1 概述隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為主要基礎(chǔ)能源生產(chǎn)的電力工業(yè)也保持著較高的增速，其中火力發(fā)電量占總發(fā)電量的80%以上?；鹆Πl(fā)電廠用水量占全部工業(yè)用水量的40%，在采用循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的火力發(fā)電廠中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量占整個電廠用水量的80%以上。由于火力發(fā)電廠用水量大，水的問題已成為北方地區(qū)建設(shè)、發(fā)展電力工業(yè)的制約因素。因此，北方地區(qū)采用城市再生水作為火力發(fā)電廠用水是必然趨勢。提高循環(huán)冷卻水濃縮倍率并對循環(huán)排污水進(jìn)行回收利用，可有效降低發(fā)電綜合水耗，降低運(yùn)行成本。
循環(huán)冷卻水的節(jié)水常采用高濃縮循環(huán)水處理技術(shù)，通過“加酸+阻垢”聯(lián)合處理方式提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍率來實(shí)現(xiàn)。一般地區(qū)循環(huán)冷卻火電廠的循環(huán)冷卻水濃縮倍率達(dá)到3 以上，特別缺水地區(qū)火電廠的循環(huán)冷卻水濃縮倍率可達(dá)4.5 以上。下表為某2×600MW 機(jī)組循環(huán)冷卻水濃縮倍率與排污水量、補(bǔ)充水量的數(shù)據(jù)。
如上表所述：盡管循環(huán)冷卻水采用高濃縮倍率運(yùn)行可以減少排污損失，但其補(bǔ)充水量還是很大的，這么巨大的用水量無論是抽取地下水還是從江河湖泊取水，均會占用寶貴的水資源，如用城市再生水替代，將節(jié)約寶貴的水資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益，且符合國家“節(jié)水減排”產(chǎn)業(yè)政策。城市再生水作為可再生利用的水資源，已經(jīng)越來越被人們所認(rèn)識。以城市污水處理廠的出水經(jīng)深度處理后作為火電廠機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，從而替代地下水或地表水，技術(shù)上可行，在工程上許多電廠也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
城市二級污水處理廠出水排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)達(dá)到GB18918《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)或GB8978《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級標(biāo)準(zhǔn)。如下表所示：
根據(jù)中國電力工程顧問集團(tuán)公司發(fā)布的《再生水深度處理設(shè)計(jì)導(dǎo)則》，城市二級污水處理廠出水經(jīng)深度處理后的再生水用于工業(yè)循環(huán)冷卻水，其水質(zhì)要求宜滿足表2.2 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
一般來說，城市再生水中的殘留污染物對發(fā)電廠安全生產(chǎn)構(gòu)成危害的主要是有機(jī)物、氨氮、含鹽量和碳酸鹽硬度等。正常的污水廠二級處理出水CODcr 的含量一般在60mg/L～100mg/L 之間；氨氮含量在5mg/L～25mg/L 之間。這些指標(biāo)均不能滿足發(fā)電廠用水的最低標(biāo)準(zhǔn)，需要進(jìn)行深度處理后才能回用。城市再生水往往比當(dāng)?shù)靥烊凰懈嗟娜芙庑喳}類，補(bǔ)入電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)后，這些溶解鹽分經(jīng)濃縮后會導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕。為此，采用再生水作為補(bǔ)充水的循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率不宜過高，宜控制在3.5 倍之內(nèi)。
