張利君¹，梅巖²，孫俊²，周珩³

(1.神華神東電力公司薩拉齊發(fā)電廠，內蒙古包頭014100；2.北京新源國能科技有限公司，北京100015)

摘要：主要介紹了復合式預處理組合反滲透工藝用于處理神華億利發(fā)電廠高含鹽廢水的工程實踐情況，重點說明了復合式預處理的主要設計思路和具體操作辦法。由第三方檢測機構出具的實際運行數據以及最終檢測報告證明，采用復合式預處理組合反滲透工藝處理高含鹽廢水，可以實現廢水零排放和回用。此外，對復合式預處理組合反滲透工藝處理高含鹽廢水提出了改進建議。

1 工程概況

神華億利4×200 MW煤矸石自備電廠（簡稱神華億利電廠），位于內蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達拉特旗，由山東電力工程咨詢院有限責任公司進行總承包，于2006年2月開工，2007年12月投產，是當時國內最大的煤矸石電廠。由于它建于缺水的北方干旱地區(qū)，因此采用了直接空冷技術及工業(yè)廢水回用技術，耗水量僅為245×10⁴ m³/a，耗水指標僅為0.018m³/(s·GW)，優(yōu)于同地區(qū)、同類機組的用水指標。為了進一步解決耗水問題，加大節(jié)能環(huán)保的力度，該廠于2009年10月采用“復合式預處理組合反滲透工藝”作為核心技術，實施了“全廠工業(yè)廢水零排放工程”的系統(tǒng)建設，實現了全廠廢水零排放。神華億利電廠的“全場工業(yè)廢水零排放工程”是北方缺水地區(qū)電力建設的成功嘗試，獲得了2011年第五屆國家工程總承包“銀鑰匙獎”。

神華億利電廠的廢水總量為139.6 m³/h，該廢水零排放系統(tǒng)采用“復合式預處理組合反滲透工藝”進行綜合處理并且實現系統(tǒng)回用，該廢水零排放系統(tǒng)總裝機容量為258 kW，總運行容量為201 kW，直接運行成本為1.18元/m³。

2 廢水水質及水量

神華億利電廠的廢水來源主要由循環(huán)冷卻塔排污水、化學車間排污水和全廠工業(yè)廢水三部分組成。

① 循環(huán)冷卻塔排污水

廠區(qū)內的循環(huán)水是混凝澄清處理后的黃河水，冷卻方式為機械通風冷卻塔，濃縮倍率為2.5倍，而在循環(huán)水系統(tǒng)中需要添加一定量的緩蝕阻垢劑和殺菌劑。因此，其循環(huán)水的排污水中含有一定量的有機污染物，具有含鹽量高、硬度較高、SS相對不高以及連續(xù)排放且排污量穩(wěn)定的特點，水量為45 m³/h,pH值為8.8，COD_Mn為16 mg/L，Ca²⁺為62.9 mg/L，Mg²⁺為49.6 mg/L，TDS為1 620mg/L。

② 化學車間排污水

化學車間排污水是化學車間鍋爐補給水除鹽處理系統(tǒng)排放的濃鹽水。因為神華億利電廠化學車間鍋爐補給水處理系統(tǒng)采用超濾+反滲透+離子交換除鹽的處理工藝，所以該排污水包括了反滲透系統(tǒng)的清洗水和濃排水以及經中和處理后的離子交換樹脂的再生廢水。這三部分水混合后具有有機污染物濃度較低、含鹽量較高、硬度很高、SS相對不高，以及連續(xù)排放且排污量穩(wěn)定的特點，廢水排放量為46 m³/h,pH值為8.4，COD_Mn＜10 mg/L，Ca²⁺為131 mg/L，Mg²⁺為111 mg/L，TDS為1 140mg/L。

