冷系統(tǒng)循環(huán)廢水SCAL型間回收處理

　在我國北方缺水地區(qū)，SCAL型間接空冷系統(tǒng)(間冷系統(tǒng))逐漸成為火電廠汽輪機(jī)排汽冷凝系統(tǒng)的主力機(jī)型，為了減緩系統(tǒng)中材料的腐蝕速率，該系統(tǒng)中循環(huán)水需要保持較好的水質(zhì)，但是該型間冷系統(tǒng)中無水質(zhì)凈化裝置，因此當(dāng)循環(huán)水的濁度、pH值等指標(biāo)異常時(shí)，只能通過換水的方式進(jìn)行水質(zhì)凈化。該類型的間冷系統(tǒng)內(nèi)常常存有近萬噸除鹽水，每次需要換水?dāng)?shù)百噸，利用電廠已有的水處理車間對(duì)間冷循環(huán)廢水進(jìn)行回收，不僅可以節(jié)約大量的水資源而且不需要增加新的水處理設(shè)備，是一種一舉多得的廢水處理方式，具有很高的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是目前尚無間冷循環(huán)廢水回收的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)SCAL型間冷循環(huán)水的特點(diǎn)，通過理論分析和現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)這一問題進(jìn)行研究。

　　1、間冷循環(huán)廢水回收對(duì)水處理系統(tǒng)

　　影響的理論分析火電廠運(yùn)行過程中，通過水處理車間對(duì)原水進(jìn)行處理以去除各種雜質(zhì)是保障電廠水汽品質(zhì)良好的必要條件。通常對(duì)原水的處理包括雙介質(zhì)過濾、超濾和反滲透處理，最終通過離子交換除鹽制成除鹽水貯存于水箱中備用。以寧夏某電廠的水處理車間為例進(jìn)行分析，其水處理流程如圖1所示。

　　水處理車間的設(shè)計(jì)用水為廠區(qū)生水，生水和間冷循環(huán)廢水關(guān)鍵的水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比見表1。由于間冷循環(huán)水換水時(shí)水質(zhì)往往比較惡劣，因此選擇了間冷循環(huán)水水質(zhì)較差的情況作為間冷循環(huán)廢水水質(zhì)指標(biāo)與生水進(jìn)行比較。

　　從表1可以看出，相對(duì)廠區(qū)生水，間冷循環(huán)廢水的溫度較高、pH值偏大、濁度偏高。SCAL型間冷系統(tǒng)內(nèi)最初注入的是除鹽水，而且系統(tǒng)的密閉性較好，因此循環(huán)廢水中含有的雜質(zhì)離子比較小，不會(huì)加重離子交換樹脂的工作負(fù)荷。該間冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水主要的雜質(zhì)來源是運(yùn)行過程中碳鋼及鋁腐蝕產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物，這些腐蝕產(chǎn)物不僅提高了循環(huán)水的濁度也使得水中鐵鋁的含量偏高，對(duì)水處理中的預(yù)處理環(huán)節(jié)(雙介質(zhì)過濾器、超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng))產(chǎn)生較大的工作負(fù)荷。

　　水處理系統(tǒng)由一系列的水處理設(shè)備串聯(lián)構(gòu)成，對(duì)于每一臺(tái)水處理設(shè)備而言，既要保證進(jìn)水水質(zhì)合格以滿足該設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也要保證其出水的水質(zhì)滿足下一環(huán)節(jié)的進(jìn)水水質(zhì)要求。因此，重點(diǎn)分析間冷循環(huán)廢水回收過程對(duì)雙介質(zhì)過濾器、超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響。

