王強

(山西昱光發(fā)電有限責任公司，山西 朔州 036900)

0 引言

某電廠一期安裝6臺350 MW亞臨界燃煤發(fā)電機組，6臺機組全部為濕冷機組，二期工程擴建2臺600 MW自然通風冷卻塔的間接空冷機組。為貫徹落實我國節(jié)能減排的方針政策，該廠對一期灰場沖灰水和循環(huán)水排污水回收后進行處理，供二期2臺600 MW機組綜合利用。

1 電廠取水及排放情況

該廠采用距廠區(qū)7 km的山內泉水作為電廠用水水源，泉水量充沛，年平均流量為3.08 m3/s，完全滿足電廠一期工程用水量2.1 m3/s的要求。根據水文報告，每年的6—9月會發(fā)生不同程度的混泉現(xiàn)象，給取水帶來一定影響。

一期6臺350 MW機組設置3套除灰單元，每套單元正常除灰用水量為500 t/h，為節(jié)約用水，該廠一期工程投產后在灰場設計了灰水回收系統(tǒng)對沖灰水進行回收利用，總回收水量為1000～1500 t/h。運行經驗和試驗結果顯示，灰場回收水和循環(huán)水排污水混合后結垢傾向嚴重，兩種水質情況見表1。綜合節(jié)水工程實施前，電廠將灰場回收水和循環(huán)水排污水分開利用，灰場回收水作為2套除灰系統(tǒng)的沖灰用水，另外一套沖灰系統(tǒng)用水采用循環(huán)水排污水。因循環(huán)水排污水用水量只有500 t/h，多余的近900 t/h循環(huán)水排污水只能全部排放。

二期2臺600 MW間接空冷機組的循環(huán)水系統(tǒng)為閉式循環(huán)方式，無蒸發(fā)及排污水耗。除灰系統(tǒng)采用干式除灰方式，爐底除渣系統(tǒng)采用濕式長刮板撈渣機直接上渣倉方案，系統(tǒng)水耗大大降低。

表1 循環(huán)水排污水和灰場回收水水質

2 綜合節(jié)水處理系統(tǒng)概況

該廠初步設計的全廠綜合節(jié)水處理系統(tǒng)采取混凝、澄清、過濾作為預處理系統(tǒng)。預處理后的出水一部分經超濾、反滲透處理后進入鍋爐補給水處理系統(tǒng)做進一步處理，一部分作為沖灰用水和廠區(qū)雜用水。灰場回收水和循環(huán)水排污水直接混合后結垢嚴重，并且灰水和循環(huán)水按不同比例混合后產生的水質也不同。為確保整個系統(tǒng)安全運行，需要進行靜態(tài)試驗來確定處理方案;同時，在靜態(tài)試驗的基礎上，通過現(xiàn)場動態(tài)模擬試驗，確定不同配比對混凝澄清出水、超濾和反滲透制水的影響。

該電廠委托某研究院對灰場回收水和循環(huán)水排污水聯(lián)合處理系統(tǒng)進行相關的靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗研究，通過試驗驗證了混凝澄清、過濾、超濾和反滲透處理工藝的可行性。試驗對水處理過程中各間段出水水質進行了分析，確定了系統(tǒng)各間段的加藥種類及加藥量，為系統(tǒng)的進一步優(yōu)化設計提供了可靠的理論依據。

3 系統(tǒng)工藝流程及特點

通過對試驗結果的分析，同時考慮到一期6臺機組的濕除灰系統(tǒng)在近幾年要改造成干除灰系統(tǒng)，系統(tǒng)進行如下優(yōu)化設計:絮凝、澄清、過濾系統(tǒng)設計出力為2000 t/h，其中灰場回收水量為400～600 t/h，循環(huán)水排污水量為1200～1400 t/h。系統(tǒng)設置2座900～1100 t/h的機械加速澄清池和6座380 t/h的重力式變孔隙砂濾池。凝聚加藥系統(tǒng)采用聚合硫酸鐵溶液作為絮凝劑，藥劑按比例自動投加到澄清池。鹽酸加藥量以澄清池出水pH值信號為主、加酸后的澄清池出水流量為輔進行控制，采用計量泵自動投加到澄清水溝。同時，確定系統(tǒng)采用7套150 t/h的超濾裝置和4套150 t/h的反滲透裝置。系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

