火电厂循环水排污水回用处理工艺研究

本文针对火电厂循环水排污水水质特点，进行了回用处理工艺实验研究。结果表明，强化混凝可有效去除循环水排污水中的有机物，对COD、TOC去除率分别为61.2%、47.5%，减轻后续膜系统的有机污染；二级软化对Ca²⁺、Mg²⁺、总磷、TOC、全硅的去除率分别为86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%，减轻后续膜系统的无机污染；反渗透回收率可达到85%，反渗透产水可以作为锅炉补给水水源，反渗透浓水可以作为脱硫工艺用水。提出了地表水水源循环水排污水强化混凝-二级软化-超滤-反渗透回用处理工艺。

随着《水污染防治行动计划》和“排污许可证”环保政策的密集实施，对火电厂取、排水水量和排水水质指标限制越来越严格，而且部分地区通过实施阶梯式水资源费收取办法，水资源成本大幅上涨，迫使火电企业必须实施深度节水和废水综合治理工作。循环水系统用、排水水量占循环冷却型火电厂总用水量和总外排量的80%~90%，循环水系统节水减排是该类火电厂节水和废水综合治理工作的重点。

目前，大部分循环冷却型电厂已通过加强原水预处理、优选水稳剂、升级凝汽器管材来提升浓缩倍率；循环水排污水作为脱硫、输煤和除渣用水回用，但仍有大量剩余的循环水排污水需要外排。此外，还有少数电厂已采用反渗透工艺对循环水排污水进行脱盐回用，但是均存在预处理不完善、膜污堵严重、系统回收率低、化学清洗频繁、膜寿命缩短等问题。

笔者根据地表水水源循环水排污水水质特点，结合核心工艺实验研究，提出了地表水水源循环水排污水回用处理工艺路线，为循环冷却型火电厂节水和废水综合治理工作提供技术支撑。

1 实验材料与方法

01 循环水排污水

实验水样为华北某循环冷却电厂循环水排污水，该厂循环水补充水水源为地表水，凝汽器为铜管，循环水运行过程投加有磷阻垢剂、有磷碳钢缓蚀剂和铜缓蚀剂，循环水浓缩倍率控制在4.0倍。循环水排污水主要水质指标见表1。

由表1可知，循环水排污水Ca²⁺、Mg²⁺、全硅、总磷（TP）、COD、总有机碳（TOC）浓度较高。

02 实验及水质分析方法

（1）实验方法

强化混凝除有机物实验：量取1L循环水排污水于1L的烧杯中，用H₂SO₄将循环水pH调至实验pH，加入实验剂量的FeCl₃，以200r/min搅拌30min后，静置30min，上清液过滤后测定pH、TOC、COD等水质指标。

二级软化实验：Ca(OH)2或NaOH剂量优化。量取1L经强化混凝后的循环水排污水于1L的烧杯中，加入实验剂量的Ca(OH)₂或NaOH，以200r/min继续搅拌30min，静置60min，过滤上清液分析水质，确定Ca(OH)2或NaOH最优投加量。

Na2CO3剂量优化。量取1L循环水排污水于1L的烧杯中，加入最优投加量的Ca(OH)2或NaOH，以200r/min搅拌30min后，直接加入实验剂量的Na2CO3，继续搅拌30min，静置60min，过滤上清液分析水质，确定Na2CO3最优投加量。

超滤（UF）实验：UF实验采用外压式中空纤维膜元件，运行方式为死端过滤，运行模式为：过滤→反洗→冲洗，过滤周期为30min，进水流量为2.5L/h，分析产水浊度，并记录膜两侧压差。

反渗透（RO）实验：RO膜组件采用美国陶氏公司的LCHR-4040膜，投加2mg/L阻垢剂。实验采用浓水回流的运行模式，设计RO在回收率分别为75%、85%条件下运行。

