高效微孔膜陶瓷過濾技術(shù)在電廠含煤廢水處理中的應(yīng)用

王仁雷，衡世權(quán)，李海洋，喻江

(華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030)

1 工程概況

西南地區(qū)某火力發(fā)電廠裝設(shè)2臺(tái)國(guó)產(chǎn)600 MW超臨界燃煤機(jī)組，于2016年12月投運(yùn)，配置的含煤廢水處理采用高效微孔陶瓷過濾填料及無機(jī)陶瓷凈化系統(tǒng)[1-2]。

2 設(shè)計(jì)水量水質(zhì)

本工程設(shè)計(jì)處理水量為2×20 m3/h，出水水質(zhì)滿足GB/T 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-4]。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)見表1 。

表1 含煤廢水裝置進(jìn)、出水水質(zhì)Tab.1 Inlet and outlet water quality of coal-containing wastewater equipment

3 工藝流程

從廠區(qū)來的各路含煤廢水進(jìn)入煤水沉淀池，經(jīng)初步預(yù)沉，實(shí)現(xiàn)水和煤泥漿的初步分離后自流進(jìn)入高效過濾池，過濾池中布置了高效微孔陶瓷過濾填料，經(jīng)過濾后的清水由清水池的煤水提升泵加壓送至無機(jī)陶瓷過濾器，過濾去除污水中的殘余顆粒物。通過在線濁度儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出水水質(zhì)，達(dá)標(biāo)后的出水貯存在復(fù)用水池中，回用于輸煤系統(tǒng)的沖洗水等。煤水沉淀池中的底部煤泥可定期通過煤泥提升泵送至煤場(chǎng)。在過濾池進(jìn)口設(shè)有反洗排泥潛污泵，用于提升濾墻反洗時(shí)產(chǎn)生的煤泥或煤渣。含煤廢水處理工藝流程如下：含煤廢水管路→閥門井→煤水沉淀池→高效微孔陶瓷過濾池→清水池→煤水提升泵→無機(jī)陶瓷過濾器→復(fù)用水池。

4 主要處理裝置參數(shù)

4.1 煤水沉淀過濾池及清水池

本工程設(shè)有2座長(zhǎng)30.00 m，寬5.14 m，深5.40 m的煤水沉淀過濾池，前段為自然沉淀池，中間段設(shè)過濾池，后段為清水池。每座清水池后部設(shè)有2臺(tái)煤水提升泵，為自吸泵，額定流量20 m3/h，揚(yáng)程20 m。過濾池內(nèi)設(shè)2臺(tái)反洗排泥泵，額定流量30 m3/h，揚(yáng)程15 m，采用潛水泵，用于濾墻反洗時(shí)提升煤泥。沉淀池區(qū)域設(shè)2臺(tái)煤泥提升泵，額定流量18 m3/h，揚(yáng)程15 m，采用潛水泵，用于提升沉淀池中的煤泥。另設(shè)有2臺(tái)衍車式刮泥機(jī)，行車速度1.3 m/min，單臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率0.75 kW。

過濾池采用微孔陶瓷過濾填料，設(shè)計(jì)使用壽命30年。填料安裝粘結(jié)采用CA50-G6耐酸膠泥，安裝后與墻體熱脹冷縮率一致，酸堿浸泡不會(huì)發(fā)生腐蝕。高效微孔膜陶瓷過濾填料具體技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 高效微孔陶瓷過濾裝置技術(shù)參數(shù)Tab.2 Technical parameters of MF high efficiency microporous membrane ceramic filter

4.2 無機(jī)陶瓷過濾器

本工程設(shè)有2臺(tái)無機(jī)陶瓷過濾器，單臺(tái)出力20 m3/h，設(shè)備直徑2 000 mm，高度2 755 mm。過濾器為鋼制焊接的立式柱形容器，本體材質(zhì)為碳鋼(Q235-B)，設(shè)備內(nèi)設(shè)有用于支撐濾元(無機(jī)陶瓷過濾管)的多孔板，多孔板材質(zhì)為碳鋼(Q235-B)。濾元與過濾器筒體平行布置，耐酸、堿及高溫，規(guī)格為?60 mm×500 mm×15 mm，單臺(tái)過濾器的濾元數(shù)量為320支。無機(jī)陶瓷過濾器技術(shù)參數(shù)見表3。

