隨著《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和“排污許可證”等環(huán)保政策的密集實(shí)施，對(duì)火電廠取、排水水量和排水水質(zhì)指標(biāo)限制越來(lái)越嚴(yán)格，而且部分地區(qū)通過(guò)實(shí)施階梯式水資源費(fèi)收取辦法，水資源成本大幅上漲，迫使火電企業(yè)必須實(shí)施深度節(jié)水和廢水綜合治理工作。
循環(huán)水系統(tǒng)用、排水水量占循環(huán)冷卻型火電廠總用水量和總外排量的80%~90%，循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水減排是該類(lèi)火電廠節(jié)水和廢水綜合治理工作的重點(diǎn)。目前，大部分循環(huán)冷卻型電廠已通過(guò)加強(qiáng)原水預(yù)處理、優(yōu)選水穩(wěn)劑、升級(jí)凝汽器管材來(lái)提升濃縮倍率；循環(huán)水排污水作為脫硫、輸煤和除渣用水回用，但仍有大量剩余的循環(huán)水排污水需要外排。此外，還有少數(shù)電廠已采用反滲透工藝對(duì)循環(huán)水排污水進(jìn)行脫鹽回用，但是均存在預(yù)處理不完善、膜污堵嚴(yán)重、系統(tǒng)回收率低、化學(xué)清洗頻繁、膜壽命縮短等問(wèn)題。
根據(jù)地表水水源循環(huán)水排污水水質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合核心工藝實(shí)驗(yàn)研究，提出了地表水水源循環(huán)水排污水回用處理工藝路線，為循環(huán)冷卻型火電廠節(jié)水和廢水綜合治理工作提供技術(shù)支撐。
1、實(shí)驗(yàn)材料與方法
1.1 循環(huán)水排污水
實(shí)驗(yàn)水樣為華北某循環(huán)冷卻電廠循環(huán)水排污水，該廠循環(huán)水補(bǔ)充水水源為地表水，凝汽器為銅管，循環(huán)水運(yùn)行過(guò)程投加有磷阻垢劑、有磷碳鋼緩蝕劑和銅緩蝕劑，循環(huán)水濃縮倍率控制在4.0倍。循環(huán)水排污水主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。
由表1可知，循環(huán)水排污水Ca2+、Mg2+、全硅、總磷(TP)、COD、總有機(jī)碳(TOC)濃度較高。
1.2 實(shí)驗(yàn)及水質(zhì)分析方法
1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法
強(qiáng)化混凝除有機(jī)物實(shí)驗(yàn)：量取1L循環(huán)水排污水于1L的燒杯中，用H2SO4將循環(huán)水pH調(diào)至實(shí)驗(yàn)pH，加入實(shí)驗(yàn)劑量的FeCl3，以200r/min攪拌30min后，靜置30min，上清液過(guò)濾后測(cè)定pH、TOC、COD等水質(zhì)指標(biāo)。
二級(jí)軟化實(shí)驗(yàn)：
(1)Ca(OH)2或NaOH劑量?jī)?yōu)化。量取1L經(jīng)強(qiáng)化混凝后的循環(huán)水排污水于1L的燒杯中，加入實(shí)驗(yàn)劑量的Ca(OH)2或NaOH，以200r/min繼續(xù)攪拌30min，靜置60min，過(guò)濾上清液分析水質(zhì)，確定Ca(OH)2或NaOH最優(yōu)投加量。
(2)Na2CO3劑量?jī)?yōu)化。量取1L循環(huán)水排污水于1L的燒杯中，加入最優(yōu)投加量的Ca(OH)2或NaOH，以200r/min攪拌30min后，直接加入實(shí)驗(yàn)劑量的Na2CO3，繼續(xù)攪拌30min，靜置60min，過(guò)濾上清液分析水質(zhì)，確定Na2CO3最優(yōu)投加量。
超濾(UF)實(shí)驗(yàn)：UF實(shí)驗(yàn)采用外壓式中空纖維膜元件，運(yùn)行方式為死端過(guò)濾，運(yùn)行模式為：過(guò)濾→反洗→沖洗，過(guò)濾周期為30min，進(jìn)水流量為2.5L/h，分析產(chǎn)水濁度，并記錄膜兩側(cè)壓差。
反滲透(RO)實(shí)驗(yàn)：RO膜組件采用美國(guó)陶氏公司的LCHR-4040膜，投加2mg/L阻垢劑。實(shí)驗(yàn)采用濃水回流的運(yùn)行模式，設(shè)計(jì)RO在回收率分別為75%、85%條件下運(yùn)行。
1.2.2 水質(zhì)方法
水質(zhì)分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定;TOC采用multiN/C3100TOC分析儀(德國(guó)耶拿)測(cè)定;電導(dǎo)、pH采用SevenGoDuoTM便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(瑞士梅特勒-托利多)，濁度采用2100Q濁度儀(美國(guó)哈希)測(cè)定。
2、結(jié)果與討論
2.1 強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析
