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      技術資訊

      電廠反滲透濃水回用工藝研究

      來源:《電力與能源》  作者:尹力 等
       
      摘要:通過試驗,提出并驗證了適用于電廠反滲透濃水的回用方法:利用余壓將反滲透濃水打入低壓膜元件,分離的凈水回用至工業水箱,回收率可達50%,濃水經“微波化學法”有效降低化學需氧量后達標排放。該方法進一步提升原反滲透系統的回收率,制得的產水與工業水相當,可滿足電廠多處用水需求;在敏化劑和微波共同作用下,濃水化學需氧量可由80~120 mg/L降至35~40 mg/L,低于排放標準。反滲透濃水處理后可結合濃水水質特點和廠里用水情況,在評估的基礎上合理回用。
       
      關鍵詞:發電廠;反滲透膜分離技術;微波化學法;
       
      反滲透膜分離技術是在高于溶液滲透壓作用下,利用半透膜攔截水中的鹽類、膠體、微生物以及有機物等雜質,實現溶質與溶劑的有效分離。反滲透技術在電廠鍋爐補給水處理中有廣泛應用,是制備電廠生產所需除鹽水的重要工序。補給水系統反滲透回收率通常為75%,排放約25%的濃水。反滲透濃水為經常性排水,水量不容忽視,如果濃水直接外排將造成水資源的浪費。
       
      反滲透濃水的水質與反滲透膜透過性能和進水水質有直接關系。一般情況下,電廠補給水系統中的反滲透濃水含鹽量高、濁度小,幾乎不含重金屬、氨氮、微生物等。這樣的水質條件決定其處理方式有別于其他電廠廢水。反滲透濃水的回用空間大,處理目標也更有指向性。
       
      1 反滲透濃水回用方案
       
      結合電廠實際情況,提出反滲透濃水回用方案:反滲透濃水→零動力膜系統→產水至回用水箱、濃水經處理后達標排放。具體回用流程見圖1。反滲透濃水被引入低壓脫鹽膜元件,在不增加外界動力的情況下,利用反滲透濃水排放壓力為動力,對反滲透濃水進行再度分離,回收率目標值設定為50%。處理后產水進入回用水箱循環使用;濃水經回收箱過度后進入濃水處理系統,向反應池內投加敏化劑、絮凝劑等藥劑,在微波催化作用下重點降低濃水的化學需氧量(以下簡寫為“COD”),經處理合格后排放。該工藝進一步回收50%的反滲透濃水,將原反滲透系統的回收率由75%提升至87.5%。
       
      1.1 零動力裝置產水水質
       
      經過參數比對和模擬試驗,優選某公司的膜元件可以滿足試驗需要,具體表現為:①適應低壓運行條件。該膜元件在0.5~0.8 MPa條件下正常穩定運行,可僅依靠濃水余壓作為動力,不額外增加動力源;②滿足電廠生產實際。以反滲透濃水為進水的情況下,零動力膜系統的出力達3 t/h以上,回收率可大于50%;③在此條件下,膜元件不易污堵,可較長時間穩壓運行而無需頻繁清洗。
       
      將零動力膜系統安裝在電廠補給水系統一級反滲透濃水出口,反滲透濃水直接接入零動力膜系統,試驗過程中零動力裝置與反滲透裝置同步運行。持續跟蹤零動力裝置產水的主要指標,檢測結果見表1。
       
      注:(1)GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業用水水質》中規定再生水用作工業用水水源時基本控制項目及限值;(2)本文提到的COD均為CODCr,以下簡寫為COD。
       
      經測定,零動力裝置產水的pH值維持在6.48左右,略低于回用標準中的6.5限值。除pH值以外,其他檢測指標均滿足國標對于回用水的水質要求。產水pH值偏低主要是空氣中的二氧化碳溶入造成的,在后續處理中碳酸鹽平衡打破后,產水的pH值可恢復至6.5~8.5的范圍內。零動力裝置產水含鹽量低,可回用至電廠內對于水質有一定要求的地方,如超濾進水、反滲透進水、甚至是混床進水等。
       
      1.2 零動力裝置濃水的處理
       
      零動力回用系統產生的濃水水質檢測結果如表2所示。檢測顯示濃水COD超過了排放標準,其他指標均符合排放要求,因此濃水的處理目標主要是將COD降至60 mg/L以下。
       
      注:(1)DB 31/199—2018 《污水綜合排放標準》中規定的第二類污染物排放限值。
       
      通過試驗發現,“微波化學法”可有效降低濃水的COD,具體方法是向濃水中加入一定量的敏化劑和混凝劑,在微波催化作用下,強化降低COD的效果。微波是指頻率為300 MHz~300 GHz的電磁波,在微波照射下廢水中某些強極性污染物的局部會形成高溫“熱點”,誘發分子極化旋轉,對極性大分子化學鍵的斷裂具有促進作用,從而加速分解過程,強化廢水處理效果。加入敏化劑可增強體系對微波的吸收和傳熱能力,污染物在受熱后會揮發、分解或被固定。試驗結果顯示,在敏化劑加藥量為300 mg/L時,濃水COD在80~120 mg/L范圍內,出水COD可降至35~40 mg/L,達到排放要求。該條件下出水的其他監測指標,在處理前后未發生明顯變化,均低于排放限值。
       