③ 全廠工業(yè)廢水

全廠工業(yè)廢水主要來源：電廠內4臺鍋爐定期排放廢水，平均排放量為27.6m³/h，爐側疏放水平均排放量為4 m³/h，機側疏放水平均排放量為3 m³/h，主廠房冬季采暖疏水為3 m³/h，無閥濾池沖洗水為6 m³/h，主廠房沖洗水為3 m³/h，其他排污水為5 m³/h，這幾股水混合起來，有機污染物濃度不高，含鹽度量很低，硬度較高，有一定的SS污染物，排放不連續(xù)，排污量不夠穩(wěn)定，總水量為48.6 m³/h。

廢水pH值為9.47，COD_Mn＜10 mg/L，Ca²⁺為2.8 mg/L，Mg²⁺為2.4 mg/L，TDS為39.2 mg/L。

以上三部分水混合后，加權平均得到各項進水水質。根據電廠用水要求，本系統(tǒng)中所生產的產品水將用于化學車間鍋爐補給水系統(tǒng)的補充水、循環(huán)水的補水。設計進、出水水質見表1。

表1 設計進、出水水質

3 廢水零排放系統(tǒng)的工藝選擇

3.1 工藝流程

由于本項目是實現全廠工業(yè)廢水零排放的工程,因此要求全廠廢水均能達到合理利用。采用以下方式進行水平衡設置，并據此組建工業(yè)廢水零排放處理系統(tǒng)。

① 反滲透系統(tǒng)設計出力為100 m³/h。

② 復合式組合預處理系統(tǒng)設計出力為200 m³/h。

③ 反滲透處理系統(tǒng)實際產水量為95 m³/h，系統(tǒng)回收率為95%。

④ 處理后產品水一部分作為化學車間鍋爐補給水處理系統(tǒng)的補充水，另一部分作為輔機冷卻系統(tǒng)的補充水。

⑤ 最終5.0 m³/h 高濃度含鹽廢水應用灰場降塵、煤漿摻水、鈉離子交換樹脂的再生鹽液配制用水。

復合預處理組合反滲透系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

圖1 復合式預處理及反滲透工藝

考慮到本廠高含鹽廢水的特點，針對高含鹽量、高硬度、少量固體懸浮物顆粒及雜質、少量油類、少量有機污染物、水量排放不穩(wěn)定、有季節(jié)性差別等特點，設置復合式的預處理去除油、硬度、懸浮物、有機污染物等，通過反滲透系統(tǒng)進行脫鹽，從而實現了高含鹽廢水的綜合處理及回用。

復合式預處理組合反滲透工藝是通過緩沖池實現三股廢水的均勻混合，再經氣浮池進行油水分離和去除一些機械雜質，氣浮池出水進入調節(jié)池，經過機械加速澄清池用石灰法去除水中的硬度，機械加速澄清池出水經過弱酸床、鈉床等進一步軟化，此時的產品水再通過脫氣去除二氧化碳，經中間水箱暫存，后加壓進入反滲透系統(tǒng)，經反滲透系統(tǒng)脫鹽后，產品水回用，濃水則排放至廢水池，作為噴灑降塵，煤漿摻水，以及離子交換樹脂的再生鹽液配制用水。

3.2 主要處理單元及參數

① 廢水收集輸送系統(tǒng)

化學車間排污水泵將化學車間排污水送至工業(yè)廢水調節(jié)池，循環(huán)冷卻塔排污水自流至工業(yè)廢水調節(jié)池，均勻水質、水量后通過水泵提升進入澄清池。

調節(jié)池為全地下式，尺寸為12.5 m×8.5 m×5.5 m，鋼筋混凝土結構；采用潛水泵3臺，2用1備，流量為120 m³/h，揚程為0.15 MPa，鑄鐵材質。

② 石灰軟化系統(tǒng)

調節(jié)池廢水經過水泵提升進入澄清池，在澄清池中實施石灰處理反應、絮凝澄清過程。根據在線水質監(jiān)測系統(tǒng)對來水的流量及水質進行自動調節(jié)加藥。澄清池出水通過加鹽酸調節(jié)pH后進入中間水池，中間水池停留時間按不小于0.5 h考慮。

機械攪拌澄清池采用自動加石灰混凝處理，石灰粉計量系統(tǒng)選用運行可靠、維護量小的設備。石灰乳制備及投加系統(tǒng)設有沖洗設施。加藥設備材質采用不銹鋼或襯塑（膠）材質。

