“石灰+碳酸鈉”軟化與雙膜法在循環(huán)水排污水深度處理中的應(yīng)用

賈秋菊， 王松林 ，宋雅芳 ，張龍明 ，李榮暉

(1.華潤電力焦作有限公司，河南 焦作 454450；2.西安熱工研究院有限公司， 西安 710032)

隨著國家對環(huán)境保護要求的提高，2012年頒布了《關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見》，明確了取水許可、入河湖排放口限批、節(jié)水強制性標準等一系列硬性要求，規(guī)定了水資源開發(fā)利用的底線[1-2]。華潤電力焦作有限公司一期工程為2×660 MW超超臨界濕冷供熱機組，機組采用開式間冷循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水補充水為經(jīng)100%石灰處理的中水。為節(jié)水減排，將循環(huán)水濃縮倍率提升至5～6，并將部分循環(huán)水經(jīng)過“石灰+碳酸鈉”旁流處理以降低水質(zhì)硬度、避免系統(tǒng)結(jié)垢，該工藝具備一定的節(jié)水減排能力，但仍存在較大改進空間。為了解決水資源限制發(fā)展的難題，緩解日益嚴重的環(huán)保排放壓力，根據(jù)中水水質(zhì)條件和用水需求，開展了“石灰+碳酸鈉”軟化與雙膜法在循環(huán)水排污水深度處理中的聯(lián)合應(yīng)用實踐，一級反滲透產(chǎn)水用于循環(huán)水和鍋爐補給水系統(tǒng)的補充水。

1 系統(tǒng)流程及存在問題

循環(huán)水處理系統(tǒng)額定出力為1 000 t/h，工作流程：中水→石灰處理系統(tǒng)→循環(huán)水系統(tǒng)→部分循環(huán)水排污水(200 t/h排污水)→石灰+碳酸鈉軟化系統(tǒng)→軟化水池→循環(huán)水。

鍋爐補給水處理系統(tǒng)額定出力為80t/h，工作流程：生活飲用水→超濾水箱→一級反滲透水箱→混床→除鹽水。

表1 循環(huán)水水質(zhì)

機組循環(huán)水水質(zhì)見表1，其中c(Ca2+)、c(ZYD)、c(FTJD)、c(ZJD)為分別為鈣離子、總硬度、酚酞堿度、總堿度的濃度；ρ(P)、ρ(XJ)為總磷、細菌的質(zhì)量濃度。夏季2臺機組滿負荷條件下，濃縮倍率與排污量的關(guān)系見表2。

表2 濃縮倍率與循環(huán)水排污量的關(guān)系

目前系統(tǒng)運行的設(shè)備下，存在以下問題。

圖1 優(yōu)化后系統(tǒng)流程及水量平衡

a.“石灰+碳酸鈉”旁流處理無法去除氯離子、硫酸根等腐蝕性陰離子，限制了循環(huán)水運行倍率的進一步提高，因此電廠仍然面臨很大的排放壓力。

b. 循環(huán)水排污水未合理梯級利用，造成水資源極大浪費，以7.0倍運行為例，雙機運行將產(chǎn)生約200 t/h的循環(huán)水排污水量 。

c.“石灰+碳酸鈉”軟化系統(tǒng)出水pH值在10.0以上，采用硫酸調(diào)至pH值8.0左右，硫酸根在高倍率下運行，對冷卻塔水泥構(gòu)筑物腐蝕 。

d.鍋爐補給水系統(tǒng)采用生活飲用水水源，飲用水價格的升高導(dǎo)致用水成本大幅上升。

2 系統(tǒng)優(yōu)化

2.1 系統(tǒng)設(shè)備回收率

系統(tǒng)設(shè)備的回收率控制應(yīng)滿足廠家要求和實際水質(zhì)條件(見表3 )。

2.2 優(yōu)化后的系統(tǒng)流程及水量平衡

按表3的回收率，優(yōu)化后系統(tǒng)流程及水量平衡見圖1。

優(yōu)化后，增加設(shè)備包括二級反滲透裝置和二級反滲透水箱。根據(jù)表2，機組循環(huán)水運行倍率大于4.5，2臺機組額定運行，各設(shè)備在設(shè)計回收率的情況下， 循環(huán)水排污水流量為400 t/h，一級反滲透排水約109 t/h，其水質(zhì)和流量可滿足脫硫系統(tǒng)100 t/h工藝水用量的要求。在滿足2臺機組正常補水量(60 t/h)時，二級反滲透產(chǎn)水流量為61 t/h，其余的(182 t/h，實際量根據(jù)機組除鹽水耗量而調(diào)整)一級反滲透膜產(chǎn)水可補回塔池，滿足優(yōu)化后的系統(tǒng)設(shè)備配置和運行方式要求。

表3 系統(tǒng)設(shè)備的回收率控制

3 系統(tǒng)運行調(diào)整

3.1 “石灰+碳酸鈉”軟化系統(tǒng)

