城市再生水作为电厂循环水水源的循环水排污处理工艺探讨.pdf

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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 622 采用城市再生水作为循环冷却水补水的 循环排污水处理工艺探讨 刘政修 （北京京能热电股份有限公司） 【摘 要】本文阐述了采用城市再生水作为电厂循环冷却水补水水源的意义及对水质要求，对循环排污水回 用水处理工艺选择进行了论证，并提供了一些详细的设计参数，结合实际投运工程项目，对水处理系统运行情况进 行了实例分析。 【关键词】城市再生水 循环排污水 超滤 反渗透 节水 1 概述 随着我国国民经济的快速发展，作为主要基础能源生产的电力工业也保持着较高的增速，其中 火力发电量占总发电量的 80%以上。火力发电厂用水量占全部工

2、业用水量的 40%，在采用循环冷却水 系统的火力发电厂中，循环冷却水系统用水量占整个电厂用水量的 80%以上。由于火力发电厂用水 量大，水的问题已成为北方地区建设、发展电力工业的制约因素。因此，北方地区采用城市再生水 作为火力发电厂用水是必然趋势。提高循环冷却水浓缩倍率并对循环排污水进行回收利用，可有效 降低发电综合水耗，降低运行成本。 循环冷却水的节水常采用高浓缩循环水处理技术，通过“加酸+阻垢”联合处理方式提高循环冷 却水的浓缩倍率来实现。一般地区循环冷却火电厂的循环冷却水浓缩倍率达到 3 以上，特别缺水地 区火电厂的循环冷却水浓缩倍率可达 4.5 以上。 下表为某 2600MW 机组循环

3、冷却水浓缩倍率与排污 水量、补充水量的数据。 表 1 2600MW 机组循环冷却水浓缩倍率与排污水量、补充水量的关系 浓缩倍率 K 排污损失 QW（t/h） 补充水量 Qb（t/h） 2 1668.0 3592.0 3 770.0 2694.0 4 470.7 2394.7 5 321.0 2245.0 如上表所述：尽管循环冷却水采用高浓缩倍率运行可以减少排污损失，但其补充水量还是很大 的，这么巨大的用水量无论是抽取地下水还是从江河湖泊取水，均会占用宝贵的水资源，如用城市 再生水替代，将节约宝贵的水资源，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益，且符合国家“节 全国火电 300MWe 级机组能效

4、对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 623 水减排”产业政策。 城市再生水作为可再生利用的水资源，已经越来越被人们所认识。以城市污水处理厂的出水经 深度处理后作为火电厂机组循环冷却水系统的补充水，从而替代地下水或地表水，技术上可行，在 工程上许多电厂也已经实现。 2 循环冷却水对城市再生水的水质要求 2.1 城市二级污水处理厂出水达标排放标准 城市二级污水处理厂出水排放标准应达到 GB18918城镇污水处理厂污染物排放标准二级标 准或 GB8978污水综合排放标准中的一级标准。如下表所示： 表 2.1 城市二级污水主要污染物控制指标 水质控制指标 序号 基本控制项目 单位 GB18918 二

5、级标准 GB8978 中一级标准 1 CODCr mg/L 100 100 2 BOD5 mg/L 30 30 3 悬浮物 mg/L 30 70 4 动植物油 mg/L 5 10 5 石油类 mg/L 5 5 6 阴离子表面活性剂 mg/L 2 5 7 总有机碳（TOC） mg/L - 20 8 氨氮（以 N 计） mg/L 25（30）* 15 9 总磷（以 P 计） mg/L 3 0.5（磷酸盐） 10 色度（稀释倍数） 40 50 11 pH 值 69 69 12 粪大肠杆菌 个/L 104 500 * 括号外数据为水温12的控制指标，括号内数据为水温12时的控制指标。 2.2 循环冷却

6、水对城市再生水的水质要求 根据中国电力工程顾问集团公司发布的再生水深度处理设计导则 ，城市二级污水处理厂出水 经深度处理后的再生水用于工业循环冷却水，其水质要求宜满足表 2.2 水质标准。 表 2.2 直接补入循环水系统的再生水水质标准 序号 项目 单位 水质控制指标 1 pH 值（25） 7.08.5 2 悬浮物 mg/L 10 3 浊度 NTU 5 4 BOD5 mg/L 5 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 624 序号 项目 单位 水质控制指标 5 CODCr mg/L 30 6 铁 mg/L 0.5 7 锰 mg/L 0.2 8 Cl mg/L

