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(nèi)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(fù)合式預(yù)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(diǎn)說明了復(fù)合式預(yù)處理的主要設(shè)計思路和具體操作辦法。由第三方檢測機(jī)構(gòu)出具的實際運(yùn)行數(shù)據(jù)以及最終檢測報告證明，采用復(fù)合式預(yù)處理組合反滲透工藝處理高含鹽廢水，可以實現(xiàn)廢水零排放和回用。此外，對復(fù)合式預(yù)處理組合反滲透工藝處理高含鹽廢水提出了改進(jìn)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(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗，由山東電力工程咨詢院有限責(zé)任公司進(jìn)行總承包，于2006年2月開工，2007年12月投產(chǎn)，是當(dāng)時國內(nèi)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(shù)及工業(yè)廢水回用技術(shù)，耗水量僅為245×10⁴ m³/a，耗水指標(biāo)僅為0.018m³/(s·GW)，優(yōu)于同地區(qū)、同類機(jī)組的用水指標(biāo)。為了進(jìn)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(fù)合式預(yù)處理組合反滲透工藝”作為核心技術(shù)，實施了“全廠工業(yè)廢水零排放工程”的系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)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(shè)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(fù)合式預(yù)處理組合反滲透工藝”進(jìn)行綜合處理并且實現(xiàn)系統(tǒng)回用，該廢水零排放系統(tǒng)總裝機(jī)容量為258 kW，總運(yùn)行容量為201 kW，直接運(yùn)行成本為1.18元/m³。

2 廢水水質(zhì)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(xué)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(nèi)的循環(huán)水是混凝澄清處理后的黃河水，冷卻方式為機(jī)械通風(fēng)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(jī)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(diǎn)，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(xué)車間排污水

化學(xué)車間排污水是化學(xué)車間鍋爐補(bǔ)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(xué)車間鍋爐補(bǔ)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(jīng)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(jī)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(diǎn)，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(nèi)4臺鍋爐定期排放廢水，平均排放量為27.6m³/h，爐側(cè)疏放水平均排放量為4 m³/h，機(jī)側(cè)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(jī)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(quán)平均得到各項進(jìn)水水質(zhì)。根據(jù)電廠用水要求，本系統(tǒng)中所生產(chǎn)的產(chǎn)品水將用于化學(xué)車間鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的補(bǔ)充水、循環(huán)水的補(bǔ)水。設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計進(jìn)、出水水質(zhì)

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(xiàn)全廠工業(yè)廢水零排放的工程,因此要求全廠廢水均能達(dá)到合理利用。采用以下方式進(jìn)行水平衡設(shè)置，并據(jù)此組建工業(yè)廢水零排放處理系統(tǒng)。

① 反滲透系統(tǒng)設(shè)計出力為100 m³/h。

② 復(fù)合式組合預(yù)處理系統(tǒng)設(shè)計出力為200 m³/h。

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

④ 處理后產(chǎn)品水一部分作為化學(xué)車間鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的補(bǔ)充水，另一部分作為輔機(jī)冷卻系統(tǒng)的補(bǔ)充水。

⑤ 最終5.0 m³/h 高濃度含鹽廢水應(yīng)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(fù)合預(yù)處理組合反滲透系統(tǒng)的工藝流程見圖1。

圖1 復(fù)合式預(yù)處理及反滲透工藝

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

復(fù)合式預(yù)處理組合反滲透工藝是通過緩沖池實現(xiàn)三股廢水的均勻混合，再經(jīng)氣浮池進(jìn)行油水分離和去除一些機(jī)械雜質(zhì)，氣浮池出水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)過機(jī)械加速澄清池用石灰法去除水中的硬度，機(jī)械加速澄清池出水經(jīng)過弱酸床、鈉床等進(jìn)一步軟化，此時的產(chǎn)品水再通過脫氣去除二氧化碳，經(jīng)中間水箱暫存，后加壓進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，經(jīng)反滲透系統(tǒng)脫鹽后，產(chǎn)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(shù)

① 廢水收集輸送系統(tǒng)

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

調(diào)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(jié)構(gòu)；采用潛水泵3臺，2用1備，流量為120 m³/h，揚(yáng)程為0.15 MPa，鑄鐵材質(zhì)。

② 石灰軟化系統(tǒng)

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

機(jī)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(yùn)行可靠、維護(hù)量小的設(shè)備。石灰乳制備及投加系統(tǒng)設(shè)有沖洗設(shè)施。加藥設(shè)備材質(zhì)采用不銹鋼或襯塑（膠）材質(zhì)。

設(shè)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(yuǎn)程操作。根據(jù)在線水質(zhì)檢測系統(tǒng)可自動調(diào)節(jié)加藥量，有良好的耐沖擊負(fù)荷特性，不受流量或水質(zhì)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(bǔ)充外，實現(xiàn)無人值守。

