含煤粒的循环冷却水排污水预处理试验研究

史更新

(北京朗新明环保科技有限公司，北京100039)

循环冷却水系统作为火电厂中用水量和排水量最大的单元，其水质条件与水源、空气洁净度、浓缩倍率、处理方式等息息相关。由于循环水水质对机组的经济性、稳定性、安全性有重大影响，因此，需要对循环水水质进行及时调整。而对循环水排污水进行深度处理、回用，不仅是一种有效的水质调整、节水节能措施，还对实现全厂废水零排放、降低工业污染具有重要意义。在循环水排污水深度处理系统中，超滤多用于反渗透系统的预处理设备，可稳定高效地去除水中的胶体、悬浮物、生化需氧量、化学耗氧量(COD)等，是保证反渗透设备的安全可靠经济运行的关键，因此，在设备选型前，有必要针对超滤运行情况进行试验。

1 试验水质和设备

某电厂一期工程4×200 MW机组循环冷却水补充水为地下水与水库水(混合比例范围1∶1～1∶2)，4台机组循环水处理方式和浓缩倍率基本相同，1至4季度循环冷却水排污水主要水质分析结果见表1，其中全硬度、临时硬度皆以CaCO3计。超滤运行参数见表2，其中CEB为化学加强反洗。

拟采用的循环水排污水深度处理系统为“循环水排污水→生水箱→生水泵→孔隙式纤维过滤器→超滤装置→清水箱→高压泵→反渗透→产水箱”，深度处理系统用水取自1～4号机循环水排污水至冲灰水系统管线。该系统的超滤、反渗透单元的选型试验由2家水处理公司A和B分别进行，本文主要以试验数据分析不同超滤膜的运行性能。

超滤装置前过滤器采用光子晶体光纤(PCF)孔隙式纤维过滤器，滤元采用一种新型柔软纤维丝，过滤精度可达几微米，在过滤过程中对纤维丝施以回转机具压榨，使其纤维丝纵向之间孔隙变小，水中的悬浮物均被挡住留在纤维丝外。当过滤器内被截留的悬浮污物(杂质)增多，处理水量下降，压力达到设定值时，自动进入压缩空气和水反冲洗。

该过滤器流速可达60～100 m/h，且反洗较彻底，每次经反洗后运行初始压差基本为0，自用水率仅为0．5% ～2．0%，运行终点控制出、入口压差为0．15 MPa，运行周期为4～6 h，产水最大浊度为1．5 MTU，平均浊度0．8 MTU。

2 超滤试验

2．1 原水温度影响试验

水温是影响超滤膜通量的关键因素之一，试验过程中原水温度在10～40℃波动，规律性不强。超滤进水温度变化曲线见图1。

在超滤膜洁净状态下，维持进水压力0．16～0．18 MPa，分别在 10、15、20、25、30、35、40 ℃ 下分别运行30 min。3套超滤的产水流量与温度都具有良好的线性关系，均与公式(1)相符。

表1 4台机组循环冷却水排污水水质分析月平均值

表2 超滤运行参数

图1 超滤进水温度变化曲线

式中:Q25为25℃水温下膜组件产水量;t为膜组件进水水温;Qt为t水温下膜组件产水量。

2．2 原水浊度影响及浊度去除率

运行几天后，生水箱内壁、超滤装置的浓水、反洗排水中均有黑色物质。经清华大学热能实验室检测，此黑色颗粒物质大部分为煤粉，其成分分析数据以及其在原水、浓水、盘式过滤器出口水中的粒度分布表明，水中不存在粒径小于1 μm的颗粒物质，因此，全部截留在膜孔通道外部，依靠反洗就能够全部从超滤膜表面清除，不会对超滤膜造成严重污堵。A公司与B公司超滤膜浊度去除率对比见图2。

实验证明，2种超滤膜对于浊度都具有良好的去除效果，平均去除率在99．5%以上。

2．3 COD去除效果试验

超滤膜对COD的去除效果试验，A公司每天1次，B公司2天1次，2家公司都未达到各厂家承诺的指标，COD去除率见图3。

从图3可以看出，超滤膜对COD去除率在20%到60%间波动，不稳定。

图2 A公司与B公司超滤膜浊度去除率对比

图3 A公司与B公司COD去除率对比

2．4 系统全铁质量浓度变化试验

2个公司均2天1次监测系统铁质量浓度的变化，采用在超滤入口连续投加FeCl3强化超滤处理，其作用与常规混凝澄清用絮凝剂有所不同，其主要是预防水中的小颗粒物质堵塞超滤膜孔。A公司与B公司超滤进出水全铁质量浓度变化对比见图4。

试验证明，虽然混凝剂剂量控制稳定时，絮凝剂加入的铁不会进入产水侧，而加入混凝剂前后运行对比表明，在进水压力和出水流量基本不变的情况下，加入混凝剂后，超滤膜运行周期可延长约1/4。

2．5 胶体硅去除效果试验

图4 A公司与B公司超滤进出水全铁质量浓度变化对比

从试验结果看，2家公司超滤膜对胶体硅的去除效果不显著，平均去除率分别为40．2%、35．5%。分析认为，这与超滤前加的FeCl3质量有关，试验选用的FeCl3为工业级，纯度相对较低，且含有较多的硅类杂质;另外，分析用滤纸过滤精度较低，也是胶体硅分析结果去除率不理想的原因之一。

2．6 运行压力与压差试验

过膜压差是考察超滤膜性能的关键参数之一。试验发现，膜入口压力对过膜压差影响最为显著，因此，工业设计中，应注意原水泵扬程选择和水泵的运行流量稳定性。在进水压力不变时，过膜压差达到0．1 MPa左右时，出水流量就会下降10% ～20%;达到0．2 MPa左右时，产水流量就会下降30% ～50%。运行压力与压差试验A公司每天2次，B公司每天1次，进出水运行压力和压差见图5。

2．7 反渗透控制值(SDI值)试验

出水SDI值变化试验对比见图6，A公司与B公司均2天测试1次。从图6看出，2种滤膜产水整个试验过程中的SDI值始终不超过2，低于反渗透控制值(不超过3)，能够为反渗透稳定、安全运行提供保障。

3 结论与建议

通过一段时间的运行情况和检查结果表明，处理带有煤粒的颗粒物质的源水，PCF孔隙式纤维过滤器出水水质稳定、处理效果较理想，PCF孔隙式纤维过滤器+错流式超滤工艺组合可为后续反渗透稳定运行提供技术保证，但仍需要注意以下4点。

图5 A公司与B公司进出水运行压力和压差对比

图6 A公司于B公司出水SDI值变化试验对比

a．水源中颗粒性物质较高时，正向冲洗、反向冲洗、增强反洗、空气擦洗、错流运行是保证超滤膜可靠运行的关键措施，因此，设备选型时应重视运行工艺选择。

b．试验结束后，拆卸超滤膜时发现膜丝内表面还存积少量黄色的铁的氧化物。建议停止在超滤膜进水中加入混凝剂。

c．从超滤检查看，还需进一步优化增强反洗周期和参数，确保超滤每次反洗后初始运行压差不大于 0．07 MPa。

d．系统设计回收率宜控制在80%左右。