7、根据凝汽器等换热器管道材质要求确定 9 碳酸盐硬度 mg/L 按照设计的浓缩倍率值确定 10 NH3-N mg/L 5（当凝汽器等换热器为铜管时，应1mg/L） 11 总磷（以 P 计） mg/L 1 12 游离氯 mg/L 维持补水管道末端 0.10.2 13 石油类 mg/L 5 14 细菌总数 个/mL 1000 注：本表部分数据参考 GB50050工业循环冷却水处理设计规范标准。 3 循环排污水回用处理技术论证 3.1 城市再生水回用于电厂循环冷却水系统存在的问题 一般来说，城市再生水中的残留污染物对发电厂安全生产构成危害的主要是有机物、氨氮、含 盐量和碳酸盐硬度等。正常的污水厂二级处

8、理出水 CODcr 的含量一般在 60mg/L100mg/L 之间；氨 氮含量在 5mg/L25mg/L 之间。这些指标均不能满足发电厂用水的最低标准，需要进行深度处理后 才能回用。城市再生水往往比当地天然水含有更多的溶解性盐类，补入电厂循环冷却水系统后，这 些溶解盐分经浓缩后会导致循环冷却水系统结垢和腐蚀。为此，采用再生水作为补充水的循环水系 统浓缩倍率不宜过高，宜控制在 3.5 倍之内。 采用城市再生水作为循环冷却水补充水源的循环排污水成分复杂，处理难度大，主要表现在： （1）再生水残留的有机物容易在循环水系统中产生大量的粘泥，滋生微生物，这些物质会随循 环水排污而带出。 （2）为控制粘泥

9、和微生物滋生，需要加大量的杀菌剂，循环排污水含有残余的杀菌剂成分。 （3）为控制循环冷却水系统内设备及管道结垢，需要添加水质稳定剂，使循环水排污水质成份 变得更加复杂。 （4）再生水残留的氨氮容易在循环水系统中反硝化，消耗循环冷却水的碱度，容易导致循环排 污水偏酸性。 （5）城市再生水往往比当地天然水含有更多的溶解性盐类，其循环排污水含盐量较高，有些电 厂的排污水含盐量达到了 4000mg/L 以上。 3.2 技术方案的论证 鉴于采用城市再生水作为循环冷却水补充水源的循环排污水比采用地下水系统的排污成分更复 杂，我们在选择水工艺时要综合考虑，兼顾方案的成熟可靠性，也要考虑先进的膜处理工艺，同时

10、 要兼顾方案经济性。 针对循环排污水含盐量的特点：应考虑脱盐处理措施，目前，用于脱盐的设备主要有：反渗透 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 625 设备、离子交换器、盐水蒸发浓缩器。盐水蒸发浓缩器因造价太高，很少采用；而离子交换器虽然 成熟可靠，但再生用酸碱量大，运费用高，也不常使用。反渗透作为成熟的脱盐工艺，具有运行稳 定可靠；模块化设计，占地面积小；易实现自动控制等特点，但反渗透需要严格的预处理，以保证 其进水水质和使用寿命。 在预处理工艺选择上，根据目前工程实际应用情况，以超滤工艺为最佳。由于循环冷却水的补 充水是采用城市再生水，其残留的有机物和循环

11、冷却水滋生的微生物对超滤运行的影响较大，为此， 在采用城市再生水作为循环冷却水补充水源的电厂，其循环排污水处理工艺必须考虑超滤的前处理 和自身保护措施，如设置机械加速澄清池、多介质过滤器、超滤前置过滤器、超滤进水杀菌、超滤 反洗及化学清洗等措施，以保证超滤的进水水质和使用寿命。 根据实际工程经验，并通过现场工艺试验，下述工艺技术先进可靠、经济可行： 循环排污水（1、2 号机组凝汽器出入口）生水加热器（维持原水温度 2030）机械搅 拌加速澄清池（NaClO、PAC）双介质（石英砂、无烟煤）过滤器盘滤超滤反渗透（阻垢剂、 盐酸、还原剂）淡水箱。在满足机组及热网系统正常补水外，其余部分返回循环冷却

12、水，用于改 善循环冷却水质量。 3.3 设计参数的选择 考虑到城市再生水经浓缩后的排污水具有成分复杂、易结垢、易污堵膜系统等特点，在系统设 计中参数的选择尤为重要。预处理设施：宜选择“机械加速澄清池+多介质过滤器”工艺，并配合加 絮凝剂（如聚合铝或聚合铁） 、加杀菌剂（如次氯酸钠）联合处理。 3.3.1 预处理系统 （1）机械加速澄清池的上升流速0.60mm/s； （2）多介质过滤器的运行流速10m/h； （3）高效纤维过滤器的运行流速20m/h； 3.3.2 超滤系统 （1）超滤前应设置过滤精度 100m 的保护过滤器，形式宜选择自清洗丝网过滤器； （2）超滤膜宜选择有大量应用业绩的进口超滤

