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(1.華電漯河發(fā)電有限公司，河南 漯河 462300；2.華電鄭州機械設計研究院有限公司， 鄭州 450046)

0 引言

水是寶貴的自然資源，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活必不可少的物質(zhì)。我國是一個缺水嚴重的國家，目前我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活水污染排放負荷大，化學需氧量、氨氮排放總量遠超環(huán)境容量。2015年，國務院頒布了《水污染防治行動計劃》(以下簡稱水十條)，這是我國環(huán)境保護領域的又一重大舉措?！八畻l”確定的目標是：到2020年，全國水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，污染嚴重水體大幅度減少，飲用水安全保障水平持續(xù)提升，地下水超采得到嚴格控制，地下水污染加劇趨勢得到初步遏制等。當前，火力發(fā)電廠作為工業(yè)用水第一大戶，水資源是關系電廠生存、發(fā)展的至關重要的因素，科學節(jié)水、深度節(jié)水已成為火電企業(yè)提高經(jīng)濟效益、確保生存發(fā)展的必然選擇[1]。

華電漯河發(fā)電有限公司(以下簡稱華電漯河公司)的鍋爐補給水處理系統(tǒng)采用了較為先進的雙膜法(超濾、反滲透)加離子交換水處理系統(tǒng)，降低了大量的酸堿消耗，減少了對環(huán)境的影響。此外，低含鹽量、高懸浮物的多介質(zhì)過濾器和超濾的反洗水被回收到石灰處理系統(tǒng)機械加工澄清池(以下簡稱機加池)入口，通過澄清、沉淀、過濾處理，實現(xiàn)了廢水回收，節(jié)約了大量水資源[2]。但是，鍋爐補給水處理系統(tǒng)反滲透處理工藝的自用水率較高，根據(jù)全廠水平衡圖，鍋爐補給水處理系統(tǒng)的反滲透濃水、再生廢水排入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)后，僅有約32 t/h水量被回用到燃料沖洗等方面，剩余236 t/h的水量均溢流到雨水井。因此，本文主要對將反滲透濃水及離子交換再生廢水回收利用到循環(huán)水系統(tǒng)的合理性進行了探究[3]。

1 補給水系統(tǒng)及循環(huán)水系統(tǒng)介紹

1.1 鍋爐補給水系統(tǒng)

鍋爐補給水處理系統(tǒng)在正常運行時，采用城市二級污水或沙河水經(jīng)過混凝處理后進入清水箱，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器過濾、超濾預處理、反滲透預除鹽和陽床、陰床、混床二級除鹽系統(tǒng)，成為合格除鹽水，進入除鹽水箱，經(jīng)除鹽水泵供給機組熱力系統(tǒng)。

表1 各類水質(zhì)指標Tab.1 Indicators of various water quality

表2 沙河水水質(zhì)指標Tab.2 Water quality index of Sha River

華電漯河公司目前配備有6套120 t/h的反滲透裝置，設計回收率為75%，濃水占進水總量的比例高達25%，正常運行為兩用四備狀態(tài)，每套反滲透裝置每小時濃水量約為40 t/h，正常運行時濃水量與再生廢水量合計約為80 t/h。同時，配備有6套陰陽離子交換器和3套混合離子交換器，分別采用兩用四備和一用兩備運行模式。由于華電漯河公司工業(yè)供汽量大，鍋爐補給水設備全年日均運行小時數(shù)為18 h，原設計再生廢水與反滲透濃水進入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)與精處理再生廢水混合處理后，供給渣倉、灰?guī)烊剂舷到y(tǒng)等使用，但由于近年來除鹽水制水量逐年增大，產(chǎn)生的廢水也逐年增多，大部分水無法完全得到有效利用而溢流至雨水井中，因此對這部分濃水進行充分回收利用是非常有必要的。反滲透濃水、再生廢水、循環(huán)水等水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

1.2 循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水補充水采用沙河水和城市二級污水經(jīng)過石灰混凝處理降低濁度和含鹽量，加酸調(diào)節(jié)pH值，提高循環(huán)水濃縮倍率，達到不結(jié)垢、降低管材腐蝕的目的。循環(huán)水補充水的工藝流程為：污水處理廠二級污水(或沙河水)(2×775 m3/h)→石灰混凝處理→殺菌過濾→軟水箱(1 600 m3/h)→軟水泵→至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。沙河水和污水水質(zhì)分析見表2、表3。華電漯河公司閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用低磷配方的緩釋阻垢劑作為水質(zhì)穩(wěn)定劑，氧化型和非氧化型殺菌劑配合使用控制微生物滋生和生物黏泥的產(chǎn)生。循環(huán)水控制指標見表4[4]。

