李定青

（南電能源綜合利用股份有限公司陽山南電生物質(zhì)發(fā)電有限公司， 廣東 清遠(yuǎn) 513100）

隨著國家生態(tài)文明建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)深入和人民生活水平日益提高， 國家對(duì)水環(huán)境重視程度再次提升， 工業(yè)節(jié)水與水污染防治逐漸成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)［1－3］。 火力發(fā)電企業(yè)作為重要的水用戶， 用水系統(tǒng)主要包含循環(huán)冷卻水、 工業(yè)消防水、 化學(xué)制水和鍋爐沖洗水等， 對(duì)生物質(zhì)發(fā)電項(xiàng)目而言， 沒有可消耗高鹽濃水的末端用水系統(tǒng)［4－5］。 從用水量比例來看， 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水在火力發(fā)電企業(yè)用水總量中的占比超過80%， 因此要從根本上達(dá)到電廠的廢水零排放要求， 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改進(jìn)和流程優(yōu)化是關(guān)鍵環(huán)節(jié)， 應(yīng)盡可能保持高濃縮倍率， 減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水， 同時(shí)有效脫鹽和再回用［6－12］。

本文以50 MW 生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放改造工程為例， 對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放預(yù)處理和濃縮階段的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)， 并通過工程應(yīng)用論證工藝路線的可行性。

1 工程概況

某生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組容量為2×50 MW， 配備相應(yīng)的凝汽式汽輪機(jī)組和高溫高壓循環(huán)流化床（CFB）鍋爐。 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用間冷開式， 補(bǔ)水來源為經(jīng)一體化裝置處理后的河水， 系統(tǒng)通過投加無磷阻垢緩蝕劑， 將濃縮倍率控制在2 ～3。 排污水具有成分復(fù)雜， 水量大， 但含鹽率、 硬度相對(duì)低等特點(diǎn)， 排污水總量為68 m3／h。

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)零排放一般經(jīng)過2 個(gè)主要階段， 第一是深度節(jié)水階段， 包括用水流程優(yōu)化、 降低排污水量、 廢水處理回用， 第二是末端廢水處理階段［13］。 據(jù)此， 在實(shí)現(xiàn)該電廠循環(huán)冷卻水零排放時(shí)， 首先開展深度節(jié)水工作， 循環(huán)冷卻水濃縮倍率由3 提高至6， 減少排污水量［14］， 其次對(duì)排污水進(jìn)行有效收集和循環(huán)利用的節(jié)水改造， 再次開展廢水末端治理， 最終達(dá)到廢水零排放。 具體措施包括：根據(jù)循環(huán)冷卻水水質(zhì)特點(diǎn)， 采取措施將循環(huán)冷卻水濃縮倍率提高至6 ～ 7， 使排污水量由68 m3／h減少至25 m3／h， 其中12 m3／h 作為生物質(zhì)料場(chǎng)噴霧抑塵用水， 最終剩下13 m3／h 進(jìn)入末端廢水處理系統(tǒng)， 工程上按照15 m3／h 廢水處理量進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)需達(dá)到GB 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中再生水用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求， 并滿足機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行工況（濃縮倍率為6.0）的要求。 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)見表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

2 廢水處理工藝

廢水末端處理技術(shù)主要有膜法和熱濃縮法。 傳統(tǒng)的膜法技術(shù)相對(duì)成熟可靠， 工程應(yīng)用較多， 但是其軟化處理要求高， 加藥量大， 運(yùn)行費(fèi)用偏高， 一般適合處理低鹽廢水。 熱法濃縮工藝投資相對(duì)較高， 設(shè)備折舊高， 但是無需預(yù)處理， 維護(hù)費(fèi)較低，若利用余熱煙氣作為熱源可降低運(yùn)行成本［15］。 結(jié)合該廠實(shí)際情況， 原鍋爐煙氣濕度設(shè)計(jì)值為18%， 實(shí)際已經(jīng)超過40%， 接近飽和濕度， 同時(shí)考慮原鍋爐設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行， 盡量減小改造對(duì)原系統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)水影響， 故設(shè)計(jì)采用膜法工藝作為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水深度處理系統(tǒng)的改造工藝。 膜法工藝分為預(yù)處理和濃縮2 個(gè)階段， 工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程Fig. 1 Process flow

