全膜法水處理工藝在電廠節(jié)能減排中的應用
基于“超濾(UF)→反滲透(RO)→EDI”的全膜法水處理工藝是將先進的膜分離技術組合運用，應用于電廠鍋爐補給水處理系統可以達到高效去除污染物以及深度脫鹽的目的，滿足后續(xù)工藝水質要求。
全膜法水處理
1全膜法水處理工藝特點
根據燃機機組參數、源水水質、廠址位置特點、環(huán)保等方面的因素，下沙熱電全膜法水處理系統按“超濾+一級反滲透+二級反滲透+電除鹽”系統設計，系統出力按2×140 m3/h考慮。
超濾系統采用西門子Memcor的壓力式超濾膜系統，單套系統采用96支超濾膜，產水流量180 m3/h。超濾膜為外壓式超濾膜，由于外壓式超濾膜的納污空間是內壓式超濾膜的4～5倍，所以外壓式超濾膜能承受的進水懸浮物可允許比內壓超濾膜高4～5倍，外壓式超濾的抗污染性豪無疑問優(yōu)于內壓式超濾，對原水的適應性也更強。根據廠家推薦值，進水濁度要求在20 NTU以下。
由于EDI進水水質的要求，反滲透系統采用兩級膜處理。一級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400FR抗污染性膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設計水通量23.47 L/(m2˙h) ，出力158 m3/h。二級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設計水通量26.8l L/(m2˙h)，出力150 m3/h。陶氏BW30-400系列膜元件對于進水要求如下：pH為2～11，高運行溫度45 ℃，大運行壓力41bar，高允許污染指數5，余氯<0.1 mg/L。反滲透膜分離技術利用壓力驅動，可有效去除水中固體溶解物、有機物、膠體、微生物以及細菌等雜質，與前置超濾系統配套使用，具有工藝先進、操作簡便、運行費用低、無污染、維護方便等優(yōu)點。
電除鹽裝置選用Ionpure CEDI的LX-45膜堆，共計28個膜堆，單套出力達140 m3/h。CEDI系統不需要加鹽，不需要濃水循環(huán)，不需要單獨極水排放，整套系統簡單可靠;由于濃水和極水全部回用至一級反滲透前，水利用率可達100%，膜堆兩進兩出設計(淡水進/出，濃水進/出)，系統簡單，運行維護簡單。相對于加鹽型膜堆，系統可以即開即用。
2循環(huán)水系統運行現狀及特點
電廠循環(huán)水系統采用單元制供水系統。汽機循環(huán)冷卻水為自來水，冷卻水量為17 500 t/h。3臺機組配4臺循環(huán)水泵、一條供水管、一條回水管、4座機力通風冷卻塔。平板濾網后設一臺輔助循環(huán)水泵作為停機初期輔機冷卻用。供水系統由冷卻塔→循環(huán)水排水溝→循泵進水間→循環(huán)水泵房→循環(huán)水進水管道→凝汽器→循環(huán)水回水管道→冷卻塔等組成。為了有效控制凝汽器內微生物的繁殖，防止冷卻設備的堵塞和腐蝕發(fā)生，確保凝汽器的傳熱效率和真空度，選用次氯酸鈉和緩蝕阻垢劑對循環(huán)水進行殺菌滅藻及阻垢處理。
由于循環(huán)冷卻水在循環(huán)過程中不斷蒸發(fā)濃縮，循環(huán)水導電率、硬度及堿度不斷上升導致超過其水質控制標準，此時必須不斷補充新鮮水并將部分高鹽度循環(huán)水排放，以維持水質的動態(tài)平衡，因此在循環(huán)冷卻水系統運行過程中，循環(huán)水濃縮倍數控制有一個上限，此數值一般通過動態(tài)模擬實驗確定。
3循環(huán)水系統運行中存在問題
1)循環(huán)冷卻水補充水源采用自來水，成本較高，排污水量較大，排污導致水資源浪費，運行經濟性差。
2)循環(huán)水系統原設計無底部排放口，導致實際運行中在循環(huán)水濃縮倍率超標時無法排污，只能通過水泵泵吸或者溢流的方式來控制，這種方式不僅費時費力耗能，而且無法準確控制濃縮倍率，系統存在結垢風險。
3)隨著《水污染防治行動計劃》的實行，廢水排放愈加嚴格，循環(huán)水進入雨水系統存在環(huán)保合規(guī)性問題。
4)循環(huán)水經過凝汽器冷卻后，回水溫度達到35 ℃左右，溫水排放導致能量消耗。
