電廠反滲透濃水回用工藝研究

尹 力，費劍影，施依娜，馮月花

(上海明華電力科技有限公司，上海 200090)

反滲透膜分離技術(shù)是在高于溶液滲透壓作用下，利用半透膜攔截水中的鹽類、膠體、微生物以及有機(jī)物等雜質(zhì)，實現(xiàn)溶質(zhì)與溶劑的有效分離[1]。反滲透技術(shù)在電廠鍋爐補(bǔ)給水處理中有廣泛應(yīng)用，是制備電廠生產(chǎn)所需除鹽水的重要工序。補(bǔ)給水系統(tǒng)反滲透回收率通常為75%，排放約25%的濃水。反滲透濃水為經(jīng)常性排水，水量不容忽視，如果濃水直接外排將造成水資源的浪費。

反滲透濃水的水質(zhì)與反滲透膜透過性能和進(jìn)水水質(zhì)有直接關(guān)系。一般情況下，電廠補(bǔ)給水系統(tǒng)中的反滲透濃水含鹽量高、濁度小，幾乎不含重金屬、氨氮、微生物等[2]。這樣的水質(zhì)條件決定其處理方式有別于其他電廠廢水。反滲透濃水的回用空間大，處理目標(biāo)也更有指向性。

1 反滲透濃水回用方案

結(jié)合電廠實際情況，提出反滲透濃水回用方案：反滲透濃水→零動力膜系統(tǒng)→產(chǎn)水至回用水箱、濃水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放。具體回用流程見圖1。反滲透濃水被引入低壓脫鹽膜元件，在不增加外界動力的情況下，利用反滲透濃水排放壓力為動力，對反滲透濃水進(jìn)行再度分離，回收率目標(biāo)值設(shè)定為50%。處理后產(chǎn)水進(jìn)入回用水箱循環(huán)使用；濃水經(jīng)回收箱過度后進(jìn)入濃水處理系統(tǒng)，向反應(yīng)池內(nèi)投加敏化劑、絮凝劑等藥劑，在微波催化作用下重點降低濃水的化學(xué)需氧量(以下簡寫為“COD”)，經(jīng)處理合格后排放。該工藝進(jìn)一步回收50%的反滲透濃水，將原反滲透系統(tǒng)的回收率由75%提升至87.5%。

圖1 反滲透濃水回用流程圖

1.1 零動力裝置產(chǎn)水水質(zhì)

經(jīng)過參數(shù)比對和模擬試驗，優(yōu)選某公司的膜元件可以滿足試驗需要，具體表現(xiàn)為：①適應(yīng)低壓運行條件。該膜元件在0.5～0.8 MPa條件下正常穩(wěn)定運行，可僅依靠濃水余壓作為動力，不額外增加動力源；②滿足電廠生產(chǎn)實際。以反滲透濃水為進(jìn)水的情況下，零動力膜系統(tǒng)的出力達(dá)3 t/h以上，回收率可大于50%；③在此條件下，膜元件不易污堵，可較長時間穩(wěn)壓運行而無需頻繁清洗。

將零動力膜系統(tǒng)安裝在電廠補(bǔ)給水系統(tǒng)一級反滲透濃水出口，反滲透濃水直接接入零動力膜系統(tǒng)，試驗過程中零動力裝置與反滲透裝置同步運行。持續(xù)跟蹤零動力裝置產(chǎn)水的主要指標(biāo)，檢測結(jié)果見表1。

表1 零動力裝置產(chǎn)水水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)

注：(1)GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中規(guī)定再生水用作工業(yè)用水水源時基本控制項目及限值；(2)本文提到的COD均為CODCr，以下簡寫為COD。