3.1 系統(tǒng)設計

3.1.1 機械攪拌加速澄清池

機械攪拌加速澄清池的主要作用是去除水中的顆粒、細菌、有機物、膠體和懸浮物等雜質，使出水中懸浮物的質量濃度不超過10 mg/L。因原水的硬度較大，向機械攪拌加速澄清池中加入Na2CO3與水中的Ca2+，Mg2+反應生成碳酸鹽后從水中沉淀析出，同時加入混凝劑使原水中的懸浮物、有機物、膠體等凝聚成大顆粒的礬花后在澄清池中除去。機械攪拌加速澄清池的池體采用鋼筋混凝土結構，內部構件采用碳鋼制作。

3.1.2 變孔隙重力式砂濾池

變孔隙重力式砂濾池的作用是進一步濾除原水中的細小顆粒、懸浮物、膠體和有機物等雜質，同時除去加藥后形成的細小礬花。變孔隙重力式砂濾池使用一段時間后，濾料表面會黏附大量的雜質，甚至會結成泥環(huán)，用水很難沖洗干凈，而采用壓縮空氣進行鼓泡擦洗，同時借助水流的作用就很容易使濾料表面黏附的雜質或泥球剝落，然后被水流沖走。因此，砂濾池設有可水洗和氣洗的反洗系統(tǒng)，當過濾池的水位升高至一定值或產水量達到一定值時，就需退出使用進行反洗。

圖1 工藝流程

3.1.3 超濾系統(tǒng)

滲透系統(tǒng)對進水水質要求較為嚴格，主要反映在淤泥密度指數(shù)(SDI)上。生產實踐證明，只有采用膜過濾技術，才能保證出水水質的SDI小于3。所以該系統(tǒng)設置了超濾裝置，利用其絕對過濾的能力，保證出水水質穩(wěn)定且不受水質波動的影響，進而延長反滲透膜的清洗周期和使用壽命。為了進一步截留原水帶來的細小顆粒，保證超濾裝置的安全和穩(wěn)定運行，系統(tǒng)在超濾裝置之前設置有絲網式自清洗過濾器，其過濾精度為100 μm。超濾系統(tǒng)還設計有反沖洗系統(tǒng)定期對超濾系統(tǒng)進行反沖洗，去除膜表面的沉積污垢，保證超濾裝置正常運行。當反沖洗不能消除膜污堵，恢復膜性能時，就需要用大流量的化學藥品對超濾膜進行清洗，因此系統(tǒng)還設計有化學清洗系統(tǒng)。

3.1.4 反滲透系統(tǒng)

該系統(tǒng)設計有4套150 t/h的反滲透裝置，并聯(lián)運行。由于系統(tǒng)進水為灰場回收水和循環(huán)水排污水的混合水，水質較差，為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，保證產水水質，設計反滲透裝置的回收率為65%。反滲透系統(tǒng)設計有保安過濾器，防止原水中較大顆粒的雜質進入反滲透系統(tǒng)。系統(tǒng)還設計有反滲透清洗系統(tǒng)和反滲透沖洗系統(tǒng):清洗的作用是根據反滲透膜運行后的污染情況，配制一定濃度的清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質，以恢復膜的原有特性;沖洗的作用是用反滲透產水置換反滲透停機后滯留在膜中的濃水，防止?jié)馑畟葋喎€(wěn)態(tài)的結垢物質出現(xiàn)結垢，以保護反滲透膜。此外，反滲透系統(tǒng)還設計有加藥系統(tǒng)，用來保證系統(tǒng)的安全運行。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化設計時的注意事項

(1)硫酸鹽的結垢傾向大，為避免系統(tǒng)結垢，原水的pH值要用鹽酸來調節(jié)，盡量不用硫酸調節(jié)。

(2)不同超濾膜的膜材料、性能、配置等均不相同，超濾膜元件選型時要參考原水的水質和絮凝、澄清、過濾后的出水水質，選擇透水量大、化學穩(wěn)定性好、抗污染性能好及機械強度好的內壓式中空纖維膜元件。

(3)反滲透膜元件選型時要參考原水的含鹽量和超濾后的出水水質，要選擇透水量大、脫鹽率高、化學穩(wěn)定性好、抗污染性能好及機械強度高的反滲透膜元件。

(4)預處理后的原水進入反滲透系統(tǒng)前要設計阻垢劑加藥系統(tǒng)，通過阻垢劑的抑制析出作用、分散作用、晶格扭曲作用和絡合作用防止反滲透濃水側出現(xiàn)結垢。

