余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)排污水近零排放的研究及優(yōu)化

張 萌，張 覓

(上海電氣電站水務(wù)工程公司,上海 200090)

0 概述

循環(huán)冷卻排污水水質(zhì)與循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍率有關(guān)，具有含鹽量高、硬度堿度較高、濁度高以及阻垢劑等藥劑殘留等特點(diǎn)，不同企業(yè)循環(huán)排污水水質(zhì)相差較大。目前市場(chǎng)上主要的循環(huán)排污水處理技術(shù)分為物理和化學(xué)兩大類，以軟化、混凝分離、反滲透、蒸發(fā)和電滲析為主，處理后的循環(huán)排污水再次返回到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)[1-2]。隨著環(huán)保壓力的增大，循環(huán)排污水的處理回用成為實(shí)現(xiàn)零排放目標(biāo)的重要過(guò)程。

近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在循環(huán)排污水的處理上取得了不錯(cuò)的研究成果，不同水質(zhì)采取各種工藝組合，以滿足出水水質(zhì)要求。如Mohammad等[3]處理石化行業(yè)冷卻塔高硬度排污水，利用混凝-過(guò)濾、超濾和反滲透工藝，取得了很好的處理效果，并驗(yàn)證了混凝的最優(yōu)加藥量和pH范圍。包偉等[4]通過(guò)研究寧夏某火力發(fā)電廠的高含鹽循環(huán)冷卻廢水處理工藝——“預(yù)處理+脫鹽濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶”工藝，降低水中的堿度和硬度，再經(jīng)過(guò)濃縮減量化，淡水回收率達(dá)85%，得到結(jié)晶鹽以固廢形式填埋，減少環(huán)境污染。

針對(duì)陜西某企業(yè)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)排污水處理系統(tǒng)水質(zhì)的近零排放處理工藝，并根據(jù)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析優(yōu)化，使得出水水質(zhì)穩(wěn)定，工藝運(yùn)行可靠，同時(shí)提出循環(huán)排污水處理工藝一些建議，對(duì)未來(lái)同類廢水處理提供參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

陜西某企業(yè)所在區(qū)域地下水源水質(zhì)變化較大，水質(zhì)總堿度大于總硬度，補(bǔ)水水源不足，導(dǎo)致企業(yè)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)惡化，水質(zhì)指標(biāo)嚴(yán)重超出正常參數(shù)控制范圍，冷卻換熱系統(tǒng)內(nèi)部存在結(jié)垢問(wèn)題。同時(shí)因當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求企業(yè)污水不允許外排，需設(shè)計(jì)一套循環(huán)排污水處理系統(tǒng)，使產(chǎn)水滿足要求返回循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，改善冷卻換熱系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)垢問(wèn)題，提高機(jī)組做功效率。項(xiàng)目設(shè)計(jì)水量為480 m3/d，循環(huán)排污水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1所示。

表1 陜西某企業(yè)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)排污水水質(zhì)指標(biāo)

2 工藝系統(tǒng)概述

采用“預(yù)處理+反滲透濃縮+電滲析”的工藝路線，見(jiàn)圖1所示。預(yù)處理采用”混凝沉淀+多介質(zhì)過(guò)濾”的方式，去除水中懸浮物、膠體，穩(wěn)定出水水質(zhì)，過(guò)濾后產(chǎn)水達(dá)到反滲透進(jìn)水要求進(jìn)入一級(jí)反滲透裝置，濃水經(jīng)過(guò)軟化裝置處理后，經(jīng)過(guò)多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)入電滲析裝置，濃縮后的濃液廠內(nèi)消化，淡水進(jìn)入二級(jí)反滲透裝置，二級(jí)濃水返回軟化裝置，一級(jí)反滲透和二級(jí)反滲透產(chǎn)水進(jìn)入到產(chǎn)水池，作為循環(huán)排補(bǔ)水。整個(gè)過(guò)程僅有部分沉淀污泥需外排處理，滿足近零排放工藝需求。

圖1 循環(huán)排污水處理工藝流程圖

3 系統(tǒng)運(yùn)行狀況

2020年5月份開始，出水水質(zhì)不能達(dá)標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行逐一檢查發(fā)現(xiàn)多介質(zhì)過(guò)濾出水濁度異常，保安過(guò)濾器濾芯更換頻繁。具體分析如下：

3.1 多介質(zhì)過(guò)濾器出水濁度異常

通過(guò)系統(tǒng)PLC數(shù)據(jù)顯示，多介質(zhì)過(guò)濾器出口濁度變化如圖2所示。發(fā)現(xiàn)該出口濁度數(shù)值從0.96 NTU開始上升，最大出現(xiàn)在5月中旬，高達(dá)20 NTU。現(xiàn)場(chǎng)增加多介質(zhì)過(guò)濾器的反洗頻率，從2～3天反洗一次更改為24 h反洗一次。經(jīng)過(guò)多次反洗操作后，反洗水仍然非常混濁。推測(cè)大量懸浮物截留在填料上，使多介質(zhì)過(guò)濾器失去過(guò)濾作用，經(jīng)多次反洗后也無(wú)法得到有效改善。

