電廠廢水“零排放”工藝應用

葛小玲，李克先

(國核電力規劃設計研究院，北京 100094)

電廠廢水“零排放”工藝應用

葛小玲，李克先

(國核電力規劃設計研究院，北京 100094)

結合某電站廢水“零排放”的設計，對高效反滲透（HERO）工藝進行了研究，探索了一種適合循環水排污水及同類型廢水的高回收率的處理工藝，可以做到節水減排，并獲得良好的經濟性。

零排放;循環水排污水;高效反滲透（HERO）;節水減排

1 前言

近年來，許多電站要求按全廠廢水“零排放”設計，一方面是為了節約水資源，獲得良好的用水指標；另一方面是因為國家越來越注重對環境保護，在某些特定的區域，不允許電廠設排水口。

對大多數火電廠而言，全廠經用水流程及工藝系統優化后的末端廢水基本有兩種：一是脫硫廢水，二是剩余的循環水排污水以及少量的酸堿再生廢水。要實現全廠廢水“零排放”，就必須對末端廢水進行深度處理，選擇合理的處理工藝，使得“零排放”做到既技術可行，也投資合理。

高效反滲透（High Efficient Reverse Osmosis，簡稱HERO）是近年來新開發出來的膜處理工藝，它的廢水回收率可以達到90%，適用于循環水排污水以及其它高含硅量水的處理。該工藝可用于作為熱力蒸發系統前的預濃縮器，也可作為減少進入蒸發器或其它結晶設施前的預濃縮工藝。

本文結合某電站廢水“零排放”的設計，對高效反滲透（HERO）工藝進行了研究，探索了一種適合循環水排污水及同類型水質的高回收率的處理工藝，節水減排，并能獲得良好的經濟性。

2 HERO（高效反滲透）工藝

2.1 HERO工藝簡介

HERO工藝一般設計流程：

原水→過濾→去除硬度→去除堿度→反滲透膜（高pH條件下）。

HERO的預處理工藝應根據化學和現場的實際情況確定，但有一個條件是不變的，這就是RO是在高pH條件下運行的。為使RO能在高pH條件下運行，所有可能引起膜結垢的硬度和其它陽離子成分必須除去。硅在高pH條件下是高度溶解的，不會限制RO的回收率。理論上，經過預處理后，RO的回收率只受溶液滲透壓的限制。根據已有的工程實例，HERO工藝可實現90%的廢水回收率。而且在大多數循環水排污水的應用上，回收率會更高。

2.2 HERO工藝的優點

HERO工藝是將在工業中成功應用的幾個水處理工藝綜合為單一的水處理工藝，其能在高回收率和增大的通流速率條件下處理難以處理的廢水。與常規的RO工藝相比，該工藝具有如下特點：

（1）RO膜的防垢是通過預處理除去進水中的硬度及其它結垢性物質來達到的。

（2）由于硅的溶解度隨pH的升高而增加，所以硅的結垢極限得到明顯的提高。已有實例證明，在運行時濃水中硅的濃度可以達到1600～2000mg/L。相比之下，常規RO的硅濃度極限最大約為200mg/L。

（3）生物、有機物粘污可通過高pH控制。高的pH作為生物抑制劑，控制了生物粘污的產生。在運行的條件下，細菌、病毒、孢子和內毒素等被溶解或皂化，有機物被乳化或被皂化，使其不會粘附在膜上。

（4）顆粒粘污的明顯降低是由于在高pH條件下表面強度的降低實現的。運行經驗表明，高污泥指數（SDI）的水能在無需經?；瘜W清洗的條件下運行。

（5）允許特殊情況下給水中含有低含量的油和油脂而不影響運行。

（6）由于預處理除去了結垢物質，所以HERO不需要投加阻垢劑。

（7）HERO工藝在高pH條件下運行，與常規RO為了防止生物粘污所采用的間斷高pH清洗運行相似。故HERO不再需要高pH清洗，經常性的化學清洗也大為減少。

（8）HERO固有的防垢、防粘污、防堵塞機制，使其能在比常規RO高得多的通流量下運行，較高的通流量意味著可用較少的膜，降低了膜的用量和更換費用。

綜上所述，HERO并不是一種新型的反滲透膜，而是一種工藝。這種工藝利用普通的淡水（或苦咸水）反滲透膜，通過一系列預處理，使其在高pH值的工況下運行，并且可達到90%以上的回收率。

根據系統水源不同，預處理應采用不同工藝。一般采用一級弱酸陽離子交換，當硬堿比不合適時再增加一級鈉離子交換。

3 HERO工藝在某電站廢水“零排放”設計上的應用

3.1 設計背景及概況

該電站裝機容量為2×1250MW，采用長江水二次循環，為避免大量循環水排污水對周圍環境產生影響并節約用水，項目建設初期，業主要求廢水按“零排放”設計。

電站內不同的工業設備和工藝系統用水有不同的水質要求，本工程根據全廠廢水的組成、特點以及各用水點的水質、水量要求，采用梯級供水方式，對用水流程及各水處理系統進行了細致的優化。因本工程無脫硫廢水，無煤灰系統的沖洗、伴濕用水，故末端廢水量比較大，主要為循環水排污水、凝結水精處理酸堿再生廢水，以及除鹽水處理系統膜元件定期清洗時少量的排水，因此必須進行深度處理才可達到 “零排放”的目標。