13、膜，膜材质宜有限选择 PVDF； （3）超滤膜通量宜选择60L/m 2h； （4）超滤运行周期宜选择 28min，即每 30min 反洗一次，反洗时间 2min； （5）超滤宜设置化学加强反洗，化学加强反洗啊 12 次/d，采用碱氯洗河酸洗分别进行一次 10min 的浸泡清洗。 （6）超滤宜设置化学清洗，每 3 个月进行一次，采用碱洗、碱氯洗、酸洗三步清洗。 3.3.3 反渗透系统 （1）反渗透膜宜选择抗污染膜； （2）反渗透膜通量宜选择小于等于 20L/m 2h； （3）应根据反渗透进水情况设置加酸、加阻垢剂、加还原剂、加非氧化性杀菌剂（根据实际需 要设置）等加药系统。 （4）反渗透的化学清

14、洗周期根据进水情况和反渗透运行情况设置，根据污染物有针对性地进行 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 626 化学清洗，清洗周期不宜超过 6 个月。 3.4 循环水排污回用处理系统产水回用点的选择 3.4.1 循环水排污经反渗透脱盐后，其产水水质较好，接近一级除盐水，如果将产水用作锅炉补给 水除盐系统的生水水源，可以极大地延长一级除盐和混床的再生周期，降低酸碱耗量，给电厂带来 良好的经济效益。 3.4.2 循环水排污回用处理系统产水在满足锅炉补给水除盐系统的水量需求后还有剩余的情况下， 建议将剩余的产水补入循环水系统，以实现循环水系统的旁流脱盐。 3.5 循

15、环水排污回用处理系统产生的废水处理 3.5.1 机械搅拌澄清池排污水及多介质过滤器反洗排水可经过澄清过滤后回用。 3.5.2 循环水排污一般采用双膜法，超滤产生的主要废水有反洗水、浓排水及化学清洗废水，反渗 透产生的主要废水有浓排水、冲洗水及化学清洗废水。超滤及反渗透化学清洗废水经 处理后用于灰场喷洒降尘，其余部分废水由于其浊度低、含盐量于循环冷却水相同，可回用于 循环冷却水系统补水。 3.5.3 反渗透浓水处理方式有两种：在水质允许情况下，用作过滤器的反洗水；也可用于脱硫工艺 用水。 4 实例分析 4.1 北京京能热电股份有限责任公司循环排污水回用处理工程 4.1.1 工程概况 （1）日处理

16、排污水量：7200t/d。 （2）电厂循环冷却水补充水源为城市再生水，再生水的主要水质指标： CODCr：11mg/L20mg/L 悬浮物：1NTU3NTU 含盐量：480mg/L812mg/L （3）循环水浓缩倍率：3.5 倍。 （4）循环水排污的主要水质指标： CODCr：22mg/L35mg/L 悬浮物：10NTU20NTU 含盐量：1000mg/L1800mg/L. （5）处理工艺：循环排污水机械加速澄清池多介质过滤器叠片过滤器压力式超滤超 滤产水箱升压泵保安过滤器高压泵反渗透淡水箱。 （6）超滤设备：出力：1284m 3/h，回收率：90%。超滤选用美国 KOCH 公司生产的型号为的

17、 V1072-35-PMC 膜元件，膜通量设计采用 60L/m 2h。 （7）反渗透设备：出力为 1202m 3/h，回收率：7075%。反渗透选用美国 DOW 公司生产的型 号为 BW30-365FR 膜元件。 （8）反渗透产水的用途：首先满足锅炉补给水处理系统用水需求，多余部分直接补入循环冷却 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 627 水系统。 （9）项目于 2007 年 2 月竣工投产。 4.1.2 运行情况 4.1.2.1 超滤系统运行情况 表 4-1 超滤系统进出水水质运行数据 超滤入口 超滤出口 日期 流量 t/h 浊度 NTU CODMn m

18、g/L 流量 t/h 浊度 NTU CODMn mg/L SDI TMP MPa 备注 2008 年 1 月 135 0.92 5.80 121 0.20 5.30 0.78 0.35 2008 年 2 月 132 0.96 6.60 118 0.15 6.00 1.08 0.87 2008 年 3 月 124 0.98 6.00 109 0.16 5.50 1.21 1.55 清洗 2008 年 4 月 140 0.89 5.90 126 0.18 5.45 0.78 0.36 清洗后 2008 年 5 月 135 0.91 6.21 121 0.16 5.54 0.86 0.78 2008

19、 年 6 月 131 0.93 6.05 117 0.17 5.61 1.06 1.46 清洗 2008 年 7 月 139 0.79 5.87 125 0.13 5.30 0.66 0.32 清洗后 2008 年 8 月 134 0.86 6.10 120 0.17 5.40 0.79 0.78 2008 年 9 月 127 0.91 6.06 114 0.19 5.35 1.01 1.39 清洗 2008 年 10 月 137 0.90 6.00 126 0.18 5.37 0.71 0.37 清洗后 2008 年 11 月 135 0.89 6.01 121 0.16 5.32 0.82

20、 0.82 2008 年 12 月 131 0.96 6.09 117 0.17 5.35 1.02 1.49 运行期间超滤产水SDI变化情况 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 123456789101112 月份 SDI值 系列1 图 4-1 超滤产水 SDI 变化图 从上图可以看出，在长达一年的运行中，超滤产水的 SDI 值总体在 1.52.5 之间波动，超滤产 水完全能满足反渗透入口水的水质要求。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 628 运行期间超滤压差TMP变化图 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.