設有泥渣回流系統(tǒng)、自動排泥系統(tǒng)，單因子加藥自動控制系統(tǒng)，人工遠程操作。根據在線水質檢測系統(tǒng)可自動調節(jié)加藥量，有良好的耐沖擊負荷特性，不受流量或水質變化的影響。

消石灰儲存計量系統(tǒng)除正常巡視和石灰筒倉的藥劑補充外，實現無人值守。

石灰澄清池設計出力為120 m³/h，2座,圓形，設備直徑為11 m，高度為6.5m，回流量/進水量為3~5，分離區(qū)設計上升流速為0.7 mm/s。澄清池除池壁為混凝土結構外，其他構件全部為Q235-B鋼材，包含：渣漿泵3臺，Q=10 m³/h，H=0.20 MPa；攪拌機1臺,N=3kW，刮泥機1臺，N=0.75 kW；并有附屬設備石灰儲存計量系統(tǒng)、聚鐵加藥裝置、聚丙烯酰胺（PAM）加藥裝置各一套。

③ 離子交換系統(tǒng)

離子交換系統(tǒng)包括前置高效過濾器3套，設計出力為100 m³/h，2用1備；鈉離子交換器2套，設計出力為100 m³/h，流速為20 m/h，DN2 500，H=5.3 m，P=0.6MPa，逆流再生。弱酸陽離子交換器2套，設計出力為100 m³/h，DN2 500,流速為20 m/h，H=5.3m，P=0.6 MPa，逆流再生。除碳器系統(tǒng)一套，設計出力為110m³/h，DN1 600，填料高度為4000 mm，碳鋼襯膠。脫氣水池1座，容積為100 m³，尺寸為5 m×8 m×3 m，鋼筋混凝土防腐結構，配軟化水泵3臺，Q=60 m³/h，H=0.35 MPa，采用臥式離心泵。

④ 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)設2套，每套可以單獨運行，也可同時運行。膜元件采用抗污染復合膜，膜使用壽命不小于5年。反滲透單元為2套，設計出力為50m³/h，排列方式為1級2段，回收率為95%，脫鹽率為93%，通量為18.7L/(m²·h)，水通量年衰減率為7%，膜元件總量為144根。保安過濾器為2臺，設計出力為60m³/h，立式圓筒，設計壓力為0.6 MPa。配套高壓泵2臺，采用單級臥（立）式離心泵，設計流量為60 m³/h，揚程為1.80 MPa。配套反滲透化學清洗設備、還原劑加藥設備、阻垢劑加藥設備各一套。

4 設計特點

① 復合式預處理

復合式預處理方式的要點在于使反滲透系統(tǒng)的結垢性風險降為零，最大限度地提高系統(tǒng)回收率。針對來水中可能使反滲透系統(tǒng)結垢的鈣、鎂、鋇、鍶等離子，采用高效石灰澄清加離子交換方式預去除。

② 對濃水進行合理利用

由于高含鹽量廢水處理回用系統(tǒng)的濃水排放量很小。以本廠為例，回收率達95%，則濃縮倍率達20倍，因此濃水中TDS高達20 000mg/L，其中氯化鈉濃度很高，可將其作為軟化工藝再生液的配藥溶液。通過灰場噴灑抑塵除塵，煤漿加水綜合使用，使得最終外排的濃水得到了綜合利用。

③ 真正實現了廢水的零排放

通過復合式預處理結合高回收率反滲透系統(tǒng)的設計，使得系統(tǒng)回收率達到95%，同時，對于剩余的5%濃水進行合理利用，這樣的設計安排，使得全廠廢水達到零排放的要求，不但實現了節(jié)約資源，而且實現了減少污染，一舉兩得。

④ 成熟的水處理工藝組合

由于該工藝每個單元均屬于常規(guī)成熟的工藝方法，整個處理系統(tǒng)運行可靠穩(wěn)定；系統(tǒng)的回收率可達85%～95％，脫鹽率通�？蛇_90%以上。

