摘要：以某發(fā)電廠全廠末端廢水處理工程為例,介紹了化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發(fā)結(jié)晶工藝在再生水水源發(fā)電廠全廠末端廢水處理中的應用。經(jīng)納濾處理后,末端廢水被分成兩部分,一部分經(jīng)碟管式反滲透濃縮后進入混鹽結(jié)晶系統(tǒng),另一部分經(jīng)反滲透-碟管式反滲透濃縮后進入精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)。整套工藝的產(chǎn)水全部回收作為循環(huán)水補充水,實現(xiàn)全廠廢水不外排,精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽中NaCl質(zhì)量分數(shù)達98.75%,外售處理。廢水處理總運行費用約33.89元/m³,低于同類型處理工藝,可以為相關(guān)電廠的改造提供參考。

0 引言

火力發(fā)電廠作為我國工業(yè)的耗水大戶,用水量約占工業(yè)總用水量的40%,同時也產(chǎn)生大量的廢水。為提高用水效率,火力發(fā)電廠開展了積極有效的節(jié)水工作,脫硫廢水作為煤場噴淋水、撈渣機補充水和干灰拌濕水等。2000～2016年,全國火力發(fā)電廠單位發(fā)電量耗水量下降68%,單位發(fā)電量廢水排放量降低95.7%。但是隨著廢水梯級利用次數(shù)的增加,水質(zhì)不斷劣化,受水質(zhì)及消納用戶用水量影響,依然有大量末端廢水無法繼續(xù)回用?；鹆Πl(fā)電廠末端廢水難以完全消納與廢水不得外排的矛盾凸顯,對末端廢水完全消納處理的需求非常迫切。

火力發(fā)電廠末端廢水來源及產(chǎn)生量隨機組類型、機組數(shù)量和容量、生產(chǎn)用水水源及水質(zhì)、煙氣處理工藝、水務(wù)管理水平等不同而存在較大差異,來源主要有脫硫廢水、樹脂再生廢水、反滲透濃水、循環(huán)水排污水等。目前火力發(fā)電廠主要進行脫硫廢水的零排放消納處理,由于其廢水量較少,一般在20m³/h左右,主要采取蒸發(fā)結(jié)晶或煙道霧化蒸發(fā)處理,工藝流程相對簡短。但隨著越來越多的火力發(fā)電廠將循環(huán)冷卻水補充水或全廠生產(chǎn)用水水源替換為再生水,其面臨著廢水重復利用率降低,無法利用的末端廢水量增加等問題,產(chǎn)生的末端廢水量可達幾百噸,廢水中含有的全鹽量、氯離子、有機物等是脫硫廢水的數(shù)倍,完全消納處理難度更大,本文探討了全再生水水源火力發(fā)電廠末端廢水處理消納情況,可以為相關(guān)電廠的改造提供參考。

1  工程概況

某火力發(fā)電廠建有2×600MW亞臨界純凝濕冷燃煤機組,原生產(chǎn)用水水源為地表水和某鋼鐵公司綜合廢水處理站再生水,其中地表水作為鍋爐補給水水源,鋼鐵公司再生水作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補充水及其他工業(yè)用水水源。電廠引入城鎮(zhèn)污水處理廠再生水,與鋼鐵公司綜合廢水處理站再生水一起作為電廠生產(chǎn)用水水源,并配套建設(shè)再生水石灰處理系統(tǒng)和循環(huán)水排污水深度處理系統(tǒng),鍋爐補給水水源由地表水替換為循環(huán)水排污水深度處理系統(tǒng)反滲透產(chǎn)水。電廠進行了排水的梯級利用,主要是將循環(huán)水排污水深度處理系統(tǒng)超濾反洗排水回收入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)處理后回用,反滲透濃水回用作為脫硫系統(tǒng)工藝水補充水,脫硫廢水作為渣冷卻水補水等。但是依然有部分循環(huán)水排污水深度處理過程中的反滲透濃水、脫硫廢水及樹脂再生廢水等無法再次利用。該廠對難以完全消納的廢水進行處理,采用的工藝為化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發(fā)結(jié)晶,工藝流程如圖1所示。末端廢水水質(zhì)如表1所示。

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

(1)調(diào)節(jié)池。2座,由原機械加速澄清池改造而成,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),玻璃鋼防腐,單池尺寸29m×8.75m,有效容積2500m³,主要進行水質(zhì)均衡和水量調(diào)節(jié)。為抑制微生物滋生,調(diào)節(jié)池內(nèi)可投加次氯酸鈉進行殺菌。

(2)第一反應池。1座,碳鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,HRT30min,池內(nèi)投加液堿和純堿,用于降低鈣鎂離子、二氧化硅等易結(jié)垢組分的含量。

