“石灰+碳酸钠”软化与双膜法在循环水排污水深度处理中的应用

贾秋菊， 王松林 ，宋雅芳 ，张龙明 ，李荣晖

(1.华润电力焦作有限公司，河南 焦作 454450；2.西安热工研究院有限公司， 西安 710032)

随着国家对环境保护要求的提高，2012年颁布了《关于实行最严格水资源管理制度的意见》，明确了取水许可、入河湖排放口限批、节水强制性标准等一系列硬性要求，规定了水资源开发利用的底线[1-2]。华润电力焦作有限公司一期工程为2×660 MW超超临界湿冷供热机组，机组采用开式间冷循环水系统，循环水补充水为经100%石灰处理的中水。为节水减排，将循环水浓缩倍率提升至5～6，并将部分循环水经过“石灰+碳酸钠”旁流处理以降低水质硬度、避免系统结垢，该工艺具备一定的节水减排能力，但仍存在较大改进空间。为了解决水资源限制发展的难题，缓解日益严重的环保排放压力，根据中水水质条件和用水需求，开展了“石灰+碳酸钠”软化与双膜法在循环水排污水深度处理中的联合应用实践，一级反渗透产水用于循环水和锅炉补给水系统的补充水。

1 系统流程及存在问题

循环水处理系统额定出力为1 000 t/h，工作流程：中水→石灰处理系统→循环水系统→部分循环水排污水(200 t/h排污水)→石灰+碳酸钠软化系统→软化水池→循环水。

锅炉补给水处理系统额定出力为80t/h，工作流程：生活饮用水→超滤水箱→一级反渗透水箱→混床→除盐水。

表1 循环水水质

机组循环水水质见表1，其中c(Ca2+)、c(ZYD)、c(FTJD)、c(ZJD)为分别为钙离子、总硬度、酚酞碱度、总碱度的浓度；ρ(P)、ρ(XJ)为总磷、细菌的质量浓度。夏季2台机组满负荷条件下，浓缩倍率与排污量的关系见表2。

表2 浓缩倍率与循环水排污量的关系

目前系统运行的设备下，存在以下问题。

图1 优化后系统流程及水量平衡

a.“石灰+碳酸钠”旁流处理无法去除氯离子、硫酸根等腐蚀性阴离子，限制了循环水运行倍率的进一步提高，因此电厂仍然面临很大的排放压力。

b. 循环水排污水未合理梯级利用，造成水资源极大浪费，以7.0倍运行为例，双机运行将产生约200 t/h的循环水排污水量 。

c.“石灰+碳酸钠”软化系统出水pH值在10.0以上，采用硫酸调至pH值8.0左右，硫酸根在高倍率下运行，对冷却塔水泥构筑物腐蚀 。

d.锅炉补给水系统采用生活饮用水水源，饮用水价格的升高导致用水成本大幅上升。

2 系统优化

2.1 系统设备回收率

系统设备的回收率控制应满足厂家要求和实际水质条件(见表3 )。

2.2 优化后的系统流程及水量平衡

按表3的回收率，优化后系统流程及水量平衡见图1。

优化后，增加设备包括二级反渗透装置和二级反渗透水箱。根据表2，机组循环水运行倍率大于4.5，2台机组额定运行，各设备在设计回收率的情况下， 循环水排污水流量为400 t/h，一级反渗透排水约109 t/h，其水质和流量可满足脱硫系统100 t/h工艺水用量的要求。在满足2台机组正常补水量(60 t/h)时，二级反渗透产水流量为61 t/h，其余的(182 t/h，实际量根据机组除盐水耗量而调整)一级反渗透膜产水可补回塔池，满足优化后的系统设备配置和运行方式要求。

表3 系统设备的回收率控制

3 系统运行调整

3.1 “石灰+碳酸钠”软化系统

根据“石灰+碳酸钠”软化存在的反应，石灰与碳酸钠的理论加药量mCaO和mNa2CO3计算按 公式(1)、(2)进行。

mCaO=28 (ρ(CO2)+A+c(Mg)+α)/ε1

(1)

mNa2CO3=53(c(Y)+β)/ε2

(2)