⑤ 全自動程控系統(tǒng)的設計

本系統(tǒng)全部采用全自動程控設計,包括廢水收集提升、石灰溶藥加藥、離子交換、反滲透系統(tǒng)、污泥處理車間以及石灰、聚鐵的卸藥和加藥,大大降低了人工成本，也避免了因人工操作帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定性和風險。

⑥ 良好的經濟實用性

將化學水處理的濃水以及循環(huán)水的外排水再次脫鹽回用，為企業(yè)在節(jié)水方面開辟了新路，同時使用系統(tǒng)外排濃水作為軟化工藝再生液的配藥溶液，節(jié)約了工業(yè)鹽的使用量。運行費用見表2，但運行成本中不包括膜更換費用、人工成本及固定資產折舊。

表2 運行費用分析

5 運行效果

該項目自2010年7月竣工，系統(tǒng)經過連續(xù)運行3個月后，由神華億利電廠委托第三方——西安熱工研究院有限公司進行現場測試和取樣化驗。驗收結果顯示：①系統(tǒng)出水水質符合回用要求；反滲透系統(tǒng)平均回收率為92.53%，1#、2#反滲透平均脫鹽率分別為95.19%、95.57%。②廢水處理系統(tǒng)回收率為94.5%，系統(tǒng)自耗水率為5.5%。③雖然在重力濾池硬度和陰陽離子交換床單元自耗水率，以及總體的系統(tǒng)自耗水率上，未能達到保證值要求，但是較國內外同等系統(tǒng)而言，其實際運行參數已經開創(chuàng)了國內反滲透系統(tǒng)在濃鹽水回收領域的先河。同時，在整體的系統(tǒng)回收率、脫鹽率、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，均已達到世界先進水平。

最新了解到的運行數據顯示，截止到2014年9月，神華億利電廠的應用復合式預處理結合反滲透工藝的高效反滲透系統(tǒng)的系統(tǒng)回收率仍能達到86%~88%，年衰減率為3.1%，遠低于設計值(7%)。同時，在本套系統(tǒng)運行的第四年，神華億利電廠開始進行了第一次膜系統(tǒng)更換的招標工作，預計在2015年下半年進行反滲透膜元件的更換。較之反滲透膜元件的推薦使用年限也延長了2年。

6 改進、展望和不足

① 改進

復合式預處理結合反滲透的工藝先后在新疆慶華煤制天然氣項目濃鹽水回用工程、新疆慶華蘇拉宮工業(yè)園煤炭分質綜合利用聯產項目中水處理廠EPC項目、神華陜西甲醇下游加工項目、神東電力公司薩拉齊電廠廢水處理系統(tǒng)改造工程等5個工程中得以應用。在改進后的復合式預處理環(huán)節(jié)中，又增加了針對有機污染物處理的預處理單元P-MBR改進型膜生物反應發(fā)生器，采用高密度沉淀池來代替機械加速澄清池進行石灰軟化，進一步加強了石灰軟化系統(tǒng)的除硬效率，而且大大降低了設備的占地面積、運行能耗。

② 展望

由于我國西北及華北的廣大地區(qū)屬于貧水地區(qū)，而我國現階段的煤化工和電力布局又主要再向西北地區(qū)以及華北地區(qū)北部擴展，這兩個產業(yè)均是用水大戶，復合式預處理結合反滲透工藝的處理方法有著極為廣闊的發(fā)展空間。

③ 不足

復合式預處理結合反滲透工藝的高效反滲透系統(tǒng)可以使回收率達到85%~90%甚至是95%以上（視具體水質水量而定），然而對于很多煤化工產業(yè)，由于污染物種類繁雜，難以一一去除，系統(tǒng)含鹽量過高等問題導致系統(tǒng)回收率不能穩(wěn)定于90%以上，通常被設置為85%左右。因此，今后在多污染物、大水量、高鹽含量廢水中如何進一步提高系統(tǒng)回收率應為進一步探索的目標。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第20期“工程實例”欄目）

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