HEROTM在處理空冷聯(lián)合循環(huán)電廠中高含硅量污水的應(yīng)用

HEROTM在處理空冷聯(lián)合循環(huán)電廠中高含硅量污水的應(yīng)用摘要：本文論述處理高含硅量的二級廢水，作為Bajio電廠補給水水源的情況。文中包括廢水的處理和水處理系統(tǒng)，還分析了所得到的運行數(shù)據(jù)。為簡便起見，選擇了代表性的數(shù)據(jù)進行討論。

關(guān)鍵字：HERO弱酸陽樹脂硅處理過的污水污水處理廠CentralelBajio是一座600MW的聯(lián)合循環(huán)電廠，位于墨西哥中部SanLuisdeLaPaz城的附近。InterGen電力公司和AEPResources聯(lián)合擁有此企業(yè)，并于2002年初投入商業(yè)運行。大約495MW的電力供給墨西哥的國家公用事業(yè)。CFE在電力采購協(xié)議中，建立一個建造-擁有-運行的合同。余下的105MW的電力，供給第三方的工業(yè)用戶。此企業(yè)有三臺雙燃料的燃氣輪機發(fā)電機組（CTGs），三臺三壓式余熱鍋爐（HRSGs）和一臺再熱蒸汽透平發(fā)電機組(STG)。從低壓透平排出的蒸汽進入空氣冷卻的凝汽器凝結(jié)，然后回到HRSGs。在這工程項目中，最突出和有發(fā)展前途的項目可能就是水源的獲得和需要如何處理使其能滿足電廠不同工序的要求。SanLuisdeLaPaz城是一個約有50，000人口的城市，位于墨西哥的一個干燥區(qū)域。該地區(qū)缺水而且水是主要供民用和農(nóng)業(yè)。該城市的水源是井水。但市政府的官員（CNA），負責墨西哥水的供應(yīng)，他規(guī)定，不允許在該地區(qū)抽取地下水作為工業(yè)用途。因此，就需考慮其它的供應(yīng)來源。在電力采購協(xié)議中允許使用50%的城市污水作為電廠的補給水。經(jīng)研究確定認為，包括冬天燃油時，水需要量最大的情況，這些水量是足夠了。于是決定建造一座污水二級處理廠來處理多達125m3/小時處理過的污水（Graywater）給Bajio電廠。通常，電廠所使用的處理污水，是依靠較大城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)處理過的城市廢水，這有足夠的質(zhì)量數(shù)據(jù)可以得到。但Bajio工程必需在建電廠的同時，平行地建造污水處理廠（STP）。這樣就有一個緊跟的日程，才能滿足電廠建造，調(diào)試和起動時，對處理水的需要。原廢水的有限數(shù)據(jù)，被用來匯編和分析，以建立設(shè)計的特點。另外還進行一些取樣，來論證和補充重要的參數(shù)。這些初始的數(shù)據(jù)被用來開發(fā)污水設(shè)計的分析并包含在規(guī)范中，并用來設(shè)計和建造污水處理廠（STP），制定采購一交鑰匙的合同。另外，業(yè)主在STP設(shè)計和建造時對原污水進行了12個月的取樣和分析。僅有的小時流量數(shù)據(jù)被分析以保證有足夠的流量來供給電廠。原污水特性的設(shè)計進展，需要每個參數(shù)都是在施加流量負荷時的值。在12個月的取樣過程中，流量數(shù)據(jù)被補充用來證實開始時的設(shè)計基礎(chǔ)。SanLuisdeLaPaz城原有一個污水系統(tǒng)，但該城尚未得到聯(lián)邦的資金來建造它自己的STP。污水是收集在污水系統(tǒng)，并在地區(qū)周圍的四個點（利用土地的實際情況）排放。另外，一條污水管線在城市郊外建造出去，該處可建造今后的STP。污水處理系統(tǒng)工程評估了二種選擇：一是將STP建造在城市里，另一種是將它建在電廠內(nèi)。若將處理廠放在水源處（城市內(nèi)），這樣就要將處理污水通過大約12.6Km長管道，用泵送到電廠，而不是將原污水通過這長管道送到電廠。若采用后者，則泄漏和溢流原污水的危險性就比用泵送處理污水要大得多。一項有效的STP設(shè)計，與是否能夠在短期內(nèi)滿足由于燒油要求而增加補給水有關(guān)。生化處理的系統(tǒng)不可能在如此短時間內(nèi)搞成的。