圖2 多介質(zhì)過(guò)濾器出水濁度隨時(shí)間變化曲線圖

3.2 保安過(guò)濾器濾芯更換頻次增加

現(xiàn)場(chǎng)將保安過(guò)濾器拆開更換濾芯時(shí)發(fā)現(xiàn)，濾芯棉表面已變色。采用鹽酸浸泡后，將浸出液加堿后發(fā)現(xiàn)，溶液中有大量白色沉淀產(chǎn)生，且浸泡后的濾棉部分恢復(fù)為白色，如圖3所示。與王國(guó)峰等人[5]發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象一致，初步分析由于混凝沉淀段PAC加藥量過(guò)大，未完全反應(yīng)的PAC進(jìn)入后段反滲透裝置。在此過(guò)程中，可發(fā)生水解反應(yīng)(如式1所示)，同時(shí)過(guò)量的PAC也可與反滲透裝置中投加的還原劑發(fā)生雙水解反應(yīng)(如式2所示)，均導(dǎo)致Al(OH)3形成。Al(OH)3沉淀無(wú)法通過(guò)精度為5 μm的保安過(guò)濾器的濾芯，既而在濾芯表面附著，導(dǎo)致保安過(guò)濾器兩段壓差增大，現(xiàn)場(chǎng)需頻繁更換濾芯。

圖3 (左)更換下來(lái)的保安過(guò)濾器濾芯棉經(jīng)鹽酸浸泡后

AlCl3+3H2O=Al(OH)3↓+3HCl(可逆反應(yīng))

(1)

AlCl3+3NaHSO3=Al(OH)3↓+3NaCl+3SO2↑

(2)

4 優(yōu)化方案及運(yùn)行效果

4.1 混凝沉淀段

針對(duì)混凝沉淀工藝段投加藥劑造成出水效果較差的情況，取現(xiàn)場(chǎng)水樣進(jìn)行不同種類藥劑篩選的小試實(shí)驗(yàn)，對(duì)沉淀上清液做濁度檢測(cè)，不同藥劑組合見(jiàn)表2所示，得到如圖4所示的曲線圖。

表2 不同種類混凝劑和助凝劑加藥組合一覽表

分析圖4趨勢(shì)，可得到如下結(jié)論：

圖4 不同加藥種類組合下濁度及去除率變化折線圖

1)在原水濁度較低時(shí)(小于10 NTU)，最佳加藥組合為第5組：FeCl330%濃度(混凝劑)和陰離子PAM(助凝劑)，可達(dá)到最大去除率(75.5%)；

2)考慮到FeCl3作為混凝劑投加到水中，處理后的水的色度比用鋁鹽時(shí)高，此次藥劑組合建議采用第2組：PAC(30%活性氧化鋁成分)和陰離子PAM組合進(jìn)行加藥；

3)若原水濁度增大(大于10 NTU)，建議適當(dāng)增加藥劑的投加量，具體投加量可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果確認(rèn)。

建議根據(jù)目前水質(zhì)情況，采取藥劑組合第2組，分別投加60 mg/L的PAC(30%活性氧化鋁成分)和5 mg/L的陰離子PAM助凝劑。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控進(jìn)水濁度的變化，若進(jìn)水濁度小于8 NTU時(shí)，若循環(huán)水系統(tǒng)加藥發(fā)生改變，需重新進(jìn)行加藥方案的確定，也可根據(jù)實(shí)際情況停止混凝沉淀階段藥劑的投加。

4.2 多介質(zhì)過(guò)濾器

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)混凝沉淀段藥劑投加方案調(diào)整，同時(shí)對(duì)多介質(zhì)過(guò)濾器進(jìn)行多次高強(qiáng)度反洗，始終無(wú)法獲得濁度較低的出水，推測(cè)濾料已發(fā)生不可恢復(fù)改變，需與廠家聯(lián)系更換新濾料。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)更換濾料，并增加過(guò)濾器的反洗頻率，24 h反洗一次，監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如圖5所示，多介質(zhì)過(guò)濾器出水濁度約為0.2 NTU，滿足多介質(zhì)過(guò)濾器出水水質(zhì)要求。

圖5 多介質(zhì)過(guò)濾器出水濁度曲線圖

反滲透裝置也隨之運(yùn)行正常，保安過(guò)濾器濾芯更換頻率下降，工藝運(yùn)行穩(wěn)定。從整個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)分析，工藝出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)間段多為夏季。隨著氣溫上升，循環(huán)水系統(tǒng)由于微生物滋生，殺菌劑的投加量也隨之增加。由于循環(huán)排污水處理系統(tǒng)進(jìn)水點(diǎn)為排污口排水點(diǎn)，因此循環(huán)水系統(tǒng)投加藥劑的變化，將直接對(duì)進(jìn)水水質(zhì)造成沖擊，使預(yù)處理工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，并對(duì)后續(xù)反滲透裝置造成很大隱患。

5 結(jié) 論

1)循環(huán)排污水處理工藝需嚴(yán)格控制預(yù)處理階段(若有)凝聚劑(PAC)的投加量，避免后續(xù)反滲透裝置由于鋁過(guò)量導(dǎo)致的保安過(guò)濾器污堵的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)優(yōu)化加藥方案，預(yù)處理工藝段出水水質(zhì)在0.2 NTU左右，且后續(xù)反滲透裝置運(yùn)行穩(wěn)定，保安過(guò)濾器濾芯更換頻率大大下降，可見(jiàn)工程優(yōu)化效果良好。

2)工藝篩選時(shí)要充分考慮夏季循環(huán)水系統(tǒng)投加過(guò)量殺菌劑的問(wèn)題，可通過(guò)采取如旁濾進(jìn)水方式，嚴(yán)格控制反滲透裝置進(jìn)水的生物膠體濃度，延長(zhǎng)保安過(guò)濾器濾芯的使用周期。