5 技術(shù)要點(diǎn)分析

5.1 高效微孔膜陶瓷過濾工藝

高效微孔陶瓷是國(guó)內(nèi)近年來出現(xiàn)的一種新型過濾介質(zhì)，它的A面為過濾工作面，B面為過流支撐面，A面由微硅粉，Al2O3加成孔劑、潤(rùn)滑劑、活性劑配制，B面由氧化硅為主要骨料，加成孔劑、黏結(jié)劑配制，分兩層結(jié)合制作，經(jīng)高溫?zé)瞥葾面為10～15 μm微膜狀孔徑結(jié)構(gòu)，B面為50～100 μm微孔狀結(jié)構(gòu)。該種非對(duì)稱性網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的微孔膜狀過濾介質(zhì)由許多大小不同、分布均勻、相互連通、橋拱狀開口氣孔組成。當(dāng)廢水通過這些開口氣孔時(shí)，懸浮物質(zhì)、膠體狀物質(zhì)被自然截留吸附在介質(zhì)的外表面，達(dá)到機(jī)械篩分過濾目的。該種結(jié)構(gòu)的過濾器A面為截污工作面，工作時(shí)可截留10～20 μm的微小顆粒物且不易滲透到過濾器內(nèi)部形成堵塞。B面為支撐過流層，工作時(shí)通量大、阻力小、不易堵塞、反沖洗效果好。該工藝的主要特性有：(1)化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕，抗熱震性良好，機(jī)械強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)；(2)過濾效果好，無二次污染，出水水質(zhì)SS能長(zhǎng)期穩(wěn)定在30～50 mg/L以下；(3)不易堵塞，運(yùn)行周期長(zhǎng)，反洗效果好，每2～3年反沖1次；(4)采用該工藝設(shè)備不需要加任何藥劑，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低。某國(guó)家權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)該高效微孔膜陶瓷的檢驗(yàn)結(jié)果見表4。

表3 無機(jī)陶瓷過濾器技術(shù)參數(shù)Tab.3 Inorganic membrane filter technical parameters

5.2 無機(jī)陶瓷過濾器

該無機(jī)陶瓷過濾器為圓柱體容器，罐內(nèi)分為3個(gè)室，上層為緩沖室，中層由上而下為花板和陶瓷過濾管，按一定的位置密封安裝，組成過濾室，下層為沉渣室設(shè)有排污口。煤水提升泵提升的廢水經(jīng)微孔陶瓷過濾管滲透到過濾室由出水口排出，同時(shí)將雜質(zhì)截留下來并沉積在沉渣室，積聚一定量時(shí)由排污口排出。隨著設(shè)備過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，部分機(jī)械雜質(zhì)會(huì)附著在陶瓷過濾管表面，導(dǎo)致壓差增大流量降低。當(dāng)壓力差≥0.02 MPa時(shí)，啟動(dòng)反沖洗裝置，反沖洗水泵將凈水經(jīng)反沖洗通道進(jìn)入陶瓷過濾器，由于壓力作用，凈水由微孔陶瓷過濾管滲透到內(nèi)壁，附著在陶瓷過濾管表面上的機(jī)械雜質(zhì)隨著反洗水脫落到沉渣室，由排污通道排出。該無機(jī)陶瓷過濾器的主要特點(diǎn)有：(1)過濾時(shí)由于陶瓷過濾元件孔徑比較小(一般在5～10 μm)，過濾精度較高，大量大于10 μm的懸浮物顆粒被攔截，而比較重的懸浮物顆粒通過管件直通道，利用其自身重量自然沉降，從而使出水質(zhì)量濃度(SS)小于10 mg/L；(2)陶瓷過濾元件強(qiáng)度好，不易碎，一般不需更換(5年以上)，其操作簡(jiǎn)單，基本無運(yùn)行費(fèi)用；(3)過濾器每2～3天反沖洗1次，每次反沖洗僅需5 min，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，操作簡(jiǎn)單。

表4 某國(guó)家權(quán)威測(cè)試機(jī)構(gòu)對(duì)該高效微孔膜陶瓷的檢驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Test results of the high-efficiency microporous membrane ceramic by an authoritative testing institution

6 運(yùn)行效果

該含煤廢水處理工程運(yùn)行實(shí)踐表明：采用高效微孔膜陶瓷過濾技術(shù)出水水質(zhì)良好，SS去除率穩(wěn)定在95%以上，完全滿足電廠含煤廢水回用要求。該處理系統(tǒng)的運(yùn)行效果見表5。

表5 系統(tǒng)運(yùn)行效果Tab.5 System operation effect

7 結(jié)束語

該含煤廢水處理工程采用高效微孔陶瓷過濾填料+無機(jī)陶瓷凈化處理工藝，具有技術(shù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便、占地面積小等特點(diǎn)，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值，可供相關(guān)行業(yè)的廢水處理參考。