因此，計劃將STP保持在穩(wěn)定的，接近設(shè)計容量125m3/小時運行，而多余的水給地區(qū)提供作不同的用途。將STP設(shè)置在城市邊界內(nèi)，有利于輸送多余的處理污水給城市。因此，業(yè)主就決定將STP設(shè)置在城市內(nèi)（即建在土地藍圖內(nèi)，有利于今后城市的STP）。在此工程設(shè)計和建設(shè)期間，發(fā)生了三個對STP的設(shè)計有影響的問題。第一個是發(fā)現(xiàn)了一個新的進入城市污水的廢水流來自地方的屠宰場。從有關(guān)的攔截器（排放點）取樣，發(fā)現(xiàn)污水樣品的BOD值，通常在1000~2000mg/l。這就引起從4個取得的混合原污水的值達到700~900mg/l。這樣，STP就得按平均BOD400mg/l,短期最高值為800mg/l設(shè)計。顯然，這是個問題。與地方污水管理當局聯(lián)系，他們和屠宰場聯(lián)系，減少流至Bajio電廠的STP的廢水分配，其方法是改線，將它的廢水排放點，從現(xiàn)有的攔截器排放點改至供應(yīng)STP支管的下游。第二個問題關(guān)系到STP的流量控制。在與城市執(zhí)行原先合同時，地方廢水管理當局是將現(xiàn)有四個排放攔截器關(guān)閉的，這樣所有從SanLuisdeLaPaz來的污水流，全部從STP流出。STP平衡池的水力設(shè)計是能夠接受125m3/小時的原污水。多余的原污水是排至一個新的排放點。城市當局負責建造一個新的多余污水的排放管道和排放建筑。但在STP的建造中，城市當局告訴業(yè)主，他由于缺乏資金，不能完成這新設(shè)備。但他答應(yīng)，在原有四個排放管上，新安裝調(diào)節(jié)滑動門，以保證有足夠的水流進入平衡池，達到平衡流量125m3/小時。這樣，STP的控制就從過去不用運行人員關(guān)注，變?yōu)樾枰\行人員密切關(guān)注，并要與當?shù)匚鬯芾懋斁致?lián)系的方式。最后一個主要問題是在建造中，由于城市當局無力建造新的多余污水的管道和排放建筑引起的。如前所說，多余的電廠不需要的處理污水，是給城市作為它自己的用途。為此目的，STP工程建造了一個600m3處理污水存儲箱。其目的是讓城市在它需要時，從箱中取處理污水。任何多余的處理污水，將從箱溢流至新管道和多余的原污水混合。由于建設(shè)此管道已被取消，市區(qū)便在臨近STP處建一個大的處理污水池以收集多余的處理污水。城市當局和當?shù)剞r(nóng)民商量一個安排，從水池送水到地方的灌溉系統(tǒng)以防止水池的溢流。此STP已運行超過了一年。此系統(tǒng)包含有二個污水處理系列（2x50%）。STP的總?cè)萘渴腔谌細廨啓C在燃油時水的需要量。然而STP在一個系列運行的條件下，STP能足夠地在電廠燃氣輪機燃用天然氣時，為電廠的正常運行，供應(yīng)處理污水。有一個平衡/收集池從城市污水系統(tǒng)收集原污水。原污水通過提升站從收集池送到STP。污水處理系統(tǒng)裝有蓖子篩，細篩和除油脂，除砂系統(tǒng)，以及帶有曝氣箱，二級澄清器和沉渣再循環(huán)的曝氣活化沉渣系統(tǒng)。生化處理系統(tǒng)包含有硝化和脫硝步驟以除去氨（總氮）。多余的沉渣經(jīng)消化，脫水然后排出至地面。處理污水經(jīng)氯化處理，然后通過處理污水泵站，排至電廠范圍內(nèi)的處理污水井。水處理系統(tǒng)起初，考慮采用一個帶有自動反洗（使用空氣-水的混合物）的微濾（MF）系統(tǒng)作為處理污水的前處理以代替原來的軟化/澄清和過濾方法。MF不能除去硬度，硅和其它溶解物質(zhì)，但能顯著降低SDI值和細菌，不然燭狀過濾器會被堵塞，RO膜會被污染。但后來通過進一步考慮還是決定將選用MF的方案取消了。這是由于處理污水的水質(zhì)變化較大，而且由于時間太緊，沒有時間去進行MF的試驗臺試驗，因為當時尚沒有處理污水。最后，高效反滲透系統(tǒng)（HERO）被選用來代替帶有澄清軟化和除硅的常規(guī)反滲透RO系統(tǒng)。這是根據(jù)如下幾點判定來確定的：為了保證常規(guī)RO工藝的正常運行，在預處理系統(tǒng)中除去硅，鋇和剩余的TOC是必需的。