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火電廠循環(huán)水排污水回用處理工藝研究

中國(guó)電力網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2020-03-17 10:16:05

  本文針對(duì)火電廠循環(huán)水排污水水質(zhì)特點(diǎn),進(jìn)行了回用處理工藝實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,強(qiáng)化混凝可有效去除循環(huán)水排污水中的有機(jī)物,對(duì)COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%,減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的有機(jī)污染;二級(jí)軟化對(duì)Ca2+、Mg2+、總磷、TOC、全硅的去除率分別為86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%,減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的無(wú)機(jī)污染;反滲透回收率可達(dá)到85%,反滲透產(chǎn)水可以作為鍋爐補(bǔ)給水水源,反滲透濃水可以作為脫硫工藝用水。提出了地表水水源循環(huán)水排污水強(qiáng)化混凝-二級(jí)軟化-超濾-反滲透回用處理工藝。

  隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和“排污許可證”環(huán)保政策的密集實(shí)施,對(duì)火電廠取、排水水量和排水水質(zhì)指標(biāo)限制越來(lái)越嚴(yán)格,而且部分地區(qū)通過(guò)實(shí)施階梯式水資源費(fèi)收取辦法,水資源成本大幅上漲,迫使火電企業(yè)必須實(shí)施深度節(jié)水和廢水綜合治理工作。循環(huán)水系統(tǒng)用、排水水量占循環(huán)冷卻型火電廠總用水量和總外排量的80%~90%,循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水減排是該類火電廠節(jié)水和廢水綜合治理工作的重點(diǎn)。

  目前,大部分循環(huán)冷卻型電廠已通過(guò)加強(qiáng)原水預(yù)處理、優(yōu)選水穩(wěn)劑、升級(jí)凝汽器管材來(lái)提升濃縮倍率;循環(huán)水排污水作為脫硫、輸煤和除渣用水回用,但仍有大量剩余的循環(huán)水排污水需要外排。此外,還有少數(shù)電廠已采用反滲透工藝對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行脫鹽回用,但是均存在預(yù)處理不完善、膜污堵嚴(yán)重、系統(tǒng)回收率低、化學(xué)清洗頻繁、膜壽命縮短等問(wèn)題。

  筆者根據(jù)地表水水源循環(huán)水排污水水質(zhì)特點(diǎn),結(jié)合核心工藝實(shí)驗(yàn)研究,提出了地表水水源循環(huán)水排污水回用處理工藝路線,為循環(huán)冷卻型火電廠節(jié)水和廢水綜合治理工作提供技術(shù)支撐。

  1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

  01 循環(huán)水排污水

  實(shí)驗(yàn)水樣為華北某循環(huán)冷卻電廠循環(huán)水排污水,該廠循環(huán)水補(bǔ)充水水源為地表水,凝汽器為銅管,循環(huán)水運(yùn)行過(guò)程投加有磷阻垢劑、有磷碳鋼緩蝕劑和銅緩蝕劑,循環(huán)水濃縮倍率控制在4.0倍。循環(huán)水排污水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

  

 

  由表1可知,循環(huán)水排污水Ca2+、Mg2+、全硅、總磷(TP)、COD、總有機(jī)碳(TOC)濃度較高。

  02 實(shí)驗(yàn)及水質(zhì)分析方法

  (1)實(shí)驗(yàn)方法

  強(qiáng)化混凝除有機(jī)物實(shí)驗(yàn):量取1L循環(huán)水排污水于1L的燒杯中,用H2SO4將循環(huán)水pH調(diào)至實(shí)驗(yàn)pH,加入實(shí)驗(yàn)劑量的FeCl3,以200r/min攪拌30min后,靜置30min,上清液過(guò)濾后測(cè)定pH、TOC、COD等水質(zhì)指標(biāo)。

  二級(jí)軟化實(shí)驗(yàn):Ca(OH)2或NaOH劑量?jī)?yōu)化。量取1L經(jīng)強(qiáng)化混凝后的循環(huán)水排污水于1L的燒杯中,加入實(shí)驗(yàn)劑量的Ca(OH)2或NaOH,以200r/min繼續(xù)攪拌30min,靜置60min,過(guò)濾上清液分析水質(zhì),確定Ca(OH)2或NaOH最優(yōu)投加量。

  Na2CO3劑量?jī)?yōu)化。量取1L循環(huán)水排污水于1L的燒杯中,加入最優(yōu)投加量的Ca(OH)2或NaOH,以200r/min攪拌30min后,直接加入實(shí)驗(yàn)劑量的Na2CO3,繼續(xù)攪拌30min,靜置60min,過(guò)濾上清液分析水質(zhì),確定Na2CO3最優(yōu)投加量。

  超濾(UF)實(shí)驗(yàn):UF實(shí)驗(yàn)采用外壓式中空纖維膜元件,運(yùn)行方式為死端過(guò)濾,運(yùn)行模式為:過(guò)濾→反洗→沖洗,過(guò)濾周期為30min,進(jìn)水流量為2.5L/h,分析產(chǎn)水濁度,并記錄膜兩側(cè)壓差。