采用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源的循環(huán)排污水成分復(fù)雜，處理難度大，主要表現(xiàn)在：
（1）再生水殘留的有機(jī)物容易在循環(huán)水系統(tǒng)中產(chǎn)生大量的粘泥，滋生微生物，這些物質(zhì)會隨循環(huán)水排污而帶出。
（2）為控制粘泥和微生物滋生，需要加大量的殺菌劑，循環(huán)排污水含有殘余的殺菌劑成分。
（3）為控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備及管道結(jié)垢，需要添加水質(zhì)穩(wěn)定劑，使循環(huán)水排污水質(zhì)成份變得更加復(fù)雜。
（4）再生水殘留的氨氮容易在循環(huán)水系統(tǒng)中反硝化，消耗循環(huán)冷卻水的堿度，容易導(dǎo)致循環(huán)排污水偏酸性。
（5）城市再生水往往比當(dāng)?shù)靥烊凰懈嗟娜芙庑喳}類，其循環(huán)排污水含鹽量較高，有些電廠的排污水含鹽量達(dá)到了4000mg/L 以上。
鑒于采用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源的循環(huán)排污水比采用地下水系統(tǒng)的排污成分更復(fù)雜，我們在選擇水工藝時要綜合考慮，兼顧方案的成熟可靠性，也要考慮先進(jìn)的膜處理工藝，同時要兼顧方案經(jīng)濟(jì)性。
針對循環(huán)排污水含鹽量的特點(diǎn)：應(yīng)考慮脫鹽處理措施，目前，用于脫鹽的設(shè)備主要有：反滲透設(shè)備、離子交換器、鹽水蒸發(fā)濃縮器。鹽水蒸發(fā)濃縮器因造價太高，很少采用；而離子交換器雖然成熟可靠，但再生用酸堿量大，運(yùn)費(fèi)用高，也不常使用。反滲透作為成熟的脫鹽工藝，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠；模塊化設(shè)計(jì)，占地面積小；易實(shí)現(xiàn)自動控制等特點(diǎn)，但反滲透需要嚴(yán)格的預(yù)處理，以保證其進(jìn)水水質(zhì)和使用壽命。
在預(yù)處理工藝選擇上，根據(jù)目前工程實(shí)際應(yīng)用情況，以超濾工藝為最佳。由于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水是采用城市再生水，其殘留的有機(jī)物和循環(huán)冷卻水滋生的微生物對超濾運(yùn)行的影響較大，為此，在采用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源的電廠，其循環(huán)排污水處理工藝必須考慮超濾的前處理和自身保護(hù)措施，如設(shè)置機(jī)械加速澄清池、多介質(zhì)過濾器、超濾前置過濾器、超濾進(jìn)水殺菌、超濾反洗及化學(xué)清洗等措施，以保證超濾的進(jìn)水水質(zhì)和使用壽命。
根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，并通過現(xiàn)場工藝試驗(yàn)，下述工藝技術(shù)先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)可行：
循環(huán)排污水（1、2 號機(jī)組凝汽器出入口）→生水加熱器（維持原水溫度20℃～30℃）→機(jī)械攪拌加速澄清池（NaClO、PAC）→雙介質(zhì)（石英砂、無煙煤）過濾器→盤濾→超濾→反滲透（阻垢劑、鹽酸、還原劑）→淡水箱。在滿足機(jī)組及熱網(wǎng)系統(tǒng)正常補(bǔ)水外，其余部分返回循環(huán)冷卻水，用于改善循環(huán)冷卻水質(zhì)量。