循環(huán)水排污水中的有機(jī)物會(huì)對(duì)膜回用工藝造成影響，去除工藝有混凝澄清和生物法。排污水中有機(jī)物均為難降解有機(jī)物，可生化性很差，直接采用生物法進(jìn)行處理，有機(jī)物去除效果極差，需要先通過(guò)高級(jí)氧化來(lái)提高循環(huán)水的可生化性，但工藝復(fù)雜，工程實(shí)施難度大。筆者考察火電廠常用的強(qiáng)化混凝工藝對(duì)循環(huán)水排污水有機(jī)物去除效果。
循環(huán)水排污水的COD、TOC分別為63.0、23.13mg/L，有機(jī)物濃度較高，考察強(qiáng)化混凝pH和FeCl3投加量對(duì)有機(jī)物去除效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。
由圖1可知，在pH=4.0和pH=8.2條件下，隨著FeCl3投加量的增大，出水COD和TOC濃度降低，去除率增加。在pH=4.0條件下，F(xiàn)eCl3投加量為20mg/L，對(duì)COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%;而在pH=8.2條件下，要達(dá)到相同的有機(jī)物去除效果，F(xiàn)eCl3投加量需增加至80mg/L?；炷饕コw粒態(tài)和膠體態(tài)有機(jī)物，混凝試驗(yàn)前將水樣pH調(diào)至酸性可以使部分溶解態(tài)有機(jī)物(DOM)轉(zhuǎn)化為非溶解態(tài)有機(jī)物，降低混凝劑投加量，還有助于循環(huán)水中殘余的阻垢劑、緩蝕劑的去除，因此，優(yōu)選后的強(qiáng)化混凝條件為pH=4.0，F(xiàn)eCl3投加量為20mg/L。
2.2 軟化實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析
2.1.1 Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化
Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化工藝對(duì)循環(huán)水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見(jiàn)圖2。
由圖2(a)可知，隨著Ca(OH)2投加量的增大，Mg2+濃度迅速減低，但Ca2+濃度逐漸增加，主要是因?yàn)镺H與Mg2+生成Mg(OH)2沉淀去除Mg2+。Ca(OH)2最優(yōu)投加量為350mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為9.02、0.72mmol/L，繼續(xù)增大Ca(OH)2投加量，出水Mg2+濃度略降低，而Ca2+濃度繼續(xù)大幅升高，增加藥劑處理成本。
由圖2(b)可知，隨著Na2CO3投加量的增大，Ca2+濃度迅速減低，Mg2+濃度略有降低，投加Na2CO3生成CaCO3過(guò)程有Mg2+共沉淀現(xiàn)象，與其他研究結(jié)論一致。Na2CO3最優(yōu)投加量為450mg/L，軟化出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.89、0.69mmol/L。
此外，Ca(OH)2、Na2CO3投加量分別為350、450mg/L條件下，對(duì)TP、TOC、全硅的去除率分別為96.9%、24.9%、82.8%。
2.1.2 NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化
NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化工藝對(duì)循環(huán)水排污水Ca2+和Mg2+的去除效果見(jiàn)圖3。
由圖3(a)可知，Mg2+和Ca2+濃度均隨著NaOH投加量的增大而減小，NaOH最優(yōu)投加量為450mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為1.08、0.02mmol/L，Ca2+濃度遠(yuǎn)低于Ca(OH)2軟化出水。
由圖3(b)可知，Ca2+和Mg2+濃度均隨著Na2CO3投加量的增大而減小，Na2CO3最優(yōu)投加量為150mg/L，出水1/2Ca2+、1/2Mg2+濃度分別為0.64、0.47mmol/L。
此外，NaOH、Na2CO3投加量分別為450、150mg/L條件下，對(duì)TP、TOC和全硅的去除率分別為97.9%、27.4%和84.3%。
2.1.3 優(yōu)化工藝對(duì)比
Ca(OH)2-Na2CO3和NaOH-Na2CO3二級(jí)軟化對(duì)循環(huán)水排污水軟化效果基本一致，對(duì)Ca2+、Mg2+、TP和全硅去除率高。最優(yōu)Ca(OH)2-Na2CO3和NaOHNa2CO3條件下二級(jí)軟化藥劑費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表2。
