電廠沖灰水和循環(huán)水排污水的回收利用

王強(qiáng)

(山西昱光發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 朔州 036900)

0 引言

某電廠一期安裝6臺(tái)350 MW亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，6臺(tái)機(jī)組全部為濕冷機(jī)組，二期工程擴(kuò)建2臺(tái)600 MW自然通風(fēng)冷卻塔的間接空冷機(jī)組。為貫徹落實(shí)我國(guó)節(jié)能減排的方針政策，該廠對(duì)一期灰場(chǎng)沖灰水和循環(huán)水排污水回收后進(jìn)行處理，供二期2臺(tái)600 MW機(jī)組綜合利用。

1 電廠取水及排放情況

該廠采用距廠區(qū)7 km的山內(nèi)泉水作為電廠用水水源，泉水量充沛，年平均流量為3.08 m3/s，完全滿足電廠一期工程用水量2.1 m3/s的要求。根據(jù)水文報(bào)告，每年的6—9月會(huì)發(fā)生不同程度的混泉現(xiàn)象，給取水帶來(lái)一定影響。

一期6臺(tái)350 MW機(jī)組設(shè)置3套除灰單元，每套單元正常除灰用水量為500 t/h，為節(jié)約用水，該廠一期工程投產(chǎn)后在灰場(chǎng)設(shè)計(jì)了灰水回收系統(tǒng)對(duì)沖灰水進(jìn)行回收利用，總回收水量為1000～1500 t/h。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)結(jié)果顯示，灰場(chǎng)回收水和循環(huán)水排污水混合后結(jié)垢傾向嚴(yán)重，兩種水質(zhì)情況見(jiàn)表1。綜合節(jié)水工程實(shí)施前，電廠將灰場(chǎng)回收水和循環(huán)水排污水分開(kāi)利用，灰場(chǎng)回收水作為2套除灰系統(tǒng)的沖灰用水，另外一套沖灰系統(tǒng)用水采用循環(huán)水排污水。因循環(huán)水排污水用水量只有500 t/h，多余的近900 t/h循環(huán)水排污水只能全部排放。

二期2臺(tái)600 MW間接空冷機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)為閉式循環(huán)方式，無(wú)蒸發(fā)及排污水耗。除灰系統(tǒng)采用干式除灰方式，爐底除渣系統(tǒng)采用濕式長(zhǎng)刮板撈渣機(jī)直接上渣倉(cāng)方案，系統(tǒng)水耗大大降低。

表1 循環(huán)水排污水和灰場(chǎng)回收水水質(zhì)

2 綜合節(jié)水處理系統(tǒng)概況

該廠初步設(shè)計(jì)的全廠綜合節(jié)水處理系統(tǒng)采取混凝、澄清、過(guò)濾作為預(yù)處理系統(tǒng)。預(yù)處理后的出水一部分經(jīng)超濾、反滲透處理后進(jìn)入鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)做進(jìn)一步處理，一部分作為沖灰用水和廠區(qū)雜用水?；覉?chǎng)回收水和循環(huán)水排污水直接混合后結(jié)垢嚴(yán)重，并且灰水和循環(huán)水按不同比例混合后產(chǎn)生的水質(zhì)也不同。為確保整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行，需要進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)來(lái)確定處理方案;同時(shí)，在靜態(tài)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，確定不同配比對(duì)混凝澄清出水、超濾和反滲透制水的影響。

該電廠委托某研究院對(duì)灰場(chǎng)回收水和循環(huán)水排污水聯(lián)合處理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)的靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了混凝澄清、過(guò)濾、超濾和反滲透處理工藝的可行性。試驗(yàn)對(duì)水處理過(guò)程中各間段出水水質(zhì)進(jìn)行了分析，確定了系統(tǒng)各間段的加藥種類(lèi)及加藥量，為系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)。