經(jīng)測定，零動力裝置產(chǎn)水的pH值維持在6.48左右，略低于回用標(biāo)準(zhǔn)中的6.5限值。除pH值以外，其他檢測指標(biāo)均滿足國標(biāo)對于回用水的水質(zhì)要求。產(chǎn)水pH值偏低主要是空氣中的二氧化碳溶入造成的，在后續(xù)處理中碳酸鹽平衡打破后，產(chǎn)水的pH值可恢復(fù)至6.5～8.5的范圍內(nèi)。零動力裝置產(chǎn)水含鹽量低，可回用至電廠內(nèi)對于水質(zhì)有一定要求的地方，如超濾進(jìn)水、反滲透進(jìn)水、甚至是混床進(jìn)水等。

1.2 零動力裝置濃水的處理

零動力回用系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水水質(zhì)檢測結(jié)果如表2所示。檢測顯示濃水COD超過了排放標(biāo)準(zhǔn)，其他指標(biāo)均符合排放要求，因此濃水的處理目標(biāo)主要是將COD降至60 mg/L以下。

表2 零動力裝置濃水水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)

注：1)DB 31/199—2018 《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的第二類污染物排放限值。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，“微波化學(xué)法”可有效降低濃水的COD，具體方法是向濃水中加入一定量的敏化劑和混凝劑，在微波催化作用下，強(qiáng)化降低COD的效果。微波是指頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波，在微波照射下廢水中某些強(qiáng)極性污染物的局部會形成高溫“熱點”，誘發(fā)分子極化旋轉(zhuǎn)，對極性大分子化學(xué)鍵的斷裂具有促進(jìn)作用，從而加速分解過程，強(qiáng)化廢水處理效果[3]。加入敏化劑可增強(qiáng)體系對微波的吸收和傳熱能力，污染物在受熱后會揮發(fā)、分解或被固定[4]。試驗結(jié)果顯示，在敏化劑加藥量為300 mg/L時，濃水COD在80～120 mg/L范圍內(nèi)，出水COD可降至35～40 mg/L，達(dá)到排放要求。該條件下出水的其他監(jiān)測指標(biāo)，在處理前后未發(fā)生明顯變化，均低于排放限值。

1.3 運行效果

對整個系統(tǒng)的運行情況進(jìn)行為期一個月的持續(xù)跟蹤，零動力裝置的進(jìn)口壓力幾乎不變，濃水壓力從0.60 MPa升至0.65 MPa，表明零動力膜未出現(xiàn)明顯結(jié)垢污染。整個系統(tǒng)出水水質(zhì)呈現(xiàn)一定的變化，但始終滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，未出現(xiàn)大的波動。

從零動力裝置進(jìn)出口壓力變化和最終產(chǎn)水水質(zhì)兩個方面判定：該系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，滿足實際生產(chǎn)的需要。

該回收裝置運行時，電耗和藥劑費用占運行成本的主要部分。電耗主要是微波裝置工作用電，藥劑費用主要是敏化劑，考慮到敏化劑在反應(yīng)中主要起到催化作用，可將澄清池底部污泥收集起來回用，從而節(jié)省藥劑費用。

2 零動力膜應(yīng)用情況

零動力膜裝置優(yōu)勢明顯：無需額外增加動力源，占地面積小，對于原反滲透系統(tǒng)幾乎無影響，有效減少新鮮水使用量和濃水外排量，目前已在電力、石化等行業(yè)實施應(yīng)用[5-8]，匯總見表3。

表3 零動力膜系統(tǒng)應(yīng)用情況匯總

目前關(guān)于利用零動力膜回用反滲透濃水的論文研究較少，但該方法應(yīng)用實施發(fā)展迅猛。結(jié)合本研究和已有案例可以發(fā)現(xiàn)，對于零動力膜處理方法而言，維持膜系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行是關(guān)鍵，亦是難點。反滲透濃水含鹽量高，對于膜的性能指標(biāo)提出了更高的要求，需要其具備耐高鹽、抗污堵等特性，因此多采用性能良好的苦咸水反滲透膜。為解決鹽析出和膜結(jié)垢的問題，采用超濾+強(qiáng)化阻垢[6]或加酸預(yù)處理和專用阻垢劑相結(jié)合的方法[8]，可有效避免碳酸鈣等鹽垢的析出。當(dāng)進(jìn)水水量降低后，膜表面濃水側(cè)的濃差極化可能會因此增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)惡化、壓差增加等問題，因此，在實際運行中需關(guān)注進(jìn)水流量和回收率的變化，必要時作出調(diào)整。

