余热发电系统循环排污水近零排放的研究及优化

张 萌，张 觅

(上海电气电站水务工程公司,上海 200090)

0 概述

循环冷却排污水水质与循环水系统浓缩倍率有关，具有含盐量高、硬度碱度较高、浊度高以及阻垢剂等药剂残留等特点，不同企业循环排污水水质相差较大。目前市场上主要的循环排污水处理技术分为物理和化学两大类，以软化、混凝分离、反渗透、蒸发和电渗析为主，处理后的循环排污水再次返回到循环冷却水系统[1-2]。随着环保压力的增大，循环排污水的处理回用成为实现零排放目标的重要过程。

近些年，国内外学者在循环排污水的处理上取得了不错的研究成果，不同水质采取各种工艺组合，以满足出水水质要求。如Mohammad等[3]处理石化行业冷却塔高硬度排污水，利用混凝-过滤、超滤和反渗透工艺，取得了很好的处理效果，并验证了混凝的最优加药量和pH范围。包伟等[4]通过研究宁夏某火力发电厂的高含盐循环冷却废水处理工艺——“预处理+脱盐浓缩+蒸发结晶”工艺，降低水中的碱度和硬度，再经过浓缩减量化，淡水回收率达85%，得到结晶盐以固废形式填埋，减少环境污染。

针对陕西某企业低温余热发电系统循环排污水处理系统水质的近零排放处理工艺，并根据运行过程中存在的问题进行分析优化，使得出水水质稳定，工艺运行可靠，同时提出循环排污水处理工艺一些建议，对未来同类废水处理提供参考依据。

1 项目简介

陕西某企业所在区域地下水源水质变化较大，水质总碱度大于总硬度，补水水源不足，导致企业低温余热发电系统循环水水质恶化，水质指标严重超出正常参数控制范围，冷却换热系统内部存在结垢问题。同时因当地环保要求企业污水不允许外排，需设计一套循环排污水处理系统，使产水满足要求返回循环冷却水系统，改善冷却换热系统内部结垢问题，提高机组做功效率。项目设计水量为480 m3/d，循环排污水水质指标见表1所示。

表1 陕西某企业低温余热发电系统循环排污水水质指标

2 工艺系统概述

采用“预处理+反渗透浓缩+电渗析”的工艺路线，见图1所示。预处理采用”混凝沉淀+多介质过滤”的方式，去除水中悬浮物、胶体，稳定出水水质，过滤后产水达到反渗透进水要求进入一级反渗透装置，浓水经过软化装置处理后，经过多介质过滤器进入电渗析装置，浓缩后的浓液厂内消化，淡水进入二级反渗透装置，二级浓水返回软化装置，一级反渗透和二级反渗透产水进入到产水池，作为循环排补水。整个过程仅有部分沉淀污泥需外排处理，满足近零排放工艺需求。

图1 循环排污水处理工艺流程图

3 系统运行状况

2020年5月份开始，出水水质不能达标，对系统进行逐一检查发现多介质过滤出水浊度异常，保安过滤器滤芯更换频繁。具体分析如下：

3.1 多介质过滤器出水浊度异常

通过系统PLC数据显示，多介质过滤器出口浊度变化如图2所示。发现该出口浊度数值从0.96 NTU开始上升，最大出现在5月中旬，高达20 NTU。现场增加多介质过滤器的反洗频率，从2～3天反洗一次更改为24 h反洗一次。经过多次反洗操作后，反洗水仍然非常混浊。推测大量悬浮物截留在填料上，使多介质过滤器失去过滤作用，经多次反洗后也无法得到有效改善。