式中：ρ(CO2)为水质中CO2的质量浓度；A为全碱度 ；c(Mg)为镁硬度；α为1/2Ca(OH)2过剩量，一般为0.2～0.4 mmol/L；ε1为石灰纯度；c(Y)为总永久碱度；β为1/2Na2CO3过剩量，一般为1.0～1.4 mmol/L；ε2为碳酸钠纯度。

实际运行中，石灰、碳酸钠的加药量并不是通过计算得到的，为有效去除碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、细菌、SiO2、总磷、Ba、Sr等物质，以控制二次反应池水的pH在10.2～10.5来调整石灰的加入量，通过控制出水OH-浓度，使出水残余碱度处于最低点附近，此时水的含盐量、残留硬度也都处于最低点附近[3]。“石灰+碳酸钠”软化处理工艺可将排污水中的钙、硅、锶、钡等致垢成分去除60%以上，总硬度的去除率达79%，同时水中的有机物及微生物含量也可降低20%以上，因此，“石灰+碳酸钠”处理显著降低了膜系统污堵及结垢的风险[4]。

3.2 超滤系统

超滤操作步骤与时间见表4，冬季水温为35 ℃，超滤装置压差达到0.08 MPa时，停机进行化学清洗。

表4 超滤操作步骤与时间

3.3 反渗透系统

中水为水源的循环水中杂质复杂，为了验证阻垢剂、还原剂、水质的兼容性，进行了模拟试验。取2组共10个1 000 mL超滤产水，分别加入化学纯NaHSO3至水的氧化还原电位降低至-100 mV后，2组(每组各5个处理水样)水样分别模拟一级、二级反渗透浓水在不同回收率下的水质条件，每组水样分别加入膜厂家推荐阻垢剂2、3、4、5、6 mg/L，搅拌1 min，静置5 min，观察有无沉淀。在40 ℃水浴锅里第1组恒温至250 mL ，第2组恒温至 150 mL， 在相同条件下观察水样中有无沉淀物或析出物。经过试验，经浓缩后的3个水样(2 mg/L一级反渗透水样，2、3 mg/L二级反渗透水样)存在析出物质，因此，在弱还原性条件下，一级(二级)反渗透进水阻垢剂剂量大于2 mg/L(4 mg/L)时，水样、阻垢剂、还原剂兼容性良好。

4 系统运行情况

从运行情况看，超滤系统运行压差与产水量稳定，产水浊度不大于0.5 NTU、SDI15不大于2，符合反渗透进水要求；一级反渗透回收率为68%～70%，装置及段间压差均不大于0.18 MPa，产水流量稳定、电导率不大于40 μS/cm，脱盐率大于98%；二级反渗透回收率为80～85%，装置及段间压差均不大于0.2 MPa，产水电导率不大于 3 μS/cm，脱盐率大于95%，反渗透脱盐率和产水电导率，混床运行周期60～70天(额定出力下)。

5 结束语

华润电力焦作有限公司1、2号机组应用“石灰+碳酸钠”软化和“超滤+反渗透”双膜联合工艺对循环水排污水深度处理以来，增加城市中水用量360×104t，减少废水排放量约200×104t，节约天然淡水约180×104t，节省用水成本5 300×104元，同时为实现全厂 “零排放”奠定了坚实基础。

参考文献:

[1] 国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见．中央政府门户网站，2012.

[2] 李波. 1 000 MW湿冷机组火电厂水平衡优化分析[J].给水排水，2013，39(10)：64-69.

[3] 张春波，李广，张凤琴. 中水回用于电厂循环水补充水的处理方案研究[J]. 吉林电力, 2008 ，36(5):7-10.

[4] 刘朝辉. 电厂循环水排污水回用深度处理关键技术研究[D]. 北京：华北电力大学, 2014.