（2）水质方法

水质分析方法采用标准法测定；TOC采用multiN/C 3100 TOC分析仪（德国耶拿）测定；电导、pH采用SevenGo DuoTM便携式多参数水质分析仪（瑞士梅特勒-托利多），浊度采用2100Q浊度仪（美国哈希）测定。

2 结果与讨论

01 强化混凝实验研究结果分析

循环水排污水中的有机物会对膜回用工艺造成影响，去除工艺有混凝澄清和生物法。排污水中有机物均为难降解有机物，可生化性很差，直接采用生物法进行处理，有机物去除效果极差，需要先通过高级氧化来提高循环水的可生化性，但工艺复杂，工程实施难度大。

笔者考察火电厂常用的强化混凝工艺对循环水排污水有机物去除效果。循环水排污水的COD、TOC分别为63.0、23.13mg/L，有机物浓度较高，考察强化混凝pH和FeCl3投加量对有机物去除效果的影响，结果见图1。

由图1可知，在pH=4.0和pH=8.2条件下，随着FeCl3投加量的增大，出水COD和TOC浓度降低，去除率增加。在pH=4.0条件下，FeCl₃投加量为20mg/L，对COD、TOC去除率分别为61.2%、47.5%；而在pH=8.2条件下，要达到相同的有机物去除效果，FeCl₃投加量需增加至80mg/L。混凝主要去除颗粒态和胶体态有机物，混凝试验前将水样pH调至酸性可以使部分溶解态有机物（DOM）转化为非溶解态有机物，降低混凝剂投加量，还有助于循环水中残余的阻垢剂、缓蚀剂的去除，因此，优选后的强化混凝条件为pH=4.0，FeCl₃投加量为20mg/L。02软化实验研究结果分析（1）Ca(OH)₂-Na₂CO₃二级软化Ca(OH)₂-Na₂CO₃二级软化工艺对循环水排污水Ca²⁺和Mg²⁺的去除效果见图2。

由图2（a）可知，随着Ca(OH)₂投加量的增大，Mg²⁺浓度迅速减低，但Ca²⁺浓度逐渐增加，主要是因为OH-与Mg²⁺生成Mg(OH)₂沉淀去除Mg²⁺。Ca(OH)₂最优投加量为350mg/L，出水1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺浓度分别为9.02、0.72mmol/L，继续增大Ca(OH)₂投加量，出水Mg²⁺浓度略降低，而Ca²⁺浓度继续大幅升高，增加药剂处理成本。

由图2（b）可知，随着Na₂CO₃投加量的增大，Ca²⁺浓度迅速减低，Mg²⁺浓度略有降低，投加Na₂CO₃生成CaCO₃过程有Mg²⁺共沉淀现象，与其他研究结论一致。Na2CO3最优投加量为450mg/L，软化出水1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺浓度分别为0.89、0.69mmol/L。

此外，Ca(OH)₂、Na₂CO₃投加量分别为350、450mg/L条件下，对TP、TOC、全硅的去除率分别为96.9%、24.9%、82.8%。

（2）NaOH-Na₂CO₃二级软化

NaOH-Na₂CO₃二级软化工艺对循环水排污水Ca²⁺和Mg²⁺的去除效果见图3。

由图3（a）可知，Mg²⁺和Ca²⁺浓度均随着NaOH投加量的增大而减小，NaOH最优投加量为450mg/L，出水1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺浓度分别为1.08、0.02mmol/L，Ca²⁺浓度远低于Ca(OH)₂软化出水。

由图3（b）可知，Ca²⁺和Mg²⁺浓度均随着Na₂CO₃投加量的增大而减小，Na₂CO₃最优投加量为150mg/L，出水1/2Ca²⁺、1/2Mg²⁺浓度分别为0.64、0.47mmol/L。

