馬燕飛

神華新疆化工有限公司

火電廠再生廢水反滲透回收工藝研究

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目前，離子交換樹(shù)脂廣泛地應(yīng)用在食品工業(yè)、水處理、重金屬離子的富集以及環(huán)境保護(hù)等行業(yè)。離子交換樹(shù)脂具有吸附選擇性較好、機(jī)械強(qiáng)度大、抗污染能力強(qiáng)、物理化學(xué)穩(wěn)定性好以及可循環(huán)使用等諸多優(yōu)點(diǎn)，而一直受到廣泛的研究，主要應(yīng)用于水處理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。將離子交換再生廢水中的有用物質(zhì)進(jìn)行資源化回收再利用、降低再生廢水排放量，已經(jīng)成為降低離子交換過(guò)程成本、減輕再生廢水對(duì)環(huán)境不利影響的重要途徑，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要?；诖吮疚姆治隽嘶痣姀S再生廢水反滲透回收工藝。

火電廠；再生廢水；反滲透回收工藝

1 研究意義

近年來(lái)隨著國(guó)家《節(jié)約能源法》、《環(huán)境保護(hù)法》等法規(guī)相繼頒布實(shí)施，國(guó)家對(duì)火電廠用、排水量和水質(zhì)的要求日益嚴(yán)格，企業(yè)廢水外排壓力日漸增大，水已經(jīng)成為制約及影響電廠經(jīng)濟(jì)效益的主要因素之一，許多電廠已經(jīng)將節(jié)水減排作為重點(diǎn)工作來(lái)抓。如何減少?gòu)U水排放量，實(shí)現(xiàn)廢水的資源化利用已經(jīng)成為水處理技術(shù)領(lǐng)域的重要課題。

目前在燃煤火力發(fā)電廠，大多數(shù)300MW以上的凝汽式機(jī)組，都帶有凝結(jié)水精處理設(shè)備，凝結(jié)水精處理多采用高速混床，在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生一定量的酸堿再生廢水。針對(duì)這部分再生廢水，一般的處理及回用方式為：中和水力除灰系統(tǒng)的堿性灰水，或者通過(guò)中和至排放標(biāo)準(zhǔn)后用于煤場(chǎng)沖洗噴淋或直接外排。由于目前火電廠基本采用干除灰方式，灰渣系統(tǒng)消耗廢水量很少，并且這部分廢水含鹽量高、侵蝕性強(qiáng)、水中富含氨氮，嚴(yán)重限制了回用途徑。因此，酸堿廢水只能中和后回用至輸煤等水質(zhì)要求低的場(chǎng)合，剩余部分只能達(dá)標(biāo)排放。

由于離子交換設(shè)備產(chǎn)生的再生廢水含鹽量高，結(jié)垢性離子如硬度離子和SO42-含量很低，主要離子成分是再生劑帶入的Na+和Cl-，精處理再生廢水中還有的氨，上述成分都是電力生產(chǎn)過(guò)程中的有用物質(zhì)，有資源化回收利用的潛力，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)其的研究非常有必要。

2 反滲透膜分離的原理

對(duì)透過(guò)物質(zhì)具有選擇性的薄膜稱(chēng)為半透膜，一般將只能透過(guò)溶劑而不能透過(guò)溶質(zhì)的這種薄膜，稱(chēng)之為理想的半透膜。當(dāng)把相同體積的溶劑和溶液(或把相同體積的兩種不同濃度的溶液)分別置于此膜的兩側(cè)時(shí)，純?nèi)軇⒆匀淮┻^(guò)半透膜而自發(fā)地向溶液(或從低濃度溶液向高濃度)一側(cè)流動(dòng)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為滲透。隨著水的流入濃溶液不斷被稀釋?zhuān)?dāng)水向濃溶液流動(dòng)而產(chǎn)生的壓力P足夠阻止水繼續(xù)流入時(shí)，滲透則處于平衡狀態(tài)。平衡時(shí)，水通過(guò)半透膜從任一邊向另一邊流入的數(shù)量是相等的，即處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)的壓力P稱(chēng)為溶液的滲透壓。滲透壓的大小取決于溶液的固有性質(zhì)，即與濃溶液的種類(lèi)、濃度和溫度有關(guān)，而與半透膜的性質(zhì)無(wú)關(guān)。滲透是自發(fā)過(guò)程，而反滲透是一種非自發(fā)過(guò)程。在進(jìn)水(濃溶液)側(cè)施加壓力，且該壓力大于自然滲透壓，則水分子自然滲透的流動(dòng)方向就會(huì)逆轉(zhuǎn)，進(jìn)水(濃溶液)中的水分子部分通過(guò)半透膜(反滲透膜)流向稀溶液一側(cè)，使得進(jìn)水(濃溶液)側(cè)濃度更大，這個(gè)過(guò)程叫做反滲透[34，35]。其原理如圖1所示。

圖1 反滲透基本原理

3 火電廠再生廢水反滲透回收工藝

3.1 精處理系統(tǒng)

