火電廠全廠末端廢水分鹽處理工程實例
摘要：以某發電廠全廠末端廢水處理工程為例,介紹了化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發結晶工藝在再生水水源發電廠全廠末端廢水處理中的應用。經納濾處理后,末端廢水被分成兩部分,一部分經碟管式反滲透濃縮后進入混鹽結晶系統,另一部分經反滲透-碟管式反滲透濃縮后進入精制鹽結晶系統。整套工藝的產水全部回收作為循環水補充水,實現全廠廢水不外排,精制鹽結晶系統產生的結晶鹽中NaCl質量分數達98.75%,外售處理。廢水處理總運行費用約33.89元/m³,低于同類型處理工藝,可以為相關電廠的改造提供參考。
0 引言
火力發電廠作為我國工業的耗水大戶,用水量約占工業總用水量的40%,同時也產生大量的廢水。為提高用水效率,火力發電廠開展了積極有效的節水工作,脫硫廢水作為煤場噴淋水、撈渣機補充水和干灰拌濕水等。2000～2016年,全國火力發電廠單位發電量耗水量下降68%,單位發電量廢水排放量降低95.7%。但是隨著廢水梯級利用次數的增加,水質不斷劣化,受水質及消納用戶用水量影響,依然有大量末端廢水無法繼續回用。火力發電廠末端廢水難以完全消納與廢水不得外排的矛盾凸顯,對末端廢水完全消納處理的需求非常迫切。
火力發電廠末端廢水來源及產生量隨機組類型、機組數量和容量、生產用水水源及水質、煙氣處理工藝、水務管理水平等不同而存在較大差異,來源主要有脫硫廢水、樹脂再生廢水、反滲透濃水、循環水排污水等。目前火力發電廠主要進行脫硫廢水的零排放消納處理,由于其廢水量較少,一般在20m³/h左右,主要采取蒸發結晶或煙道霧化蒸發處理,工藝流程相對簡短。但隨著越來越多的火力發電廠將循環冷卻水補充水或全廠生產用水水源替換為再生水,其面臨著廢水重復利用率降低,無法利用的末端廢水量增加等問題,產生的末端廢水量可達幾百噸,廢水中含有的全鹽量、氯離子、有機物等是脫硫廢水的數倍,完全消納處理難度更大,本文探討了全再生水水源火力發電廠末端廢水處理消納情況,可以為相關電廠的改造提供參考。
1 工程概況
某火力發電廠建有2×600MW亞臨界純凝濕冷燃煤機組,原生產用水水源為地表水和某鋼鐵公司綜合廢水處理站再生水,其中地表水作為鍋爐補給水水源,鋼鐵公司再生水作為循環冷卻水系統補充水及其他工業用水水源。電廠引入城鎮污水處理廠再生水,與鋼鐵公司綜合廢水處理站再生水一起作為電廠生產用水水源,并配套建設再生水石灰處理系統和循環水排污水深度處理系統,鍋爐補給水水源由地表水替換為循環水排污水深度處理系統反滲透產水。電廠進行了排水的梯級利用,主要是將循環水排污水深度處理系統超濾反洗排水回收入工業廢水處理系統處理后回用,反滲透濃水回用作為脫硫系統工藝水補充水,脫硫廢水作為渣冷卻水補水等。但是依然有部分循環水排污水深度處理過程中的反滲透濃水、脫硫廢水及樹脂再生廢水等無法再次利用。該廠對難以完全消納的廢水進行處理,采用的工藝為化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發結晶,工藝流程如圖1所示。末端廢水水質如表1所示。
2 主要構筑物及設計參數
(1)調節池。2座,由原機械加速澄清池改造而成,鋼筋混凝土結構,玻璃鋼防腐,單池尺寸29m×8.75m,有效容積2500m³,主要進行水質均衡和水量調節。為抑制微生物滋生,調節池內可投加次氯酸鈉進行殺菌。
(2)第一反應池。1座,碳鋼結構,內襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,HRT30min,池內投加液堿和純堿,用于降低鈣鎂離子、二氧化硅等易結垢組分的含量。
