火電廠再生廢水反滲透回收工藝研究

馬燕飛

神華新疆化工有限公司

火電廠再生廢水反滲透回收工藝研究

馬燕飛

神華新疆化工有限公司

目前，離子交換樹脂廣泛地應(yīng)用在食品工業(yè)、水處理、重金屬離子的富集以及環(huán)境保護等行業(yè)。離子交換樹脂具有吸附選擇性較好、機械強度大、抗污染能力強、物理化學(xué)穩(wěn)定性好以及可循環(huán)使用等諸多優(yōu)點，而一直受到廣泛的研究，主要應(yīng)用于水處理、環(huán)境保護等領(lǐng)域。將離子交換再生廢水中的有用物質(zhì)進行資源化回收再利用、降低再生廢水排放量，已經(jīng)成為降低離子交換過程成本、減輕再生廢水對環(huán)境不利影響的重要途徑，因此進一步加強對其的研究非常有必要?；诖吮疚姆治隽嘶痣姀S再生廢水反滲透回收工藝。

火電廠；再生廢水；反滲透回收工藝

1 研究意義

近年來隨著國家《節(jié)約能源法》、《環(huán)境保護法》等法規(guī)相繼頒布實施，國家對火電廠用、排水量和水質(zhì)的要求日益嚴格，企業(yè)廢水外排壓力日漸增大，水已經(jīng)成為制約及影響電廠經(jīng)濟效益的主要因素之一，許多電廠已經(jīng)將節(jié)水減排作為重點工作來抓。如何減少廢水排放量，實現(xiàn)廢水的資源化利用已經(jīng)成為水處理技術(shù)領(lǐng)域的重要課題。

目前在燃煤火力發(fā)電廠，大多數(shù)300MW以上的凝汽式機組，都帶有凝結(jié)水精處理設(shè)備，凝結(jié)水精處理多采用高速混床，在運行過程中產(chǎn)生一定量的酸堿再生廢水。針對這部分再生廢水，一般的處理及回用方式為：中和水力除灰系統(tǒng)的堿性灰水，或者通過中和至排放標準后用于煤場沖洗噴淋或直接外排。由于目前火電廠基本采用干除灰方式，灰渣系統(tǒng)消耗廢水量很少，并且這部分廢水含鹽量高、侵蝕性強、水中富含氨氮，嚴重限制了回用途徑。因此，酸堿廢水只能中和后回用至輸煤等水質(zhì)要求低的場合，剩余部分只能達標排放。

由于離子交換設(shè)備產(chǎn)生的再生廢水含鹽量高，結(jié)垢性離子如硬度離子和SO42-含量很低，主要離子成分是再生劑帶入的Na+和Cl-，精處理再生廢水中還有的氨，上述成分都是電力生產(chǎn)過程中的有用物質(zhì)，有資源化回收利用的潛力，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

2 反滲透膜分離的原理

對透過物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱為半透膜，一般將只能透過溶劑而不能透過溶質(zhì)的這種薄膜，稱之為理想的半透膜。當把相同體積的溶劑和溶液(或把相同體積的兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時，純?nèi)軇⒆匀淮┻^半透膜而自發(fā)地向溶液(或從低濃度溶液向高濃度)一側(cè)流動，這一現(xiàn)象稱為滲透。隨著水的流入濃溶液不斷被稀釋，當水向濃溶液流動而產(chǎn)生的壓力P足夠阻止水繼續(xù)流入時，滲透則處于平衡狀態(tài)。平衡時，水通過半透膜從任一邊向另一邊流入的數(shù)量是相等的，即處于動態(tài)平衡狀態(tài)，此時的壓力P稱為溶液的滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即與濃溶液的種類、濃度和溫度有關(guān)，而與半透膜的性質(zhì)無關(guān)。滲透是自發(fā)過程，而反滲透是一種非自發(fā)過程。在進水(濃溶液)側(cè)施加壓力，且該壓力大于自然滲透壓，則水分子自然滲透的流動方向就會逆轉(zhuǎn)，進水(濃溶液)中的水分子部分通過半透膜(反滲透膜)流向稀溶液一側(cè)，使得進水(濃溶液)側(cè)濃度更大，這個過程叫做反滲透[34，35]。其原理如圖1所示。

