循环冷却排污水处理方法

冷却排污水的处理是去除污水中悬浮物、微生物和Ca2+、Mg2+、Cl-、SO4-2-等离子，处理后再返回冷却系统循环使用、或者用作锅炉补给水的原水，浓缩液用于除灰和煤场喷洒等系统。可减少发电厂的耗水量和废水排放量。

循环水处理技术是火电厂综合节水中的关键一环。为回收利用循环冷却排污水，达到零排污水准，目前火电厂主要采取旁流过滤+反渗透处理、纳滤处理、弱酸阳离子交换树脂处理等几种工艺。弱酸阳离子交换树脂处理方法已经在第二章冷却系统用水中介绍过了，这里着重介绍旁流过滤+反渗透处理和纳滤处理两种采用膜技术的方法。

(一)旁流过滤+反渗透处理

旁流过滤的目的是除去水中的悬浮物、尘埃，同时作为反渗透装置的预处理。旁流过滤的工艺流程一般采用“加药—混凝—常规澄清过滤 (或微滤)装置”。反渗透的作用是除盐，处理后的排污水继续用作冷却水，可以满足凝汽器管材对盐浓度的要求，同时还可以提高冷却水的浓缩倍率。

1.工艺流程

图4-2为我国某电厂用反渗透工艺处理循环冷却水排污水的工艺流程。

图4-2　反渗透工艺流程 (1)

2.工艺系统的组成

图4-2所示流程主要由两大部分组成——预处理部分和反渗透部分。如前所述，循环水排污水随着浓缩倍率的提高，水中含盐量增加，还带来一定量不易沉降的悬浮物固体(Suspendid Solid，SS)，浊度升高。而反渗透要求进水水质SDI≤4。因此，采用反渗透处理循环水排污水必须首先进行预处理，以保证反渗透装置的安全稳定运行。另外，还需要在线加入氧化氯、絮凝剂(如聚合氯化铝PAC)、助凝剂(如聚丙烯酰胺PAM)、阻垢剂和酸。把所有步骤都考虑进去，这一工艺系统共由6个子系统组成：预处理系统、反渗透系统、加药系统、清洗系统、控制系统和压缩空气系统。

(1)预处理系统。预处理系统是反渗透系统正常稳定运行的基本保证。预处理可以包括水温度调节、絮凝澄清、消毒、过滤吸附等环节。电厂在冷却水排污水反渗透回收处理中的预处理系统有“凝聚+澄清+过滤+活性炭”、“超滤”和 “微滤”三种方式。其中已经广泛应用的主要是前两种。

1)“凝聚+澄清+过滤+活性炭”，是传统的预处理系统。这种系统投资低、运行稳定，不足之处是设备占地面积大，管理要求高。在这一预处理系统中，过滤任务由多介质过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器共同完成。多介质过滤器的作用是除去水中大颗粒悬浮物；活性炭过滤器的作用是除去水中有机物、余氯等有害于膜元件的杂质；保安过滤器的作用是进一步去除水中细小颗粒。

①多介质过滤器。多介质过滤器又称机械过滤器，一般使用D=0.5～1.0mm的滤料介质，根据水中的杂质成分可以采用单层过滤、双层过滤和多层过滤。常以成层状的无烟煤、砂、细碎的石榴石或其他材料为床层。床的顶层由最轻和最粗品级的材料组成，而最重和最细品级的材料放在床的底部。其原理为按深度过滤——水中较大的颗粒在顶层被去除，较小的颗粒在过滤器介质的较深处被去除，使水质达到粗过滤后的标准，在一定程度上降低水的SDI值。多介质过滤器中的滤料选择非常重要，比如无烟煤滤料应选择坚固耐磨，颗粒基本完整，无片状碎屑，手指研磨不易破碎，洗净后用手指摩擦不易染指的；石英砂滤料应挑选质地洁净，坚固耐磨的，根据排水情况的不同可选用不同粒径的石英砂，但最上层石英砂粒径应在0.3mm以上。在最上部装填粒径为0.5～1.0mm的颗粒无烟煤，其高度不低于200mm。这种过滤器造价低廉，运行费用低，操作简单；滤料通过反冲洗使过滤器内石英砂、无烟煤层悬浮松动，而使黏附于滤料表面的截留物剥离并被水流带走，恢复过滤功能，滤料可多次使用，寿命长。在设计反冲洗装置时，反冲泵、管道必须符合反冲洗量的要求，反冲洗强度为12～15L/(s·m2)；还可采用压缩空气擦洗滤料，使滤料表面的污泥等物脱落，其强度为18～25L/(s·m2)。