(3)第二反應池。1座,碳鋼結構,內襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,HRT30min,池內投加液堿,精調pH,使得鈣鎂離子、二氧化硅等易結垢組分反應更加完全。
(4)濃縮池。1座,碳鋼結構,內襯樹脂陶瓷,尺寸為6.4m×3.2m×3.8m,有效容積70m³,用于接收經過軟化處理后的廢水,同時接收從管式微濾系統不斷回流的濃水,還起到濃縮污泥暫時存放的作用。
(5)管式微濾系統。主要由循環泵、管式微濾膜及膜架、清洗裝置、控制閥門及管道等組成,設置3套,每套26只膜元件,膜管內徑0.5inch(1inch≈2.54cm),膜孔徑0.05μm,以錯流過濾方式運行,回收率≥95%。管式微濾出水進入pH調節池,投加鹽酸將pH調整到8以下。
(6)中間水池。1座,地下鋼筋混凝土結構,玻璃鋼防腐,有效容積250m³,主要暫存pH調節后的處理水。
(7)納濾系統。2套,單套膜元件78只,凈出力55.25m³/h,回收率≥85%,三段布置,一～三段壓力容器排列方式為7∶4∶2。納濾裝置產水進入納濾產水池,作為后續反滲透系統的進水,濃水進入納濾濃水池,作為DTROⅠ系統進水。
(8)反滲透系統。2套,單套膜元件66只,凈出力46.75m³/h,回收率≥85%,分三段布置,一～三段壓力容器排列方式為6∶3∶2,主要用于進一步濃縮納濾系統產水。反滲透系統產水進入回用水池,濃水進入反滲透系統濃水池,作為DTROⅡ系統進水。
(9)DTROⅠ系統。1套,3列,凈出力18m3/h,膜元件總數60只,每列按二段方式布置,回收率55%,主要用于濃縮納濾系統濃水。DTROⅠ系統產水進入回用水池,濃水進入DTROⅠ濃水池,作為后續混鹽結晶系統進水。
(10)DTROⅡ系統。1套,4列,凈出力15.3m³/h,膜元件總數72支,每列按二段方式布置,回收率50%,主要用于濃縮反滲透系統濃水。DTROⅡ系統產水進入回用水池,濃水進入DTROⅡ濃水池,作為后續精制鹽結晶系統進水。
(11)回用水池。1座,地下鋼筋混凝土結構,玻璃鋼防腐,有效容積300m³。
(12)污泥處理系統。設污泥緩沖池1座,地下鋼筋混凝土結構,玻璃鋼防腐,有效容積200m³。污泥脫水采用離心式脫水機,設置2臺,每臺處理能力為50m³/h,污泥濃度約3%～5%。脫水機產生的濾液及沖洗排水重力排入濾液收集池后返回調節池進行后續處理。
(13)混鹽結晶系統。1套,設混鹽結晶進料罐1臺,有效容積200m³,內襯樹脂陶瓷;混鹽熱交換器1臺,材質TiGr11;混鹽脫氣塔1座,設計溫度149℃,設計壓力345kPa,材質6%MOLY;混鹽結晶閃蒸罐1座,設計溫度149℃,設計壓力96.5kPa,材質6%MOLY;混鹽結晶加熱器1座,設計溫度149℃、設計壓力345kPa,材質6%MOLY、316LSS、TiGr12;混鹽冷凝液罐1座,設計溫度149℃,設計壓力345kPa,材質SS316L;混鹽母液罐1座,材質6%MOLY,常壓;混鹽離心機1臺。
(14)精制鹽結晶系統。1套,設精制鹽結晶進料罐1臺,有效容積200m³內襯樹脂陶瓷;精制鹽進料熱交換器設置1臺,材質TiGr11;精制鹽脫氣塔1座,設計溫度149℃,設計壓力345kPa、材質6%MOLY;精制鹽結晶閃蒸罐1座,設計溫度149℃,設計壓力96.5kPa,材質6%MOLY;精制鹽結晶加熱器1座,設計溫度149℃,設計壓力345kPa,材質6%MOLY、316LSS、TiGr12;NaCl冷凝液罐1座,設計溫度149℃,設計壓力345kPa,材質SS316L;精制鹽分離器1臺,設計溫度149℃,設計壓力-0.5～5bar(1bar=0.1MPa),材質6%MOLY;精制鹽母液罐1座,材質6%MOLY,常壓。精制鹽離心機1臺。