(3)第二反應池。1座,碳鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,HRT30min,池內(nèi)投加液堿,精調(diào)pH,使得鈣鎂離子、二氧化硅等易結(jié)垢組分反應更加完全。

(4)濃縮池。1座,碳鋼結(jié)構(gòu),內(nèi)襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,用于接收經(jīng)過軟化處理后的廢水,同時接收從管式微濾系統(tǒng)不斷回流的濃水,還起到濃縮污泥暫時存放的作用。

(5)管式微濾系統(tǒng)。主要由循環(huán)泵、管式微濾膜及膜架、清洗裝置、控制閥門及管道等組成,設(shè)置3套,每套26只膜元件,膜管內(nèi)徑0.5inch(1inch≈2.54cm),膜孔徑0.05μm,以錯流過濾方式運行,回收率≥95%。管式微濾出水進入pH調(diào)節(jié)池,投加鹽酸將pH調(diào)整到8以下。

(6)中間水池。1座,地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),玻璃鋼防腐,有效容積250m³,主要暫存pH調(diào)節(jié)后的處理水。

(7)納濾系統(tǒng)。2套,單套膜元件78只,凈出力55.25m³/h,回收率≥85%,三段布置,一～三段壓力容器排列方式為7∶4∶2。納濾裝置產(chǎn)水進入納濾產(chǎn)水池,作為后續(xù)反滲透系統(tǒng)的進水,濃水進入納濾濃水池,作為DTROⅠ系統(tǒng)進水。

(8)反滲透系統(tǒng)。2套,單套膜元件66只,凈出力46.75m³/h,回收率≥85%,分三段布置,一～三段壓力容器排列方式為6∶3∶2,主要用于進一步濃縮納濾系統(tǒng)產(chǎn)水。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)水進入回用水池,濃水進入反滲透系統(tǒng)濃水池,作為DTROⅡ系統(tǒng)進水。

(9)DTROⅠ系統(tǒng)。1套,3列,凈出力18m3/h,膜元件總數(shù)60只,每列按二段方式布置,回收率55%,主要用于濃縮納濾系統(tǒng)濃水。DTROⅠ系統(tǒng)產(chǎn)水進入回用水池,濃水進入DTROⅠ濃水池,作為后續(xù)混鹽結(jié)晶系統(tǒng)進水。

(10)DTROⅡ系統(tǒng)。1套,4列,凈出力15.3m³/h,膜元件總數(shù)72支,每列按二段方式布置,回收率50%,主要用于濃縮反滲透系統(tǒng)濃水。DTROⅡ系統(tǒng)產(chǎn)水進入回用水池,濃水進入DTROⅡ濃水池,作為后續(xù)精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)進水。

(11)回用水池。1座,地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),玻璃鋼防腐,有效容積300m³。

(12)污泥處理系統(tǒng)。設(shè)污泥緩沖池1座,地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),玻璃鋼防腐,有效容積200m³。污泥脫水采用離心式脫水機,設(shè)置2臺,每臺處理能力為50m³/h,污泥濃度約3%～5%。脫水機產(chǎn)生的濾液及沖洗排水重力排入濾液收集池后返回調(diào)節(jié)池進行后續(xù)處理。

(13)混鹽結(jié)晶系統(tǒng)。1套,設(shè)混鹽結(jié)晶進料罐1臺,有效容積200m³,內(nèi)襯樹脂陶瓷;混鹽熱交換器1臺,材質(zhì)TiGr11;混鹽脫氣塔1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力345kPa,材質(zhì)6%MOLY;混鹽結(jié)晶閃蒸罐1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力96.5kPa,材質(zhì)6%MOLY;混鹽結(jié)晶加熱器1座,設(shè)計溫度149℃、設(shè)計壓力345kPa,材質(zhì)6%MOLY、316LSS、TiGr12;混鹽冷凝液罐1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力345kPa,材質(zhì)SS316L;混鹽母液罐1座,材質(zhì)6%MOLY,常壓;混鹽離心機1臺。

(14)精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)。1套,設(shè)精制鹽結(jié)晶進料罐1臺,有效容積200m³內(nèi)襯樹脂陶瓷;精制鹽進料熱交換器設(shè)置1臺,材質(zhì)TiGr11;精制鹽脫氣塔1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力345kPa、材質(zhì)6%MOLY;精制鹽結(jié)晶閃蒸罐1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力96.5kPa,材質(zhì)6%MOLY;精制鹽結(jié)晶加熱器1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力345kPa,材質(zhì)6%MOLY、316LSS、TiGr12;NaCl冷凝液罐1座,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力345kPa,材質(zhì)SS316L;精制鹽分離器1臺,設(shè)計溫度149℃,設(shè)計壓力-0.5～5bar(1bar=0.1MPa),材質(zhì)6%MOLY;精制鹽母液罐1座,材質(zhì)6%MOLY,常壓。精制鹽離心機1臺。