　　1.1 雙介質(zhì)過濾器

　　雙介質(zhì)過濾是水通過砂、無煙煤和活性炭等多孔濾料后截留水中雜質(zhì)的方法，通過機(jī)械篩分作用去除水中的懸浮顆粒，能夠有效地去除原水中的膠體、懸浮物及有機(jī)物等，通?？梢詫V液的濁度降到1NTU以下。間冷循環(huán)廢水中的懸浮物、沉淀態(tài)的鐵主要會(huì)在該裝置中去除。進(jìn)水的濁度較大會(huì)增加雙介質(zhì)過濾器的工作強(qiáng)度，當(dāng)進(jìn)水的濁度太大時(shí)，其出水的濁度指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)，會(huì)對(duì)后續(xù)的設(shè)備產(chǎn)生不利影響。雙介質(zhì)過濾器與超濾系統(tǒng)之間有保安過濾器，其過濾精度為100μm，當(dāng)雙介質(zhì)過濾器的出水濁度不合格時(shí)，會(huì)造成保安過濾器較大的工作負(fù)擔(dān)，縮短其使用壽命。此外，雙介質(zhì)過濾器對(duì)于進(jìn)水的pH值也有一定的限制，當(dāng)水pH值大于9時(shí)，會(huì)使過濾器中的石英砂溶解，增加水中SiO2含量，因此需要監(jiān)測雙介質(zhì)過濾器入水的pH值。

　　1.2 超濾系統(tǒng)

　　超濾是以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以機(jī)械篩分為基礎(chǔ)的溶液分離過程。超濾膜的孔徑為0.005~1μm，比超濾膜孔徑小的物質(zhì)和溶解在水中的物質(zhì)能作為透過液透過濾膜，膠體物質(zhì)、顆粒、細(xì)菌和病毒等將被截留下來濃縮于排放液中。超濾系統(tǒng)有全流過濾和錯(cuò)流過濾兩種運(yùn)行模式，全流過濾時(shí)，進(jìn)水全部透過膜表面成為產(chǎn)水，該運(yùn)行模式的能耗低，操作壓力低，因而運(yùn)行成本低。而錯(cuò)流過濾時(shí)，一部分進(jìn)水透過膜表面成為產(chǎn)水，另一部分則帶雜質(zhì)排除成為濃水，該模式能處理懸浮物含量更高的流體。

　　超濾設(shè)備對(duì)于進(jìn)水有如下的要求：水溫為5~40℃，濁度小于5NTU，余氯為2.85×10-5~5.71×10-5mol/L，pH值為2~13。因此間冷循環(huán)廢水在通過超濾系統(tǒng)時(shí)，需要重點(diǎn)監(jiān)測間冷循環(huán)廢水的水溫，并根據(jù)進(jìn)水濁度及時(shí)調(diào)整超濾系統(tǒng)的運(yùn)行模式。超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)之間設(shè)置有過濾精度為5μm的精密過濾器，超濾系統(tǒng)出水水質(zhì)不合格會(huì)縮短精密過濾器的運(yùn)行周期。

　　1.3 反滲透系統(tǒng)

　　反滲透是一種對(duì)濃溶液施加壓力使其中的水通過半透膜的物理脫鹽方法，能同時(shí)去除水中的膠體、有機(jī)物、細(xì)菌等。為了保證半透膜長期穩(wěn)定運(yùn)行，反滲透前必須去除原水中對(duì)于反滲透膜產(chǎn)生污染或者導(dǎo)致其劣化的物質(zhì)。膜生產(chǎn)廠家一般規(guī)定了膜元件的使用條件，間冷循環(huán)廢水回收過程中需要注意的水質(zhì)指標(biāo)如下：

　　(1)濁度和SDI值。由于膜元件內(nèi)部的給水和濃水流道非常薄，容易卡住固體顆粒，造成阻塞，因此，要嚴(yán)格控制進(jìn)水懸浮固體含量：一方面是控制濁度，防止?jié)豳|(zhì)顆粒劃傷高壓泵和膜。另一方面是控制進(jìn)水的SDI值。

　　(2)溫度。根據(jù)膜材料耐溫能力，規(guī)定了膜元件的最高使用溫度，反滲透膜元件的最高使用溫度一般為40~45℃。

　　(3)進(jìn)水的pH值范圍。為了防止膜高分子水解，需要控制進(jìn)水的pH，醋酸纖維素膜(CA膜)使用的pH值范圍比較窄，一般為5~6。聚酰胺膜(PA膜)2~11。