(5)因反滲透膜對余氯十分敏感，因此在進行反滲透處理前應設計加還原劑系統(tǒng)，用來還原前面工藝中存在的余氯，以防止氧化劑對膜產水通量造成衰減，導致反滲透膜脫鹽率下降。

4 工程調試及運行

4.1 工程調試

電氣設備帶電調試、控制系統(tǒng)邏輯調試和設備單體試運行全部合格后，開始進行系統(tǒng)調試，系統(tǒng)調試主要分4個部分:機械攪拌加速澄清池調試、變孔隙重力式砂濾池調試、超濾系統(tǒng)調試和反滲透系統(tǒng)調試。

4.1.1 機械攪拌加速澄清池調試

第1次調試采用300 t/h的流量向澄清池上水，上水之前應預先啟動混凝劑和次氯酸鈉加藥系統(tǒng)，其加藥量為正常加藥量的2倍左右，同時啟動攪拌器;當水面淹過攪拌器葉輪后，應提高轉速加強攪拌，以促使活性泥渣盡快形成，必要時可適當投加黏土，以縮短泥渣形成時間。

當澄清池泥渣面和清水區(qū)逐漸清晰后，通過排泥控制泥渣面高度，以不超過導流筒出口為宜，此時兩個反應區(qū)5 min泥渣沉降比達到10～20。泥渣面形成后，上部清水區(qū)出水濁度小于5 NTU時，可增加進水量，水量應緩慢增加，每次增加水量不得超過設計水量的20%，水量增加間隔不小于1 h，待水量增至設計負荷后應穩(wěn)定運行不少于48 h。按不同進水濁度整定排泥周期和時間，以保持泥渣面的高度。試運正常后應做超負荷試驗，當超負荷運行時應提前20～30 min增加投藥量。試運過程中應進一步調整加藥量并進行澄清池濁度的測定，以找出混凝劑最佳加藥量。

澄清池調試期間，調試人員對各參數(shù)進行了詳細的記錄，其中包括流量、出水濁度、水溫、pH值、投藥量、葉輪轉速、泥渣面高度、兩個反應室泥渣沉降比、排泥量和排泥濃度等，調試后各參數(shù)基本符合設計要求。

4.1.2 變孔隙重力式砂濾池調試

依次開啟濾池進水閥、出水閥，制水運行即開始。原水通過進水配水裝置將水流均勻地布置在濾料層上，濾料截留雜質，清水通過支管母管均勻地收集，然后自動流出濾池，進入過濾水池和反洗水池。調試時還需進行濾池反洗調試，反洗調試步驟如下。

(1)濾料層放水。通過濾池底部出水閥放水至濾層上方還保持一定的水位。

(2)空氣擦洗。通過引入的空氣，使濾料顆粒相互摩擦，使過濾過程中截留的、很難洗脫下來的雜質從濾料上脫落下來?？諝獠料磸姸纫詾V料松動為準，空氣擦洗強度為14～15L/(m2·s)，時間為5min。

(3)反洗。反洗設置為每天反洗1次，可通過可編程邏輯控制器(PLC)控制各氣動閥門進行反洗。反洗實際所需時間可通過觀察反洗排水的臟污程度設定，濾池根據需要也可采用單純水反洗。

4.1.3 超濾系統(tǒng)調試

根據超濾工作原理及其裝置結構特點，超濾裝置調試時主要進行4個方面的工作:過濾、反洗、化學加強反洗及完整性測試。

對于特定的水質，需要保證的關鍵指標是膜通量和膜過濾壓力。若降低反洗和化學加強反洗的頻率，會影響膜通量，如果要達到相同的制水量就會造成系統(tǒng)投資增加，另外一個方法是改善入水的水質，可通過加藥或進行化學預處理實現(xiàn)，但同樣要增加投資和運行費用，因此需要在調試和運行中根據實際情況找到最佳反洗和化學加強清洗頻率。化學加強反洗僅在進行了反沖洗后，膜兩端的過濾壓降仍然達不到設計值時進行。化學加強反洗可以使用次氯酸鈉、雙氧水和次氯酸等化學清洗劑。

為保證超濾單元的完整性，防止膜絲斷裂而導致被過濾介質短路，需定期對超濾單元進行完整性測試，在無破損膜元的條件下，測試用的原始空氣流量為40～180 L/h。1根完全斷裂的膜絲會導致流量增加250 L/h左右。通過調試可將上述1根膜絲斷裂導致的流量增加值設定為報警值。