用氫氧化鎂沉淀吸附法除去硅，即使是常規(guī)的水源，也是難以控制的。要除去處理污水中的硅，由于它含有TOC，就更難，因為TOC會影響沉渣的沉降特性和沉淀過程。以前水處理廠的運行，缺少對于高含硅量的處理污水軟化所需要高除硅率的數(shù)據(jù)。常規(guī)的軟化和除硅會產(chǎn)生大量的沉渣，在排走和運輸這些沉渣時，需要較多人力。常規(guī)的軟化工藝不能完全自動化，需要較多運行人員的關(guān)注，特別是間斷運行時，更需這樣。以前HERO系統(tǒng)沒有用來處理過處理污水，但它的運行實例說明它在處理高TOC濃度的水，也就是對常規(guī)RO系統(tǒng)會產(chǎn)生嚴重污染的水，以及那種水質(zhì)變化較大的水，具有很高的容忍度和成功的運行經(jīng)驗。HERO工藝特別適宜用于處理高含硅量的水。RO的高pH運行，這也就是HERO的運行模式，能將硅和有機物保持為溶解狀態(tài)，這樣，膜的清洗頻率就預計比較低。進入HERO的水中殘余硬度，必需在上游，用弱酸離子交換器（WAC）中除去，以防止硬度在膜上沉淀。電廠補給水處理系統(tǒng)的描述從STP出來的處理污水用泵送至電廠中的處理污水池。池的液位由供水管道上的控制閥來保持。處理污水在反應(yīng)式澄清器（1）中處理，澄清器中加入堿，凝聚劑（FeCL3）和助凝劑。澄清的出水進一步通過重力式過濾器（3）和壓力式過濾器（2）過濾。過濾水儲存在一箱內(nèi)。箱液位用調(diào)節(jié)處理污水去澄清器的水流量來維持?；瘜W藥品的劑量同步于進入澄清器的流量。次氯酸鈉的劑量是同時加入到處理污水池以及壓力過濾器的進水中。澄清器進出水的濁度和pH值有表計監(jiān)控。假如需要的話，二氧化碳可用來調(diào)節(jié)澄清器出水的pH值。亞硫酸鹽是加入到弱酸離子交換器（WAC）設(shè)備（2）給水中進行脫氯。在WAC出水送至脫碳器（1）之前，能加入HCL來調(diào)節(jié)其pH值。WAC進出水的硬度和pH值用儀表檢控。RO設(shè)備（2）給水的pH值用加入堿來調(diào)節(jié)。RO給水和滲透液的導電率和硅含量用儀表監(jiān)控，離子交換混床（2）的出水也用儀表監(jiān)控。WAC和混床的再生廢液進行中和并與RO的濃水合在一起。RO濃水在與除鹽設(shè)備再生廢液混合之前，要先中和，然后通過層狀分離器除去沉淀的硅。除鹽水用來補給蒸汽系統(tǒng)，控制燃氣輪機（CTs）的NOX，以及清洗燃氣輪機(CTs)。過濾水儲存在過濾水存儲箱中，也用來根據(jù)服務(wù)用水系統(tǒng)，防火用水系統(tǒng)以及生活用水（非飲用）的需要，來提供水。電廠廢水排放方案的選擇電廠會產(chǎn)生如下所說的專門的廢水流，而需要將其排出設(shè)備外。評估了如下的廢水排放方案：儲存/蒸發(fā)池：在缺水地區(qū)，蒸發(fā)池是不可接受的。要得到這個地方也受到限制。注入井：廢水的質(zhì)量要考慮對環(huán)境的影響。要得到環(huán)境部門的許可過程，可能是最長的（假如需要進行水利-地質(zhì)研究的話）。帶有小蒸發(fā)池或結(jié)晶器的鹽水濃縮器：會有高的運行和維護費用，并需要有經(jīng)培訓的運行人員。排回至STP：此方案需要將高TDS的廢水從電廠返回到污水處理廠，此廠位于城市單獨分開的管道。為了防止建立起一個濃水的回路，電廠的廢水是排至城市里污水處理廠的入水側(cè)，并與多余的處理污水混合?？墒褂醚a給水供水管道所使用的同一管溝，以減少此方案的費用。預計的電廠廢水和處理污水混合后的質(zhì)量被評估以保證適合用于市區(qū)的用途。此返回到STP的方案被選用，這是因為它的費用低而且較易被批準。STP的運行STP的合同商同意處理水能保證符合表1的質(zhì)量?？偨Y(jié)STP的運行數(shù)據(jù)，列于表2和表3。在將鑰匙交給業(yè)主之前，合同商進行了和通過了一個七天的性能試驗，表明此處理廠達到了所保證的水質(zhì)量。表1保證的處理污水質(zhì)量參數(shù)周平均值每天最高值pH6~96~9BOD5mg//l2030TSS,mg//l2030NH3-N,mmg/l55大腸桿菌mpnn/1000ml4001000油和油脂mg/l1020調(diào)試后，STP連續(xù)生產(chǎn)非常好的出水水質(zhì)，僅有偶然的超標。