熱電廠中水回用系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,工業(yè)區(qū)集中供熱規(guī)模不斷擴(kuò)大,常規(guī)水處理系統(tǒng)在水質(zhì)和水量上都無法滿足需求,加上淡水資源緊張,中水回用開始得到廣泛應(yīng)用〔1〕。杭州灣新區(qū)某熱電廠,一期工程裝有2臺75 t/h循環(huán)流化床鍋爐,二、三期工程為3×130 t/h循環(huán)流化床鍋爐,從2007年開始,該廠將水源從地表水更換為開發(fā)區(qū)污水處理廠中水,分三期擴(kuò)建了4×100 m3/h的鍋爐補(bǔ)給水處理裝置,采用超濾加兩級反滲透工藝替換原有陰、陽離子交換系統(tǒng)。筆者就該項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行情況和性能指標(biāo)作簡要介紹。

　　1 原水水質(zhì)

　　由于地表水資源緊張,該廠新建項(xiàng)目水源改為開發(fā)區(qū)污水處理廠處理后排水。根據(jù)現(xiàn)場取樣測試報(bào)告,原水水質(zhì)存在一定范圍的波動,典型水質(zhì)分析數(shù)據(jù)如表 1所示。

　　由表 1可見,原水水質(zhì)較差,有機(jī)物和含鹽量較高,電導(dǎo)率基本在4 000 μS/cm以上。

　　2 工藝流程

　　根據(jù)項(xiàng)目水質(zhì)和現(xiàn)場實(shí)際情況,采用膜技術(shù)為核心工藝進(jìn)行中水回用處理〔2〕。系統(tǒng)工藝流程為：污水處理廠來中水→反應(yīng)沉淀池→高效纖維過濾器→清水池→清水泵→加熱器→自清洗過濾器→超濾裝置→超濾水箱→超濾水泵→一級保安過濾器→一級高壓泵→一級RO裝置→一級淡水箱→一級淡水泵→二級高壓泵→二級RO裝置→二級淡水箱。進(jìn)入超濾系統(tǒng)前加入殺菌劑,控制原水中微生物的生長;進(jìn)入一級RO系統(tǒng)前投加還原劑和阻垢劑,防止結(jié)垢和氧化;進(jìn)入二級RO系統(tǒng)前加堿,除去二氧化碳,提高脫鹽率。

　　3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　整個(gè)中水回用系統(tǒng)分為預(yù)處理區(qū)域和膜處理車間。項(xiàng)目分三期建設(shè),一期2套,二、三期各1套,單套出力100 m3/h,土建及公用工程一次完成。

　　3.1 預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　預(yù)處理系統(tǒng)包含網(wǎng)格絮凝沉淀池和高效纖維過濾器。污水處理廠中水通過管道輸送到網(wǎng)格絮凝沉淀池的絮凝段,進(jìn)水前加絮凝劑混合。在絮凝池中原水通過混合反應(yīng),形成大顆粒的礬花,經(jīng)過斜管沉淀池的加速沉淀,出水得到凈化。沉淀池出水通過提升泵送到高效纖維過濾器后進(jìn)入清水池。

　　網(wǎng)格絮凝沉淀池結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,維護(hù)管理簡單,藥劑混合無需動力,運(yùn)行費(fèi)用較低。高效纖維過濾器由獨(dú)特的自適應(yīng)纖維濾料和過濾器罐體構(gòu)成,采用專用的深溝道窄縫柵網(wǎng),過濾精度高,過濾速度快,反洗采用水和空氣聯(lián)合反沖,由過濾器底部通入,將因過濾壓實(shí)的濾床沖散。由于自適應(yīng)濾料的特性,附著在濾料上的污垢很容易脫落,從而達(dá)到快速沖洗干凈的目的。預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)置3用1備,單列出水220 m3/h。

　　3.2 超濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　超濾系統(tǒng)包含網(wǎng)式自清洗過濾器、混合式加熱器和超濾裝置,采用單元制配置。

　　網(wǎng)式自清洗過濾器主要用于去除水中的細(xì)小顆粒、懸浮物等雜質(zhì),并通過馬達(dá)驅(qū)動濾網(wǎng)內(nèi)的兩把清洗刷轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)自動清洗。該項(xiàng)目配制的網(wǎng)式過濾器過濾精度為150 μm,單臺設(shè)計(jì)出力330 m3/h,共2臺。

　　混合式加熱器用于控制給水溫度,維持膜系統(tǒng)運(yùn)行溫度在20~25 ℃,采用汽水混合加熱,有效減少蒸汽用量,降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。單臺設(shè)計(jì)出力330 m3/h,共2臺。

　　超濾裝置主要用于去除水中大分子有機(jī)物和膠體等,使最終產(chǎn)水滿足反滲透進(jìn)水要求。該項(xiàng)目超濾膜元件采用美國陶氏公司的SFR 2860,膜有效過濾面積52 m2,設(shè)計(jì)死端過濾方式,運(yùn)行通量55.5L/(m2·h),單套裝置52支膜元件,出力150 m3/h,共4套。

