陳　蕊，宋曉紅，王　剛

(1.中國核電工程有限公司河北分公司核電工藝所，河北石家莊　050019；2.中國核電工程有限公司河北分公司民用工程研究設計所，河北石家莊　050019)

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浸沒式超濾技術在電廠廢水回用中的設計及應用

陳蕊1，宋曉紅2，王剛1

(1.中國核電工程有限公司河北分公司核電工藝所，河北石家莊050019；2.中國核電工程有限公司河北分公司民用工程研究設計所，河北石家莊050019)

摘要：浸沒式超濾技術是水處理行業(yè)中的一種創(chuàng)新應用形式。以東北某熱電廠廢水回用處理工程為實例，從進水水質(zhì)、出水水質(zhì)、投資成本、運行負荷及占地面積等方面進行綜合分析，重點對浸沒式超濾與壓力式超濾工藝進行對比，證明了浸沒式超濾技術的優(yōu)勢，最終確定了“絮凝沉淀+浸沒式超濾+反滲透”的工藝流程。

關鍵詞：三廢處理與綜合利用；廢水處理；浸沒式；超濾；熱電廠

近年來，浸沒式超濾技術在電廠鍋爐補給水系統(tǒng)中的應用越來越廣，其優(yōu)點是能耗低，占地面積小，能處理高濁度的原水，水通量大，出水水質(zhì)好且水質(zhì)穩(wěn)定。這些特點使該技術廣泛應用于多種原水的處理中[1-2]。浸沒式超濾膜系統(tǒng)是將外壓式中空纖維超濾膜直接放置在水池中，通過水泵抽吸使膜絲內(nèi)部形成負壓，利用負壓使水從膜外側流入膜內(nèi)側而完成膜過濾過程[3-5]。超濾過程是一個物理篩分過程，超濾膜能有效地截留比膜孔徑大的無機顆粒物及大分子有機物等膠體雜質(zhì)。浸沒式超濾膜一般采用“由外至內(nèi)”的流動方式。浸沒式超濾技術的開放過濾形式降低了進水預處理的要求，成套安裝的方式提高了土地利用效率，日漸成為繼壓力式超濾之后的又一種新型膜應用技術[6-7]。隨著浸沒式超濾技術的日漸成熟，其陸續(xù)在污(廢)水回用方面開始得到應用。浸沒式超濾技術以其水質(zhì)適用性廣、占地面積小等優(yōu)勢，受到越來越多的關注。本文以東北某熱電廠廢水回用處理工程為案例，對浸沒式超濾技術的設計特性及應用效果進行了分析及研究。

1案例分析

某熱電廠原設有一個占地300 hm2的貯灰場，電廠所有的廢水排放到此處。由于城市發(fā)展，現(xiàn)有貯灰場已處于城市建成區(qū)內(nèi)，根據(jù)政府部門規(guī)劃及環(huán)保要求需要拆除，同時新建20 hm2貯灰場作為事故灰場。新建事故灰場已不能接納熱電廠產(chǎn)生的廢水，為了保護當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，節(jié)約水資源，滿足“零排放”的要求，新建一座廢水回用處理系統(tǒng)已經(jīng)成為該熱電廠亟待解決的問題。

廢水回用處理系統(tǒng)的來水水質(zhì)濁度較高，且不穩(wěn)定。廢水處理站擬在廢舊車間基礎上進行新建，需拆除原有車間，另外有2條市政熱力管線由南向北穿過此車間再轉(zhuǎn)向西通往場外，所以本工程的占地面積成為工藝方案選擇中非常重要的制約因素。

2原水和用水分析

2.1原水水量和水質(zhì)

該熱電廠產(chǎn)生的廢水主要包括循環(huán)水排污水，機、爐、管道定、連排水，過濾器反洗水，車間地面沖洗水，以及雜用水等，采暖季和非采暖季所產(chǎn)生的廢水量有較大差異，平均水量如表1所示，水質(zhì)指標如表2所示。

表1　熱電廠原水平均水量

表2　原水主要水質(zhì)指標

2.2用水水質(zhì)要求

廢水回用處理系統(tǒng)的產(chǎn)水主要用于鍋爐補給水系統(tǒng)前端和循環(huán)水補水，所以系統(tǒng)處理后的水質(zhì)需滿足電廠循環(huán)水補水水質(zhì)要求(《再生水水質(zhì)標準》SL 368—2006)[8-9]。廢水回用處理系統(tǒng)的產(chǎn)水量大于鍋爐補給水的用水量，優(yōu)先補充至鍋爐補給水處理系統(tǒng)前端，剩余水量分配給循環(huán)水補水。本系統(tǒng)具備以下優(yōu)點：

1)廢水經(jīng)過反滲透脫鹽后，水質(zhì)優(yōu)于除鹽系統(tǒng)的原進水水質(zhì)，用于鍋爐補給水能夠減少脫鹽系統(tǒng)的混床再生周期，從而節(jié)省再生酸、堿藥劑的用量，減少中和廢水的排水量。

