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        電廠反滲透濃水回用工藝研究

        2021-05-14 08:27:50費(fèi)劍影施依娜馮月花
        電力與能源 2021年2期
        關(guān)鍵詞:敏化劑濃水動(dòng)力裝置

        尹 力,費(fèi)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(shí)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(fèi)。

        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(shí)際情況,提出反滲透濃水回用方案:反滲透濃水→零動(dòng)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(dòng)力的情況下,利用反滲透濃水排放壓力為動(dòng)力,對(duì)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(diǎn)降低濃水的化學(xué)需氧量(以下簡(jiǎn)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(dòng)力裝置產(chǎn)水水質(zhì)

        經(jīng)過參數(shù)比對(duì)和模擬試驗(yàn),優(yōu)選某公司的膜元件可以滿足試驗(yàn)需要,具體表現(xiàn)為:①適應(yīng)低壓運(yùn)行條件。該膜元件在0.5~0.8 MPa條件下正常穩(wěn)定運(yùn)行,可僅依靠濃水余壓作為動(dòng)力,不額外增加動(dòng)力源;②滿足電廠生產(chǎn)實(shí)際。以反滲透濃水為進(jìn)水的情況下,零動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)壓運(yùn)行而無需頻繁清洗。

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

        表1 零動(dòng)力裝置產(chǎn)水水質(zhì)檢測(cè)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(shí)基本控制項(xiàng)目及限值;(2)本文提到的COD均為CODCr,以下簡(jiǎn)寫為COD。

        經(jīng)測(cè)定,零動(dòng)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(cè)指標(biāo)均滿足國標(biāo)對(duì)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(dòng)力裝置產(chǎn)水含鹽量低,可回用至電廠內(nèi)對(duì)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(dòng)力裝置濃水的處理

        零動(dòng)力回用系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。檢測(cè)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(dòng)力裝置濃水水質(zhì)檢測(cè)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(yàn)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(huì)形成高溫“熱點(diǎn)”,誘發(fā)分子極化旋轉(zhuǎn),對(duì)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(duì)微波的吸收和傳熱能力,污染物在受熱后會(huì)揮發(fā)、分解或被固定[4]。試驗(yàn)結(jié)果顯示,在敏化劑加藥量為300 mg/L時(shí),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(cè)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(yùn)行效果

        對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行為期一個(gè)月的持續(xù)跟蹤,零動(dòng)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(dòng)力膜未出現(xiàn)明顯結(jié)垢污染。整個(gè)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(dòng)。

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

        該回收裝置運(yùn)行時(shí),電耗和藥劑費(fèi)用占運(yùn)行成本的主要部分。電耗主要是微波裝置工作用電,藥劑費(fèi)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(fèi)用。

        2 零動(dòng)力膜應(yīng)用情況

        零動(dòng)力膜裝置優(yōu)勢(shì)明顯:無需額外增加動(dòng)力源,占地面積小,對(duì)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(shí)施應(yīng)用[5-8],匯總見表3。

        表3 零動(dòng)力膜系統(tǒng)應(yīng)用情況匯總

        目前關(guān)于利用零動(dòng)力膜回用反滲透濃水的論文研究較少,但該方法應(yīng)用實(shí)施發(fā)展迅猛。結(jié)合本研究和已有案例可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于零動(dòng)力膜處理方法而言,維持膜系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是關(guān)鍵,亦是難點(diǎn)。反滲透濃水含鹽量高,對(duì)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(huì)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(shí)際運(yùn)行中需關(guān)注進(jìn)水流量和回收率的變化,必要時(shí)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(xiàng)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(huì)因此升高,增加了循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn),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(shí)際情況重新判定,同時(shí)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(duì)可能出現(xiàn)的結(jié)垢問題。市面上較多采用此方法對(duì)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(shí)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(yùn)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(huì)額外產(chǎn)生一定量的濃水,因此,并不能實(shí)現(xiàn)濃水的百分百回用;對(duì)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(shí)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(shí)際運(yùn)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(yùn)行情況,保障系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

        方案三:將濃水重新引入原水澄清池回用。該方法簡(jiǎn)單易操作,無需額外增加水處理設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)濃水的全部回用,同時(shí)減少原水的取水量。但該處理方法存在一個(gè)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(duì)于原水中的鹽類幾乎沒有去除效果,長(zhǎng)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(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性。在電廠實(shí)際運(yùn)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(zhǎng)期處理方式。

        4 結(jié)語

        本文提出了針對(duì)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(xiàng)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(shí)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(shí)需結(jié)合濃水水質(zhì)特點(diǎn)和廠里的實(shí)際情況,可選擇其中之一,也可將兩者結(jié)合起來使用。

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