SCAL型間冷系統(tǒng)循環(huán)廢水回收處理

　　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，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)價值，但是目前尚無間冷循環(huán)廢水回收的相關(guān)經(jīng)驗。根據(jù)SCAL型間冷循環(huán)水的特點，通過理論分析和現(xiàn)場工業(yè)實驗對這一問題進(jìn)行研究。

　　1、間冷循環(huán)廢水回收對水處理系統(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)對比見表1。由于間冷循環(huán)水換水時水質(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，對于每一臺水處理設(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，重點分析間冷循環(huán)廢水回收過程對雙介質(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)的鐵主要會在該裝置中去除。進(jìn)水的濁度較大會增加雙介質(zhì)過濾器的工作強(qiáng)度，當(dāng)進(jìn)水的濁度太大時，其出水的濁度指標(biāo)不能達(dá)標(biāo)，會對后續(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，會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)過濾器對于進(jìn)水的pH值也有一定的限制，當(dāng)水pH值大于9時，會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)有全流過濾和錯流過濾兩種運(yùn)行模式，全流過濾時，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。而錯流過濾時，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，需要重點監(jiān)測間冷循環(huán)廢水的水溫，并根據(jù)進(jìn)水濁度及時調(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會成為氧化反應(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)實驗，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)實驗研究

　　2.1 現(xiàn)場工業(yè)實驗方案

　　共進(jìn)行兩種工況條件下的現(xiàn)場工業(yè)實驗：

　　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。

　　實驗期間為了檢測各水處理設(shè)備對水質(zhì)的耐受極限，在變更水質(zhì)條件時，檢測水處理設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行一段時間后的水質(zhì)指標(biāo)，因此在本工業(yè)實驗中分別監(jiān)測兩種工況下運(yùn)行30min和運(yùn)行50min時各水處理設(shè)備的運(yùn)行指標(biāo)。在工業(yè)實驗過程中使用的間冷循環(huán)廢水已經(jīng)冷卻至室溫約25℃，因此實驗過程中沒有再對水的溫度進(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)廢水回收對雙介質(zhì)過濾器的影響

　　按照兩種工況對間冷循環(huán)廢水進(jìn)行處理時，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，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)廢水回收對超濾過濾器的影響

　　按照兩種工況對間冷循環(huán)廢水進(jìn)行處理時，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，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，但長時間在這種條件下運(yùn)行會縮短保安過濾器濾芯使用壽命。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計，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，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)廢水回收對反滲透系統(tǒng)的影響

　　兩種工況下對間冷循環(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，SDI值為3.3，高于反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求，會污染反滲透膜，縮短反滲透膜的使用壽命。以50%工況運(yùn)行時，各項指標(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，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)實驗表明，間冷循環(huán)廢水引入水處理系統(tǒng)對于雙介質(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，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)實驗確定水處理車間的能夠處理水質(zhì)的臨界參數(shù)，工業(yè)實驗中可以參考表2中所列的監(jiān)測項目對回收過程進(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，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，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)實驗結(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)