膜技術(shù)在電廠中水回用系統(tǒng)中的應(yīng)用

李紅蓮，邱如斌，陳潮華，郭日南

(1.閩西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程系,福建 龍巖 364021；2.三達(dá)膜科技(廈門)有限公司，福建 廈門361022)

隨著水資源消耗的增加和污染的日益嚴(yán)重，水資源的短缺已經(jīng)成為一個制約人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展、威脅人類生存安全的嚴(yán)重問題.將水資源分級處理、按需回收、循環(huán)利用，是解決我國缺水問題的根本出路.實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)利用，擴(kuò)大中水的使用范圍，有利于人和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，具有較高的理論價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義[1].某國際電力發(fā)展有限公司在發(fā)電過程中需要使用大量的去離子水，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢水，廢水中懸浮物的含量較高且含一定量的COD和其他油性物質(zhì)，采用一般的傳統(tǒng)處理技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)對鹽的脫除，達(dá)到回用指標(biāo).膜分離技術(shù)對鹽和COD的截留率較高并且穩(wěn)定，故考慮以膜技術(shù)作為主要的處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢水回用[2].根據(jù)該廢水的特點(diǎn)，采用“纖維球過濾+活性炭過濾+反滲透”為主的工藝路線，對工業(yè)廢水處理系統(tǒng)和總排水處理系統(tǒng)的出水進(jìn)行處理，將現(xiàn)有的廢水深度處理后，達(dá)到了凈化、脫鹽的目的，出水回用到了工業(yè)水池和化學(xué)水池.

1 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

廢水回用工程設(shè)計(jì)處理能力為100 m3/h，水源來自電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)和總排系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)出水，進(jìn)水水質(zhì)和用水標(biāo)準(zhǔn)見表1.

表1 進(jìn)水水質(zhì)和用水標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Influent quality and water standard

2 廢水處理工藝

2.1 工藝流程

對進(jìn)水水質(zhì)情況進(jìn)行分析可知，電廠廢水的深度處理工藝包括預(yù)處理單元與反滲透單元.其中,預(yù)處理部分以“纖維球過濾+活性炭過濾”為主，去除水中的懸浮顆粒和有機(jī)物等物質(zhì)，保障后端反滲透工藝能穩(wěn)定運(yùn)行.反滲透則作為深度處理的重要手段，使出水達(dá)到回用要求[3].廢水深度處理工藝流程如圖1所示.

圖1 工藝流程Fig.1 Process workflow

2.2 工藝原理

來自電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)和總排系統(tǒng)的達(dá)標(biāo)出水，匯集到回收水箱后經(jīng)預(yù)處理進(jìn)水泵提升送入纖維球過濾器，纖維球?yàn)V料以其極大的表面積和空隙率與懸浮顆粒產(chǎn)生接觸凝聚作用，使水中的懸浮顆粒被黏附、截留于濾料層.纖維球過濾器能同時(shí)有效去除原水中的油，降低后續(xù)活性碳過濾和反滲透系統(tǒng)的處理負(fù)荷，使后續(xù)系統(tǒng)更加穩(wěn)定、高效地運(yùn)行.纖維球過濾器產(chǎn)水直接進(jìn)入活性炭過濾器，采用水處理專用活性碳為濾料，去除原水中的有機(jī)物、重金屬及余氯等物質(zhì)，保證出水中的SDI≤3、ρ(余氯)≤0.1 mg/L，符合反滲透裝置的進(jìn)水要求，避免對膜造成損壞.纖維球過濾器和活性碳過濾器定時(shí)使用活性碳過濾器產(chǎn)水對其進(jìn)行反洗.預(yù)處理產(chǎn)水送入中間水池，通過反滲透進(jìn)水泵，投加阻垢劑和殺菌劑后進(jìn)入保安過濾器，再經(jīng)高壓泵增壓進(jìn)入反滲透系統(tǒng).反滲透系統(tǒng)可去除原水中的溶解鹽類與小分子有機(jī)物等，其產(chǎn)水作為中水回用的終端產(chǎn)水，可直接進(jìn)入生產(chǎn)補(bǔ)給水，用于生產(chǎn)工藝用水.