3 系統(tǒng)工藝流程及特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，同時(shí)考慮到一期6臺(tái)機(jī)組的濕除灰系統(tǒng)在近幾年要改造成干除灰系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行如下優(yōu)化設(shè)計(jì):絮凝、澄清、過(guò)濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為2000 t/h，其中灰場(chǎng)回收水量為400～600 t/h，循環(huán)水排污水量為1200～1400 t/h。系統(tǒng)設(shè)置2座900～1100 t/h的機(jī)械加速澄清池和6座380 t/h的重力式變孔隙砂濾池。凝聚加藥系統(tǒng)采用聚合硫酸鐵溶液作為絮凝劑，藥劑按比例自動(dòng)投加到澄清池。鹽酸加藥量以澄清池出水pH值信號(hào)為主、加酸后的澄清池出水流量為輔進(jìn)行控制，采用計(jì)量泵自動(dòng)投加到澄清水溝。同時(shí)，確定系統(tǒng)采用7套150 t/h的超濾裝置和4套150 t/h的反滲透裝置。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 機(jī)械攪拌加速澄清池

機(jī)械攪拌加速澄清池的主要作用是去除水中的顆粒、細(xì)菌、有機(jī)物、膠體和懸浮物等雜質(zhì)，使出水中懸浮物的質(zhì)量濃度不超過(guò)10 mg/L。因原水的硬度較大，向機(jī)械攪拌加速澄清池中加入Na2CO3與水中的Ca2+，Mg2+反應(yīng)生成碳酸鹽后從水中沉淀析出，同時(shí)加入混凝劑使原水中的懸浮物、有機(jī)物、膠體等凝聚成大顆粒的礬花后在澄清池中除去。機(jī)械攪拌加速澄清池的池體采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部構(gòu)件采用碳鋼制作。

3.1.2 變孔隙重力式砂濾池

變孔隙重力式砂濾池的作用是進(jìn)一步濾除原水中的細(xì)小顆粒、懸浮物、膠體和有機(jī)物等雜質(zhì)，同時(shí)除去加藥后形成的細(xì)小礬花。變孔隙重力式砂濾池使用一段時(shí)間后，濾料表面會(huì)黏附大量的雜質(zhì)，甚至?xí)Y(jié)成泥環(huán)，用水很難沖洗干凈，而采用壓縮空氣進(jìn)行鼓泡擦洗，同時(shí)借助水流的作用就很容易使濾料表面黏附的雜質(zhì)或泥球剝落，然后被水流沖走。因此，砂濾池設(shè)有可水洗和氣洗的反洗系統(tǒng)，當(dāng)過(guò)濾池的水位升高至一定值或產(chǎn)水量達(dá)到一定值時(shí)，就需退出使用進(jìn)行反洗。

圖1 工藝流程

3.1.3 超濾系統(tǒng)

滲透系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較為嚴(yán)格，主要反映在淤泥密度指數(shù)(SDI)上。生產(chǎn)實(shí)踐證明，只有采用膜過(guò)濾技術(shù)，才能保證出水水質(zhì)的SDI小于3。所以該系統(tǒng)設(shè)置了超濾裝置，利用其絕對(duì)過(guò)濾的能力，保證出水水質(zhì)穩(wěn)定且不受水質(zhì)波動(dòng)的影響，進(jìn)而延長(zhǎng)反滲透膜的清洗周期和使用壽命。為了進(jìn)一步截留原水帶來(lái)的細(xì)小顆粒，保證超濾裝置的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)在超濾裝置之前設(shè)置有絲網(wǎng)式自清洗過(guò)濾器，其過(guò)濾精度為100 μm。超濾系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有反沖洗系統(tǒng)定期對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，去除膜表面的沉積污垢，保證超濾裝置正常運(yùn)行。當(dāng)反沖洗不能消除膜污堵，恢復(fù)膜性能時(shí)，就需要用大流量的化學(xué)藥品對(duì)超濾膜進(jìn)行清洗，因此系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有化學(xué)清洗系統(tǒng)。

3.1.4 反滲透系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)有4套150 t/h的反滲透裝置，并聯(lián)運(yùn)行。由于系統(tǒng)進(jìn)水為灰場(chǎng)回收水和循環(huán)水排污水的混合水，水質(zhì)較差，為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，保證產(chǎn)水水質(zhì)，設(shè)計(jì)反滲透裝置的回收率為65%。反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)有保安過(guò)濾器，防止原水中較大顆粒的雜質(zhì)進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有反滲透清洗系統(tǒng)和反滲透沖洗系統(tǒng):清洗的作用是根據(jù)反滲透膜運(yùn)行后的污染情況，配制一定濃度的清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質(zhì)，以恢復(fù)膜的原有特性;沖洗的作用是用反滲透產(chǎn)水置換反滲透停機(jī)后滯留在膜中的濃水，防止?jié)馑畟?cè)亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)垢物質(zhì)出現(xiàn)結(jié)垢，以保護(hù)反滲透膜。此外，反滲透系統(tǒng)還設(shè)計(jì)有加藥系統(tǒng)，用來(lái)保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng)