2 反滲透濃水及再生廢水回用至循環(huán)水系統(tǒng)分析

由于華電漯河公司的主要水源為沙河水地表水和城市污水站來的中水兩種水源，所以根據(jù)不同水源不同水質(zhì)對反滲透濃水進行分析。

2.1 循環(huán)水水質(zhì)計算方法

反滲透系統(tǒng)的脫鹽率一般在99%左右，進水中高達99%的鹽分被濃縮在25%比例的濃水中，濃水的含鹽量與進水相比，濃縮了將近4倍。根據(jù)表2、表3的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，城市污水和沙河水的溶解性固體總量(TDS)分別為207.2，201.3 mg/L。將反滲透濃水及離子交換再生廢水回用到循環(huán)水系統(tǒng)可通過鹽量平衡計算預估反滲透濃水回收后，不同濃縮倍率下的循環(huán)水水質(zhì)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水、鹽平衡計算模型如圖1所示。

表3 城市污水水質(zhì)指標Tab.3 Urban sewage water quality indicator

表4 循環(huán)水控制指標標準Tab.4 Standard circulating water control indicators

圖2 補充水全部為沙河水時循環(huán)水量及水質(zhì)變化Fig.2 Variation of circulating water volume and water quality while solely using Sha River as source of feed water

圖1 高鹽廢水回收后不同濃縮倍率下循環(huán)水倍率的估算模型Fig.1 Estimation model of circulating water ratio under different concentration ratios after high-salt wastewater recovery

2.2 3種不同補水方式時廢水回用的合理性探究

根據(jù)目前用水實際情況，共有3種不同用水方式，故根據(jù)不同用水方式計算分析反滲透濃水及再生廢水回用到循環(huán)水系統(tǒng)的合理性。

2.2.1 循環(huán)水補充水源為沙河水時的節(jié)水分析

當補充水全部為沙河水，蒸發(fā)損失為429.0 t/h，風吹損失為11.4 t/h，沙河水氯離子為48.8 mg/L，高鹽廢水回收量為250.0 t/h，濃縮倍率為2.0～4.5時，循環(huán)水系統(tǒng)的水量及水質(zhì)變化如圖2所示。

如圖2所示，當補充水全部為沙河水時，可將250.0 t/h的化學反滲透濃水回收到循環(huán)水系統(tǒng)，同時適當提高濃縮倍率，降低循環(huán)水系統(tǒng)排污量(以滿足工業(yè)水供脫硫工藝用水為限)。圖2數(shù)據(jù)表明，這種運行方式下，最佳濃縮倍率可控制在4.0，此時，循環(huán)水排污量為131.6 t/h，恰好可以滿足工業(yè)水供脫硫工藝水的需求，可實現(xiàn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不排污。此時循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度為536.6 mg/L，在安全范圍之內(nèi)。同時，沙河水對循環(huán)水系統(tǒng)的補水量從原先的803.0 m3/h降低為322.0 m3/h，實現(xiàn)節(jié)水481.0 m3/h，節(jié)水效益十分突出。

圖3 補充水全部為污水時循環(huán)水量及水質(zhì)變化Fig.3 Variation of circulating water volume and water quality while solely using sewage as feed water

圖4 循環(huán)水補城市污水、鍋爐補給水補沙河水時循環(huán)水量及水質(zhì)變化Fig.4 Variation of circulating water volume and water quality while using circulating water to replenish urban sewage and using feed water to replenish Sha River

2.2.2 循環(huán)水補充水源為城市污水時的節(jié)水分析

當補充水全部為城市污水，蒸發(fā)損失為429.0 t/h，風吹損失為11.4 t/h，污水氯離子質(zhì)量濃度為145.4 mg/L，高鹽廢水回收量為250.0 t/h，濃縮倍率為1.5～3.0時，循環(huán)水系統(tǒng)的水量及水質(zhì)變化如圖3所示。

如圖3所示，當補充水全部為城市污水時，仍可將250.0 t/h的化學反滲透濃水回收到循環(huán)水系統(tǒng)，同時控制濃縮倍率，冷卻塔進行適當排污。圖中數(shù)據(jù)表明。

(1)如將循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度控制在700.0 mg/L以下，濃縮倍率建議控制在2.1，此時，循環(huán)水系統(tǒng)排污量為378.6 t/h，其中一部分供給工業(yè)水(129.0 m3/h)，涼水塔仍需排污249.6 m3/h。此時的循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度為678.2 mg/L，仍低于700.0 mg/L，在安全范圍之內(nèi)。同時，城市污水對循環(huán)水系統(tǒng)的補水量從原先的803.0 m3/h降低為569.0 m3/h，實現(xiàn)節(jié)水234.0 m3/h，節(jié)水效益仍十分明顯。