此外，NaOH、Na₂CO₃投加量分别为450、150mg/L条件下，对TP、TOC和全硅的去除率分别为97.9%、27.4%和84.3%。

（3）优化工艺对比

Ca(OH)₂-Na₂CO₃和NaOH-Na₂CO₃二级软化对循环水排污水软化效果基本一致，对Ca²⁺、Mg²⁺、TP和全硅去除率高。最优Ca(OH)₂-Na₂CO₃和NaOH-Na₂CO₃条件下二级软化药剂费用对比见表2。

由表2可知，两种二级软化工艺的药剂费用基本一致。但是，Ca(OH)2-Na2CO3二级软化由于Ca(OH)2的加入引入额外的Ca2+，造成Na2CO3投加量增加，污泥量增大，增加污泥处理费用；且NaOH加药系统简单，现场工作环境好，因此，二级软化工艺选用NaOH-Na2CO3，软化药剂费用为1.23元/t。

03 UF实验研究结果分析

UF实验水源采用NaOH-Na2CO3软化澄清出水，调节pH为7.5左右，UF运行压力、出水浊度见图4。

由图4可知，在UF膜元件连续运行的700min内，运行压力稳定在40~44kPa范围内，总体较为稳定，表明UF膜未发生污堵；UF出水浊度为0.51~0.56NTU，UF膜对浊度的去除率＞90%。

UF出水水质见表3。

由表3可知，UF出水SDI为2.83，小于3.0，达到RO膜进水水质要求。

04RO实验研究结果分析将软化-UF产水作为RO进水，在系统回收率分别为75%、85%条件下，RO实验设备累计运行72h，运行压力、运行压差见图5。

由图5可知，RO系统回收率为75%条件下，系统运行压力稳定在2.3~2.4MPa，系统运行压差随时间增长无明显升高现象，在18.9~20.5kPa之间波动；RO系统回收率提高至85%，系统进水压力为2.7~2.9MPa，压差在20.1~21.6kPa之间波动，远低于膜运行过程中对压差的限值（单支膜元件的压差＜100kPa），说明运行期间RO系统运行状况较为稳定。

考察回收率对电导率、脱盐率的影响，结果表明，回收率为75%时，RO进水电导率为7.0~7.7mS/cm，产水电导率为46.1~68.2μS/cm；脱盐率在99.2%~99.4%；回收率为85%时，RO进水电导率为12.5~13.5mS/cm，产水电导率在95.2~109.5μS/cm，脱盐率为99.0%~99.3%。RO系统连续运行72h内，不同时间段的产水和浓水水质见表4。

由表4可知，在回收率分别为75%、85%条件下，RO产水TDS分别为40~48mg/L、75~85mg/L；RO浓水TDS分别为6088~6150mg/L、10750~10990mg/L。

由此可见，RO产水TDS低、TOC低，可以满足锅炉补给水系统对水源水质的要求。RO浓水Cl-为640~1066mg/L，可作为脱硫工艺用水。

根据实验研究，提出循环水排污水高回收率回用处理工艺路线，见图6。

由图6可知，该工艺主要包括除有机物单元、软化单元和膜处理单元。

3 结论

（1）采用强化混凝工艺有效去除循环中有机物。酸性（pH=4.0）有助于减少混凝剂FeCl3投加量，提高有机物去除效果，同时可去除循环水中残余的阻垢剂、缓蚀剂。FeCl₃最佳投加量为20mg/L，对COD、TOC去除率分别为61.2%、47.5%，减轻后续膜系统的有机污染。

（2）采用二级软化工艺有效去除循环水中结垢性物质。NaOH-Na₂CO₃对Ca²⁺、Mg²⁺、TP、TOC、全硅的去除率分别为86.5%、92.5%、97.9%、27.4%、84.3%，减轻后续膜系统的无机污染，软化药剂费用1.23元/t。

（3）采用UF-RO工艺对循环水排污水脱盐。系统在回收率分别为75%、85%条件下可稳定运行，RO产水可以作为锅炉补给水水源，RO浓水作为脱硫工艺用水。