　　(4)鐵含量。由于鐵是過渡金屬有時(shí)會(huì)成為氧化反應(yīng)的催化劑，加快膜的氧化和衰老，膠體態(tài)的鐵還可以引起膜的堵塞。鐵的允許濃度隨著pH值和溶解氧量的不同而有所不同，通常為1.78×10-6~8.93×10-7mol/L。

　　1.4 間冷循環(huán)廢水回收過程中水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)

　　根據(jù)水處理設(shè)備工作原理的分析，在制定回收方案過程中，考慮到水處理設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，需要對(duì)間冷循環(huán)廢水的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，間冷循環(huán)廢水回收對(duì)于水處理系統(tǒng)產(chǎn)生影響的水質(zhì)指標(biāo)有溫度、pH、濁度和鐵鋁含量。首先監(jiān)測間冷循環(huán)廢水的溫度、pH，如果其滿足條件，則進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，確定水處理系統(tǒng)能夠承受的臨界濁度和鐵鋁含量指標(biāo)。而且進(jìn)水的溫度、pH、濁度和鐵鋁含量能夠通過將循環(huán)廢水與廠區(qū)生水以一定的比例混合進(jìn)行調(diào)整，因此從理論上講，利用水處理車間處理間冷循環(huán)廢水是可行的，當(dāng)間冷循環(huán)廢水的某些水質(zhì)指標(biāo)過大，則不能以100%間冷循環(huán)廢水的工況運(yùn)行，需要按照一定的比例將間冷循環(huán)廢水和廠區(qū)生水在生水箱中混合，進(jìn)行水質(zhì)調(diào)解后再進(jìn)行回收。

　　綜合各種水處理設(shè)備對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)要求，回收過程中需要監(jiān)測的水質(zhì)指標(biāo)如表2所示。

　　2、現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)研究

　　2.1 現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)方案

　　共進(jìn)行兩種工況條件下的現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)：

　　工況1，使用100%間冷循環(huán)廢水作為原水。

　　工況2，使用50%間冷循環(huán)廢水和50%廠區(qū)生水混合作為原水。

　　實(shí)驗(yàn)期間為了檢測各水處理設(shè)備對(duì)水質(zhì)的耐受極限，在變更水質(zhì)條件時(shí)，檢測水處理設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后的水質(zhì)指標(biāo)，因此在本工業(yè)實(shí)驗(yàn)中分別監(jiān)測兩種工況下運(yùn)行30min和運(yùn)行50min時(shí)各水處理設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)。在工業(yè)實(shí)驗(yàn)過程中使用的間冷循環(huán)廢水已經(jīng)冷卻至室溫約25℃，因此實(shí)驗(yàn)過程中沒有再對(duì)水的溫度進(jìn)行監(jiān)測。該廠采用石英砂+無煙煤的雙介質(zhì)過濾器，反滲透膜為聚酰胺膜。

　　2.2 間冷循環(huán)廢水回收對(duì)雙介質(zhì)過濾器的影響

　　按照兩種工況對(duì)間冷循環(huán)廢水進(jìn)行處理時(shí)，雙介質(zhì)過濾器的水質(zhì)監(jiān)測情況如表3所示。

　　兩種工況條件下，進(jìn)水的pH值均小于9，滿足雙介質(zhì)過濾器的進(jìn)水要求。該廠雙介質(zhì)過濾器的出水濁度要求小于1，在100%間冷循環(huán)水工況下，進(jìn)水的濁度>30NTU時(shí)，雙介質(zhì)過濾器出水濁度不能達(dá)標(biāo)。在50%間冷循環(huán)水工況下，雙介質(zhì)過濾器出水濁度達(dá)標(biāo)。對(duì)于50%間冷循環(huán)水工況條件下，水質(zhì)進(jìn)行取樣，分析其鐵含量結(jié)果，從結(jié)果可以看出，雙介質(zhì)過濾器對(duì)于循環(huán)廢水中的鐵具有顯著的去除效果，這與理論分析結(jié)果相吻合。