3 主要處理構(gòu)筑物及參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理系統(tǒng)可去除水中的懸浮物、膠體、濁度和有機(jī)物等妨礙后續(xù)運(yùn)行的雜質(zhì)，它包含纖維球過濾器、活性炭過濾器與殺菌劑加藥裝置.纖維球過濾器2臺，設(shè)計(jì)處理量為100 m3/h，單臺處理量為50 m3/h ，每臺直徑為1 600 mm，高度為4 510 mm.該過濾器以卵石為支撐層，以纖維球?yàn)檫^濾層，通過重力流過濾，設(shè)計(jì)濾速為25 m3/h，使大部分的懸浮物、膠體和油等在這里被截留.活性炭過濾器2臺，設(shè)計(jì)處理量為100 m3/h ，單臺處理量為50 m3/h，每臺直徑為2 600 mm，高度為2 000 mm.該過濾器以卵石為支撐層，以石英砂和活性炭為過濾層，通過重力流過濾，設(shè)計(jì)濾速為10 m3/h.利用活性炭吸附原水中的有機(jī)物、重金屬及余氯等物質(zhì)，使產(chǎn)水中的DI≤3、ρ(余氯)≤0.1 mg/L.填料采用粒徑為4～32 mm的卵石作為支撐層，采用粒徑為1～4 mm的石英砂、粒徑380～850 mm目水處理專用活性炭作為濾料.

3.2 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)主要去除水中溶解鹽類，同時(shí)去除一些有機(jī)大分子以及前階段未去除的小顆粒等，它包括保安過濾器、高壓泵、阻垢劑加藥裝置、殺菌劑加藥裝置、硫酸加藥裝置、反滲透膜組件、反滲透清洗裝置.根據(jù)原水水質(zhì)反滲透膜采用美國DOW抗污染反滲透膜BW30-365FR膜組件，該膜不僅能達(dá)到較高的產(chǎn)水率和脫鹽率，而且還可以減少系統(tǒng)污堵，降低系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，延長膜元件的使用壽命.系統(tǒng)設(shè)2套反滲透裝置，每套產(chǎn)水35 m3/h，配置108根進(jìn)口膜組件，采用6芯裝膜玻璃鋼外管(耐壓300 psi)，共18根膜管，平均9根/套，分段設(shè)置.排列方式設(shè)置為第一段6根膜管，第二段3根膜管，兩段串聯(lián)(簡稱6×3排列).

4 運(yùn)行效果

該處理設(shè)施按工藝操作參數(shù)調(diào)試，在調(diào)試過程中不斷完善，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，連續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)水及產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，工程處理效果見表2.

表2 主要水質(zhì)指標(biāo)及回用標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The main water quality index and reuse standard

由表2可以看出，該廠的中水回用技術(shù)在理論上是可行的，實(shí)際應(yīng)用的效果也非常好，自建成至今一直穩(wěn)定運(yùn)行，為電廠持續(xù)提供工業(yè)工藝用水.對進(jìn)出水水質(zhì)的跟蹤監(jiān)測表明，產(chǎn)水中的CODcr、SS、電導(dǎo)率、TDS、pH值檢測指標(biāo)均符合水質(zhì)回用標(biāo)準(zhǔn).

5 系統(tǒng)運(yùn)行中應(yīng)注意的問題

(1)產(chǎn)水電導(dǎo)率部分時(shí)間因進(jìn)水電導(dǎo)率過高或pH值超出7.0～8.0的范圍，進(jìn)水中H+，OH-濃度較高，造成產(chǎn)水電導(dǎo)率偏高.對于離子交換系統(tǒng)進(jìn)水，電導(dǎo)率可以放寬到100 μS/cm，短時(shí)間電導(dǎo)率處于50～100 μS/cm，反滲透系統(tǒng)可以不停止產(chǎn)水.但要注意，如果進(jìn)水水質(zhì)長期超過原設(shè)計(jì)范圍(電導(dǎo)率小于1 200 μS/cm)，會影響系統(tǒng)產(chǎn)水量和水質(zhì)指標(biāo)，對膜芯的使用期限也有一定的影響.

(2)反滲透濃水排放到廢水池，在廢水池中發(fā)現(xiàn)有較多的藻類和浮游生物，直接排放可能影響總排口的CODcr，建議投加適量的次氯酸鈉，降低排放水的CODcr.

