1 工程概況
河北某熱電廠(chǎng)裝備2 臺300 MW 亞臨界燃煤供熱發(fā)電機組，使用附近某市政污水處理廠(chǎng)出水作為生產(chǎn)的唯一水源，由于該污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)經(jīng)常超標，其中進(jìn)水CODCr的質(zhì)量濃度最高達到800 ~1 200 mg/L，遠超過(guò)設計進(jìn)水水質(zhì)要求，因此，其回用至電廠(chǎng)的中水水質(zhì)也遠遠超出原設計的二級處理出水水質(zhì)標準。針對該市政污水處理廠(chǎng)出水的CODCr、SS 濃度及硅含量都比較高的特點(diǎn)，采用石灰澄清軟化-過(guò)濾-樹(shù)脂軟化-高效反滲透組合深度處理工藝，處理出水滿(mǎn)足設計要求，回收率較高，實(shí)現了系統的長(cháng)期穩定運行。高效反滲透專(zhuān)利技術(shù)［1］在國外已有工程應用，但在國內將其應用到市政污水的處理回用工程尚屬首次。
2 工藝設計
2．1 設計水質(zhì)、水量
采用某市政污水廠(chǎng)二級排放水為電廠(chǎng)唯一生產(chǎn)水源，根據GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規范》確定該循環(huán)冷卻塔的補水控制標準，水源水質(zhì)和補水標準如表1 所示。
表1 水源水質(zhì)和補水標準
注：硬度和堿度以CaCO3計
設計總進(jìn)水量為1 700 m3/h，經(jīng)過(guò)石灰軟化澄清和高效反滲透組合工藝處理后，設計出水量為1 000 m3/h，其中800 m3/h 的水量作為冷卻塔的循環(huán)水補充水，另外200 m3/h 的水量可以作為冬季供暖期間鍋爐循環(huán)水的補給水源。
2．2 工藝流程
對市政污水廠(chǎng)出水進(jìn)行深度處理，使其可回用作為電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水系統的補水和鍋爐補給水，常用工藝包括石灰澄清軟化法、超濾/微濾／MBR 聯(lián)合反滲透/納濾法、離子交換法、生化法等［2-3］。由于該污水CODCr、NH3-N、SS 濃度、硬度及堿度都較高，因此，石灰澄清軟化是唯一可行的、最經(jīng)濟的預處理辦法；高效反滲透技術(shù)能有效解決有機物污染和微生物滋生的問(wèn)題，并且能實(shí)現較高的回收率、脫鹽率和系統的經(jīng)濟、穩定運行［4］。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較，確定深度處理工藝流程如圖1 所示。
3 主要裝置設計參數
3．1 石灰軟化澄清處理系統
由2 座直徑為10 m的機械攪拌澄清池和5 座變孔隙濾池組成，機械攪拌澄清池單座設計出力為850 m3/h，變孔隙濾池單座設計出力為300 m3/h，濾速為7～12 m/h，調整石灰投加量為300 ~ 400mg/L，控制出水pH 值為10．0 ~ 10．5，聚鐵投加量為20 ~ 40 mg/L，PAM 投加量為0．5 ~ 1.0 mg/L，該系統能去除來(lái)水中大部分的SS 和膠體物質(zhì)、約30％的CODCr和90％的暫時(shí)硬度，利用硫酸調節pH 值至8．3 ~ 8．5，變孔隙濾池出水濁度降低至2 ~5 NTU，部分出水可直接補充到冷卻塔循環(huán)水池。
圖1 污水深度處理工藝流程
3．2 高效纖維過(guò)濾器
6 臺Φ3 000 mm×4 600 mm 的高效纖維過(guò)濾器，5 用1 備，每臺過(guò)濾器設計出力為220 m3/h，設計濾速為35 m/h。該過(guò)濾器具備濾速快，納污量大，反沖洗水量小的特點(diǎn)，采用氣水混合反沖洗，過(guò)濾器出水濁度降至1 ~ 2 NTU，保障了后續樹(shù)脂及反滲透系統不會(huì )受到懸浮物污染。
3．3 鈉型陽(yáng)離子交換器
8 臺Φ 3 000 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺設計出力為180 m3/h，采用新型殼層SST80 離子交換樹(shù)脂。通過(guò)鈉離子交換樹(shù)脂可以去除絕大部分硬度，出水硬度失效點(diǎn)為40 mg/L（以CaCO3計），失效后使用10％工業(yè)鹽液逆流再生，再生液用量為1 200 kg/次。
3．4 弱酸陽(yáng)離子交換器