3.2 設計工藝簡介

該工程的技術難點在于末端廢水的處理消化。要實現全廠廢水“零排放”，除盡量回用外，末端的濃水只能采用蒸發/結晶工藝，而蒸發包括自然蒸發和強制蒸餾，自然蒸發與當地氣候有關，在此不做論述。由于結晶設備投資昂貴，為盡量減少進入結晶設備的水量，對廢水進行預濃縮十分必要。預濃縮工藝也有多種，如常規RO濃縮工藝、HERO濃縮工藝、蒸餾濃縮工藝等，詳見濃縮結晶工藝的簡要介紹表。

濃縮結晶工藝簡要介紹表

由此表可以看出，直接將廢水進行蒸發結晶，投資和運行費用都極大。采用預濃縮＋結晶工藝，可減少進結晶器的廢水處理量，降低結晶設備的初投資和運行費用，而且國際上已有成功運行的實例。

HERO預濃縮工藝解決了RO膜結垢和粘污的根本原因，因此能可靠地在90%或更高的回收率下運行，而常規的RO基本上只能在75%或更低的回收率下運行。采用此工藝作為循環水排污水的預濃縮器，能大大減少廢水的體積，使得較少量的濃水進入結晶處理單元。

綜合考慮，本工程末端廢水即選擇HERO預濃縮+結晶工藝，以實現真正的廢水“零排放”。

3.3 循環水排污水處理工藝

本工程循環水經濃縮至1/5后，其排污水的堿度在10meq/L左右，有機物含量也很高，而且因循環水系統投加了酸、阻垢劑、穩定劑、殺菌劑等，造成其排污水水質更加復雜。近年來火力發電廠循環水排污水回用處理普遍采用的設計工藝是雙膜法，即超濾+普通反滲透，反滲透的廢水回收率一般在60%左右。經過最近1～2年的運行經驗來看，存在相當嚴重的超濾和反滲透膜的污堵，以及膜清洗后出力和出水水質不能達到設計值、運行成本增加等諸多問題。

綜和考慮進水水源、水質等各種因素，循環水排污水處理系統選擇：石灰/純堿澄清+高效反滲透（HERO）處理工藝，工藝流程為：

其中HERO回收率設計為80%，主要是與末端廢水處理工藝統籌考慮，其濃水進入末端廢水通過三級HERO工藝進一步濃縮。

循環水排污水處理系統處理水量1404t/h，其中循環水系統的排污水1376t/h，凝結水精處理系統再生廢水約37t/h，除鹽水處理系統反滲透膜元件清洗排水約1t/h。

石灰處理的排水，經濃縮池濃縮后，上部溢水收集至貯存池，再送回石灰處理的進口；濃縮后的污泥經脫水機脫水后，泥餅外運。

過濾器的反洗排水，返回石灰處理的進口。

弱酸陽離子交換器再生用水采用末端廢水處理三級HERO的濃排水，再生廢水直接進入結晶設備。

HERO的濃排水，排至末端廢水處理系統進一步濃縮、結晶。

3.4 末端廢水處理工藝

循環水排污水處理系統濃排水水量約304t/h，含鹽量約2萬mg/L。如果直接進入結晶設備，投資巨大。為盡量減少結晶處理設備的投資，設計采用三級HERO預濃縮后，再進行蒸發結晶處理。

（1）HERO預濃縮原則工藝流程

其中三級HERO濃水水量約為35t/h，含鹽量至少為8萬mg/L。本系統HERO總回收率高達89%。

（2）蒸發結晶原則工藝流程

經三級HERO濃縮后的來水 → 給水箱 → 回收熱交換器 → 強制循環換熱器 → 閃蒸水箱 → 壓濾機 → 噴霧干燥機 → 固體處理。

廢水首先進入給水箱，經泵送入回收熱交換器，加熱到100℃左右，加熱的熱水來自強制循環熱交換器內形成的蒸餾水。被加熱后的廢水輸送到強制循環熱交換器，進一步加壓、加熱后輸送到閃蒸箱，該水的溫度遠高于在大氣壓力下的沸點，所以進入閃蒸箱時即進行閃蒸。閃蒸箱里的濃縮物將會越來越濃，并在強制循環換熱器、閃蒸水箱以及壓濾機之間不斷循環，形成結晶物，在壓濾機壓縮后進行噴霧干燥處理，分離出干的鹽粉，收集后送至處置場填埋。

4 小結

綜上所述，HERO工藝非常適合用于含鹽量較高的電站循環水排污水以及其它類似水質的處理，特別是當循環水排污水需要經過脫鹽后才能回用時。HERO工藝對于提高電站循環水排污水的回收率，降低基建投資，實現真正的廢水“零排放”，具有相當好的推廣應用價值。

Application of “Zero Discharge” Technology of Wastewater in Power Plant

GE Xiao-ling, LI Ke-xian

X703

A

1006-5377（2010）12-0021-03