由于循環(huán)水系統存在上述問題，迫切需要一種兼顧安全性、經濟性和合規(guī)性的運行方式來實施循環(huán)水回用。
4循環(huán)水回用項目的實施
4.1循環(huán)水水質分析
2016年全年循環(huán)水水質報表顯示，循環(huán)水水質控制指標中硬度和濃縮倍率出現超標現象比較頻繁，運行中須通過溢流方式來降低硬度和濃縮倍率以保證循環(huán)水系統凝汽器鋼管不結垢，給機組安全經濟運行帶來極大影響。但其指標完全符合全膜法水處理系統進水之要求，基于循環(huán)水水質分析前提條件下，2017年實施了循環(huán)水回用項目。
4.2循環(huán)水回用項目的實施
1)循環(huán)水回水母管與化學水池補水管道通過DN150管道聯通，運行時利用循環(huán)水泵產生的壓頭將部分循環(huán)水回用至化學水池用作全膜法水處理系統進水，以起到排污的效果。
2)機組運行時，循環(huán)水母管回水溫度在35 ℃左右，冬季運行時可提高全膜法水處理系統進水溫度，減少加熱全膜法水處理系統進水用蒸汽量，切實起到節(jié)能降耗作用。
3)部分循環(huán)水通過管道排污后起到旁流過濾的作用，可降低循環(huán)水濁度，減少凝汽器管道污堵。
4.3全膜法處理系統運行狀況
機組運行期間每日回用約500 m3循環(huán)水。項目實施后超濾系統運行正常，產水濁度0.045～0.091 NTU，進出口壓差89～93 kPa，壓差上升了約40 kPa，上限為150 kPa，產水濁度合格。反滲透系統一段壓差149～161 kPa，二段壓差89～93 kPa，壓差正常;產水電導9.1～10.2 μS/cm，脫鹽率及產水量均正常。
系統出水水質為：鍋爐補給水電導率0.18 μS/cm，鈉離子1～2 μg/L，硅酸根10 μg/L左右。
2017年循環(huán)水指標年報表表明，循環(huán)水回用項目實施后，不影響全膜法水處理系統運行及出水水質。循環(huán)水濁度全年平均值從2016年的6.7 NTU降低到2017年的3.8 NTU，其它指標均有所下降，全年超標次數大幅度下降。
5循環(huán)水回用項目效果評估
1)機組運行時，每日回用循環(huán)水500m3，基本上可完全通過回用循環(huán)冷卻水把濃縮倍率控制在6倍以內，有效的避免凝汽器結垢，減少公司自來水用量，且規(guī)避了循環(huán)冷水系統排污水進入雨水系統的環(huán)保風險。
2)從2017年3月開始，機組運行日歷天數130 d，減少循環(huán)水排污量65 000 m3，按自來水水費4.8元/m3計，全年節(jié)約自來水費292 500元。
3)如冬季運行機組運行，通過循環(huán)水回用加熱鍋爐補給水處理系統，可不投用原水蒸汽加熱系統，每日可節(jié)約蒸汽10 t。
4)循環(huán)水回用后，起到旁流過濾的作用，可以降低循環(huán)水濁度，減少凝汽器的污堵，降低凝汽器清洗頻率。
5、由于循環(huán)水采用氧化性殺菌處理，回用循環(huán)水后可保證膜系統安全的同時更好地控制全膜法處理系統的微生物污染。
基于全膜法水處理工藝條件下的循環(huán)排污水回用應用項目，在下沙熱電公司已應用滿一年，機組單拖運行時，每日回用循環(huán)水500噸，基本上可完全通過回用循環(huán)冷卻水把濃縮倍率控制在6倍以內，有效的避免凝汽器結垢，減少公司自來水用量及蒸汽用量，且規(guī)避了循環(huán)冷水系統排污水進入雨水系統的環(huán)保合規(guī)風險。實踐證明，全膜法水處理工藝原水適用性強，對于電廠高鹽度的循環(huán)排污水可直接作為其進水，從而減少循環(huán)排污水的直接排放，很好的適應環(huán)保要求，切實起到節(jié)能減排的作用。
隨著社會的發(fā)展，火電企業(yè)面臨著日益嚴峻的環(huán)保形勢，尤其天然氣發(fā)電企業(yè)，普遍存在占地面積小和無煤場等原因，無法具備傳統燃煤火電企業(yè)的廢水處理能力，針對上述原因，本技術較為徹底地解決了循環(huán)水排污問題，同時兼顧了經濟性與安全性，在采用全膜法水處理系統的天然氣發(fā)電企業(yè)中有著廣泛的應用前景。
