余熱發電系統循環排污水近零排放的研究及優化

張 萌，張 覓

(上海電氣電站水務工程公司,上海 200090)

0 概述

循環冷卻排污水水質與循環水系統濃縮倍率有關，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，不同企業循環排污水水質相差較大。目前市場上主要的循環排污水處理技術分為物理和化學兩大類，以軟化、混凝分離、反滲透、蒸發和電滲析為主，處理后的循環排污水再次返回到循環冷卻水系統[1-2]。隨著環保壓力的增大，循環排污水的處理回用成為實現零排放目標的重要過程。

近些年，國內外學者在循環排污水的處理上取得了不錯的研究成果，不同水質采取各種工藝組合，以滿足出水水質要求。如Mohammad等[3]處理石化行業冷卻塔高硬度排污水，利用混凝-過濾、超濾和反滲透工藝，取得了很好的處理效果，并驗證了混凝的最優加藥量和pH范圍。包偉等[4]通過研究寧夏某火力發電廠的高含鹽循環冷卻廢水處理工藝——“預處理+脫鹽濃縮+蒸發結晶”工藝，降低水中的堿度和硬度，再經過濃縮減量化，淡水回收率達85%，得到結晶鹽以固廢形式填埋，減少環境污染。

針對陜西某企業低溫余熱發電系統循環排污水處理系統水質的近零排放處理工藝，并根據運行過程中存在的問題進行分析優化，使得出水水質穩定，工藝運行可靠，同時提出循環排污水處理工藝一些建議，對未來同類廢水處理提供參考依據。

1 項目簡介

陜西某企業所在區域地下水源水質變化較大，水質總堿度大于總硬度，補水水源不足，導致企業低溫余熱發電系統循環水水質惡化，水質指標嚴重超出正常參數控制范圍，冷卻換熱系統內部存在結垢問題。同時因當地環保要求企業污水不允許外排，需設計一套循環排污水處理系統，使產水滿足要求返回循環冷卻水系統，改善冷卻換熱系統內部結垢問題，提高機組做功效率。項目設計水量為480 m3/d，循環排污水水質指標見表1所示。

表1 陜西某企業低溫余熱發電系統循環排污水水質指標

2 工藝系統概述

采用“預處理+反滲透濃縮+電滲析”的工藝路線，見圖1所示。預處理采用”混凝沉淀+多介質過濾”的方式，去除水中懸浮物、膠體，穩定出水水質，過濾后產水達到反滲透進水要求進入一級反滲透裝置，濃水經過軟化裝置處理后，經過多介質過濾器進入電滲析裝置，濃縮后的濃液廠內消化，淡水進入二級反滲透裝置，二級濃水返回軟化裝置，一級反滲透和二級反滲透產水進入到產水池，作為循環排補水。整個過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 循環排污水處理工藝流程圖

3 系統運行狀況

2020年5月份開始，出水水質不能達標，對系統進行逐一檢查發現多介質過濾出水濁度異常，保安過濾器濾芯更換頻繁。具體分析如下：

3.1 多介質過濾器出水濁度異常

通過系統PLC數據顯示，多介質過濾器出口濁度變化如圖2所示。發現該出口濁度數值從0.96 NTU開始上升，最大出現在5月中旬，高達20 NTU。現場增加多介質過濾器的反洗頻率，從2～3天反洗一次更改為24 h反洗一次。經過多次反洗操作后，反洗水仍然非?；鞚?。推測大量懸浮物截留在填料上，使多介質過濾器失去過濾作用，經多次反洗后也無法得到有效改善。

圖2 多介質過濾器出水濁度隨時間變化曲線圖

3.2 保安過濾器濾芯更換頻次增加

現場將保安過濾器拆開更換濾芯時發現，濾芯棉表面已變色。采用鹽酸浸泡后，將浸出液加堿后發現，溶液中有大量白色沉淀產生，且浸泡后的濾棉部分恢復為白色，如圖3所示。與王國峰等人[5]發現的現象一致，初步分析由于混凝沉淀段PAC加藥量過大，未完全反應的PAC進入后段反滲透裝置。在此過程中，可發生水解反應(如式1所示)，同時過量的PAC也可與反滲透裝置中投加的還原劑發生雙水解反應(如式2所示)，均導致Al(OH)3形成。Al(OH)3沉淀無法通過精度為5 μm的保安過濾器的濾芯，既而在濾芯表面附著，導致保安過濾器兩段壓差增大，現場需頻繁更換濾芯。

圖3 (左)更換下來的保安過濾器濾芯棉經鹽酸浸泡后

AlCl3+3H2O=Al(OH)3↓+3HCl(可逆反應)

(1)

AlCl3+3NaHSO3=Al(OH)3↓+3NaCl+3SO2↑

(2)

4 優化方案及運行效果

4.1 混凝沉淀段

針對混凝沉淀工藝段投加藥劑造成出水效果較差的情況，取現場水樣進行不同種類藥劑篩選的小試實驗，對沉淀上清液做濁度檢測，不同藥劑組合見表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，可得到如下結論：

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(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組合進行加藥；

3)若原水濁度增大(大于10 NTU)，建議適當增加藥劑的投加量，具體投加量可根據實驗室小試結果確認。

建議根據目前水質情況，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?，F場監控進水濁度的變化，若進水濁度小于8 NTU時，若循環水系統加藥發生改變，需重新進行加藥方案的確定，也可根據實際情況停止混凝沉淀階段藥劑的投加。

4.2 多介質過濾器

經過現場混凝沉淀段藥劑投加方案調整，同時對多介質過濾器進行多次高強度反洗，始終無法獲得濁度較低的出水，推測濾料已發生不可恢復改變，需與廠家聯系更換新濾料。經過現場更換濾料，并增加過濾器的反洗頻率，24 h反洗一次，監測運行數據，如圖5所示，多介質過濾器出水濁度約為0.2 NTU，滿足多介質過濾器出水水質要求。

圖5 多介質過濾器出水濁度曲線圖

反滲透裝置也隨之運行正常，保安過濾器濾芯更換頻率下降，工藝運行穩定。從整個水循環系統分析，工藝出現問題的時間段多為夏季。隨著氣溫上升，循環水系統由于微生物滋生，殺菌劑的投加量也隨之增加。由于循環排污水處理系統進水點為排污口排水點，因此循環水系統投加藥劑的變化，將直接對進水水質造成沖擊，使預處理工藝運行不穩定，并對后續反滲透裝置造成很大隱患。

5 結 論

1)循環排污水處理工藝需嚴格控制預處理階段(若有)凝聚劑(PAC)的投加量，避免后續反滲透裝置由于鋁過量導致的保安過濾器污堵的問題。經過優化加藥方案，預處理工藝段出水水質在0.2 NTU左右，且后續反滲透裝置運行穩定，保安過濾器濾芯更換頻率大大下降，可見工程優化效果良好。

2)工藝篩選時要充分考慮夏季循環水系統投加過量殺菌劑的問題，可通過采取如旁濾進水方式，嚴格控制反滲透裝置進水的生物膠體濃度，延長保安過濾器濾芯的使用周期。