3 運行效果

發(fā)電廠末端廢水量約120m³/h,全鹽量為17600～24800mg/L,經(jīng)藥劑軟化預處理以及膜濃縮減量處理后,DTROⅠ系統(tǒng)和DTROⅡ系統(tǒng)濃水產(chǎn)生量分別為8.1m³/h和7.5m³/h,分別進入混鹽結(jié)晶系統(tǒng)和精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)進行固化處理。整套系統(tǒng)產(chǎn)生的回用水水質(zhì)如表2所示。雖然回用水也具有一定的含鹽量,但是與該廠再生水石灰處理系統(tǒng)出水相比,含鹽量明顯偏低,回用水的硬度也較低,滿足冷卻塔補充水的水質(zhì)要求,末端廢水經(jīng)處理后全部回用作為循環(huán)冷卻水補充水。

經(jīng)過納濾分鹽處理后,精制鹽結(jié)晶系統(tǒng)得到的氯化鈉達到98.75g/100g,達到《工業(yè)鹽》(GB/T5462-2015)精制工業(yè)鹽一級標準。

4 技術(shù)經(jīng)濟性分析

項目總投資13977萬元,其中土建投資1629萬元,設(shè)備投資10300萬元,工程安裝費用1460萬元,工程建設(shè)其他費用588萬元。

項目總運行費用為33.89元/m³,其中藥劑費為17.60元/m³,動力費為2.87元/m³,折舊費為8.86元/m³,維修費為2.13元/m³,人工費為1.67元/m³固體廢物處置費為0.76元/m³。運行費用各部分占比如圖2所示。其中藥劑費所占比例最大,接近一半,其次是折舊費,兩者合計約占總運行費用的79.42%。

工程實施后,以系統(tǒng)負荷75%計算,每年可回用廢水約78.84萬m³,節(jié)約水費約157萬元,循環(huán)冷卻水排污水及全廠廢水回用率均達到100%,實現(xiàn)廢水不外排。

目前,國內(nèi)采用蒸發(fā)結(jié)晶處理末端廢水的發(fā)電廠由于廢水水質(zhì)和水量的差異,以及膜濃縮工藝和蒸發(fā)結(jié)晶形式的不同,處理成本相差較大。某發(fā)電廠采用化學軟化-絮凝沉淀-多介質(zhì)過濾-DTRO-三效蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理規(guī)模為20m³/h的脫硫廢水,藥劑費為27.28元/m³,動力費25元/m³,產(chǎn)生的混合結(jié)晶鹽中NaCl和Na2SO4質(zhì)量分數(shù)合計>92%,含水率<5%。而采用混凝澄清-雙級過濾-弱酸樹脂-二級反滲透-正滲透-強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理18m³/h的脫硫廢水和4m³/h的再生廢水的發(fā)電廠藥劑費為14.5元/m³,動力費29元/m³,混合結(jié)晶鹽中NaCl和Na2SO4質(zhì)量分數(shù)合計>95%;含水率<0.5%。采用化學軟化-管式膜-納濾-SCRO-DTRO-MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝進行分鹽處理的發(fā)電廠處理36m³/h的脫硫廢水,直接運行費用26.94元/m³(藥劑費為9.42元/m³，動力費16.92元/m³,設(shè)備清洗費用0.6元/m³),膜系統(tǒng)折舊費9.68元/m³,產(chǎn)生的結(jié)晶鹽中NaCl質(zhì)量分數(shù)為96.3%。本工程藥劑費、動力費、固體廢物處置費等直接運行費用21.23元/m³，總運行費用33.89元/m³,運行成本相對較低,且結(jié)晶鹽中氯化鈉純度較高。

5 結(jié)論

采用化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理再生水水源火力發(fā)電廠全廠末端廢水是可行的,產(chǎn)生的回用水可全部回收作為循環(huán)冷卻水補充水,實現(xiàn)全廠廢水不外排,且運行費用相對較低。該工程采用納濾膜將廢水中的氯化鈉和其他鹽類進行部分分離,產(chǎn)生的精制結(jié)晶鹽中氯化鈉質(zhì)量分數(shù)達98.75%,實現(xiàn)了結(jié)晶鹽的資源化,對相關(guān)發(fā)電廠全廠廢水處理具有積極的借鑒意義。

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