2.1 預(yù)處理工藝

預(yù)處理工藝采取NaOH－Na2CO3軟化法＋沉淀過濾工藝， 排污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池， 由自吸泵將廢水輸送至高效澄清器， 通過在高效澄清器混合池添加30%NaOH， 絮凝池添加10%Na2CO3， 沉淀池出口添加30% 鹽酸， 降低廢水的總硬度、 二氧化硅和有機(jī)物濃度， 調(diào)節(jié)出水pH 值。 處理后廢水溢流至清水箱， 經(jīng)泵輸送至多介質(zhì)過濾器， 將廢水中的懸浮物等過濾除去， 降低濁度。 出水進(jìn)入超濾原水箱， 通過泵輸送至超濾裝置進(jìn)行后續(xù)處理［16－18］。 高效澄清器沉降污泥通過污泥泵輸送至污泥緩沖池，由污泥脫水機(jī)進(jìn)行泥水分離處理。

2.2 濃縮處理工藝

濃縮處理工藝采用雙膜法（超濾＋反滲透）進(jìn)行脫鹽濃縮， 預(yù)處理后的中間水進(jìn)入超濾原水箱，由超濾水泵輸送進(jìn)入超濾系統(tǒng)進(jìn)行處理， 主要去除水中部分膠體、 大顆粒物質(zhì)、 細(xì)菌和病毒等，經(jīng)過超濾處理后出水SDI ≤3。 超濾產(chǎn)水進(jìn)入超濾產(chǎn)水箱， 由反滲透高壓泵輸送至反滲透膜裝置進(jìn)行處理， 反滲透產(chǎn)水回用于電廠工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水， 濃水用于拌干渣。

3 主要處理系統(tǒng)及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1） 調(diào)節(jié)池。 設(shè)計(jì)2 座， 尺寸均為11 300 mm×7 000 mm×3 800 mm， 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 總?cè)莘e為600 m3； 設(shè)廢水提升泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為20 m3／h。

（2） 高效澄清器。 設(shè)計(jì)1 臺(tái)， 處理水量為20 m3／h， 其中， 混凝池和絮凝池尺寸均為1 200 mm×1 200 mm × 5 000 mm， 中心導(dǎo)流筒尺寸為φ700 mm×2 700 mm， 澄清池尺寸為φ2 500 mm×5 000 mm， 中心導(dǎo)流筒尺寸為φ500 mm×3 140 mm， 主體材質(zhì)為碳鋼襯膠防腐。 配套設(shè)置NaOH、Na2CO3、 凝聚劑、 助凝劑和鹽酸加藥裝置。

（3） 多介質(zhì)過濾器。 設(shè)計(jì)2 套， 1 用1 備， 單套出力為20 m3／h， 每套由6 個(gè)罐體組成， 罐體尺寸為φ750 mm×2 680 mm， 濾料采用石英砂、 無煙煤、 火山礫填充高度分別為600、 400、 200 mm，布水區(qū)配材質(zhì)為ABS 的水帽， 濾速設(shè)計(jì)為9 m／h。正常運(yùn)行期間， 多介質(zhì)過濾器反洗閥保持常閉，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間累積超過2 h 時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)反洗， 反洗時(shí)間為5 min。

（4） 超濾系統(tǒng)。 設(shè)超濾原水箱1 個(gè)， 尺寸為φ3 000 mm×4 000 mm， 容積為25 m3， 停留時(shí)間為1.25 h， 主體材質(zhì)為碳鋼襯膠防腐； 超濾裝置1 套，6 支膜組成， 設(shè)計(jì)凈出力為15 m3／h， 超濾膜型號(hào)UNA－620AB， 屬于立式外壓膜， 單根膜組件有效膜面積為65 m2， 系統(tǒng)回收率為90%； 超濾產(chǎn)水箱1個(gè)， 尺寸為φ2 500 mm×3 300 mm， 容積為15 m3，停留時(shí)間為1 h， 主體材質(zhì)為碳鋼襯膠防腐。 配超濾水泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為20 m3／h。 配超濾反洗水泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為15 m3／h。

（5） 反滲透系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)出力為15 m3／h。 設(shè)反滲透裝置1 套， 采用PROC10 反滲透膜膜元件24支， 單支膜面積為37.1 m2， 膜元件排列比為3 ∶2 ∶1， 系統(tǒng)回收率為87%； 設(shè)淡水箱1 個(gè)， 容積為25 m3， 停留時(shí)間為1.9 h， 主體材質(zhì)為碳鋼襯膠防腐。配反滲透給水泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為20 m3／h。 配反滲透沖洗水泵2 臺(tái)， 1 用1 備， 單臺(tái)流量為15 m3／h。 反滲透裝置啟動(dòng)前先用產(chǎn)水沖洗3 min、 正洗1 min 后開始產(chǎn)水， 系統(tǒng)停止運(yùn)行后自動(dòng)啟動(dòng)反滲透沖洗水泵進(jìn)行低壓反洗， 時(shí)間為3 min。 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后， 通常為3～6 個(gè)月，出現(xiàn)脫鹽率下降或反滲透壓升高等現(xiàn)象， 需對(duì)膜進(jìn)行化學(xué)清洗， 一般按照脫鹽率下降至設(shè)計(jì)值的85%以下進(jìn)行化學(xué)清洗。