多介质过滤器以过滤介质截留悬浮固体前后的重量差作为衡量过滤器发挥作用的依据。这种过滤器在水处理除浊、软化水、电渗析、反渗透的前级预处理，地表水、地下水的除泥沙等方面被广泛应用。

②活性炭过滤器。活性炭过滤器是以活性炭为滤料的一种压力式过滤装置。活性炭不但具有过滤悬浮物的功能，还具有去除水中的颜色、异味、余氯、氧化还原物、胶体等物质和汞，铅、镉、铬等重金属物质以及锶，镭等放射性物质的特殊功能。将活性炭粒料充装到钢制容器中，容器内有布水装置，容器外有相应的管道、阀门和仪表。运行时，被处理水通过活性炭滤层，利用活性炭的吸附性能，去除水中的有害物质。滤料可以通过再生恢复其吸附性。

活性炭过滤器的使用与反渗透膜的种类有很大关系。比如，对于TFC膜 (聚酰胺复合膜)，因这种膜怕Cl2，而耐有机污染能力稍强，则活性炭过滤器的除氯功能有利于反渗透设备的运行，应该在预处理阶段配置活性炭过滤器以使反渗透装置入口水余氯为零。而对于CA膜 (醋酸纤维膜)，因其耐氯性强，抗有机污染性差，水经过活性炭过滤器后余氯被除掉了，为防止微生物对反渗透膜的污染，往往还需要二次加氯。这时就可以不再设置活性炭过滤器。

③保安过滤器(cartridge filter)是一种精密过滤设备，滤芯为不锈钢，用来滤除前面的过滤器泄漏的固体颗粒物，保证高压泵叶轮和反渗透膜组件不损坏，一般选用滤芯过滤孔径为5μm，根据前后压差来确定调换滤芯，压差控制在58.8kPa以内。

保安过滤器按运行方式可分为反洗型和不可反洗型。可反洗型操作复杂些，清洗的次数视前面过滤设备运行情况而定，有的电厂由于预处理欠佳，可能需要每天反洗一次，而有的电厂只需每周反洗一次。不可反洗型滤元为一次性，运行费用高，但效果好。而国内早期投产的电厂，保安过滤器多为可反洗型。对于TFC膜，不允许含余氯，保安过滤器就成为系统中细菌滋生及污物沉积的主要场所。因此，滤元使用时间不宜过长，并且可以选择较高的滤速，以便减少更换周期，降低运行费用。

2)“超滤”又称 “超过滤”，是近年来出现的一种新的预处理工艺。这种预处理系统具有良好的除浊和有机物性能，操作简单、出水稳定，尤其是其出水SDI值稳定在3以下，具有更为安全、可靠的优点。但超滤膜作为一种精细的膜过滤技术，本身对进水水质亦有较为严格的要求，因此，需根据排污水水质情况确定超 (滤)膜前是否需要再设置预处理单元及确定预处理单元的复杂程度。为降低投资，其预处理方案的选择应根据循环水排污水的水质指标和用水要求以及企业的实际情况进行技术经济分析后确定。

作为一种新型过滤技术，超滤的出现大大简化了循环水排污水的回用处理工艺。图4-3是某厂利用超滤膜+反渗透处理循环水排污水的工艺流程。

图4-3　反渗透工艺流程 (2)