3 廠內(nèi)回用方案分析

電廠反滲透濃水的廠內(nèi)回用思路可歸納為以下三種。

方案一：將反滲透濃水回用為循環(huán)水補(bǔ)水。一般情況下，反滲透濃水水質(zhì)優(yōu)于循環(huán)水補(bǔ)水[9]，完全可以作為循環(huán)水補(bǔ)水回用[10]，混合濃水后的循環(huán)水補(bǔ)水各項指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求。但濃水的引入使得補(bǔ)水的成分發(fā)生變化，特別是循環(huán)水的堿度會因此升高，增加了循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢的風(fēng)險，因此循環(huán)水的控制參數(shù)，如水質(zhì)穩(wěn)定劑添加量、濃縮倍率、排污量等都需要根據(jù)實際情況重新判定，同時也需要引入超聲波除垢、添加硫酸和阻垢劑等[10]方式來應(yīng)對可能出現(xiàn)的結(jié)垢問題。市面上較多采用此方法對反滲透濃水進(jìn)行回用，此法無需增加水處理設(shè)備，只需將濃水引入循環(huán)水補(bǔ)水并及時跟蹤調(diào)整循環(huán)水控制情況即可。由于濃水排出量隨著制水設(shè)備的運行而發(fā)生非周期性變化，給循環(huán)水的控制提出了更多要求。

方案二：反滲透濃水經(jīng)膜處理后回用，回用過程中產(chǎn)生的濃水經(jīng)處理后排放或深度處理。本文所提出的回用方法即屬于此范疇。該方法可有效提升反滲透濃水的回用比例，回用水水質(zhì)好，可以滿足多方面的使用要求，但在處理的過程中會額外產(chǎn)生一定量的濃水，因此，并不能實現(xiàn)濃水的百分百回用；對于該部分濃水，需經(jīng)過相應(yīng)的處理才能達(dá)標(biāo)排放，或通過深度處理實現(xiàn)零排放。因此使用膜濃縮的方法一般還需配置一套水處理裝置。電廠在實際運行中，需充分結(jié)合反滲透濃水特性來選擇合適的膜元件，積極跟蹤裝置的運行情況，保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

方案三：將濃水重新引入原水澄清池回用。該方法簡單易操作，無需額外增加水處理設(shè)備，可實現(xiàn)濃水的全部回用，同時減少原水的取水量。但該處理方法存在一個問題：電廠的預(yù)處理主要去除膠體、懸浮物等大顆粒物質(zhì)，對于原水中的鹽類幾乎沒有去除效果，長期循環(huán)回用將導(dǎo)致原水含鹽量持續(xù)遞增，進(jìn)而影響化學(xué)制水系統(tǒng)的運行安全性和經(jīng)濟(jì)性。在電廠實際運行中，該方法只適用于反滲透濃水的短期處理或減量處理，不宜作為長期處理方式。

4 結(jié)語

本文提出了針對電廠反滲透濃水的回用方案，利用反滲透濃水余壓，采用低壓膜元件將濃水進(jìn)行50%濃縮，產(chǎn)水直接回用至工業(yè)水箱，濃水經(jīng)混凝—微波—澄清工藝處理后將COD降至60 mg/L以下，各項指標(biāo)均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，可直接排放。

此方法將反滲透系統(tǒng)回收率由75%提升至87.5%，濃水排放量縮減50%，降低廢水排放量的同時減少工業(yè)水取水量，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

三種常見的反滲透濃水廠內(nèi)回用方法各有優(yōu)劣，電廠在選擇反滲透濃水回用方案時需結(jié)合濃水水質(zhì)特點和廠里的實際情況，可選擇其中之一，也可將兩者結(jié)合起來使用。