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燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术

作者: 时间:2022-07-07 09:30:01 点击:

  1、研究背景和意义

  燃煤电厂作为用水、排水大户,其用水量占工业用水量的30%~40%,从经济运行和保护水环境角度出发,节约发电用水,提高水的重复利用率,实现燃煤电厂废水零排放意义重大。燃煤电厂产生的废水主要有循环水排污水、工业废水、生活污水、含煤废水、含油废水、脱硫废水等,主要污染物为悬浮物、有机物、重金属、盐类等。其中循环水排污水因水量大、水质较复杂,是实现燃煤电厂废水零排放的重点和难点之一。对循环水进行预处理以及添加高性能缓蚀剂、阻垢剂等化学品能提高循环倍率,但多数电厂循环水采用城市中水,循环冷却水的浓缩倍率一般控制在3~5,因此,占循环冷却水补水量20%~40%的循环排污水,则不可避免地成为一股含盐量高、硬度高、有机物及悬浮物含量高,且水质、水温波动范围大的废水,对实现电厂外排废水“零排放”提出了新的技术挑战。

  以反渗透技术为核心的膜法处理技术在废水回用及浓缩领域已经成为主流,为了满足反渗透系统苛刻的进水条件,需要采用超滤工艺对反渗透进水进行处理,因此,超滤工艺的运行效果是整个“零排放”工艺能否实现的关键。

  相比有机超滤膜,陶瓷超滤膜良好的化学稳定性、较高的温度耐受性、较高的机械强度和高通量成为显著优势。因此,对陶瓷超滤膜处理回用中水(废水)进行中间性试验(以下简称中试),既具备理论基础,又具有现实意义。

  2、中试项目介绍

  2.1 项目场所及水质

  华电滕州新源热电有限公司采用污水处理厂中水和部分地表水混合作为机组循环水的补充水,中水水质符合GB18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,地表水水质符合三类水水质标准;中水和地表水混合后不经任何预处理直接进入冷却塔进行循环浓缩,循环浓缩倍率控制在3~5,循环水中还投加有必需的杀菌剂、缓蚀剂和阻垢剂。排污水水质见表1。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图1)

  2.2 项目工艺

  由于循环排污水硬度、浊度较高,因此在进入超滤系统之前,需要进行软化澄清处理,此次中试工艺为:循环水补水→冷却塔→循环排污水→软化澄清池→陶瓷超滤装置。

  2.3 中试装置

  中试装置包含一套软化澄清池以及一套陶瓷膜超滤中试设备,其中软化澄清采用处理量为1t/h的高效澄清池,包括反应区、混凝区、沉淀区以及配套的加药系统。

  陶瓷膜超滤中试设备包括原水箱、原水泵、陶瓷超滤膜、产水箱、反洗水泵、化学加强反洗药箱及加药泵,装置采用可编程控制器(PLC)自动控制。

  3、陶瓷超滤膜介绍

  此次中试采用的超滤膜元件为德国原装进口的第三代大面积块片式陶瓷超滤膜,陶瓷超滤膜与传统中空纤维超滤膜的特性对比见表2。由表2可知:陶瓷超滤膜具有更好的亲水性以及过滤通量,其耐受温度范围、耐油性、耐压性、耐化学清洗性均显著优于传统的有机中空纤维超滤膜;同时,陶瓷膜生产工艺与有机中空纤维超滤膜不同,过滤孔径呈狭窄集中的正态分布,过滤层与支撑层结合紧密,因此其理论过滤精度高,出水水质佳。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图2)

  4、中试加药方案及运行参数

  对电厂#4冷却塔排污水采用双碱法进行软化预处理,再进入陶瓷超滤系统。经软化澄清处理后的水质见表3。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图3)

  陶瓷超滤膜中试设备采用集装箱式一体化试验装置,陶瓷超滤膜元件的膜面积为3m2,过滤精度为30nm,过滤周期为30min,运行通量为180~300L/(m2·h),反洗通量为300L/(m2·h)。

  5、试验数据

  5.1 软化澄清池运行效果

  软化澄清池进、出水浊度和硬度分别如图1、图2所示。根据图1和图2数据:循环排污水硬度相对稳定,在1000~1100mg/L之间;但pH值和浊度则波动很大,pH值在6.8~8.9之间呈现不规律变化,均值为8.5左右,浊度则在9~22NTU之间呈现无规律的波动。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图4)

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图5)

  中试第1~24天,采用氢氧化钠+碳酸钠双碱作为软化药剂,此阶段澄清池出水浊度基本稳定在0.7~1.0NTU,出水硬度稳定在350mg/L左右。第25天后,改为石灰-纯碱作为软化药剂,由于石灰与排污水中的缓释阻垢剂相互作用,使得软化澄清池出水浊度及硬度都产生了较大波动,出水浊度上升至0.8~1.8NTU,出水硬度则上升至350~800mg/L。

  5.2 超滤系统运行效果

  采用双碱法运行澄清池(如图3所示),陶瓷超滤每24h进行1次碱性条件次氯酸钠维护性清洗,每24h进行1次盐酸维护性清洗。在24d的运行期内,逐渐将运行通量由183L/(m2·h)上升到260L/(m2·h),再上升至300L/(m2·h),过膜压差在0.05~0.08MPa之间呈现周期性变化,总体平稳,并没有上升的趋势,证明陶瓷膜可以稳定运行。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图6)

  采用石灰-纯碱法运行澄清池(如图4所示),陶瓷超滤每24h进行1次次氯酸钠维护性清洗,每24h进行1次盐酸维护性清洗。在14d的中试期间,由于澄清池出水浊度波动较大且在数个时间段内出水硬度过高,进行维护性化学加强反洗时产水生成沉淀物,清洗效果差,过膜压差上升速度较快并多次超过0.1MPa。但在调整好软化澄清池处理效果后,陶瓷超滤系统依旧可以稳定运行。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图7)

  试验期间无需进行原地清洗(CIP),因此该项目CIP周期大于1个月。

  陶瓷膜产水浊度和淤泥密度指数(SDI)都非常稳定,SDI平均值为1.9,产水浊度稳定在0.05NTU左右,不超过0.10NTU(如图5所示),完全满足后续反渗透系统的进水要求。

燃煤电厂循环排污水回用陶瓷超滤膜技术(图8)

  6、结论

  此次中试过程中,陶瓷膜超滤膜处理软化澄清后的冷却塔排污水运行通量可稳定在260L/(m2·h)左右,系统回收率>92%,陶瓷膜超滤产水浊度小于0.2NTU,SDI小于3,完全符合后续反渗透系统的进水要求。陶瓷膜每次维护性清洗持续时间为12h,且中试的一个月内未进行恢复性化学清洗。中试结果表明,陶瓷膜具有较高的运行通量、良好的运行稳定性和水质处理效果。(来源:华电滕州新源热电有限公司,纳诺斯通水务技术(上海)有限公司)