(3) 回收水箱出水的電導(dǎo)率與pH值波動較大，有時(shí)會超出合同約定的電導(dǎo)率和pH值，特別是廢水處理系統(tǒng)的pH值調(diào)節(jié)較難控制，相關(guān)閥門與pH值計(jì)時(shí)有故障，清凈出水的pH值常常過低或過高，造成RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率升高.為保證RO系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，建議對pH值調(diào)節(jié)管路進(jìn)行改造，更換調(diào)節(jié)閥門及pH值計(jì)，增加玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)，便于手動調(diào)節(jié)閥門時(shí)的觀察和控制.

(4)根據(jù)目前進(jìn)水水質(zhì)和預(yù)處理的運(yùn)行情況，進(jìn)水中的細(xì)小膠體和微生物較多，活性炭過濾器能去除部分膠體和微生物，但活性炭過濾器負(fù)荷較重，有部分膠體和微生物穿透活性炭到緩沖池，造成反滲透一段有膠體和微生物污染現(xiàn)象，一段壓差有所升高.建議在工業(yè)廢水處理系統(tǒng)恢復(fù)投加PAC，以降低出水中膠體的含量，在總排水處理系統(tǒng)中優(yōu)化pH值調(diào)節(jié)和PAC投加控制，根據(jù)出水濁度自動調(diào)節(jié)PAC加藥量，盡量不用或少用PAM，一方面可以節(jié)約加藥成本，另一方面可以保證反滲透膜芯不被PAM污堵，避免造成膜性能不可恢復(fù)的衰減[4].

6 效益分析

系統(tǒng)產(chǎn)水量為70 m3/h，年產(chǎn)水時(shí)間按330天計(jì)，經(jīng)過對項(xiàng)目運(yùn)行過程中的能耗、藥劑消耗以及人工等費(fèi)用的核算，產(chǎn)水成本為1．70元/t.以目前該市工業(yè)用自來水價(jià)格2.56元/t計(jì)，該項(xiàng)目每年大約可節(jié)約自來水554.4萬t，節(jié)約水費(fèi)用476.78萬元.

7 結(jié)論

(1)采用“纖維球過濾+活性炭過濾+反滲透”為主的工藝路線，對電廠工業(yè)廢水處理系統(tǒng)和總排水處理系統(tǒng)出水進(jìn)行處理，將現(xiàn)有的廢水深度處理后，產(chǎn)水中的ρ(SS)≤10 mg/L，ρ(CODcr)≤10 mg/L，pH值范圍為6～9，ρ(石油類)≤0.1 mg/L，ρ(TDS)≤30 mg/L，電導(dǎo)率≤50 μS/cm，出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到了該企業(yè)生產(chǎn)用水的標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造了一定的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，具有很好的借鑒意義.

(2)反滲透系統(tǒng)作為中水回用的核心脫鹽工藝，對懸浮物、CODcr及鹽類物質(zhì)均有非常好的處理效果.進(jìn)水的電導(dǎo)率在600～1600 μS/cm波動時(shí)，出水的電導(dǎo)率始終在50 μS/cm以下，脫鹽率在97.6%以上.

(3)科學(xué)合理的預(yù)處理是保證膜法中水回用正常運(yùn)行的必要條件，從而保證膜系統(tǒng)正常、穩(wěn)定地運(yùn)行.整個預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，出水完全能夠滿足反滲透系統(tǒng)進(jìn)水的水質(zhì)要求.采用膜技術(shù)深度處理廢水，具有較好的穩(wěn)定性和抗污性，達(dá)到了良好的廢水“資源化”的效果.

參考文獻(xiàn)：

[1] 武貴桃．大力推廣中水回用實(shí)現(xiàn)污水資源化[J]．中國資源、人口與環(huán)境，2003，13(2)：120-121．

[2] 長樂．膜科學(xué)技術(shù)[M]．2版．北京：高等教育出版社，2004：24-28．

[3] 李付林，張興文，李理，等.反滲透技術(shù)在市政污水回用于熱電廠的工藝應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2009(3)：90-92.

[4] 王璟，楊寶紅，余耀宏，等.電廠廢水深度處理回用于循環(huán)水系統(tǒng)[J].工業(yè)水處理，2006(9)：78-80.