超滤技术的另一个优点是解决了传统预处理工艺中的细菌滋生问题。因循环水排污水相对比较脏，传统预处理工艺在冬天运行时，温度较低，细菌问题不突出，但到夏天气温高时，易滋生细菌，造成反渗透系统出现微生物污染问题。如果使用次氯酸钠作反渗透的杀菌剂，还需注意脱氯的问题，活性炭可以作为脱氯装置，但是由于脱氯之后，保安过滤器和反渗透 (RO)就没有余氯，可能会导致细菌问题，所以，采用传统预处理工艺一般要在保安过滤器之后定期投加RO专用的非氧化性杀菌剂，控制微生物的生长。超滤对于水中各种污染物质 (包括微生物)的去除率非常高，经过超滤处理后，有效的解决了细菌的控制问题，水的浊度能够降到0.1～1NTU，污染指数SDI降到1以下，优于反渗透的进水要求。可降低反渗透膜的受污染程度、延长反渗透化学清洗周期。

优质的超滤膜应该具有出水水质好、亲水性好、运行自动化程度高，具有稳定的化学性能，能耐各种强氧化剂的特性。当前世界上先进的超滤为水平式膜组件，基于独特的水流分布技术，改变了超滤组件只能是垂直式安装的传统模式，将膜组件水平安装，类似于反渗透装置，可以与反渗透装置安装在同一个机架上，结构紧凑，安装与操作简单方便。

运行实践证明，超滤的出水质量稳定，膜的污染可以通过化学清洗去除或者是通过加长浸泡时间解决。内蒙古包头二电厂新建2×20万k W机组，采用原有机组循环排污水作为水源，在现场针对浊度高达200NTU的排污水进行了中试。中试结果肯定了使用 “超滤+反渗透”处理原有机组循环排污水的工艺路线。

(2)反渗透系统。反渗透系统一般设计成两段或三段，每段由装填有若干膜元件(通常1～8支)的压力容器并联组成。

电站反渗透脱盐系统最常见的是两段系统，前一段压力容器的浓水进入下一段压力容器。每段回收率50%，两段叠加，总共为75%的回收率。两段系统中，前后段膜元件比例约为2∶1。若设计成三段系统，则前后段膜元件比例约为3∶2。每段可以根据需要设置膜壳的数量和每支膜壳中膜的数量。

反渗透系统的设计是按照膜的产水通量、浓差极化和膜元件内部流量分布等条件，以及能够达到的系统性能指标 (产水量、回收率和产水水质指标等)，来决定膜元件型号、数量以及排列方式。膜生产商一般确定单只膜元件的回收率不超过15%，经济的回收率在10%左右，为达到50%的回收率，一个膜壳中装6只膜就能满足要求。

图4-4为一个标准两段反渗透装置示意图。

图4-4　两段式反渗透系统示意图(https://www.xing528.com)

图4-5和图4-6分别是上述两段系统中不同位置上膜元件的压力分布和产水量分布。

图4-5　两段反渗透系统中的压力分布

4-6　两段反渗透系统中的水通量沿程分布

由图(4-5)和图(4-6)可以看出：第一段第一支膜元件的产水量最高，第二段最后一支膜元件产水量最小；第一段第一支膜元件的净推动力最高，第二段最后一支膜元件的净推动力最小；给水的渗透压(含盐量)随着所经过膜元件的数量不断上升；产水量越大的反渗透膜元件，首支膜和末支膜的产水越不平均。

反渗透膜的选择应该根据所处理的水质特点，比如为防止有机物污染，可选用低污染复合膜。由于不同工程的原水条件、出力和出水水质等要求不同，RO的设计、施工与运行也将随之作相应变化。

(3)加药系统。加药是在预处理阶段进行的。加药系统包括自动加絮凝剂装置、自动加助凝剂装置、自动加酸装置、自动加阻垢剂装置、自动加还原剂装置。加药系统应配备单向阀、加药水箱、加药泵。

加药的主要功能是降低水中离子在膜表面的附着性，延长膜的寿命。改变产品水的p H值，保证用户的用水要求。各RO用户应根据自身水质的具体情况决定加什么、加多少。

加酸的作用是调节反渗透系统入口水的p H值，其剂量不仅要保证防止CaCO3结垢，还要考虑膜元件的最佳运行p H值。对于CA (醋酸纤维)膜，其最佳运行p H值在5.5左右，对于TFC膜 (聚酰胺复合膜)则在6～7。实际最佳运行p H值，应根据本厂实践进行调整，p H值如果调得过低，不仅浪费酸，而且对膜性能的发挥不利。