圖1 反滲透基本原理

3 火電廠再生廢水反滲透回收工藝

3.1 精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水是給水的最大組成部分，由于熱力系統(tǒng)的不嚴密以及系統(tǒng)內(nèi)金屬的腐蝕，凝結(jié)水中不僅含有各種微量的溶解鹽類物質(zhì)和硅化合物，還含有懸浮態(tài)、液態(tài)的金屬腐蝕產(chǎn)物以及微量的有機物等雜質(zhì)，凝結(jié)水精處理的主要任務(wù)就是除去凝結(jié)水中懸浮物、腐蝕產(chǎn)物及其他雜質(zhì)，降低凝結(jié)水系統(tǒng)中的含鹽量和電導(dǎo)率，以保證機組安全穩(wěn)定運行。

某電廠裝機4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機組，每臺機組設(shè)一套中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括前置過濾器和高速混床及旁路保護系統(tǒng)，用于除去凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物和微量鹽分。機組正常運行時，該系統(tǒng)具有100%凝結(jié)水流量的處理能力，經(jīng)過處理的凝結(jié)水水質(zhì)能滿足超超臨界機組對給水水質(zhì)的要求。每臺機組配備4臺高速混床，在正常情況下，3用1備。每兩臺機組共用一套體外再生系統(tǒng)，再生采用的是錐體分離法。樹脂再生過程包括六個步序，即樹脂的輸送、樹脂的清洗、樹脂的分離、陰樹脂的再生、陽樹脂的再生以及陰、陽樹脂的混合。

樹脂輸送階段采用水力輸送方式將失效樹脂輸送至陰再生罐，備用樹脂輸送至高速混床內(nèi)部；樹脂清洗階段采用壓縮空氣+除鹽水正洗交替循環(huán)方式對失效樹脂進行清洗并分層；陰、陽樹脂分離階段采用除鹽水將陽樹脂從陰再生罐輸送至陽再生罐，再采用除鹽水對分離后的陽樹脂進行反洗；陰樹脂再生是通過對陰樹脂進堿以恢復(fù)樹脂的離子交換能力，接著對再生后的樹脂進行擦洗以去除再生產(chǎn)物，最后經(jīng)過循環(huán)反洗以及正洗直至排水電導(dǎo)合格；陽樹脂再生是通過對陽樹脂進酸以恢復(fù)樹脂的離子交換能力，接著對再生后的樹脂進行擦洗以去除再生產(chǎn)物，最后經(jīng)過循環(huán)反洗以及正洗直至排水電導(dǎo)合格；陰、陽樹脂混合是將陰樹脂水力輸送至陽再生罐，經(jīng)空氣混合均勻后進行正洗至排水電導(dǎo)合格。

3.2 精處理再生廢水水質(zhì)分析

電廠凝結(jié)水精處理高速混床采用體外錐斗法再生，再生一次運行時間約18h，排水水量為554.5m3。電廠4×1000MW機組精處理高速混床共計再生520次，根據(jù)單次再生廢水水量以及再生次數(shù)計算，產(chǎn)生再生廢水水量合計為28.8萬噸，水耗偏大。對單次再生廢水水量及水質(zhì)進行分析。

樹脂輸送、樹脂清洗以及樹脂分離三個步序，排水的pH值在5～7之間，電導(dǎo)率＜2μS/cm，陰、陽樹脂混合過程排水的pH值在5～6之間，電導(dǎo)率＜4μS/cm，這四個步序排水水量合計為213.9m3。

陰樹脂進堿和置換階段排水為高含鹽強堿性廢水，陽樹脂再生進酸和置換階段排水為高含鹽量強酸性廢水，廢水水量合計為60m3，廢水中的主要離子成分為再生劑帶入的Na+和Cl-，此外，陽樹脂再生排水中還富含氨氮。陰樹脂正洗和陽樹脂正洗兩個階段排水水量合計為280.6m3，水量較大。其中，正洗初期排水的電導(dǎo)率較高，隨著正洗的循環(huán)進行，排水的電導(dǎo)率逐漸下降，到正洗合格后排水的電導(dǎo)率＜1.5μS/cm。

根據(jù)精處理再生過程消耗的酸堿量，對精處理再生過程廢水中主要離子含量進行統(tǒng)計計算，結(jié)果見表1。