1 工程概況

河北某熱電廠裝備2 臺(tái)300 MW 亞臨界燃煤供熱發(fā)電機(jī)組，使用附近某市政污水處理廠出水作為生產(chǎn)的唯一水源，由于該污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)經(jīng)常超標(biāo)，其中進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度最高達(dá)到800 ~1 200 mg/L，遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)要求，因此，其回用至電廠的中水水質(zhì)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原設(shè)計(jì)的二級(jí)處理出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)該市政污水處理廠出水的CODCr、SS 濃度及硅含量都比較高的特點(diǎn)，采用石灰澄清軟化-過(guò)濾-樹(shù)脂軟化-高效反滲透組合深度處理工藝，處理出水滿足設(shè)計(jì)要求，回收率較高，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。高效反滲透專利技術(shù)［1］在國(guó)外已有工程應(yīng)用，但在國(guó)內(nèi)將其應(yīng)用到市政污水的處理回用工程尚屬首次。

2 工藝設(shè)計(jì)

2．1 設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量

采用某市政污水廠二級(jí)排放水為電廠唯一生產(chǎn)水源，根據(jù)GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》確定該循環(huán)冷卻塔的補(bǔ)水控制標(biāo)準(zhǔn)，水源水質(zhì)和補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 水源水質(zhì)和補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)

注：硬度和堿度以CaCO3計(jì)

設(shè)計(jì)總進(jìn)水量為1 700 m3/h，經(jīng)過(guò)石灰軟化澄清和高效反滲透組合工藝處理后，設(shè)計(jì)出水量為1 000 m3/h，其中800 m3/h 的水量作為冷卻塔的循環(huán)水補(bǔ)充水，另外200 m3/h 的水量可以作為冬季供暖期間鍋爐循環(huán)水的補(bǔ)給水源。

2．2 工藝流程

對(duì)市政污水廠出水進(jìn)行深度處理，使其可回用作為電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水和鍋爐補(bǔ)給水，常用工藝包括石灰澄清軟化法、超濾/微濾／MBR 聯(lián)合反滲透/納濾法、離子交換法、生化法等［2-3］。由于該污水CODCr、NH3-N、SS 濃度、硬度及堿度都較高，因此，石灰澄清軟化是唯一可行的、最經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理辦法；高效反滲透技術(shù)能有效解決有機(jī)物污染和微生物滋生的問(wèn)題，并且能實(shí)現(xiàn)較高的回收率、脫鹽率和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行［4］。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定深度處理工藝流程如圖1 所示。

3 主要裝置設(shè)計(jì)參數(shù)

3．1 石灰軟化澄清處理系統(tǒng)

由2 座直徑為10 m的機(jī)械攪拌澄清池和5 座變孔隙濾池組成，機(jī)械攪拌澄清池單座設(shè)計(jì)出力為850 m3/h，變孔隙濾池單座設(shè)計(jì)出力為300 m3/h，濾速為7～12 m/h，調(diào)整石灰投加量為300 ~ 400mg/L，控制出水pH 值為10．0 ~ 10．5，聚鐵投加量為20 ~ 40 mg/L，PAM 投加量為0．5 ~ 1.0 mg/L，該系統(tǒng)能去除來(lái)水中大部分的SS 和膠體物質(zhì)、約30％的CODCr和90％的暫時(shí)硬度，利用硫酸調(diào)節(jié)pH 值至8．3 ~ 8．5，變孔隙濾池出水濁度降低至2 ~5 NTU，部分出水可直接補(bǔ)充到冷卻塔循環(huán)水池。

圖1 污水深度處理工藝流程

3．2 高效纖維過(guò)濾器

6 臺(tái)Φ3 000 mm×4 600 mm 的高效纖維過(guò)濾器，5 用1 備，每臺(tái)過(guò)濾器設(shè)計(jì)出力為220 m3/h，設(shè)計(jì)濾速為35 m/h。該過(guò)濾器具備濾速快，納污量大，反沖洗水量小的特點(diǎn)，采用氣水混合反沖洗，過(guò)濾器出水濁度降至1 ~ 2 NTU，保障了后續(xù)樹(shù)脂及反滲透系統(tǒng)不會(huì)受到懸浮物污染。

3．3 鈉型陽(yáng)離子交換器

8 臺(tái)Φ 3 000 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺(tái)設(shè)計(jì)出力為180 m3/h，采用新型殼層SST80 離子交換樹(shù)脂。通過(guò)鈉離子交換樹(shù)脂可以去除絕大部分硬度，出水硬度失效點(diǎn)為40 mg/L（以CaCO3計(jì)），失效后使用10％工業(yè)鹽液逆流再生，再生液用量為1 200 kg/次。

3．4 弱酸陽(yáng)離子交換器

8 臺(tái)Φ2 800 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺(tái)設(shè)計(jì)出力為180 m3/h，采用大孔弱酸樹(shù)脂D113。在去除堿度的同時(shí)完全去除鈉床出水中的殘余硬度。弱酸樹(shù)脂采用鹽酸（5％）再生，再生鹽酸（31％）用量為2 000 kg/次。