(1)硫酸鹽的結(jié)垢傾向大，為避免系統(tǒng)結(jié)垢，原水的pH值要用鹽酸來(lái)調(diào)節(jié)，盡量不用硫酸調(diào)節(jié)。

(2)不同超濾膜的膜材料、性能、配置等均不相同，超濾膜元件選型時(shí)要參考原水的水質(zhì)和絮凝、澄清、過(guò)濾后的出水水質(zhì)，選擇透水量大、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗污染性能好及機(jī)械強(qiáng)度好的內(nèi)壓式中空纖維膜元件。

(3)反滲透膜元件選型時(shí)要參考原水的含鹽量和超濾后的出水水質(zhì)，要選擇透水量大、脫鹽率高、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗污染性能好及機(jī)械強(qiáng)度高的反滲透膜元件。

(4)預(yù)處理后的原水進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前要設(shè)計(jì)阻垢劑加藥系統(tǒng)，通過(guò)阻垢劑的抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用和絡(luò)合作用防止反滲透濃水側(cè)出現(xiàn)結(jié)垢。

(5)因反滲透膜對(duì)余氯十分敏感，因此在進(jìn)行反滲透處理前應(yīng)設(shè)計(jì)加還原劑系統(tǒng)，用來(lái)還原前面工藝中存在的余氯，以防止氧化劑對(duì)膜產(chǎn)水通量造成衰減，導(dǎo)致反滲透膜脫鹽率下降。

4 工程調(diào)試及運(yùn)行

4.1 工程調(diào)試

電氣設(shè)備帶電調(diào)試、控制系統(tǒng)邏輯調(diào)試和設(shè)備單體試運(yùn)行全部合格后，開(kāi)始進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試主要分4個(gè)部分:機(jī)械攪拌加速澄清池調(diào)試、變孔隙重力式砂濾池調(diào)試、超濾系統(tǒng)調(diào)試和反滲透系統(tǒng)調(diào)試。

4.1.1 機(jī)械攪拌加速澄清池調(diào)試

第1次調(diào)試采用300 t/h的流量向澄清池上水，上水之前應(yīng)預(yù)先啟動(dòng)混凝劑和次氯酸鈉加藥系統(tǒng)，其加藥量為正常加藥量的2倍左右，同時(shí)啟動(dòng)攪拌器;當(dāng)水面淹過(guò)攪拌器葉輪后，應(yīng)提高轉(zhuǎn)速加強(qiáng)攪拌，以促使活性泥渣盡快形成，必要時(shí)可適當(dāng)投加黏土，以縮短泥渣形成時(shí)間。

當(dāng)澄清池泥渣面和清水區(qū)逐漸清晰后，通過(guò)排泥控制泥渣面高度，以不超過(guò)導(dǎo)流筒出口為宜，此時(shí)兩個(gè)反應(yīng)區(qū)5 min泥渣沉降比達(dá)到10～20。泥渣面形成后，上部清水區(qū)出水濁度小于5 NTU時(shí)，可增加進(jìn)水量，水量應(yīng)緩慢增加，每次增加水量不得超過(guò)設(shè)計(jì)水量的20%，水量增加間隔不小于1 h，待水量增至設(shè)計(jì)負(fù)荷后應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行不少于48 h。按不同進(jìn)水濁度整定排泥周期和時(shí)間，以保持泥渣面的高度。試運(yùn)正常后應(yīng)做超負(fù)荷試驗(yàn)，當(dāng)超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)應(yīng)提前20～30 min增加投藥量。試運(yùn)過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步調(diào)整加藥量并進(jìn)行澄清池濁度的測(cè)定，以找出混凝劑最佳加藥量。

