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來源：《電力與能源》  作者：尹力

摘要：通過試驗，提出并驗證了適用于電廠反滲透濃水的回用方法：利用余壓將反滲透濃水打入低壓膜元件，分離的凈水回用至工業(yè)水箱，回收率可達50%,濃水經(jīng)“微波化學法”有效降低化學需氧量后達標排放。該方法進一步提升原反滲透系統(tǒng)的回收率，制得的產(chǎn)水與工業(yè)水相當，可滿足電廠多處用水需求；在敏化劑和微波共同作用下，濃水化學需氧量可由80～120 mg/L降至35～40 mg/L,低于排放標準。反滲透濃水處理后可結(jié)合濃水水質(zhì)特點和廠里用水情況，在評估的基礎(chǔ)上合理回用。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠;反滲透膜分離技術(shù);微波化學法;

反滲透膜分離技術(shù)是在高于溶液滲透壓作用下，利用半透膜攔截水中的鹽類、膠體、微生物以及有機物等雜質(zhì)，實現(xiàn)溶質(zhì)與溶劑的有效分離。反滲透技術(shù)在電廠鍋爐補給水處理中有廣泛應(yīng)用，是制備電廠生產(chǎn)所需除鹽水的重要工序。補給水系統(tǒng)反滲透回收率通常為75%,排放約25%的濃水。反滲透濃水為經(jīng)常性排水，水量不容忽視，如果濃水直接外排將造成水資源的浪費。

反滲透濃水的水質(zhì)與反滲透膜透過性能和進水水質(zhì)有直接關(guān)系。一般情況下，電廠補給水系統(tǒng)中的反滲透濃水含鹽量高、濁度小，幾乎不含重金屬、氨氮、微生物等。這樣的水質(zhì)條件決定其處理方式有別于其他電廠廢水。反滲透濃水的回用空間大，處理目標也更有指向性。

1 反滲透濃水回用方案

結(jié)合電廠實際情況，提出反滲透濃水回用方案：反滲透濃水→零動力膜系統(tǒng)→產(chǎn)水至回用水箱、濃水經(jīng)處理后達標排放。具體回用流程見圖1。反滲透濃水被引入低壓脫鹽膜元件，在不增加外界動力的情況下，利用反滲透濃水排放壓力為動力，對反滲透濃水進行再度分離，回收率目標值設(shè)定為50%。處理后產(chǎn)水進入回用水箱循環(huán)使用；濃水經(jīng)回收箱過度后進入濃水處理系統(tǒng)，向反應(yīng)池內(nèi)投加敏化劑、絮凝劑等藥劑，在微波催化作用下重點降低濃水的化學需氧量(以下簡寫為“COD”),經(jīng)處理合格后排放。該工藝進一步回收50%的反滲透濃水，將原反滲透系統(tǒng)的回收率由75%提升至87.5%。

1.1 零動力裝置產(chǎn)水水質(zhì)

經(jīng)過參數(shù)比對和模擬試驗，優(yōu)選某公司的膜元件可以滿足試驗需要，具體表現(xiàn)為：①適應(yīng)低壓運行條件。該膜元件在0.5～0.8 MPa條件下正常穩(wěn)定運行，可僅依靠濃水余壓作為動力，不額外增加動力源；②滿足電廠生產(chǎn)實際。以反滲透濃水為進水的情況下，零動力膜系統(tǒng)的出力達3 t/h以上，回收率可大于50%;③在此條件下，膜元件不易污堵，可較長時間穩(wěn)壓運行而無需頻繁清洗。

將零動力膜系統(tǒng)安裝在電廠補給水系統(tǒng)一級反滲透濃水出口，反滲透濃水直接接入零動力膜系統(tǒng)，試驗過程中零動力裝置與反滲透裝置同步運行。持續(xù)跟蹤零動力裝置產(chǎn)水的主要指標，檢測結(jié)果見表1。