加阻垢剂如六偏磷酸钠，旨在防止CaCO3等物质结垢。有的水质良好的电厂，完全省去了添加阻垢剂的工序，依然可以保证设备的正常运行。切忌不根据水源实情，一味地添加，不仅对水质的改善无益，而且会因药剂本身或药剂中所含杂质进入水中，对反渗透膜元件产生损害。同时药剂之间的兼容性也不容忽视。如在使用六偏或聚丙烯酸为阻垢剂时，混凝过程中不应使用阳离子型聚电解质作助凝剂。

(4)清洗系统。为去除反渗透膜上附着的污物，使它经常处于良好的工作状态，需要定期进行清洗。反渗透水处理清洗系统包括化学清洗及自动冲洗装置。主要设备有化学清洗箱、清水箱、反洗泵、反洗加药泵。

如果RO运行正常，每年只须化学清洗一两次。针对不同的情况，使用不同的清洗配方，清洗液多采用柠檬酸为主要成分，也有用盐酸和十二烷基磺酸钠的。

含盐量低的水质可以用原水冲洗，即低压冲洗而不再另加冲洗设备，如果水质含盐量较高则必须用RO出水冲洗，需专门配置RO冲洗系统。

(5)控制系统。控制系统包括对进水调节、冲洗设备的投入、自动在线加药等。目前，先进的控制系统的设计都是采用人机对话方式，具有PLC自动控制、控制室键操及就地手操3种控制方式。具备历史趋势、报警记录和事件记录、数据报表、参数设置、画面打印等功能。

控制系统还应具有监控功能，检测反渗透系统各个环节，及时自动处理突发问题，保证系统安全运行。

(6)压缩空气系统。压缩空气系统用以保证系统中气动阀门和过滤器反洗等用气要求。

3.应用实例

某电厂共有8台发电机组，冷却水采用循环冷却方式，总循环冷却水量713万m3/h。循环水浓缩倍率为3.0左右，循环水排污水约为900m3/h，需要补充的循环补充水量约为2000m3/h。该厂为缓解供水矛盾，建设了一套旁流过滤+反渗透除盐工艺的循环排污水处理回用装置，作为锅炉补给水的预脱盐水或循环水的补充水，该系统总处理水量320m3/h，淡水产量200m3/h，反渗透产生的浓水通过泵打到煤场和输煤栈桥做喷淋水。处理前后水质见表4-2。

表4-2　处理系统进出水水质

注 电导率为25℃下测定值。

(二)纳滤处理

纳滤可有效地去除循环冷却排污水的含盐量和总硬度，与反渗透过程相比，纳滤过程的操作压力更小(1.0MPa以下)，在相同的条件下可大大节能。处理后的水质符合工业用水和循环水补充用水标准，可以降低发电厂的耗水量和对水环境的污染。

纳滤处理循环冷却排污水的工艺流程如图4-7所示。

图4-7　纳滤工艺流程

在工艺流程图4-7中，澄清池的作用是将水中的大颗粒物基本除去，使出水悬浮物含量不大于10mg/L，但要达到SDI≤4的纳滤进水要求，还要经多级过滤。另外，由于高硬度CaCO3在25℃时过饱和易在纳滤膜上结垢，还需采用加酸调节p H值，以及加阻垢剂。

由于纳滤膜对一价离子的脱除率不高，如果纳滤膜材质选择不当，循环水中的氯离子可能会富集。当采用纳滤膜处理冷却排污水时，在设计中一定要考虑氯离子的影响。解决的办法有两种：①根据水质情况选择合适的凝汽器管材，凝汽器铜管的管材要耐氯离子的腐蚀；②根据循环水原水水质中氯离子含量选择合适的纳滤膜材质。

补给水可采用补充新水和利用纳滤处理后水相结合的方法，达到节水的目的。

纳滤可有效地去除循环冷却排污水中的悬浮物和总硬度，降低含盐量，其中总溶解性固体和总硬度的去除率达到90%以上，含盐量去除率达到80%以上，处理后的水质符合工业用水和循环水补充用水的水质要求。