澄清池調(diào)試期間，調(diào)試人員對(duì)各參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，其中包括流量、出水濁度、水溫、pH值、投藥量、葉輪轉(zhuǎn)速、泥渣面高度、兩個(gè)反應(yīng)室泥渣沉降比、排泥量和排泥濃度等，調(diào)試后各參數(shù)基本符合設(shè)計(jì)要求。

4.1.2 變孔隙重力式砂濾池調(diào)試

依次開(kāi)啟濾池進(jìn)水閥、出水閥，制水運(yùn)行即開(kāi)始。原水通過(guò)進(jìn)水配水裝置將水流均勻地布置在濾料層上，濾料截留雜質(zhì)，清水通過(guò)支管母管均勻地收集，然后自動(dòng)流出濾池，進(jìn)入過(guò)濾水池和反洗水池。調(diào)試時(shí)還需進(jìn)行濾池反洗調(diào)試，反洗調(diào)試步驟如下。

(1)濾料層放水。通過(guò)濾池底部出水閥放水至濾層上方還保持一定的水位。

(2)空氣擦洗。通過(guò)引入的空氣，使濾料顆粒相互摩擦，使過(guò)濾過(guò)程中截留的、很難洗脫下來(lái)的雜質(zhì)從濾料上脫落下來(lái)?？諝獠料磸?qiáng)度以濾料松動(dòng)為準(zhǔn)，空氣擦洗強(qiáng)度為14～15L/(m2·s)，時(shí)間為5min。

(3)反洗。反洗設(shè)置為每天反洗1次，可通過(guò)可編程邏輯控制器(PLC)控制各氣動(dòng)閥門(mén)進(jìn)行反洗。反洗實(shí)際所需時(shí)間可通過(guò)觀察反洗排水的臟污程度設(shè)定，濾池根據(jù)需要也可采用單純水反洗。

4.1.3 超濾系統(tǒng)調(diào)試

根據(jù)超濾工作原理及其裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，超濾裝置調(diào)試時(shí)主要進(jìn)行4個(gè)方面的工作:過(guò)濾、反洗、化學(xué)加強(qiáng)反洗及完整性測(cè)試。

對(duì)于特定的水質(zhì)，需要保證的關(guān)鍵指標(biāo)是膜通量和膜過(guò)濾壓力。若降低反洗和化學(xué)加強(qiáng)反洗的頻率，會(huì)影響膜通量，如果要達(dá)到相同的制水量就會(huì)造成系統(tǒng)投資增加，另外一個(gè)方法是改善入水的水質(zhì)，可通過(guò)加藥或進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理實(shí)現(xiàn)，但同樣要增加投資和運(yùn)行費(fèi)用，因此需要在調(diào)試和運(yùn)行中根據(jù)實(shí)際情況找到最佳反洗和化學(xué)加強(qiáng)清洗頻率?；瘜W(xué)加強(qiáng)反洗僅在進(jìn)行了反沖洗后，膜兩端的過(guò)濾壓降仍然達(dá)不到設(shè)計(jì)值時(shí)進(jìn)行?；瘜W(xué)加強(qiáng)反洗可以使用次氯酸鈉、雙氧水和次氯酸等化學(xué)清洗劑。

為保證超濾單元的完整性，防止膜絲斷裂而導(dǎo)致被過(guò)濾介質(zhì)短路，需定期對(duì)超濾單元進(jìn)行完整性測(cè)試，在無(wú)破損膜元的條件下，測(cè)試用的原始空氣流量為40～180 L/h。1根完全斷裂的膜絲會(huì)導(dǎo)致流量增加250 L/h左右。通過(guò)調(diào)試可將上述1根膜絲斷裂導(dǎo)致的流量增加值設(shè)定為報(bào)警值。

4.1.4 反滲透系統(tǒng)調(diào)試

啟動(dòng)預(yù)處理設(shè)備，調(diào)整超濾供水量大于反滲透進(jìn)水量。全開(kāi)各壓力表開(kāi)關(guān)、高壓泵出口控制閥、濃水出口閥、濃水排放閥和產(chǎn)水排放閥，低壓沖洗10 min;對(duì)阻垢劑、氧化劑和還原劑計(jì)量泵進(jìn)行計(jì)量校核，添加相關(guān)藥劑;關(guān)閉進(jìn)水閥和濃水排放閥;啟動(dòng)高壓泵，打開(kāi)進(jìn)水閥和產(chǎn)水排放閥，排水至產(chǎn)水電導(dǎo)率合格。