注：(1)GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工業(yè)用水水質(zhì)》中規(guī)定再生水用作工業(yè)用水水源時基本控制項目及限值；(2)本文提到的COD均為CODCr,以下簡寫為COD。

經(jīng)測定，零動力裝置產(chǎn)水的pH值維持在6.48左右，略低于回用標準中的6.5限值。除pH值以外，其他檢測指標均滿足國標對于回用水的水質(zhì)要求。產(chǎn)水pH值偏低主要是空氣中的二氧化碳溶入造成的，在后續(xù)處理中碳酸鹽平衡打破后，產(chǎn)水的pH值可恢復(fù)至6.5～8.5的范圍內(nèi)。零動力裝置產(chǎn)水含鹽量低，可回用至電廠內(nèi)對于水質(zhì)有一定要求的地方，如超濾進水、反滲透進水、甚至是混床進水等。

1.2 零動力裝置濃水的處理

零動力回用系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水水質(zhì)檢測結(jié)果如表2所示。檢測顯示濃水COD超過了排放標準，其他指標均符合排放要求，因此濃水的處理目標主要是將COD降至60 mg/L以下。

注：（1)DB 31/199—2018 《污水綜合排放標準》中規(guī)定的第二類污染物排放限值。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，“微波化學法”可有效降低濃水的COD,具體方法是向濃水中加入一定量的敏化劑和混凝劑，在微波催化作用下，強化降低COD的效果。微波是指頻率為300 MHz～300 GHz的電磁波，在微波照射下廢水中某些強極性污染物的局部會形成高溫“熱點”,誘發(fā)分子極化旋轉(zhuǎn)，對極性大分子化學鍵的斷裂具有促進作用，從而加速分解過程，強化廢水處理效果。加入敏化劑可增強體系對微波的吸收和傳熱能力，污染物在受熱后會揮發(fā)、分解或被固定。試驗結(jié)果顯示，在敏化劑加藥量為300 mg/L時，濃水COD在80～120 mg/L范圍內(nèi)，出水COD可降至35～40 mg/L,達到排放要求。該條件下出水的其他監(jiān)測指標，在處理前后未發(fā)生明顯變化，均低于排放限值。

1.3 運行效果

對整個系統(tǒng)的運行情況進行為期一個月的持續(xù)跟蹤，零動力裝置的進口壓力幾乎不變，濃水壓力從0.60 MPa升至0.65 MPa, 表明零動力膜未出現(xiàn)明顯結(jié)垢污染。整個系統(tǒng)出水水質(zhì)呈現(xiàn)一定的變化，但始終滿足排放標準，未出現(xiàn)大的波動。

從零動力裝置進出口壓力變化和最終產(chǎn)水水質(zhì)兩個方面判定：該系統(tǒng)運行較為穩(wěn)定，滿足實際生產(chǎn)的需要。

該回收裝置運行時，電耗和藥劑費用占運行成本的主要部分。電耗主要是微波裝置工作用電，藥劑費用主要是敏化劑，考慮到敏化劑在反應(yīng)中主要起到催化作用，可將澄清池底部污泥收集起來回用，從而節(jié)省藥劑費用。

2 零動力膜應(yīng)用情況

零動力膜裝置優(yōu)勢明顯：無需額外增加動力源，占地面積小，對于原反滲透系統(tǒng)幾乎無影響，有效減少新鮮水使用量和濃水外排量，目前已在電力、石化等行業(yè)實施應(yīng)用,匯總見表3。

目前關(guān)于利用零動力膜回用反滲透濃水的論文研究較少，但該方法應(yīng)用實施發(fā)展迅猛。結(jié)合本研究和已有案例可以發(fā)現(xiàn)，對于零動力膜處理方法而言，維持膜系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行是關(guān)鍵，亦是難點。反滲透濃水含鹽量高，對于膜的性能指標提出了更高的要求，需要其具備耐高鹽、抗污堵等特性，因此多采用性能良好的苦咸水反滲透膜。為解決鹽析出和膜結(jié)垢的問題，采用超濾+強化阻垢或加酸預(yù)處理和專用阻垢劑相結(jié)合的方法,可有效避免碳酸鈣等鹽垢的析出。當進水水量降低后，膜表面濃水側(cè)的濃差極化可能會因此增加，從而導(dǎo)致產(chǎn)水水質(zhì)惡化、壓差增加等問題，因此，在實際運行中需關(guān)注進水流量和回收率的變化，必要時作出調(diào)整。

