火電廠循環冷卻排污水回用技術路線研究

0循環水回收利用技術路線燃料發電廠是集水區的大型節水設備。年處理水的總水量約為80%。本文針對火力發電廠幾種不同的循環排污水回用技術進行分析探討和方案比選,構建一條具有較高技術可行性及低成本優勢的循環水回收利用工藝路線,同時根據目前存在的技術瓶頸對循環排污水回用技術的發展提出建議。1循環水系統介紹循環冷卻水系統是指通過熱交換器交換熱量或直接接觸換熱方式來交換介質熱量,并經冷卻塔冷卻后循環使用,以節約水資源。循環水系統分為密閉式和敞開式兩種,常用敞開式循環冷卻水系統。敞開式循環冷卻水系統運行過程中,循環水在冷卻塔內與空氣充分接觸,水在冷卻塔中蒸發,造成循環水濃縮,同時吸收空氣中的大量灰塵、泥沙、微生物等,造成生物粘泥污染,因此循環冷卻排污水具有含鹽量高,硬度、堿度較高,懸浮物含量高,COD較高,阻垢劑、緩蝕劑殘留等特點,詳見表1。2循環冷卻污水回用技術2.1設計知識產權需要回用水處理的濃鹽水。在一般廢水中,各反滲透(ReverseOsmosis,RO)是利用選擇膜的選擇透過性從循環排污水中分離出淡水,從而達到中水回用的目的。苦咸水反滲透膜適于總溶解固體TDS在10000mg/L以下的廢水進行脫鹽處理,最終濃鹽水TDS可達約30000mg/L,回收淡水可用于循環排污水的回用。該工藝技術成熟,且具有能耗低、產水水質好、系統簡單的特點,是目前應用最普遍的循環排污水回用技術。2.2陰離子交換膜電滲析(Electrodialysis,ED)是一種在電場的作用下,利用電驅動力的脫鹽技術。帶負電荷的陰離子穿過陰離子交換膜,但不能穿過陽離子交換膜,因此被集中在濃縮液通道中;同理,陽離子穿過陽離子交換膜,但不能穿過陰離子交換膜,也被截留在濃縮液通道中。因此,在交替排列的陰膜、陽膜之間的通道中產生濃縮液和脫鹽液,電滲析原理見圖1。頻繁倒極電滲析(ElectrodialysisReversal,EDR)是在電滲析基礎上發展而來的。通過電極轉換,使得系統內濃、淡室發生互換,原先離子交換膜兩側的酸堿特性發生反轉,從而破壞膜表面的結垢條件。通過合理的倒極周期設置,膜兩側的酸堿環境不斷變換,體系內的結垢溶垢交替發生,結垢離子不斷改變遷移方向,最終實現垢物始終無法在膜面生成,起到體系內自清潔的作用和目的。EDR主要用于中水的脫鹽淡化,適用于含鹽量介于400～5000mg/L之來水。2.3di除鹽技術電吸附(CapacityDeionization,CDI)是利用帶電電極表面吸附水中離子及帶電粒子的現象,使水中溶解鹽類及其它帶電物質在電極的表面富集濃縮而實現水淡化的一種新型水處理技術。CDI除鹽的基本原理就是通過施加外加電壓形成靜電場,強制離子向帶有相反電荷的電極處移動,對雙電層的充放電進行控制,改變雙電層處的離子濃度,并使之不同于本體濃度膜電容電吸附技術(MembraneCapacityDeionization,MCDI)是在CDI的基礎上,在正負電極表面各緊貼一層陰離子交換膜和陽離子交換膜。這一改進既能保證離子的正常遷移、吸附過程,又能有效阻止被吸附離子因水流擾動而被帶走,且可避免再生過程中脫附離子被二次吸附于對側電極,從而大大提高了離子去除效率和電極再生效率。MCDI可用于來水含鹽量小于5000mg/L的中水脫鹽。CDI和MCDI原理見圖2。2.4技術特征的比較綜上所述,三種脫鹽工藝的技術特點對比見表2。3規劃建設循環污水回收水技術路線3.1預處理+mcdi法以新疆某電廠為例,進行循環排污水中水回用工藝系統模擬設計。該電廠循環冷卻水循環量約20000m電廠循環排污水水質指標如表3所示。針對排污水水質情況和回用水水質要求,分別設計了以RO、EDR、MCDI為核心的中水回用技術路線:1)預處理+RORO脫鹽率高,且產水呈酸性,不適于直接用于循環水補水,因此本項目采用“產水混合原水”的礦化處理模式,即RO處理量按450mRO對進水水質要求嚴格,循環排污水硬度高、懸浮物高、COD高,預處理工藝可選用“部分軟化+砂濾+超濾”。2)預處理+EDREDR脫鹽率與回收率可調節,為滿足循環水補水水質要求,EDR按照產水TDS小于1000mg/L設計,回收率約85%。EDR對來水水質要求相比于RO較寬泛,但仍需要防止濃水側硫酸鈣結垢析出,因此預處理工藝可選用“部分軟化+砂濾”。3)預處理+MCDI與EDR類似,MCDI脫鹽率與回收率也可調節,但目前脫鹽率較低,主要是受電極材料吸附容量的影響。吸附能力較弱的電極材料,運行過程中電極迅速達到飽和,再生頻繁,導致產水率和脫鹽率較低,因此制約MCDI技術應用于中、高鹽水脫鹽領域的核心在于開發高吸附能力電極材料。本方案若按照80%回收率,脫鹽率約為60%,產水水質略微次于循環水補水水質標準。MCDI配套預處理工藝可選用“部分軟化+砂濾”。三種工藝路線的經濟指標對比如表4所示(僅濃縮單元)。3.2edr性能分析1)從技術層面分析,RO系統回收率最高、產水水質最好,但預處理要求嚴格,運行穩定性較差,在廢水領域的使用常常面臨污堵、結垢、清洗頻繁、膜性能衰減較快的問題;EDR技術回收率和脫鹽率均能滿足循環排污水回用的水質和水量要求,且預處理要求較低,無高壓設備的使用,運行維護較簡單,在脫鹽水水質要求較寬泛的場合中使用具有一定優勢;MCDI技術脫鹽率較低,在給水處理上的應用較多,在中、高鹽廢水領域的應用還有待進一步驗證。2)從運行成本層面分析,EDR膜片電阻的大小直接影響EDR設備的電耗,制約運行成本,目前,EDR膜片技術國內外差距很大,國際領先的均相膜厚度僅為國產膜的19%,電耗僅為國產膜的85%。RO運行成本位于國產EDR和進口EDR之間,實際項目中可結合投資成本綜合對比選擇。MCDI運行電耗高于RO和進口EDR,低于國產EDR,MCDI的電耗主要受脫附時放電過程的影響,若能開發配套能量回收裝置,將脫附過程釋放的電能回收,則可以進一步降低運行成本。3)從投資成本對比上看,MCDI>EDR>RO,這與目前這三種技術的發展現狀有關。RO技術已經十分成熟,在國內外市場上被廣泛應用,生產廠家較多,成本透明度高;EDR生產廠家較少,且國外技術遠遠領先國內,進口設備價格較高,國產化EDR的研制和優化尚需要加快步伐,技術前景較好;MCDI生產廠家稀少,且規模較小,應用領