2)廢水回用處理系統(tǒng)產(chǎn)水作為循環(huán)水補水，由于水質(zhì)好，可以提高循環(huán)水的運行濃縮倍率，從而減少廢水排放量，降低廢水處理系統(tǒng)的建設規(guī)模。

3廢水回用處理系統(tǒng)方案設計

通過對原水水質(zhì)的分析，可知原水的懸浮物、濁度、總溶解固體(TDS)超標，COD相對比較低，所以預處理工藝以物化工藝為主，去除膠體、懸浮物，保證膜系統(tǒng)穩(wěn)定運行。其主要流程如下：絮凝沉淀組合池→超濾→一級反滲透→回用點。

根據(jù)超濾膜系統(tǒng)的制造方式和使用方式，常用的超濾膜主要有壓力式和浸沒式2種。壓力式超濾膜組件將大量的中空纖維膜絲裝入一圓形壓力容器中，纖維束的開口端用專用樹脂澆鑄成管板，配備相應的連接件，即形成標準膜組件，通過不同數(shù)量的壓力式膜組件并聯(lián)組裝成膜系統(tǒng)[10-11]。浸沒式超濾膜組件包括固定在垂直或水平框架上的中空纖維膜、設在框架頂部和底部的透過液集水管。每個集水管包含有一層密封膜絲的專用樹脂，使得膜的內(nèi)腔與管道相連以收集產(chǎn)品水，因此浸沒式膜組件只有產(chǎn)水端一個連接點。幾個或者幾十個膜組件相連，形成膜箱。若干個膜箱并聯(lián)浸沒在膜池中組成一個膜列，若干個膜列并聯(lián)組成不同處理規(guī)模的膜處理系統(tǒng)[12-14]。

浸沒式超濾膜與壓力式超濾膜2種形式組件的構造形式、運行要求及出水水質(zhì)對比如表3所示。

通過表3可以看出壓力式超濾最大優(yōu)勢在于高通量，高通量就意味著在出水量相同的條件下花費更小的膜支數(shù)和更低的后期更換費用。但在處理廢水時，由于受進水水質(zhì)制約，浸沒式超濾和壓力式超濾在選取膜通量時，均不宜超過40 L/(m2·h)，即在處理水質(zhì)較差的廢水時，所用膜數(shù)差異不大。然而，浸沒式超濾在處理此類廢水時具有以下優(yōu)勢：1)浸沒式系統(tǒng)對進水水質(zhì)的濁度無要求，在條件限制時，即使不使用預處理同樣可以滿足產(chǎn)水需求；與壓力式超濾系統(tǒng)相比，更適用于水源水質(zhì)較差，濁度較高，水質(zhì)不穩(wěn)定的廢水處理系統(tǒng)。2)占地面積小，較壓力式系統(tǒng)更適用于對占地面積有嚴格要求的工程。

表3　浸沒式超濾與壓力式超濾對比分析

根據(jù)2種形式超濾膜組件，現(xiàn)設計2種方案。方案1：絮凝沉淀組合池→浸沒式超濾→一級反滲透處理；方案2：絮凝沉淀組合池→多介質(zhì)過濾器→壓力式超濾→一級反滲透處理。2種方案的性能特點如表4所示[15-16]。

該熱電廠如使用浸沒式超濾系統(tǒng)，與壓力式超濾系統(tǒng)相比占地面積約少85%，投資約節(jié)省27%，且運行負荷更低。針對該熱電廠原水水質(zhì)濁度高、波動大的特點，綜合考慮，本工程超濾部分采用浸沒式超濾處理工藝。

4浸沒式超濾處理工藝設計

本工程新建廢水處理站的處理規(guī)模為13 200 m3/h，絮凝沉淀池采用“網(wǎng)格絮凝+斜管沉淀”處理工藝[17]，分為2組。浸沒式超濾系統(tǒng)，按4組設計，回收率為90%；考慮到采暖期進水量只有非采暖期的40%，為降低投資和運行維護成本，反滲透裝置處理能力按405 m3/h設計，回收率按70%設計，分為3組，每組出力95 m3/h，總產(chǎn)水量285 m3/h。工藝流程示意圖如圖1所示。

表4　2種超濾方案性能對比

圖1　浸沒式超濾處理工藝流程Fig.1　Scheme of submerged ultra filtration treatment process

非采暖季，反滲透裝置產(chǎn)水一部分供至化學水車間，進入除鹽水處理系統(tǒng)前端，供鍋爐補給水使用，其用水量約為100 m3/h；剩余部分與超濾產(chǎn)水混合，用于循環(huán)水的補充水。

采暖季，系統(tǒng)產(chǎn)水全部為反滲透產(chǎn)水。一部分供至化學水車間，供鍋爐補給水使用，其用水量約為100 m3/h；剩余部分用于循環(huán)水補充水。

絮凝沉淀池污泥經(jīng)“濃縮-離心脫水”一體機實現(xiàn)泥水分離，污泥用車拉至煤場摻混焚燒。泥水分離后的廢水自流至原水調(diào)節(jié)池。

反滲透的濃水統(tǒng)一收集送至脫硫系統(tǒng)綜合利用。浸沒式超濾的反洗水和其他廢水統(tǒng)一收集到廢水收集池，經(jīng)過廢水提升泵提升至原水調(diào)節(jié)池循環(huán)處理，從而實現(xiàn)零排放。