      1.3 運行效果
       
      對整個系統的運行情況進行為期一個月的持續跟蹤,零動力裝置的進口壓力幾乎不變,濃水壓力從0.60 MPa升至0.65 MPa, 表明零動力膜未出現明顯結垢污染。整個系統出水水質呈現一定的變化,但始終滿足排放標準,未出現大的波動。
       
      從零動力裝置進出口壓力變化和最終產水水質兩個方面判定:該系統運行較為穩定,滿足實際生產的需要。
       
      該回收裝置運行時,電耗和藥劑費用占運行成本的主要部分。電耗主要是微波裝置工作用電,藥劑費用主要是敏化劑,考慮到敏化劑在反應中主要起到催化作用,可將澄清池底部污泥收集起來回用,從而節省藥劑費用。
       
      2 零動力膜應用情況
       
      零動力膜裝置優勢明顯:無需額外增加動力源,占地面積小,對于原反滲透系統幾乎無影響,有效減少新鮮水使用量和濃水外排量,目前已在電力、石化等行業實施應用,匯總見表3。
       
      目前關于利用零動力膜回用反滲透濃水的論文研究較少,但該方法應用實施發展迅猛。結合本研究和已有案例可以發現,對于零動力膜處理方法而言,維持膜系統的長期穩定運行是關鍵,亦是難點。反滲透濃水含鹽量高,對于膜的性能指標提出了更高的要求,需要其具備耐高鹽、抗污堵等特性,因此多采用性能良好的苦咸水反滲透膜。為解決鹽析出和膜結垢的問題,采用超濾+強化阻垢或加酸預處理和專用阻垢劑相結合的方法,可有效避免碳酸鈣等鹽垢的析出。當進水水量降低后,膜表面濃水側的濃差極化可能會因此增加,從而導致產水水質惡化、壓差增加等問題,因此,在實際運行中需關注進水流量和回收率的變化,必要時作出調整。
       
      3 廠內回用方案分析
       
      電廠反滲透濃水的廠內回用思路可歸納為以下三種。
       
      方案一:將反滲透濃水回用為循環水補水。一般情況下,反滲透濃水水質優于循環水補水,完全可以作為循環水補水回用,混合濃水后的循環水補水各項指標均遠遠低于標準要求。但濃水的引入使得補水的成分發生變化,特別是循環水的堿度會因此升高,增加了循環水系統發生結垢的風險,因此循環水的控制參數,如水質穩定劑添加量、濃縮倍率、排污量等都需要根據實際情況重新判定,同時也需要引入超聲波除垢、添加硫酸和阻垢劑等方式來應對可能出現的結垢問題。市面上較多采用此方法對反滲透濃水進行回用,此法無需增加水處理設備,只需將濃水引入循環水補水并及時跟蹤調整循環水控制情況即可。由于濃水排出量隨著制水設備的運行而發生非周期性變化,給循環水的控制提出了更多要求。
       
      方案二:反滲透濃水經膜處理后回用,回用過程中產生的濃水經處理后排放或深度處理。本文所提出的回用方法即屬于此范疇。該方法可有效提升反滲透濃水的回用比例,回用水水質好,可以滿足多方面的使用要求,但在處理的過程中會額外產生一定量的濃水,因此,并不能實現濃水的百分百回用;對于該部分濃水,需經過相應的處理才能達標排放,或通過深度處理實現零排放。因此使用膜濃縮的方法一般還需配置一套水處理裝置。電廠在實際運行中,需充分結合反滲透濃水特性來選擇合適的膜元件,積極跟蹤裝置的運行情況,保障系統的長期穩定運行。
       
      方案三:將濃水重新引入原水澄清池回用。該方法簡單易操作,無需額外增加水處理設備,可實現濃水的全部回用,同時減少原水的取水量。但該處理方法存在一個問題:電廠的預處理主要去除膠體、懸浮物等大顆粒物質,對于原水中的鹽類幾乎沒有去除效果,長期循環回用將導致原水含鹽量持續遞增,進而影響化學制水系統的運行安全性和經濟性。在電廠實際運行中,該方法只適用于反滲透濃水的短期處理或減量處理,不宜作為長期處理方式。
       
      4 結語
       
      本文提出了針對電廠反滲透濃水的回用方案,利用反滲透濃水余壓,采用低壓膜元件將濃水進行50%濃縮,產水直接回用至工業水箱,濃水經混凝—微波—澄清工藝處理后將COD降至60 mg/L以下,各項指標均滿足排放標準,可直接排放。
       
      此方法將反滲透系統回收率由75%提升至87.5%,濃水排放量縮減50%,降低廢水排放量的同時減少工業水取水量,提高了電廠的經濟效益和環境效益。
       
      三種常見的反滲透濃水廠內回用方法各有優劣,電廠在選擇反滲透濃水回用方案時需結合濃水水質特點和廠里的實際情況,可選擇其中之一,也可將兩者結合起來使用。
       
      作者簡介:尹力(1990—),男,碩士,工程師,主要從事電廠化學技術研究、檢測與服務工作。


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