21、6 1.8 123456789101112 月份 TMP值（MPa） 系列1 图 2 运行期间超滤压差 TMP 变化图 从上图可以看出，在长达一年的运行中，超滤运行压差 TMP 平均 3 个月就到设计值（1.5MPa） ， 就应该停机机进行化学清洗，清洗后的 TMP 能恢复到清洗前的水平，化学清洗周期为 3 个月。 超滤对有机物去除情况分析 0 1 2 3 4 5 6 7 123456789101112 月份 COD 进水 出水 图 4-3 超滤对有机物的去除率统计 从上图可以看出，在长达一年的运行中，超滤人口水 CODMn 在 5.8m/L6.6m/L 之间，平均为 6.05mg/L。出口水

22、 CODMn 在 5.35m/L6.00m/L，平均为 5.45mgL。超滤 CODMn 去除率为 10左右， 说明超滤对有机物的去除率较低，有机物的去除需要依靠前面的混凝过滤工艺。 4.1.2.2 反渗透系统 （1）反渗透系统配置：每套反渗透设计处理能力为 120t/h，按一级两段（20：12）排列，单 套采用美国 DOW 公司的 BW30-365FR 抗污染膜 192 支，膜通量设计采用 18L/m 2h。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 化学 629 （2）2008 年反渗透运行情况 由于反渗透进水的 SDI 在 1.52.5 之间，且反渗透设计选用通量

23、低，反渗透膜为抗污染膜，反 渗透运行稳定，脱盐率保持在 97.5%以上，产水量基本维持在 115120t/h，段间压差平均 3 个月上 升 1.5bar，一年总共进行 4 次化学清洗，从清洗循环液的颜色和垢样分析，反渗透污染主要体现在 有机物污染，清洗后反渗透的段间压差能恢复到原来的水平，产水量也能恢复到设计值。 5 结束语 5.1 采用循环冷却水排污水作为化学水处理水源，特别是使用城市再生水作为循环冷却水补水的水 源，需要通过现场试验选择确定水处理工艺，一般原水需要混凝澄清预处理工艺，去除大部分悬浮 物和部分去除有机物，为后续水处理设备安全稳定运行创造有利条件。建议控制机械搅拌澄清池出 水浊

24、度1NTU。 5.2 在循环冷却水选择水质稳定剂、缓蚀剂及杀菌灭藻剂时，考虑与化学混凝澄清药剂、工艺相适 应。在循环冷却水投加杀菌灭藻剂时，注意循环冷却水浊度变化对混凝澄清的影响。根据运行经验， 循环冷却水杀菌灭藻剂不宜使用异噻唑啉酮。 5.3 根据这类电厂的循环水排污水具有高含盐量、高污染等特性，回收工艺宜采取“预处理+双膜 法（即超滤膜+反渗透膜） ”处理工艺处理，脱盐处理方式以反渗透方案最为经济。 5.4 为了保证系统运行安全稳定，在膜通量选择上，超滤膜宜选择小于等于 60L/m 2h，反渗透膜 宜选择小于等于 20L/m 2h，反渗透宜选用抗污染膜。为防止微生物对超滤、反渗透膜的污染，

25、建议 考虑反渗透系统连续添加非氧化性杀菌灭藻剂或定期采用非氧化性杀菌灭藻剂对反渗透膜进行化学 清洗。 5.5 脱盐后的淡水宜首先用作化学车间的锅炉补给水处理设备的给水，以进一步提高反渗透预脱盐 处理的经济性。 5.6 采用循环冷却水排污水作为化学水处理水源，特别是使用城市再生水作为循环冷却水补水的水 源，超滤选用美国 KOCH 膜元件、反渗透选用美国 DOW 抗污染膜元件是合理的。 参考文献： 1 水质标准汇编 中国标准出版社 2005.10 2 火力发电厂化学专业设计规程规范汇编 水处理专业信息网 3 再生水深度处理设计导则 中国电力工程顾问集团公司 4 北京京能热电石景山发电厂污水深度处理回用系统施工设计总说明 2006.8 5 工业水处理技术 海洋出版社。 作者简介： 刘政修，高级工程师，长期从事化学水处理及热力设备腐蚀防护工作，现任北京京能热电股份有限公司生产技 术部化学专业主管。 单位地址：北京石景山区广宁路 10 号。 邮编：100041。