3 廠內(nèi)回用方案分析

電廠反滲透濃水的廠內(nèi)回用思路可歸納為以下三種。

方案一：將反滲透濃水回用為循環(huán)水補水。一般情況下，反滲透濃水水質(zhì)優(yōu)于循環(huán)水補水,完全可以作為循環(huán)水補水回用,混合濃水后的循環(huán)水補水各項指標均遠遠低于標準要求。但濃水的引入使得補水的成分發(fā)生變化，特別是循環(huán)水的堿度會因此升高，增加了循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢的風險，因此循環(huán)水的控制參數(shù)，如水質(zhì)穩(wěn)定劑添加量、濃縮倍率、排污量等都需要根據(jù)實際情況重新判定，同時也需要引入超聲波除垢、添加硫酸和阻垢劑等方式來應(yīng)對可能出現(xiàn)的結(jié)垢問題。市面上較多采用此方法對反滲透濃水進行回用，此法無需增加水處理設(shè)備，只需將濃水引入循環(huán)水補水并及時跟蹤調(diào)整循環(huán)水控制情況即可。由于濃水排出量隨著制水設(shè)備的運行而發(fā)生非周期性變化，給循環(huán)水的控制提出了更多要求。

方案二：反滲透濃水經(jīng)膜處理后回用，回用過程中產(chǎn)生的濃水經(jīng)處理后排放或深度處理。本文所提出的回用方法即屬于此范疇。該方法可有效提升反滲透濃水的回用比例，回用水水質(zhì)好，可以滿足多方面的使用要求，但在處理的過程中會額外產(chǎn)生一定量的濃水，因此，并不能實現(xiàn)濃水的百分百回用；對于該部分濃水，需經(jīng)過相應(yīng)的處理才能達標排放，或通過深度處理實現(xiàn)零排放。因此使用膜濃縮的方法一般還需配置一套水處理裝置。電廠在實際運行中，需充分結(jié)合反滲透濃水特性來選擇合適的膜元件，積極跟蹤裝置的運行情況，保障系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。

方案三：將濃水重新引入原水澄清池回用。該方法簡單易操作，無需額外增加水處理設(shè)備，可實現(xiàn)濃水的全部回用，同時減少原水的取水量。但該處理方法存在一個問題：電廠的預(yù)處理主要去除膠體、懸浮物等大顆粒物質(zhì)，對于原水中的鹽類幾乎沒有去除效果，長期循環(huán)回用將導(dǎo)致原水含鹽量持續(xù)遞增，進而影響化學制水系統(tǒng)的運行安全性和經(jīng)濟性。在電廠實際運行中，該方法只適用于反滲透濃水的短期處理或減量處理，不宜作為長期處理方式。

4 結(jié)語

本文提出了針對電廠反滲透濃水的回用方案，利用反滲透濃水余壓，采用低壓膜元件將濃水進行50%濃縮，產(chǎn)水直接回用至工業(yè)水箱，濃水經(jīng)混凝—微波—澄清工藝處理后將COD降至60 mg/L以下，各項指標均滿足排放標準，可直接排放。

此方法將反滲透系統(tǒng)回收率由75%提升至87.5%,濃水排放量縮減50%,降低廢水排放量的同時減少工業(yè)水取水量，提高了電廠的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

三種常見的反滲透濃水廠內(nèi)回用方法各有優(yōu)劣，電廠在選擇反滲透濃水回用方案時需結(jié)合濃水水質(zhì)特點和廠里的實際情況，可選擇其中之一，也可將兩者結(jié)合起來使用。

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