为避免有机污堵，同时减少电厂酸碱再生废水的产生量，可调节RO进水pH=9.5， 在总硬<1 mmol/L的情况下，通过投加阻垢剂可以避免反渗透膜无机结垢和有机污堵。

(3)反渗透进水含盐量为3 516 mg/L，通过预处理以及运行过程中投加阻垢剂可避免反渗透膜无机结垢，碱性运行条件减缓了反渗透有机物污堵和硅结垢的风险。同时，结合LCHR-4040膜元件的特性，反渗透系统回收率拟定为85%。

4.3试验结果分析

在系统回收率为85%、原水pH值控制在9.5条件下，反渗透试验设备累计运行80 h，运行压力、脱盐率、产水电导率变化曲线见图7～图9。

图7　反渗透运行压力变化曲线

图8　反渗透脱盐率变化曲线

图9　反渗透产水电导率变化曲线

反渗透回收率稳定在85%后，运行压力稳定在1.9～2.1 MPa之间，进水和浓水之间的压差波动幅度很小，压差在36.1～38.1 kPa之间，远低于膜运行过程中对压差的限值(单支膜元件的压差<100 kPa)。产水电导率在420～491 μS/cm之间，膜脱盐率在98.2%～98.5%之间，产水电导率和脱盐率波动幅度较小。

5　工艺方案

根据试验结果，循环水排污水处理工艺流程如图10所示。处理工序包括以下几部分：

图10　循环水回收处理工艺流程

(1)采用NaOH-Na2CO3进行两级软化处理，产生CaCO3和Mg(OH)2沉淀，Mg(OH)2的絮体轻，沉降性能差，为了提高Mg(OH)2的沉降效果，建议采用高密度澄清池。澄清池排泥进行压滤后泥饼外运，滤液返回原水池重新处理。

(2)澄清池出水经纤维过滤器去除残留絮体，并调节过滤器出水pH值至9.3～9.5之间。由于氢氧化镁絮体轻，沉降性能差，澄清器出水有絮体残留，如果对澄清器出水进行pH值调节，未沉降的絮体会溶解，导致硬度析出。为了降低反渗透进水硬度含量，建议将加酸点后移。

(3)纤维过滤器出水进超滤装置，超滤去除大分子有机物、胶体类物质以及微小杂质等，超滤出水达到反渗透进水水质要求。超滤反洗水回到原水池继续处理，以减少系统外排水量。

(4)采用反渗透进行脱盐处理，调节反渗透进水pH=9.3～9.5，回收率为85%，脱盐率>98%。反渗透产水作为冷却塔补水、工业用水、锅炉补给水处理系统水源等水质要求较高的场合。

(5)反渗透浓水含盐量偏高，与脱硫废水混合，经末端废水处理系统浓缩减量后，再通过蒸发结晶系统进行固化处理，以实现全厂废水零排放。

[1]王平，刘朝阳，王辉新．循环水排污水回用试验研究[J]．水资源与水工程学报，2010，21(2)：144-146．

[2]李瑞瑞，姜琪，余耀宏，等．循环水排污水回用软化处理工艺[J]．热力发电，2014，43(5)：117-120．

[3]张江涛，董娟．火力发电厂循环排污水处理回用技术的比较分析[J]．水处理技术，2012，38(8)：124-127．

[4]陈颖敏，孙心利，吴静然．循环水排污水回用中磷系阻垢剂对混凝效果的影响及措施[J]．热力发电，2010，39(1)：95-99．

[5]孙心利，王平，李路江．火力发电厂循环水排污水回用预处理工艺分析[J]．电力科学与技术学报，2010，25(2)：89-93．

[6]杨宝红，余耀宏．火电厂循环水排污水回用处理中超滤膜污染过程分析[J]．电力科学与技术学报，2007，22(4)：79-83．

[7]梁建瑞．超滤-反渗透膜组合工艺处理电厂循环排污水[J]．水处理技术，2006，32(6)：79-81．

[8]孙心利．循环水排污水处理工艺选择之管见[J]．华北电力技术，2003(9)：48-50．

High Recovery Rate of Recycling Treatment Technology Research of Circulating Waste Water

LI Yajuan1CHEN Jingshuo2YU Yaohong1JIANG Xiaoyan1HUANG Qian1

(1.Xi’anThermalPowerResearchInstituteXi’an710032)

The municipal reclaimed water is used as circulating water in the fossil power plant, circulating waste water is high dissolved solid, high hardness and high organic matter when water-recirculating system operates with the higher concentration ratio and the circulating waste water treatment is difficult. Through experimental simulation, the process of “NaOH-Na2CO3mixed softening-UF-RO” is proposed to treat circulating waste water. The fresh water recovery rate can reach 85% and it can be used as the make-up water for circulating water or for chemical desalting water system.

municipal reclaimed watercirculating waste watermixed softeninghigh recoveryreverse osmosis

华能国际电力股份有限公司科技项目(TL-15-HNK01)。

李亚娟，女，1983年生，硕士研究生，工程师，从事火电厂水处理技术的研究。

2015-08-14)