4.1.4 反滲透系統(tǒng)調試

啟動預處理設備，調整超濾供水量大于反滲透進水量。全開各壓力表開關、高壓泵出口控制閥、濃水出口閥、濃水排放閥和產水排放閥，低壓沖洗10 min;對阻垢劑、氧化劑和還原劑計量泵進行計量校核，添加相關藥劑;關閉進水閥和濃水排放閥;啟動高壓泵，打開進水閥和產水排放閥，排水至產水電導率合格。

在正常運行過程中，反滲透膜元件內的膜片會受到無機鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性有機物質的污染，這些污染物沉積在膜表面，會導致產水量和系統(tǒng)脫鹽率分別下降或同時惡化，因此還需對膜的清洗步序進行調試。

4.2 系統(tǒng)運行效果及停運保養(yǎng)

4.2.1 系統(tǒng)運行效果

系統(tǒng)投入運行后，機械攪拌加速澄清池出水效果見表2，超濾系統(tǒng)在運行流量為150 t/h時的出水水質見表3，反滲透系統(tǒng)出水水質見表4。

表2 機械攪拌加速澄清池出水效果

表3 超濾系統(tǒng)在運行流量為150 t/h時的出水水質

4.2.2 系統(tǒng)停運保養(yǎng)

(1)超濾膜停機保護。超濾系統(tǒng)停機后要防止細菌的滋生，如果系統(tǒng)停運小于24 h，下次系統(tǒng)投運前先對超濾系統(tǒng)進行反沖洗;如果為1～7 d的中期系統(tǒng)停運，系統(tǒng)停運后需先使用超濾出水進行反沖洗，再使用次氯酸鈉進行化學增強反洗(CEB)，保持膜內次氯酸鈉的質量分數(shù)為0.003%～0.005%，在系統(tǒng)投入運行前，再對超濾系統(tǒng)進行反沖洗，直到把超濾內部的殘留氯沖干凈;系統(tǒng)長時間停運時，需要定期對超濾系統(tǒng)進行化學增強反洗，反洗水中加入亞硫酸氫鈉溶液，溶液中亞硫酸氫鈉的質量分數(shù)為0.5%，要使亞硫酸氫鈉溶液完全沖進膜內，替換膜內的水;亞硫酸氫鈉溶液每隔30d更換1次，下次系統(tǒng)投入運行前先對超濾系統(tǒng)進行反沖洗，然后進行次氯酸鈉或者過氧化氫CEB，溶液中次氯酸鈉或者過氧化氫的質量分數(shù)為0.01%，浸泡10min;最后再進行不帶殺菌劑的反沖洗，直到把膜內殘留的殺菌劑沖洗干凈。

表4 反滲透系統(tǒng)出水水質

(2)反滲透裝置停機保護。反滲透裝置也不能長期停運，每天至少運行2 h，如果停運超過72 h，應向反滲透裝置內充裝質量分數(shù)為2%的亞硫酸氫鈉溶液實施保護。

5 結束語

目前，我國在工業(yè)和生活污水處理方面已積累了不少經驗，但對電廠沖灰水和循環(huán)水排污水綜合處理還缺乏經驗。針對灰場回收的沖灰水和循環(huán)水排污水按不同比例混合后的復雜性，該廠在此次綜合節(jié)水工程實施中進行了大量的調研，做了大量的試驗，對水處理過程中可能出現(xiàn)的問題與國內水處理專家進行了充分的論證和研究，對系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計。該系統(tǒng)投入運行后，預處理和后處理出水水質穩(wěn)定，達到設計要求，系統(tǒng)產水電導率不超過25 μS/cm，完全滿足鍋爐補給水處理系統(tǒng)進水水質要求。系統(tǒng)的投運不但提高了該廠排污水利用水平，而且增強了排污水利用的靈活性，為電廠污水綜合處理積累了寶貴的經驗。實踐證明，通過混凝澄清、過濾、超濾和反滲透處理工藝處理電廠灰場沖灰水和循環(huán)水排污水，實現(xiàn)污水綜合回收利用是可行的。

［1］張葆宗.反滲透水處理［M］.北京:中國電力出版社，2004.

［2］馮逸仙.反滲透水處理系統(tǒng)工程［M］.北京:中國電力出版社，2005.