石灰澄清池設(shè)計出力為120 m³/h，2座,圓形，設(shè)備直徑為11 m，高度為6.5m，回流量/進(jìn)水量為3~5，分離區(qū)設(shè)計上升流速為0.7 mm/s。澄清池除池壁為混凝土結(jié)構(gòu)外，其他構(gòu)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(jī)1臺,N=3kW，刮泥機(jī)1臺，N=0.75 kW；并有附屬設(shè)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(shè)計出力為100 m³/h，2用1備；鈉離子交換器2套，設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(shè)2套，每套可以單獨(dú)運(yùn)行，也可同時運(yùn)行。膜元件采用抗污染復(fù)合膜，膜使用壽命不小于5年。反滲透單元為2套，設(shè)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(shè)計出力為60m³/h，立式圓筒，設(shè)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(shè)計流量為60 m³/h，揚(yáng)程為1.80 MPa。配套反滲透化學(xué)清洗設(shè)備、還原劑加藥設(shè)備、阻垢劑加藥設(shè)備各一套。

4 設(shè)計特點(diǎn)

① 復(fù)合式預(yù)處理

復(fù)合式預(yù)處理方式的要點(diǎn)在于使反滲透系統(tǒng)的結(jié)垢性風(fēng)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(jié)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(yù)去除。

② 對濃水進(jìn)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(dá)95%，則濃縮倍率達(dá)20倍，因此濃水中TDS高達(dá)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(xiàn)了廢水的零排放

通過復(fù)合式預(yù)處理結(jié)合高回收率反滲透系統(tǒng)的設(shè)計，使得系統(tǒng)回收率達(dá)到95%，同時，對于剩余的5%濃水進(jìn)行合理利用，這樣的設(shè)計安排，使得全廠廢水達(dá)到零排放的要求，不但實現(xiàn)了節(jié)約資源，而且實現(xiàn)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(yùn)行可靠穩(wěn)定；系統(tǒng)的回收率可達(dá)85%～95％，脫鹽率通�？蛇_(dá)90%以上。

⑤ 全自動程控系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)全部采用全自動程控設(shè)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(fēng)險。

⑥ 良好的經(jīng)濟(jì)實用性

將化學(xué)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(yùn)行費(fèi)用見表2，但運(yùn)行成本中不包括膜更換費(fèi)用、人工成本及固定資產(chǎn)折舊。

表2 運(yùn)行費(fèi)用分析

5 運(yùn)行效果

該項目自2010年7月竣工，系統(tǒng)經(jīng)過連續(xù)運(yùn)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(jìn)行現(xiàn)場測試和取樣化驗。驗收結(jié)果顯示：①系統(tǒng)出水水質(zhì)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(dá)到保證值要求，但是較國內(nèi)外同等系統(tǒng)而言，其實際運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)開創(chuàng)了國內(nèi)反滲透系統(tǒng)在濃鹽水回收領(lǐng)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(dá)到世界先進(jìn)水平。

最新了解到的運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，截止到2014年9月，神華億利電廠的應(yīng)用復(fù)合式預(yù)處理結(jié)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(dá)到86%~88%，年衰減率為3.1%，遠(yuǎn)低于設(shè)計值(7%)。同時，在本套系統(tǒng)運(yùn)行的第四年，神華億利電廠開始進(jìn)行了第一次膜系統(tǒng)更換的招標(biāo)工作，預(yù)計在2015年下半年進(jìn)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(jìn)、展望和不足

① 改進(jìn)

復(fù)合式預(yù)處理結(jié)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(zhì)綜合利用聯(lián)產(chǎn)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(yīng)用。在改進(jìn)后的復(fù)合式預(yù)處理環(huán)節(jié)中，又增加了針對有機(jī)污染物處理的預(yù)處理單元P-MBR改進(jìn)型膜生物反應(yīng)發(fā)生器，采用高密度沉淀池來代替機(jī)械加速澄清池進(jìn)行石灰軟化，進(jìn)一步加強(qiáng)了石灰軟化系統(tǒng)的除硬效率，而且大大降低了設(shè)備的占地面積、運(yùn)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(xiàn)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(kuò)展，這兩個產(chǎn)業(yè)均是用水大戶，復(fù)合式預(yù)處理結(jié)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(fù)合式預(yù)處理結(jié)合反滲透工藝的高效反滲透系統(tǒng)可以使回收率達(dá)到85%~90%甚至是95%以上（視具體水質(zhì)水量而定），然而對于很多煤化工產(chǎn)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(dǎo)致系統(tǒng)回收率不能穩(wěn)定于90%以上，通常被設(shè)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(jìn)一步提高系統(tǒng)回收率應(yīng)為進(jìn)一步探索的目標(biāo)。

（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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