凝結(jié)水是給水的最大組成部分，由于熱力系統(tǒng)的不嚴(yán)密以及系統(tǒng)內(nèi)金屬的腐蝕，凝結(jié)水中不僅含有各種微量的溶解鹽類(lèi)物質(zhì)和硅化合物，還含有懸浮態(tài)、液態(tài)的金屬腐蝕產(chǎn)物以及微量的有機(jī)物等雜質(zhì)，凝結(jié)水精處理的主要任務(wù)就是除去凝結(jié)水中懸浮物、腐蝕產(chǎn)物及其他雜質(zhì)，降低凝結(jié)水系統(tǒng)中的含鹽量和電導(dǎo)率，以保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

某電廠裝機(jī)4×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)一套中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括前置過(guò)濾器和高速混床及旁路保護(hù)系統(tǒng)，用于除去凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物和微量鹽分。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，該系統(tǒng)具有100%凝結(jié)水流量的處理能力，經(jīng)過(guò)處理的凝結(jié)水水質(zhì)能滿足超超臨界機(jī)組對(duì)給水水質(zhì)的要求。每臺(tái)機(jī)組配備4臺(tái)高速混床，在正常情況下，3用1備。每?jī)膳_(tái)機(jī)組共用一套體外再生系統(tǒng)，再生采用的是錐體分離法。樹(shù)脂再生過(guò)程包括六個(gè)步序，即樹(shù)脂的輸送、樹(shù)脂的清洗、樹(shù)脂的分離、陰樹(shù)脂的再生、陽(yáng)樹(shù)脂的再生以及陰、陽(yáng)樹(shù)脂的混合。

樹(shù)脂輸送階段采用水力輸送方式將失效樹(shù)脂輸送至陰再生罐，備用樹(shù)脂輸送至高速混床內(nèi)部；樹(shù)脂清洗階段采用壓縮空氣+除鹽水正洗交替循環(huán)方式對(duì)失效樹(shù)脂進(jìn)行清洗并分層；陰、陽(yáng)樹(shù)脂分離階段采用除鹽水將陽(yáng)樹(shù)脂從陰再生罐輸送至陽(yáng)再生罐，再采用除鹽水對(duì)分離后的陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)行反洗；陰樹(shù)脂再生是通過(guò)對(duì)陰樹(shù)脂進(jìn)堿以恢復(fù)樹(shù)脂的離子交換能力，接著對(duì)再生后的樹(shù)脂進(jìn)行擦洗以去除再生產(chǎn)物，最后經(jīng)過(guò)循環(huán)反洗以及正洗直至排水電導(dǎo)合格；陽(yáng)樹(shù)脂再生是通過(guò)對(duì)陽(yáng)樹(shù)脂進(jìn)酸以恢復(fù)樹(shù)脂的離子交換能力，接著對(duì)再生后的樹(shù)脂進(jìn)行擦洗以去除再生產(chǎn)物，最后經(jīng)過(guò)循環(huán)反洗以及正洗直至排水電導(dǎo)合格；陰、陽(yáng)樹(shù)脂混合是將陰樹(shù)脂水力輸送至陽(yáng)再生罐，經(jīng)空氣混合均勻后進(jìn)行正洗至排水電導(dǎo)合格。

3.2 精處理再生廢水水質(zhì)分析

電廠凝結(jié)水精處理高速混床采用體外錐斗法再生，再生一次運(yùn)行時(shí)間約18h，排水水量為554.5m3。電廠4×1000MW機(jī)組精處理高速混床共計(jì)再生520次，根據(jù)單次再生廢水水量以及再生次數(shù)計(jì)算，產(chǎn)生再生廢水水量合計(jì)為28.8萬(wàn)噸，水耗偏大。對(duì)單次再生廢水水量及水質(zhì)進(jìn)行分析。

樹(shù)脂輸送、樹(shù)脂清洗以及樹(shù)脂分離三個(gè)步序，排水的pH值在5～7之間，電導(dǎo)率＜2μS/cm，陰、陽(yáng)樹(shù)脂混合過(guò)程排水的pH值在5～6之間，電導(dǎo)率＜4μS/cm，這四個(gè)步序排水水量合計(jì)為213.9m3。

陰樹(shù)脂進(jìn)堿和置換階段排水為高含鹽強(qiáng)堿性廢水，陽(yáng)樹(shù)脂再生進(jìn)酸和置換階段排水為高含鹽量強(qiáng)酸性廢水，廢水水量合計(jì)為60m3，廢水中的主要離子成分為再生劑帶入的Na+和Cl-，此外，陽(yáng)樹(shù)脂再生排水中還富含氨氮。陰樹(shù)脂正洗和陽(yáng)樹(shù)脂正洗兩個(gè)階段排水水量合計(jì)為280.6m3，水量較大。其中，正洗初期排水的電導(dǎo)率較高，隨著正洗的循環(huán)進(jìn)行，排水的電導(dǎo)率逐漸下降，到正洗合格后排水的電導(dǎo)率＜1.5μS/cm。

根據(jù)精處理再生過(guò)程消耗的酸堿量，對(duì)精處理再生過(guò)程廢水中主要離子含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表1。