  反滲透(RO)實(shí)驗(yàn):RO膜組件采用美國(guó)陶氏公司的LCHR-4040膜,投加2mg/L阻垢劑。實(shí)驗(yàn)采用濃水回流的運(yùn)行模式,設(shè)計(jì)RO在回收率分別為75%、85%條件下運(yùn)行。

  (2)水質(zhì)方法

  水質(zhì)分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定;TOC采用multiN/C 3100 TOC分析儀(德國(guó)耶拿)測(cè)定;電導(dǎo)、pH采用SevenGo DuoTM便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(瑞士梅特勒-托利多),濁度采用2100Q濁度儀(美國(guó)哈希)測(cè)定。

  2 結(jié)果與討論

  01 強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析

  循環(huán)水排污水中的有機(jī)物會(huì)對(duì)膜回用工藝造成影響,去除工藝有混凝澄清和生物法。排污水中有機(jī)物均為難降解有機(jī)物,可生化性很差,直接采用生物法進(jìn)行處理,有機(jī)物去除效果極差,需要先通過(guò)高級(jí)氧化來(lái)提高循環(huán)水的可生化性,但工藝復(fù)雜,工程實(shí)施難度大。

  筆者考察火電廠常用的強(qiáng)化混凝工藝對(duì)循環(huán)水排污水有機(jī)物去除效果。循環(huán)水排污水的COD、TOC分別為63.0、23.13mg/L,有機(jī)物濃度較高,考察強(qiáng)化混凝pH和FeCl3投加量對(duì)有機(jī)物去除效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1。

  

 

  由圖1可知,在pH=4.0和pH=8.2條件下,隨著FeCl3投加量的增大,出水COD和TOC濃度降低,去除率增加。在pH=4.0條件下,F(xiàn)eCl3投加量為20mg/L,對(duì)COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%;而在pH=8.2條件下,要達(dá)到相同的有機(jī)物去除效果,F(xiàn)eCl3投加量需增加至80mg/L。混凝主要去除顆粒態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物,混凝試驗(yàn)前將水樣pH調(diào)至酸性可以使部分溶解態(tài)有機(jī)物(DOM)轉(zhuǎn)化為非溶解態(tài)有機(jī)物,降低混凝劑投加量,還有助于循環(huán)水中殘余的阻垢劑、緩蝕劑的去除,因此,優(yōu)選后的強(qiáng)化混凝條件為pH=4.0,F(xiàn)eCl3投加量為20mg/L。02軟化實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析(1)Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化工藝對(duì)循環(huán)水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見(jiàn)圖2。

  

 

  由圖2(a)可知,隨著Ca(OH)2投加量的增大,Mg2+濃度迅速減低,但Ca2+濃度逐漸增加,主要是因?yàn)镺H-與Mg2+生成Mg(OH)2沉淀去除Mg2+。Ca(OH)2最優(yōu)投加量為350mg/L,出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為9.02、0.72mmol/L,繼續(xù)增大Ca(OH)2投加量,出水Mg2+濃度略降低,而Ca2+濃度繼續(xù)大幅升高,增加藥劑處理成本。

  由圖2(b)可知,隨著Na2CO3投加量的增大,Ca2+濃度迅速減低,Mg2+濃度略有降低,投加Na2CO3生成CaCO3過(guò)程有Mg2+共沉淀現(xiàn)象,與其他研究結(jié)論一致。Na2CO3最優(yōu)投加量為450mg/L,軟化出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.89、0.69mmol/L。

  此外,Ca(OH)2、Na2CO3投加量分別為350、450mg/L條件下,對(duì)TP、TOC、全硅的去除率分別為96.9%、24.9%、82.8%。

  (2)NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化

  NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化工藝對(duì)循環(huán)水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見(jiàn)圖3。

  

 

  由圖3(a)可知,Mg2+和Ca2+濃度均隨著NaOH投加量的增大而減小,NaOH最優(yōu)投加量為450mg/L,出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為1.08、0.02mmol/L,Ca2+濃度遠(yuǎn)低于Ca(OH)2軟化出水。

  由圖3(b)可知,Ca2+和Mg2+濃度均隨著Na2CO3投加量的增大而減小,Na2CO3最優(yōu)投加量為150mg/L,出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.64、0.47mmol/L。

  此外,NaOH、Na2CO3投加量分別為450、150mg/L條件下,對(duì)TP、TOC和全硅的去除率分別為97.9%、27.4%和84.3%。

  (3)優(yōu)化工藝對(duì)比

  Ca(OH)2-Na2CO3和NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化對(duì)循環(huán)水排污水軟化效果基本一致,對(duì)Ca2+、Mg2+、TP和全硅去除率高。最優(yōu)Ca(OH)2-Na2CO3和NaOH-Na2CO3條件下二級(jí)軟化藥劑費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表2。