8 臺Φ2 800 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺設計出力為180 m3/h，采用大孔弱酸樹(shù)脂D113。在去除堿度的同時(shí)完全去除鈉床出水中的殘余硬度。弱酸樹(shù)脂采用鹽酸（5％）再生，再生鹽酸（31％）用量為2 000 kg/次。
3．5 除碳器
除碳器由3 臺除碳風(fēng)機和1個(gè)500 m3的脫氣水箱組成，除碳器流速為60 m/h，并配有自動(dòng)加硫酸裝置，通過(guò)吹脫使得ρ（CO2）＜10 mg/L。
3．6 高效反滲透
高效反滲透系統為一級兩段，其中一段3個(gè)單元，二段4個(gè)單元，一段每單元設28 根膜殼，每根膜殼有8 支膜元件，3個(gè)單元共672 支Dow30-440i 膜；二段每單元設6 根膜殼，每根膜殼有8支膜元件，共192 支Dow30-440i 膜，膜系統的設計通量為28．22 L/（m2·h），膜系統回收率為85％，在反滲透系統入口處加氫氧化鈉（33％）120 mg/L，調節二段濃水側pH 值使之達到10．5～11．0。系統在堿性條件下運行，有機物、微生物及硅垢污染均得到控制，由于預處理已經(jīng)脫除了硬度及堿度，所以不存在結垢的問(wèn)題，使得反滲透膜的回收率最高可達85％以上。設計化學(xué)清洗頻率為1 次/a。
4 運行結果分析
4．1 預處理系統運行狀況分析
污水處理廠(chǎng)出水水質(zhì)不能達到二級排放標準的要求，并且波動(dòng)較大，特別是冬季，水質(zhì)更為惡劣，因此反滲透的預處理系統是保障整個(gè)系統穩定運行的關(guān)鍵。預處理系統各單元的水質(zhì)監測結果如表2 所示。
預處理系統選用的軟化樹(shù)脂是否受到污染是軟化工藝成功與否的關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)3 a多的運行，樹(shù)脂性能并沒(méi)有明顯的退化，鈉床的單元制水量一直維持在1 200 m3，經(jīng)過(guò)化驗，樹(shù)脂的全交換容量為4．6 mol/g，弱酸床的單元制水量在8 000 ~ 10 000m3，全交換容量為11．42 mol/g。
表2 預處理各單元的水質(zhì)監測結果
4．2 高效反滲透運行狀況分析
直接采用石灰軟化澄清出水作為冷卻塔循環(huán)水系統的補水，反滲透系統產(chǎn)水只作為熱網(wǎng)補水及鍋爐補水，通過(guò)鈉床及弱酸床可將硬度降低至100μg/L（以CaCO3計），從而完全消除了鈣鹽結垢的風(fēng)險，同時(shí)，預處理系統可使得進(jìn)入反滲透系統的污水濁度降至3 NTU 以下。高效反滲透系統運行情況如圖2 所示。
從2010 年1 月到2012 年6 月，系統經(jīng)歷了3次化學(xué)清洗，系統通量得到了一定程度的恢復，從2010 年1 月至7 月，系統的出力下降很快，這主要是因為來(lái)水水質(zhì)劇烈波動(dòng)，使得進(jìn)入反滲透系統的污水濁度和硬度偶爾超標，反滲透膜受到一定程度的污染，在3 a的運行時(shí)間里，系統的出力總體來(lái)說(shuō)比較穩定，系統的產(chǎn)水量從最初的630 m3/h降低到486．8 m3/h，系統的回收率一直維持在75％以上。
高效反滲透系統產(chǎn)水水質(zhì)如表3 所示。由表3可知，反滲透系統產(chǎn)水pH 值及NH3-N 濃度比原設計值高，但對將其作為循環(huán)冷卻水系統的部分補充水及對于后續的鍋爐補給水處理系統并沒(méi)有太大的影響，可以滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
圖2 高效反滲透系統運行情況
表3 高效反滲透產(chǎn)水水質(zhì)
5 結語(yǔ)
采用石灰軟化-高效反滲透技術(shù)有效地解決了來(lái)水水質(zhì)惡劣、波動(dòng)大的問(wèn)題，其中石灰軟化澄清系統是保障反滲透系統穩定運行的關(guān)鍵，從長(cháng)期的運行結果來(lái)看，高效反滲透預處理系統的軟化樹(shù)脂并沒(méi)有受到明顯的有機污染，反滲透膜在高pH 值（大于10．5）的堿性條件下運行，系統的產(chǎn)水量、回收率、清洗頻率遠優(yōu)于傳統的超濾-反滲透工藝。系統運行效果雖然沒(méi)有達到設計要求，但3 a多的實(shí)際運行情況表明，該技術(shù)實(shí)現了市政污水的合理回用，達到了節能減排的目標，回用水水質(zhì)能滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。