（6） 控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用DCS 控制系統(tǒng)， 設(shè)置就地和遠(yuǎn)程控制2 種控制方式， 主要設(shè)備有操作員站、 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)設(shè)備、 過程控制站、 盤柜及其他系統(tǒng)設(shè)備。 DCS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)處理和自診斷功能， 系統(tǒng)具備步序啟動(dòng)邏輯， 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全程自動(dòng)控制。 控制系統(tǒng)主要功能包括： 單體設(shè)備聯(lián)鎖啟動(dòng)和停止、 超濾自動(dòng)正反洗、 反滲透自動(dòng)正反洗、 超濾急停順控、 反滲透急停順控、 系統(tǒng)步序啟動(dòng)、 設(shè)備重要參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視和報(bào)警、 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等。

4 工程運(yùn)行效果

工程調(diào)試期間因排污水濁度較低， 預(yù)處理添加助凝劑量偏大， 對(duì)后續(xù)的膜表面容易造成污染， 調(diào)試后期通過減少助凝劑的添加量， 保證了后續(xù)膜處理工藝的穩(wěn)定運(yùn)行， 實(shí)際運(yùn)行過程需要根據(jù)廢水濁度調(diào)節(jié)加藥量。 另外， 末端反滲透處理產(chǎn)生的高鹽濃水2 m3／h， 因用于干渣拌濕的消耗量偏少， 剩余需要重新設(shè)計(jì)增加管路， 送至燃料堆場(chǎng)噴淋消耗。該系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行正常后， 出水水質(zhì)穩(wěn)定， 運(yùn)行期間主要系統(tǒng)設(shè)備性能指標(biāo)如表2 所示， 滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

表2 主要設(shè)備性能指標(biāo)Tab. 2 Performance indexes of main equipments

工程改造前全廠平均取水量為303 m3／h， 按全年運(yùn)行7 380 h 計(jì)算， 單位發(fā)電取水量為3.03 m3／（MW·h）， 采取深度節(jié)水措施和末端處理改造運(yùn)行后取水量為251.9 m3／h， 單位發(fā)電量取水量為2.519 m3／（MW·h）， 減少取水量為51.1 m3／h， 減少排污量為68 m3／h， 實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排放。

5 投資及運(yùn)行成本

該工程總投資為1 852 萬元。 按照機(jī)組年利用7 380 h 計(jì)算， 年運(yùn)行成本不考慮設(shè)備折舊費(fèi)以及新增人員工資福利， 總成本費(fèi)用為269.57 萬元，其中電費(fèi)97.00 萬元， 藥劑費(fèi)133.57 萬元， 設(shè)備維護(hù)費(fèi)39.00 萬元， 按設(shè)計(jì)水量15 m3／h 計(jì)算， 全年處理廢水量為11.07 萬m3， 折算每噸廢水處理成本約為24.4 元。

6 結(jié)語

（1） 該工程實(shí)踐表明， 對(duì)于生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水的零排放處理， 選取NaOH－Na2CO3軟化預(yù)處理和超濾-反滲透膜法濃縮工藝是可行的， 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定， 出水水質(zhì)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)， 滿足循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水處理和回用水質(zhì)要求。

（2） 預(yù)處理階段選擇NaOH－Na2CO3軟化預(yù)處理工藝可有效去除廢水中致垢離子， 運(yùn)行穩(wěn)定性高， 出水水質(zhì)穩(wěn)定， 自動(dòng)化程度高， 管理維護(hù)方便， 此外， 系統(tǒng)設(shè)備占地面積小， 高效澄清器反應(yīng)效率高， 可有效降低藥劑投加量， 藥劑費(fèi)用較低。

（3） 濃縮階段采用超濾-反滲透膜法濃縮工藝系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性較好， 適合生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組循環(huán)冷卻系統(tǒng)水排污水含鹽量低的水質(zhì)， 產(chǎn)水可直接進(jìn)行回用， 投資及運(yùn)行費(fèi)用均較低。

（4） 針對(duì)濁度低的廢水， 助凝劑的添加量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行調(diào)整， 避免對(duì)后續(xù)的超濾膜、 反滲透膜造成污染， 保證膜處理系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（5） 針對(duì)該工程濃縮后產(chǎn)生的高鹽廢水消耗途徑單一、 消耗量低的特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增加不同途徑消耗高鹽廢水。