由表2可知，兩種二級(jí)軟化工藝的藥劑費(fèi)用基本一致。但是，Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化由于Ca(OH)2的加入引入額外的Ca2+，造成Na2CO3投加量增加，污泥量增大，增加污泥處理費(fèi)用;且NaOH加藥系統(tǒng)簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境好，因此，二級(jí)軟化工藝選用NaOH-Na2CO3，軟化藥劑費(fèi)用為1.23元/t。
2.2 UF實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析
UF實(shí)驗(yàn)水源采用NaOH-Na2CO3軟化澄清出水，調(diào)節(jié)pH為7.5左右，UF運(yùn)行壓力、出水濁度見(jiàn)圖4。
由圖4可知，在UF膜元件連續(xù)運(yùn)行的700min內(nèi)，運(yùn)行壓力穩(wěn)定在40~44kPa范圍內(nèi)，總體較為穩(wěn)定，表明UF膜未發(fā)生污堵；UF出水濁度為0.51~0.56NTU，UF膜對(duì)濁度的去除率>90%。
UF出水水質(zhì)見(jiàn)表3。
由表3可知，UF出水SDI為2.83，小于3.0，達(dá)到RO膜進(jìn)水水質(zhì)要求。
2.3 RO實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果分析
將軟化-UF產(chǎn)水作為RO進(jìn)水，在系統(tǒng)回收率分別為75%、85%條件下，RO實(shí)驗(yàn)設(shè)備累計(jì)運(yùn)行72h，運(yùn)行壓力、運(yùn)行壓差見(jiàn)圖5。
由圖5可知，RO系統(tǒng)回收率為75%條件下，系統(tǒng)運(yùn)行壓力穩(wěn)定在2.3~2.4MPa，系統(tǒng)運(yùn)行壓差隨時(shí)間增長(zhǎng)無(wú)明顯升高現(xiàn)象，在18.9~20.5kPa之間波動(dòng);RO系統(tǒng)回收率提高至85%，系統(tǒng)進(jìn)水壓力為2.7~2.9MPa，壓差在20.1~21.6kPa之間波動(dòng)，遠(yuǎn)低于膜運(yùn)行過(guò)程中對(duì)壓差的限值(單支膜元件的壓差<100kPa)，說(shuō)明運(yùn)行期間RO系統(tǒng)運(yùn)行狀況較為穩(wěn)定。
考察回收率對(duì)電導(dǎo)率、脫鹽率的影響，結(jié)果表明，回收率為75%時(shí)，RO進(jìn)水電導(dǎo)率為7.0~7.7mS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率為46.1~68.2μS/cm；脫鹽率在99.2%~99.4%；回收率為85%時(shí)，RO進(jìn)水電導(dǎo)率為12.5~13.5mS/cm，產(chǎn)水電導(dǎo)率在95.2~109.5μS/cm，脫鹽率為99.0%~99.3%。
RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行72h內(nèi)，不同時(shí)間段的產(chǎn)水和濃水水質(zhì)見(jiàn)表4。
由表4可知，在回收率分別為75%、85%條件下，RO產(chǎn)水TDS分別為40~48mg/L、75~85mg/L;RO濃水TDS分別為6088~6150mg/L、10750~10990mg/L。由此可見(jiàn)，RO產(chǎn)水TDS低、TOC低，可以滿足鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)對(duì)水源水質(zhì)的要求。RO濃水Cl為640~1066mg/L，可作為脫硫工藝用水。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，提出循環(huán)水排污水高回收率回用處理工藝路線，見(jiàn)圖6。
由圖6可知，該工藝主要包括除有機(jī)物單元、軟化單元和膜處理單元。
3、結(jié)論
(1)采用強(qiáng)化混凝工藝有效去除循環(huán)中有機(jī)物。酸性(pH=4.0)有助于減少混凝劑FeCl3投加量，提高有機(jī)物去除效果，同時(shí)可去除循環(huán)水中殘余的阻垢劑、緩蝕劑。FeCl3最佳投加量為20mg/L，對(duì)COD、TOC去除率分別為61.2%、47.5%，減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的有機(jī)污染。
(2)采用二級(jí)軟化工藝有效去除循環(huán)水中結(jié)垢性物質(zhì)。NaOH-Na2CO3對(duì)Ca2+、Mg2+、TP、TOC、全硅的去除率分別為86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%，減輕后續(xù)膜系統(tǒng)的無(wú)機(jī)污染，軟化藥劑費(fèi)用1.23元/t。
(3)采用UF-RO工藝對(duì)循環(huán)水排污水脫鹽。系統(tǒng)在回收率分別為75%、85%條件下可穩(wěn)定運(yùn)行，RO產(chǎn)水可以作為鍋爐補(bǔ)給水水源，RO濃水作為脫硫工藝用水。( >
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