在正常運(yùn)行過(guò)程中，反滲透膜元件內(nèi)的膜片會(huì)受到無(wú)機(jī)鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性有機(jī)物質(zhì)的污染，這些污染物沉積在膜表面，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水量和系統(tǒng)脫鹽率分別下降或同時(shí)惡化，因此還需對(duì)膜的清洗步序進(jìn)行調(diào)試。

4.2 系統(tǒng)運(yùn)行效果及停運(yùn)保養(yǎng)

4.2.1 系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)投入運(yùn)行后，機(jī)械攪拌加速澄清池出水效果見(jiàn)表2，超濾系統(tǒng)在運(yùn)行流量為150 t/h時(shí)的出水水質(zhì)見(jiàn)表3，反滲透系統(tǒng)出水水質(zhì)見(jiàn)表4。

表2 機(jī)械攪拌加速澄清池出水效果

表3 超濾系統(tǒng)在運(yùn)行流量為150 t/h時(shí)的出水水質(zhì)

4.2.2 系統(tǒng)停運(yùn)保養(yǎng)

(1)超濾膜停機(jī)保護(hù)。超濾系統(tǒng)停機(jī)后要防止細(xì)菌的滋生，如果系統(tǒng)停運(yùn)小于24 h，下次系統(tǒng)投運(yùn)前先對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗;如果為1～7 d的中期系統(tǒng)停運(yùn)，系統(tǒng)停運(yùn)后需先使用超濾出水進(jìn)行反沖洗，再使用次氯酸鈉進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)反洗(CEB)，保持膜內(nèi)次氯酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.003%～0.005%，在系統(tǒng)投入運(yùn)行前，再對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，直到把超濾內(nèi)部的殘留氯沖干凈;系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)時(shí)，需要定期對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)增強(qiáng)反洗，反洗水中加入亞硫酸氫鈉溶液，溶液中亞硫酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%，要使亞硫酸氫鈉溶液完全沖進(jìn)膜內(nèi)，替換膜內(nèi)的水;亞硫酸氫鈉溶液每隔30d更換1次，下次系統(tǒng)投入運(yùn)行前先對(duì)超濾系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗，然后進(jìn)行次氯酸鈉或者過(guò)氧化氫CEB，溶液中次氯酸鈉或者過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%，浸泡10min;最后再進(jìn)行不帶殺菌劑的反沖洗，直到把膜內(nèi)殘留的殺菌劑沖洗干凈。

表4 反滲透系統(tǒng)出水水質(zhì)

(2)反滲透裝置停機(jī)保護(hù)。反滲透裝置也不能長(zhǎng)期停運(yùn)，每天至少運(yùn)行2 h，如果停運(yùn)超過(guò)72 h，應(yīng)向反滲透裝置內(nèi)充裝質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的亞硫酸氫鈉溶液實(shí)施保護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)在工業(yè)和生活污水處理方面已積累了不少經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)電廠沖灰水和循環(huán)水排污水綜合處理還缺乏經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)灰場(chǎng)回收的沖灰水和循環(huán)水排污水按不同比例混合后的復(fù)雜性，該廠在此次綜合節(jié)水工程實(shí)施中進(jìn)行了大量的調(diào)研，做了大量的試驗(yàn)，對(duì)水處理過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題與國(guó)內(nèi)水處理專(zhuān)家進(jìn)行了充分的論證和研究，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，預(yù)處理和后處理出水水質(zhì)穩(wěn)定，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo)率不超過(guò)25 μS/cm，完全滿足鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)要求。系統(tǒng)的投運(yùn)不但提高了該廠排污水利用水平，而且增強(qiáng)了排污水利用的靈活性，為電廠污水綜合處理積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明，通過(guò)混凝澄清、過(guò)濾、超濾和反滲透處理工藝處理電廠灰場(chǎng)沖灰水和循環(huán)水排污水，實(shí)現(xiàn)污水綜合回收利用是可行的。

［1］張葆宗.反滲透水處理［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2004.

［2］馮逸仙.反滲透水處理系統(tǒng)工程［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2005.