3．5 除碳器

除碳器由3 臺(tái)除碳風(fēng)機(jī)和1個(gè)500 m3的脫氣水箱組成，除碳器流速為60 m/h，并配有自動(dòng)加硫酸裝置，通過(guò)吹脫使得ρ（CO2）＜10 mg/L。

3．6 高效反滲透

高效反滲透系統(tǒng)為一級(jí)兩段，其中一段3個(gè)單元，二段4個(gè)單元，一段每單元設(shè)28 根膜殼，每根膜殼有8 支膜元件，3個(gè)單元共672 支Dow30-440i 膜；二段每單元設(shè)6 根膜殼，每根膜殼有8支膜元件，共192 支Dow30-440i 膜，膜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通量為28．22 L/（m2·h），膜系統(tǒng)回收率為85％，在反滲透系統(tǒng)入口處加氫氧化鈉（33％）120 mg/L，調(diào)節(jié)二段濃水側(cè)pH 值使之達(dá)到10．5～11．0。系統(tǒng)在堿性條件下運(yùn)行，有機(jī)物、微生物及硅垢污染均得到控制，由于預(yù)處理已經(jīng)脫除了硬度及堿度，所以不存在結(jié)垢的問(wèn)題，使得反滲透膜的回收率最高可達(dá)85％以上。設(shè)計(jì)化學(xué)清洗頻率為1 次/a。

4 運(yùn)行結(jié)果分析

4．1 預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況分析

污水處理廠出水水質(zhì)不能達(dá)到二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且波動(dòng)較大，特別是冬季，水質(zhì)更為惡劣，因此反滲透的預(yù)處理系統(tǒng)是保障整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。預(yù)處理系統(tǒng)各單元的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表2 所示。

預(yù)處理系統(tǒng)選用的軟化樹(shù)脂是否受到污染是軟化工藝成功與否的關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)3 a多的運(yùn)行，樹(shù)脂性能并沒(méi)有明顯的退化，鈉床的單元制水量一直維持在1 200 m3，經(jīng)過(guò)化驗(yàn)，樹(shù)脂的全交換容量為4．6 mol/g，弱酸床的單元制水量在8 000 ~ 10 000m3，全交換容量為11．42 mol/g。

表2 預(yù)處理各單元的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

4．2 高效反滲透運(yùn)行狀況分析

直接采用石灰軟化澄清出水作為冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水，反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水只作為熱網(wǎng)補(bǔ)水及鍋爐補(bǔ)水，通過(guò)鈉床及弱酸床可將硬度降低至100μg/L（以CaCO3計(jì)），從而完全消除了鈣鹽結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，預(yù)處理系統(tǒng)可使得進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的污水濁度降至3 NTU 以下。高效反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況如圖2 所示。

從2010 年1 月到2012 年6 月，系統(tǒng)經(jīng)歷了3次化學(xué)清洗，系統(tǒng)通量得到了一定程度的恢復(fù)，從2010 年1 月至7 月，系統(tǒng)的出力下降很快，這主要是因?yàn)閬?lái)水水質(zhì)劇烈波動(dòng)，使得進(jìn)入反滲透系統(tǒng)的污水濁度和硬度偶爾超標(biāo)，反滲透膜受到一定程度的污染，在3 a的運(yùn)行時(shí)間里，系統(tǒng)的出力總體來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定，系統(tǒng)的產(chǎn)水量從最初的630 m3/h降低到486．8 m3/h，系統(tǒng)的回收率一直維持在75％以上。

高效反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)如表3 所示。由表3可知，反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水pH 值及NH3-N 濃度比原設(shè)計(jì)值高，但對(duì)將其作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的部分補(bǔ)充水及對(duì)于后續(xù)的鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)并沒(méi)有太大的影響，可以滿足生產(chǎn)的需要。具體參見(jiàn)http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

圖2 高效反滲透系統(tǒng)運(yùn)行情況

表3 高效反滲透產(chǎn)水水質(zhì)

5 結(jié)語(yǔ)

采用石灰軟化-高效反滲透技術(shù)有效地解決了來(lái)水水質(zhì)惡劣、波動(dòng)大的問(wèn)題，其中石灰軟化澄清系統(tǒng)是保障反滲透系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，從長(zhǎng)期的運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，高效反滲透預(yù)處理系統(tǒng)的軟化樹(shù)脂并沒(méi)有受到明顯的有機(jī)污染，反滲透膜在高pH 值（大于10．5）的堿性條件下運(yùn)行，系統(tǒng)的產(chǎn)水量、回收率、清洗頻率遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的超濾-反滲透工藝。系統(tǒng)運(yùn)行效果雖然沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但3 a多的實(shí)際運(yùn)行情況表明，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了市政污水的合理回用，達(dá)到了節(jié)能減排的目標(biāo)，回用水水質(zhì)能滿足生產(chǎn)需求。