考慮到城市再生水經(jīng)濃縮后的排污水具有成分復(fù)雜、易結(jié)垢、易污堵膜系統(tǒng)等特點(diǎn)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中參數(shù)的選擇尤為重要。預(yù)處理設(shè)施：宜選擇“機(jī)械加速澄清池+多介質(zhì)過濾器”工藝，并配合加絮凝劑（如聚合鋁或聚合鐵）、加殺菌劑（如次氯酸鈉）聯(lián)合處理。
（1）機(jī)械加速澄清池的上升流速≤0.60mm/s；
（2）多介質(zhì)過濾器的運(yùn)行流速≤10m/h；
（3）高效纖維過濾器的運(yùn)行流速≤20m/h；
（1）超濾前應(yīng)設(shè)置過濾精度100μm 的保護(hù)過濾器，形式宜選擇自清洗絲網(wǎng)過濾器；
（2）超濾膜宜選擇有大量應(yīng)用業(yè)績的進(jìn)口超濾膜，膜材質(zhì)宜有限選擇PVDF；
（3）超濾膜通量宜選擇≤60L/m2·h；
（4）超濾運(yùn)行周期宜選擇28min，即每30min 反洗一次，反洗時間2min；
（5）超濾宜設(shè)置化學(xué)加強(qiáng)反洗，化學(xué)加強(qiáng)反洗啊1～2 次/d，采用堿氯洗河酸洗分別進(jìn)行一次10min 的浸泡清洗。
（6）超濾宜設(shè)置化學(xué)清洗，每3 個月進(jìn)行一次，采用堿洗、堿氯洗、酸洗三步清洗。
（1）反滲透膜宜選擇抗污染膜；
（2）反滲透膜通量宜選擇小于等于20L/m2·h；
（3）應(yīng)根據(jù)反滲透進(jìn)水情況設(shè)置加酸、加阻垢劑、加還原劑、加非氧化性殺菌劑（根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置）等加藥系統(tǒng)。
（4）反滲透的化學(xué)清洗周期根據(jù)進(jìn)水情況和反滲透運(yùn)行情況設(shè)置，根據(jù)污染物有針對性地進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗周期不宜超過6 個月。
3.4.1 循環(huán)水排污經(jīng)反滲透脫鹽后，其產(chǎn)水水質(zhì)較好，接近一級除鹽水，如果將產(chǎn)水用作鍋爐補(bǔ)給水除鹽系統(tǒng)的生水水源，可以極大地延長一級除鹽和混床的再生周期，降低酸堿耗量，給電廠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.4.2 循環(huán)水排污回用處理系統(tǒng)產(chǎn)水在滿足鍋爐補(bǔ)給水除鹽系統(tǒng)的水量需求后還有剩余的情況下，建議將剩余的產(chǎn)水補(bǔ)入循環(huán)水系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的旁流脫鹽。
3.5.1 機(jī)械攪拌澄清池排污水及多介質(zhì)過濾器反洗排水可經(jīng)過澄清過濾后回用。
3.5.2 循環(huán)水排污一般采用雙膜法，超濾產(chǎn)生的主要廢水有反洗水、濃排水及化學(xué)清洗廢水，反滲透產(chǎn)生的主要廢水有濃排水、沖洗水及化學(xué)清洗廢水。超濾及反滲透化學(xué)清洗廢水經(jīng)處理后用于灰場噴灑降塵，其余部分廢水由于其濁度低、含鹽量于循環(huán)冷卻水相同，可回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水。
3.5.3 反滲透濃水處理方式有兩種：在水質(zhì)允許情況下，用作過濾器的反洗水；也可用于脫硫工藝用水。
（1）日處理排污水量：7200t/d。
（2）電廠循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源為城市再生水，再生水的主要水質(zhì)指標(biāo)：CODCr：11mg/L～20mg/L
懸浮物：1NTU～3NTU
含鹽量：480mg/L～812mg/L
（3）循環(huán)水濃縮倍率：3.5 倍。
（4）循環(huán)水排污的主要水質(zhì)指標(biāo)：CODCr：22mg/L～35mg/L
懸浮物：10NTU～20NTU
含鹽量：1000mg/L～1800mg/L.