根據(jù)“石灰+碳酸鈉”軟化存在的反應(yīng)，石灰與碳酸鈉的理論加藥量mCaO和mNa2CO3計算按 公式(1)、(2)進行。

mCaO=28 (ρ(CO2)+A+c(Mg)+α)/ε1

(1)

mNa2CO3=53(c(Y)+β)/ε2

(2)

式中：ρ(CO2)為水質(zhì)中CO2的質(zhì)量濃度；A為全堿度 ；c(Mg)為鎂硬度；α為1/2Ca(OH)2過剩量，一般為0.2～0.4 mmol/L；ε1為石灰純度；c(Y)為總永久堿度；β為1/2Na2CO3過剩量，一般為1.0～1.4 mmol/L；ε2為碳酸鈉純度。

實際運行中，石灰、碳酸鈉的加藥量并不是通過計算得到的，為有效去除碳酸鹽硬度、非碳酸鹽硬度、細菌、SiO2、總磷、Ba、Sr等物質(zhì)，以控制二次反應(yīng)池水的pH在10.2～10.5來調(diào)整石灰的加入量，通過控制出水OH-濃度，使出水殘余堿度處于最低點附近，此時水的含鹽量、殘留硬度也都處于最低點附近[3]?！笆?碳酸鈉”軟化處理工藝可將排污水中的鈣、硅、鍶、鋇等致垢成分去除60%以上，總硬度的去除率達79%，同時水中的有機物及微生物含量也可降低20%以上，因此，“石灰+碳酸鈉”處理顯著降低了膜系統(tǒng)污堵及結(jié)垢的風險[4]。

3.2 超濾系統(tǒng)

超濾操作步驟與時間見表4，冬季水溫為35 ℃，超濾裝置壓差達到0.08 MPa時，停機進行化學清洗。

表4 超濾操作步驟與時間

3.3 反滲透系統(tǒng)

中水為水源的循環(huán)水中雜質(zhì)復(fù)雜，為了驗證阻垢劑、還原劑、水質(zhì)的兼容性，進行了模擬試驗。取2組共10個1 000 mL超濾產(chǎn)水，分別加入化學純NaHSO3至水的氧化還原電位降低至-100 mV后，2組(每組各5個處理水樣)水樣分別模擬一級、二級反滲透濃水在不同回收率下的水質(zhì)條件，每組水樣分別加入膜廠家推薦阻垢劑2、3、4、5、6 mg/L，攪拌1 min，靜置5 min，觀察有無沉淀。在40 ℃水浴鍋里第1組恒溫至250 mL ，第2組恒溫至 150 mL， 在相同條件下觀察水樣中有無沉淀物或析出物。經(jīng)過試驗，經(jīng)濃縮后的3個水樣(2 mg/L一級反滲透水樣，2、3 mg/L二級反滲透水樣)存在析出物質(zhì)，因此，在弱還原性條件下，一級(二級)反滲透進水阻垢劑劑量大于2 mg/L(4 mg/L)時，水樣、阻垢劑、還原劑兼容性良好。

4 系統(tǒng)運行情況

從運行情況看，超濾系統(tǒng)運行壓差與產(chǎn)水量穩(wěn)定，產(chǎn)水濁度不大于0.5 NTU、SDI15不大于2，符合反滲透進水要求；一級反滲透回收率為68%～70%，裝置及段間壓差均不大于0.18 MPa，產(chǎn)水流量穩(wěn)定、電導(dǎo)率不大于40 μS/cm，脫鹽率大于98%；二級反滲透回收率為80～85%，裝置及段間壓差均不大于0.2 MPa，產(chǎn)水電導(dǎo)率不大于 3 μS/cm，脫鹽率大于95%，反滲透脫鹽率和產(chǎn)水電導(dǎo)率，混床運行周期60～70天(額定出力下)。

5 結(jié)束語

華潤電力焦作有限公司1、2號機組應(yīng)用“石灰+碳酸鈉”軟化和“超濾+反滲透”雙膜聯(lián)合工藝對循環(huán)水排污水深度處理以來，增加城市中水用量360×104t，減少廢水排放量約200×104t，節(jié)約天然淡水約180×104t，節(jié)省用水成本5 300×104元，同時為實現(xiàn)全廠 “零排放”奠定了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻:

[1] 國務(wù)院關(guān)于實行最嚴格水資源管理制度的意見．中央政府門戶網(wǎng)站，2012.

[2] 李波. 1 000 MW濕冷機組火電廠水平衡優(yōu)化分析[J].給水排水，2013，39(10)：64-69.

[3] 張春波，李廣，張鳳琴. 中水回用于電廠循環(huán)水補充水的處理方案研究[J]. 吉林電力, 2008 ，36(5):7-10.

[4] 劉朝輝. 電廠循環(huán)水排污水回用深度處理關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京：華北電力大學, 2014.