3 運行效果
發電廠末端廢水量約120m³/h,全鹽量為17600～24800mg/L,經藥劑軟化預處理以及膜濃縮減量處理后,DTROⅠ系統和DTROⅡ系統濃水產生量分別為8.1m³/h和7.5m³/h,分別進入混鹽結晶系統和精制鹽結晶系統進行固化處理。整套系統產生的回用水水質如表2所示。雖然回用水也具有一定的含鹽量,但是與該廠再生水石灰處理系統出水相比,含鹽量明顯偏低,回用水的硬度也較低,滿足冷卻塔補充水的水質要求,末端廢水經處理后全部回用作為循環冷卻水補充水。
經過納濾分鹽處理后,精制鹽結晶系統得到的氯化鈉達到98.75g/100g,達到《工業鹽》(GB/T5462-2015)精制工業鹽一級標準。
4 技術經濟性分析
項目總投資13977萬元,其中土建投資1629萬元,設備投資10300萬元,工程安裝費用1460萬元,工程建設其他費用588萬元。
項目總運行費用為33.89元/m³,其中藥劑費為17.60元/m³,動力費為2.87元/m³,折舊費為8.86元/m³,維修費為2.13元/m³,人工費為1.67元/m³固體廢物處置費為0.76元/m³。運行費用各部分占比如圖2所示。其中藥劑費所占比例最大,接近一半,其次是折舊費,兩者合計約占總運行費用的79.42%。
工程實施后,以系統負荷75%計算,每年可回用廢水約78.84萬m³,節約水費約157萬元,循環冷卻水排污水及全廠廢水回用率均達到100%,實現廢水不外排。
目前,國內采用蒸發結晶處理末端廢水的發電廠由于廢水水質和水量的差異,以及膜濃縮工藝和蒸發結晶形式的不同,處理成本相差較大。某發電廠采用化學軟化-絮凝沉淀-多介質過濾-DTRO-三效蒸發結晶工藝處理規模為20m³/h的脫硫廢水,藥劑費為27.28元/m³,動力費25元/m³,產生的混合結晶鹽中NaCl和Na2SO4質量分數合計>92%,含水率<5%。而采用混凝澄清-雙級過濾-弱酸樹脂-二級反滲透-正滲透-強制循環蒸發結晶工藝處理18m³/h的脫硫廢水和4m³/h的再生廢水的發電廠藥劑費為14.5元/m³,動力費29元/m³,混合結晶鹽中NaCl和Na2SO4質量分數合計>95%;含水率<0.5%。采用化學軟化-管式膜-納濾-SCRO-DTRO-MVR蒸發結晶工藝進行分鹽處理的發電廠處理36m³/h的脫硫廢水,直接運行費用26.94元/m³(藥劑費為9.42元/m³，動力費16.92元/m³,設備清洗費用0.6元/m³),膜系統折舊費9.68元/m³,產生的結晶鹽中NaCl質量分數為96.3%。本工程藥劑費、動力費、固體廢物處置費等直接運行費用21.23元/m³，總運行費用33.89元/m³,運行成本相對較低,且結晶鹽中氯化鈉純度較高。
5 結論
采用化學軟化-管式微濾-納濾-(反滲透)-碟管式反滲透-蒸發結晶工藝處理再生水水源火力發電廠全廠末端廢水是可行的,產生的回用水可全部回收作為循環冷卻水補充水,實現全廠廢水不外排,且運行費用相對較低。該工程采用納濾膜將廢水中的氯化鈉和其他鹽類進行部分分離,產生的精制結晶鹽中氯化鈉質量分數達98.75%,實現了結晶鹽的資源化,對相關發電廠全廠廢水處理具有積極的借鑒意義。
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