　　2.3 間冷循環(huán)廢水回收對(duì)超濾過濾器的影響

　　按照兩種工況對(duì)間冷循環(huán)廢水進(jìn)行處理時(shí)，超濾過濾的水質(zhì)監(jiān)測情況如表4所示。在100%間冷循環(huán)廢水工況下運(yùn)行時(shí)，超濾進(jìn)水濁度小于雙介質(zhì)出水濁度，說明兩者之間的保安過濾器過濾掉部分不溶物，但長時(shí)間在這種條件下運(yùn)行會(huì)縮短保安過濾器濾芯使用壽命。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制超濾出水濁度≤0.5NTU，在100%間冷水工況條件下，超濾出水濁度不能達(dá)標(biāo)，50%間冷循環(huán)水工況下超濾出水濁度達(dá)標(biāo)。超濾裝置進(jìn)一步降低了水中鐵含量，超濾對(duì)于鋁的去除效果不明顯。100%間冷水和50%間冷水兩種工況運(yùn)行時(shí)，超濾系統(tǒng)的產(chǎn)水流量和運(yùn)行壓差如圖2所示，流量和運(yùn)行壓差都比較穩(wěn)定，無明顯異常。

　　2.4 間冷循環(huán)廢水回收對(duì)反滲透系統(tǒng)的影響

　　兩種工況下對(duì)間冷循環(huán)廢水進(jìn)行處理，反滲透系統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測如表5所示。該廠反滲透系統(tǒng)進(jìn)水SDI值要求小于1，100%間冷水運(yùn)行30min時(shí)，SDI值為3.3，高于反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求，會(huì)污染反滲透膜，縮短反滲透膜的使用壽命。以50%工況運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)符合要求。通過反滲透處理，間冷循環(huán)廢水中的鋁被去除。如圖3所示，100%間冷水和50%間冷水兩種工況運(yùn)行時(shí)，反滲透系統(tǒng)的壓差和回收率都無明顯異常。

　　3、結(jié)論

　　現(xiàn)場工業(yè)實(shí)驗(yàn)表明，間冷循環(huán)廢水引入水處理系統(tǒng)對(duì)于雙介質(zhì)過濾器、保安過濾器、超濾系統(tǒng)、精密過濾器以及反滲透系統(tǒng)都有影響，在制定具體回收方案時(shí)，首先要測量循環(huán)廢水的溫度、pH值、濁度、鐵鋁含量，通過工業(yè)實(shí)驗(yàn)確定水處理車間的能夠處理水質(zhì)的臨界參數(shù)，工業(yè)實(shí)驗(yàn)中可以參考表2中所列的監(jiān)測項(xiàng)目對(duì)回收過程進(jìn)行監(jiān)測。在水處理過程中，雙介質(zhì)過濾器去除了間冷循環(huán)廢水中大部分的鐵懸浮物，超濾進(jìn)一步去除鐵的腐蝕產(chǎn)物，在進(jìn)入反滲透之前，水中鐵的腐蝕產(chǎn)物幾乎完全除掉，反滲透系統(tǒng)除掉了間冷循環(huán)廢水中的鋁，經(jīng)過這三個(gè)步驟的處理，可以滿足后續(xù)離子交換的進(jìn)水水質(zhì)要求。當(dāng)雙介質(zhì)過濾器入水的濁度大于30NTU時(shí)，雙介質(zhì)過濾器出水、超濾出水濁度都不能滿足控制指標(biāo)，當(dāng)雙介質(zhì)過濾器入水濁度為14.7NTU以下時(shí)，雙介質(zhì)過濾器出水、超濾出水濁度能夠滿足控制指標(biāo)。工業(yè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明通過混合間冷循環(huán)廢水和廠區(qū)生水的方式調(diào)解進(jìn)水水質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)間冷循環(huán)廢水回收是完全可行的，是一種環(huán)保經(jīng)濟(jì)的處理方式。(來源：寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司，西安熱工研究院有限公司)