图2 多介质过滤器出水浊度随时间变化曲线图

3.2 保安过滤器滤芯更换频次增加

现场将保安过滤器拆开更换滤芯时发现，滤芯棉表面已变色。采用盐酸浸泡后，将浸出液加碱后发现，溶液中有大量白色沉淀产生，且浸泡后的滤棉部分恢复为白色，如图3所示。与王国峰等人[5]发现的现象一致，初步分析由于混凝沉淀段PAC加药量过大，未完全反应的PAC进入后段反渗透装置。在此过程中，可发生水解反应(如式1所示)，同时过量的PAC也可与反渗透装置中投加的还原剂发生双水解反应(如式2所示)，均导致Al(OH)3形成。Al(OH)3沉淀无法通过精度为5 μm的保安过滤器的滤芯，既而在滤芯表面附着，导致保安过滤器两段压差增大，现场需频繁更换滤芯。

图3 (左)更换下来的保安过滤器滤芯棉经盐酸浸泡后

AlCl3+3H2O=Al(OH)3↓+3HCl(可逆反应)

(1)

AlCl3+3NaHSO3=Al(OH)3↓+3NaCl+3SO2↑

(2)

4 优化方案及运行效果

4.1 混凝沉淀段

针对混凝沉淀工艺段投加药剂造成出水效果较差的情况，取现场水样进行不同种类药剂筛选的小试实验，对沉淀上清液做浊度检测，不同药剂组合见表2所示，得到如图4所示的曲线图。

表2 不同种类混凝剂和助凝剂加药组合一览表

分析图4趋势，可得到如下结论：

图4 不同加药种类组合下浊度及去除率变化折线图

1)在原水浊度较低时(小于10 NTU)，最佳加药组合为第5组：FeCl330%浓度(混凝剂)和阴离子PAM(助凝剂)，可达到最大去除率(75.5%)；

2)考虑到FeCl3作为混凝剂投加到水中，处理后的水的色度比用铝盐时高，此次药剂组合建议采用第2组：PAC(30%活性氧化铝成分)和阴离子PAM组合进行加药；

3)若原水浊度增大(大于10 NTU)，建议适当增加药剂的投加量，具体投加量可根据实验室小试结果确认。

建议根据目前水质情况，采取药剂组合第2组，分别投加60 mg/L的PAC(30%活性氧化铝成分)和5 mg/L的阴离子PAM助凝剂。现场监控进水浊度的变化，若进水浊度小于8 NTU时，若循环水系统加药发生改变，需重新进行加药方案的确定，也可根据实际情况停止混凝沉淀阶段药剂的投加。

4.2 多介质过滤器

经过现场混凝沉淀段药剂投加方案调整，同时对多介质过滤器进行多次高强度反洗，始终无法获得浊度较低的出水，推测滤料已发生不可恢复改变，需与厂家联系更换新滤料。经过现场更换滤料，并增加过滤器的反洗频率，24 h反洗一次，监测运行数据，如图5所示，多介质过滤器出水浊度约为0.2 NTU，满足多介质过滤器出水水质要求。

图5 多介质过滤器出水浊度曲线图

反渗透装置也随之运行正常，保安过滤器滤芯更换频率下降，工艺运行稳定。从整个水循环系统分析，工艺出现问题的时间段多为夏季。随着气温上升，循环水系统由于微生物滋生，杀菌剂的投加量也随之增加。由于循环排污水处理系统进水点为排污口排水点，因此循环水系统投加药剂的变化，将直接对进水水质造成冲击，使预处理工艺运行不稳定，并对后续反渗透装置造成很大隐患。

5 结 论

1)循环排污水处理工艺需严格控制预处理阶段(若有)凝聚剂(PAC)的投加量，避免后续反渗透装置由于铝过量导致的保安过滤器污堵的问题。经过优化加药方案，预处理工艺段出水水质在0.2 NTU左右，且后续反渗透装置运行稳定，保安过滤器滤芯更换频率大大下降，可见工程优化效果良好。

2)工艺筛选时要充分考虑夏季循环水系统投加过量杀菌剂的问题，可通过采取如旁滤进水方式，严格控制反渗透装置进水的生物胶体浓度，延长保安过滤器滤芯的使用周期。