工藝參數(shù)如表5所示。

表5　超濾工藝參數(shù)

5廢水回用處理系統(tǒng)的運行與出水水質(zhì)

在超濾系統(tǒng)過濾的過程中，分離出來的污染物會在膜表面累積，為了最大限度地提高產(chǎn)水效率，需要周期性地使用空氣和超濾產(chǎn)水(或優(yōu)于同等水質(zhì)的水)對系統(tǒng)進行反洗，具體運行流程：[過濾(20 min)→氣水聯(lián)合反洗(1 min)]×2→排水(3 min)+進水(3 min)→過濾。運行周期為一個循環(huán)48 min。

通過對系統(tǒng)出水的取樣分析，浸沒式超濾系統(tǒng)處理后的出水滿足《再生水水質(zhì)標準》中冷卻用水水質(zhì)的指標要求。處理效果：濁度值為0.16 NTU，去除率達到90%以上；COD質(zhì)量濃度為16.0 mg/L，去除率基本達到70%；對氯離子等溶解性離子沒有明顯去除作用。主要指標與標準要求對比如表6所示。

經(jīng)過一段時間運行，出水濁度低于0.1 NTU，SDI15基本處于2.5左右，能夠滿足后續(xù)反滲透的進水要求，同時也可滿足鍋爐補給水處理系統(tǒng)前端和輔機循環(huán)冷卻水對補充水的要求。

表6　出水主要水質(zhì)指標

6結論

本工程采用浸沒式超濾技術處理電廠廢水，達到了廢水回用的目的。

1)從進水水質(zhì)方面考慮，在廢水回用處理工程中，針對其原水水質(zhì)較差，濁度較高且不穩(wěn)定的特點，采用浸沒式超濾技術是合理可行的。而對于原水水質(zhì)較好，經(jīng)簡單預處理即可滿足進水要求的工程，采用壓力式超濾系統(tǒng)較為合理。

2)采用浸沒式超濾系統(tǒng)，占地面積約為壓力式超濾系統(tǒng)的15%，投資約為73%，且運行負荷低，可解決本工程占地面積受限制的問題。

3)采用浸沒式超濾系統(tǒng)作為反滲透系統(tǒng)的前處理，較常規(guī)工藝來說，水質(zhì)較好，提高了反滲透的膜通量，減少了反滲透的清洗頻率。

4)本工程反滲透出水的TDS值約為25.4 mg/L，進入鍋爐補給水脫鹽系統(tǒng)前端，水質(zhì)優(yōu)于原進水水質(zhì)，減少了混床再生周期，從而節(jié)省了再生酸、堿藥劑的用量，減少了廢水排量。

5)超濾產(chǎn)水與反滲透產(chǎn)水摻混后的TDS值約為731 mg/L，循環(huán)水補水水質(zhì)要求TDS值不大于1 000 mg/L，摻混后的水可滿足循環(huán)水的用水要求，且補水水質(zhì)優(yōu)于原進水水質(zhì)，提高了循環(huán)水的運行濃縮倍率，從而減少循環(huán)污水排放量。

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Design and application of submerged type UF technology in wastewater treatment of thermal power plant

CHEN Rui1, SONG Xiaohong2, WANG Gang1

(1.Department of Nuclear Power Processing, Hebei Branch of China Nuclear Power Engineering Company Limited, Shijiazhuang, Hebei 050019, China; 2. Civil Engineering Research & Design Institute, Hebei Branch of China Nuclear Power Engineering Company Limited, Shijiazhuang, Hebei 050019, China)

Abstract:The submerged type ultra filtration is a novel technique in wastewater treatment. Taking the wastewater treatment of a thermal power plant in northeast China as example, the raw water quality, the outlet water quality, the cost of investment, the operation load and the occupied area are analyzed. The submerged type UF technology and the pressure type UF technology are especially compared. The result shows that the submerged type UF technology has some advantages. The technical process of wastewater treatment in the thermal power plant is finally determined as the combination of flocculent precipitation, submerged ultra filtration, and reverse osmosis.

Keywords:waste disposal and comprehensive utilization; wastewater treatment; submerged type; ultra filtration(UF); thermal power plant

文章編號：1008-1534(2016)03-0246-06

收稿日期：2016-01-09;修回日期：2016-03-17；責任編輯：王海云

作者簡介：陳蕊(1981-)，女，河北邢臺人，工程師，碩士，主要從事核電工藝布置以及火電熱能動力相關方面的研究。E-mail:93731490@qq.com

中圖分類號：X773

文獻標志碼：A

doi:10.7535/hbgykj.2016yx03012

陳蕊，宋曉紅，王剛.浸沒式超濾技術在電廠廢水回用中的設計及應用[J].河北工業(yè)科技,2016,33(3):246-251.

CHEN Rui, SONG Xiaohong, WANG Gang.Design and application of submerged type UF technology in wastewater treatment of thermal power plant[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(3):246-251.