（5）處理工藝：循環(huán)排污水→機(jī)械加速澄清池→多介質(zhì)過濾器→疊片過濾器→壓力式超濾→超濾產(chǎn)水箱→升壓泵→保安過濾器→高壓泵→反滲透→淡水箱。
（6）超濾設(shè)備：出力：128×4m3/h，回收率：90%。超濾選用美國KOCH 公司生產(chǎn)的型號為的V1072-35-PMC 膜元件，膜通量設(shè)計(jì)采用60L/m2·h。
（7）反滲透設(shè)備：出力為120×2m3/h，回收率：70～75%。反滲透選用美國DOW 公司生產(chǎn)的型號為BW30-365FR 膜元件。
（8）反滲透產(chǎn)水的用途：首先滿足鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)用水需求，多余部分直接補(bǔ)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
（9）項(xiàng)目于2007 年2 月竣工投產(chǎn)。
4.1.2.1 超濾系統(tǒng)運(yùn)行情況
從上圖可以看出，在長達(dá)一年的運(yùn)行中，超濾產(chǎn)水的SDI 值總體在1.5～2.5 之間波動，超濾產(chǎn)水完全能滿足反滲透入口水的水質(zhì)要求。
從上圖可以看出，在長達(dá)一年的運(yùn)行中，超濾運(yùn)行壓差TMP 平均3 個月就到設(shè)計(jì)值（1.5MPa），就應(yīng)該停機(jī)機(jī)進(jìn)行化學(xué)清洗，清洗后的TMP 能恢復(fù)到清洗前的水平，化學(xué)清洗周期為3 個月。
從上圖可以看出，在長達(dá)一年的運(yùn)行中，超濾人口水CODMn 在5.8m/L～6.6m/L 之間，平均為6.05mg/L。出口水CODMn 在5.35m/L～6.00m/L，平均為5.45mg／L。超濾CODMn 去除率為10％左右，說明超濾對有機(jī)物的去除率較低，有機(jī)物的去除需要依靠前面的混凝過濾工藝。
4.1.2.2 反滲透系統(tǒng)
（1）反滲透系統(tǒng)配置：每套反滲透設(shè)計(jì)處理能力為120t/h，按一級兩段（20：12）排列，單套采用美國DOW 公司的BW30-365FR 抗污染膜192 支，膜通量設(shè)計(jì)采用18L/m2·h。
（2）2008 年反滲透運(yùn)行情況
由于反滲透進(jìn)水的SDI 在1.5～2.5 之間，且反滲透設(shè)計(jì)選用通量低，反滲透膜為抗污染膜，反滲透運(yùn)行穩(wěn)定，脫鹽率保持在97.5%以上，產(chǎn)水量基本維持在115～120t/h，段間壓差平均3 個月上升1.5bar，一年總共進(jìn)行4 次化學(xué)清洗，從清洗循環(huán)液的顏色和垢樣分析，反滲透污染主要體現(xiàn)在有機(jī)物污染，清洗后反滲透的段間壓差能恢復(fù)到原來的水平，產(chǎn)水量也能恢復(fù)到設(shè)計(jì)值。
5 結(jié)束語
5.1 采用循環(huán)冷卻水排污水作為化學(xué)水處理水源，特別是使用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的水源，需要通過現(xiàn)場試驗(yàn)選擇確定水處理工藝，一般原水需要混凝澄清預(yù)處理工藝，去除大部分懸浮物和部分去除有機(jī)物，為后續(xù)水處理設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。建議控制機(jī)械攪拌澄清池出水濁度≤1NTU。5.2 在循環(huán)冷卻水選擇水質(zhì)穩(wěn)定劑、緩蝕劑及殺菌滅藻劑時，考慮與化學(xué)混凝澄清藥劑、工藝相適應(yīng)。在循環(huán)冷卻水投加殺菌滅藻劑時，注意循環(huán)冷卻水濁度變化對混凝澄清的影響。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)冷卻水殺菌滅藻劑不宜使用異噻唑啉酮。
5.3 根據(jù)這類電廠的循環(huán)水排污水具有高含鹽量、高污染等特性，回收工藝宜采取“預(yù)處理+雙膜法（即超濾膜+反滲透膜）”處理工藝處理，脫鹽處理方式以反滲透方案最為經(jīng)濟(jì)。
5.4 為了保證系統(tǒng)運(yùn)行安全穩(wěn)定，在膜通量選擇上，超濾膜宜選擇小于等于60L/m2·h，反滲透膜宜選擇小于等于20L/m2·h，反滲透宜選用抗污染膜。為防止微生物對超濾、反滲透膜的污染，建議考慮反滲透系統(tǒng)連續(xù)添加非氧化性殺菌滅藻劑或定期采用非氧化性殺菌滅藻劑對反滲透膜進(jìn)行化學(xué)清洗。
5.5 脫鹽后的淡水宜首先用作化學(xué)車間的鍋爐補(bǔ)給水處理設(shè)備的給水，以進(jìn)一步提高反滲透預(yù)脫鹽處理的經(jīng)濟(jì)性。
5.6 采用循環(huán)冷卻水排污水作為化學(xué)水處理水源，特別是使用城市再生水作為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的水源，超濾選用美國KOCH 膜元件、反滲透選用美國DOW 抗污染膜元件是合理的。
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