(2)如將循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度控制在1 000.0 mg/L以下，濃縮倍率建議控制在2.7，此時，循環(huán)水系統(tǒng)排污量為241.0 t/h，其中一部分供給工業(yè)水(129.0 m3/h)，涼水塔仍需排污112.0 m3/h。此時的循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度為968.8 mg/L，低于1 000.0 mg/L，符合標準規(guī)定。同時，城市污水對循環(huán)水系統(tǒng)的補水量從原先的803.0 m3/h降低為431.0 m3/h，實現(xiàn)節(jié)水372.0 m3/h，節(jié)水效益十分明顯[5]。

2.2.3 循環(huán)水補充水源為城市污水、鍋爐補給水源為沙河水時的節(jié)水分析

按照華電漯河公司原設計，循環(huán)水補充水全部補充深度處理后的城市污水，鍋爐補給水處理系統(tǒng)以沙河水為原水。為此，石灰處理系統(tǒng)一共設置了3個機加池，其中2個用于處理城市污水，1個用于處理沙河水。循環(huán)水系統(tǒng)使用污水、鍋爐補給水系統(tǒng)使用沙河水，蒸發(fā)損失為429.0 t/h，風吹損失為11.4 t/h，污水氯離子質(zhì)量濃度為145.4 mg/L，沙河水氯離子質(zhì)量濃度為48.8 mg/L，高鹽廢水回收量為250.0 t/h，濃縮倍率為1.5～4.5時，循環(huán)水系統(tǒng)的水量及水質(zhì)變化如圖4所示。

當循環(huán)冷卻水補充水為城市污水，鍋爐補給水處理系統(tǒng)補充水為沙河水時，同時運行3個石灰處理機加池，2個處理循環(huán)水補充水(城市污水)，1個處理鍋爐補給水系統(tǒng)原水(沙河水)，同時將250.0t/h的化學反滲透濃水回收到循環(huán)水系統(tǒng)，同時控制濃縮倍率，冷卻塔進行適當排污。圖4表明：

(1)如將循環(huán)水氯離子控制在700.0 mg/L以下，濃縮倍率建議控制在3.1，此時，循環(huán)水系統(tǒng)排污量為192.9 t/h，其中一部分供給工業(yè)水(129.0 m3/h)，涼水塔仍需排污63.9 m3/h。此時的循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度為689.7 mg/L。同時，城市污水對循環(huán)水系統(tǒng)的補水量從原先的803.0 m3/h降低為383.3 m3/h，實現(xiàn)節(jié)水419.7 m3/h，節(jié)水效益仍十分明顯。

(2)如將循環(huán)水氯離子控制在1 000.0 mg/L以下，濃縮倍率建議控制在4.1，此時，循環(huán)水系統(tǒng)排污量為127.0 t/h，基本可以滿足工業(yè)水的用水量(用于脫硫系統(tǒng)，129.0 m3/h)，涼水塔無需排污。此時的循環(huán)水氯離子質(zhì)量濃度為968.8 mg/L。同時，城市污水對循環(huán)水系統(tǒng)的補水量從原先的803 m3/h降低為317.4 m3/h，實現(xiàn)節(jié)水485.6 m3/h，節(jié)水效益十分突出。

2.3 反滲透濃水量對循環(huán)水水質(zhì)的影響

假設循環(huán)水系統(tǒng)濃水倍率不變，循環(huán)冷卻水的水量為y(mg/L)，回用至循環(huán)水系統(tǒng)的反滲透濃水水量為x(t/h)。循環(huán)水補充水鹽的質(zhì)量濃度為c(mg/L)，則反滲透濃水鹽的質(zhì)量濃度為4c(mg/L)。根據(jù)圖1的水量平衡和鹽量平衡關系，不難得出：

(803.6-x)c+4cx=(363.2+11.4)y，

計算結(jié)果見表5。

表5 不同水量反滲透濃水回收至循環(huán)水系統(tǒng)時循環(huán)水水質(zhì)Tab.5 Circulating water quality when different reverse osmosis concentrated water volume is recycled into the circulating water system

表5的計算結(jié)果說明，即使全廠以水質(zhì)較差的城市二級污水作為水源，在目前的濃縮倍率之下，仍可以把幾乎全部的反滲透濃水回收至循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，循環(huán)水的氯離子、硫酸根等指標仍可控制在安全范圍內(nèi)[6]。

3 結(jié)論

綜合以上情況的分析，根據(jù)3種不同進水情況對循環(huán)水補水量及水質(zhì)進行分析可知，將反滲透濃水及再生廢水回用至循環(huán)水系統(tǒng)是完全可行的，循環(huán)水的氯離子、硫酸根等指標仍可控制在安全范圍內(nèi)。若采用此方法回用反滲透濃水及再生廢水可至少節(jié)約新鮮用水量236.0 t/h，節(jié)水效益明顯提高。