　　超濾系統(tǒng)過濾周期為30 min,采用產(chǎn)水進(jìn)行反沖洗,反洗通量為100~150 L/(m2·h),反洗時(shí)投加次氯酸鈉殺菌。運(yùn)行2 h后進(jìn)行一次氣水聯(lián)合反沖洗,采用0.1 MPa的無油壓縮空氣擦洗,每支超濾膜氣洗強(qiáng)度為7~12 Nm3/h。超濾系統(tǒng)設(shè)有化學(xué)清洗裝置,當(dāng)污染物黏附在膜表面,僅通過機(jī)械力無法將其去除時(shí),就需要通過化學(xué)清洗來去除。

　　3.3 反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　反滲透系統(tǒng)主要去除水中溶解鹽類。該工程反滲透膜元件均采用陶氏公司產(chǎn)品,一級型號為BW30-365FR,二級型號為BW30-400。反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如表 2所示。

　　該工程反滲透系統(tǒng)設(shè)置4列,每列產(chǎn)水100 m3/h,均采用一級二段排列,每根壓力容器安裝6根反滲透膜。一級反滲透脫鹽率設(shè)計(jì)為98%,二級反滲透脫鹽率設(shè)計(jì)為97%,反滲透系統(tǒng)整體脫鹽率設(shè)定為95%。

　　4 系統(tǒng)運(yùn)行

　　該項(xiàng)目三期工程分別于2007年、2009年和2010年底調(diào)試出水,到目前為止,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,出水水質(zhì)滿足后續(xù)離子交換系統(tǒng)要求。

　　4.1 預(yù)處理系統(tǒng)

　　預(yù)處理系統(tǒng)主要控制指標(biāo)為懸浮物和濁度,通過在線濁度儀連續(xù)監(jiān)測產(chǎn)水濁度。預(yù)處理投加聚合氯化鋁作為絮凝劑,正常加藥量30 mg/L。由于原水水質(zhì)較差,沉淀污泥較多,系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動排泥閥進(jìn)行定期排泥,并根據(jù)進(jìn)水濁度變化手動調(diào)節(jié)絮凝劑投入量,正常情況下高效過濾器出水濁度可維持在5 NTU以下。

　　4.2 超濾系統(tǒng)

　　超濾系統(tǒng)采用PVDF膜材質(zhì),適用清洗pH范圍較廣,能較好地適用于污染水質(zhì)。系統(tǒng)投運(yùn)初期,超濾運(yùn)行穩(wěn)定,壓差控制在0.08 MPa以下,產(chǎn)水SDI不超過2,濁度小于0.1 NTU。運(yùn)行3個(gè)月后,壓差上升速度變快,氣水反洗恢復(fù)效果不明顯,采用鹽酸和氫氧化鈉進(jìn)行化學(xué)清洗,壓差重新恢復(fù)至0.03~0.05 MPa之間。目前維持3個(gè)月左右一次化學(xué)清洗。超濾系統(tǒng)產(chǎn)水壓差變化如圖 1所示。

圖 1 超濾跨膜壓差隨時(shí)間變化

　　4.3 反滲透系統(tǒng)

　　反滲透自投運(yùn)后運(yùn)行穩(wěn)定,壓差及水質(zhì)變化較小,尤其是二級反滲透產(chǎn)水,跨膜壓差不超過0.2 MPa,產(chǎn)水電導(dǎo)長期維持在2 μS/cm以下。2013年反滲透運(yùn)行中的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表 3所示。

　　由表 3可見,一級反滲透跨膜壓差保持在0.3~0.4 MPa之間,脫鹽率在98.6%以上,二級反滲透脫鹽率在97.4%以上,系統(tǒng)整體脫鹽率可達(dá)99.97%左右。通過在一級反滲透產(chǎn)水母管上投加NaOH調(diào)節(jié)pH至8左右,較大程度的消耗掉產(chǎn)水中的CO2,可有效減輕反滲透產(chǎn)水對管路的腐蝕〔3〕,提高二級反滲透的脫鹽率。

　　一級反滲透系統(tǒng)維持3~4個(gè)月進(jìn)行一次化學(xué)清洗,二級反滲透清洗頻率極低,通常在1 a以上。目前一、二期三套一級反滲透系統(tǒng)膜元件已經(jīng)進(jìn)行了更換,系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)。

　　4.4 投資及運(yùn)行成本

　　項(xiàng)目三期工程總投資共3 980萬元,其中土建工程1 256萬元,包含超濾反滲透車間及預(yù)處理土建構(gòu)筑物等。按照年運(yùn)行時(shí)間7 500 h,廠用電價(jià)0.36元/(kW·h)測算,系統(tǒng)直接運(yùn)行成本為2.54元/噸水,其中電費(fèi)所占比例最大,達(dá)到40%以上。運(yùn)行成本分析如表 4所示。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié)論

　　淡水資源的緊張,使得中水回用的呼聲日益高漲。作為用水大戶的火力發(fā)電廠,積極探索市政及工業(yè)中水作為鍋爐補(bǔ)給水的水源是充分利用水資源的有效途徑。

　　通過幾年的運(yùn)行實(shí)踐表明,該套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,產(chǎn)水水量及水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,出水經(jīng)混床后滿足除鹽水水質(zhì)要求。項(xiàng)目的工藝系統(tǒng)對工業(yè)中水進(jìn)行深度處理后回用至鍋爐補(bǔ)給水是可行的,具有較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。