  

 

  由表2可知,兩種二級(jí)軟化工藝的藥劑費(fèi)用基本一致。但是,Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化由于Ca(OH)2的加入引入額外的Ca2+,造成Na2CO3投加量增加,污泥量增大,增加污泥處理費(fèi)用;且NaOH加藥系統(tǒng)簡(jiǎn)單,現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境好,因此,二級(jí)軟化工藝選用NaOH-Na2CO3,軟化藥劑費(fèi)用為1.23元/t。

  03 UF實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析

  UF實(shí)驗(yàn)水源采用NaOH-Na2CO3軟化澄清出水,調(diào)節(jié)pH為7.5左右,UF運(yùn)行壓力、出水濁度見(jiàn)圖4。

  

 

  由圖4可知,在UF膜元件連續(xù)運(yùn)行的700min內(nèi),運(yùn)行壓力穩(wěn)定在40~44kPa范圍內(nèi),總體較為穩(wěn)定,表明UF膜未發(fā)生污堵;UF出水濁度為0.51~0.56NTU,UF膜對(duì)濁度的去除率>90%。

  UF出水水質(zhì)見(jiàn)表3。

  

 

  由表3可知,UF出水SDI為2.83,小于3.0,達(dá)到RO膜進(jìn)水水質(zhì)要求。

  04RO實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析將軟化-UF產(chǎn)水作為RO進(jìn)水,在系統(tǒng)回收率分別為75%、85%條件下,RO實(shí)驗(yàn)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行72h,運(yùn)行壓力、運(yùn)行壓差見(jiàn)圖5。

  由圖5可知,RO系統(tǒng)回收率為75%條件下,系統(tǒng)運(yùn)行壓力穩(wěn)定在2.3~2.4MPa,系統(tǒng)運(yùn)行壓差隨時(shí)間增長(zhǎng)無(wú)明顯升高現(xiàn)象,在18.9~20.5kPa之間波動(dòng);RO系統(tǒng)回收率提高至85%,系統(tǒng)進(jìn)水壓力為2.7~2.9MPa,壓差在20.1~21.6kPa之間波動(dòng),遠(yuǎn)低于膜運(yùn)行過(guò)程中對(duì)壓差的限值(單支膜元件的壓差<100kPa),說(shuō)明運(yùn)行期間RO系統(tǒng)運(yùn)行狀況較為穩(wěn)定。

  考察回收率對(duì)電導(dǎo)率、脫鹽率的影響,結(jié)果表明,回收率為75%時(shí),RO進(jìn)水電導(dǎo)率為7.0~7.7mS/cm,產(chǎn)水電導(dǎo)率為46.1~68.2μS/cm;脫鹽率在99.2%~99.4%;回收率為85%時(shí),RO進(jìn)水電導(dǎo)率為12.5~13.5mS/cm,產(chǎn)水電導(dǎo)率在95.2~109.5μS/cm,脫鹽率為99.0%~99.3%。RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行72h內(nèi),不同時(shí)間段的產(chǎn)水和濃水水質(zhì)見(jiàn)表4。

  

 

  由表4可知,在回收率分別為75%、85%條件下,RO產(chǎn)水TDS分別為40~48mg/L、75~85mg/L;RO濃水TDS分別為6088~6150mg/L、10750~10990mg/L。

  由此可見(jiàn),RO產(chǎn)水TDS低、TOC低,可以滿足鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)對(duì)水源水質(zhì)的要求。RO濃水Cl-為640~1066mg/L,可作為脫硫工藝用水。

  根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究,提出循環(huán)水排污水高回收率回用處理工藝路線,見(jiàn)圖6。

  

 

  由圖6可知,該工藝主要包括除有機(jī)物單元、軟化單元和膜處理單元。

  3 結(jié)論

  (1)采用強(qiáng)化混凝工藝有效去除循環(huán)中有機(jī)物。酸性(pH=4.0)有助于減少混凝劑FeCl3投加量,提高有機(jī)物去除效果,同時(shí)可去除循環(huán)水中殘余的阻垢劑、緩蝕劑。FeCl3最佳投加量為20mg/L,對(duì)COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%,減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的有機(jī)污染。

  (2)采用二級(jí)軟化工藝有效去除循環(huán)水中結(jié)垢性物質(zhì)。NaOH-Na2CO3對(duì)Ca2+、Mg2+、TP、TOC、全硅的去除率分別為86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%,減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的無(wú)機(jī)污染,軟化藥劑費(fèi)用1.23元/t。

  (3)采用UF-RO工藝對(duì)循環(huán)水排污水脫鹽。系統(tǒng)在回收率分別為75%、85%條件下可穩(wěn)定運(yùn)行,RO產(chǎn)水可以作為鍋爐補(bǔ)給水水源,RO濃水作為脫硫工藝用水。

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