電廠水處理系統(tǒng)的保守設(shè)計，已能處置這偶然的超標。有二個運行報道需要指出的。第一是，有時，原污水的BOD會大大超過設(shè)計平均值400mg/l。基于歷史上在2002年的開頭6個月時，BOD/COD的比值為0.58以及COD的平均值為640mg/l，原污水的平均BOD估計在370mg/l。但是，基于每天進水的COD測量，進水的BOD在一個較長時間，可能在400~700mg/l的范圍。幸運的是，曝氣箱的STP曝氣系統(tǒng)，設(shè)計得比較保守，這樣，STP在進水BOD和COD值較高時，仍然可以生產(chǎn)BOD值小于20~30mg/l的處理污水?？墒?，原污水的高BOD值，會增加曝氣的需要量和增加產(chǎn)生的沉渣量。這二者均會增加運行費用。另一個與運行有關(guān)的復雜問題是前面討論過的原污水流量控制問題。為了使STP和電廠有可靠的原污水流量，需要經(jīng)常干預當?shù)氐奈鬯艿拦芾砣藛T，來調(diào)節(jié)四個現(xiàn)有的排放管道的滑動門。早先的經(jīng)驗說明，當?shù)氐奈鬯艿拦芾砣藛T不能經(jīng)常及時回應(yīng)STP要求增加原污水量的要求。結(jié)果有時沒有足夠的流量進入STP。后來，業(yè)主給污水管道管理人員提供了自行車和手機，較快的聯(lián)系工具，改善了回應(yīng)的時間。由于改善了回應(yīng)時間，缺少水流進入STP的問題已不再存在。運行經(jīng)驗電廠的水處理系統(tǒng)是在概念設(shè)計階段，按估計的處理污水水質(zhì)進行設(shè)計的。這估計的水質(zhì)是根據(jù)使用硝化和脫硝處理的二級處理污水的情況確定的。堿度的估計是根據(jù)原污水為了硝化和脫硝處理進行的堿度數(shù)據(jù)的調(diào)整確定的，而硝化由于在氨-氮生化反應(yīng)形成硝酸鹽時要消耗堿度，而在脫硝處理時有大約一半的堿度返了回來。在STP的開始運行階段，處理污水水質(zhì)與估計的水質(zhì)有較大變化，這是因為，水中含有高的磷酸鹽，高的表面活性劑和TOC，在電廠水處理廠形成泡末而引起的。帶過生物顆粒和不恰當?shù)穆然幚硪彩莻€問題，這使水處理廠的澄清-軟化器，由于沉淀的沉降性能差而難于運行，使顆粒升起而帶過。表2STP的運行數(shù)據(jù)STP進水STP進水STP出水STP出水參數(shù)/2001平均最大平均最大pH7.78.17.78.1堿度（CaCO33ppm）540551341346COD1081155766146BOD6499701345NH3-N5778413總N84112818總P6.815514總-SiO21051087278反應(yīng)SiO273795667油和油脂1512404.48濃度均以mg/l表示20011~2月份的數(shù)據(jù)表3從2002起的運行數(shù)據(jù)參數(shù)/20021月2月3月4月5月進水平均COD499478684721855進水最大COD10351026120010591358出水平均COD4039444651出水最大COD719110812279出水濁度NTU57867出水最大濁度NTTU1011151212出水平均流量M22/hr6562716675出水最大流量M22/hr90100110110100總結(jié)STP的運行數(shù)據(jù)列于表2和表3。當前處理污水的數(shù)據(jù)（已穩(wěn)定地運行超過數(shù)月）表明，STP實現(xiàn)了非常良好的水處理，其處理污水的平均出水BOD在13mg/l,COD在45mg/l,濁度小于10NTU。值得注意的是，在STP中還能除掉一些硅。能除去全硅大約31%，除去反應(yīng)硅大約23%。在處理污水中觀察到的最大含硅量為84mg/l。STP能夠很好地除去油和油脂。處理污水的平均油和油脂含量小于5mg/l。同樣的，總-N從84mg/l降到8mg/l，說明有很好的硝化和脫硝的效果。一個令人驚奇的事是，處理污水的堿度比原先根據(jù)水處理廠設(shè)計的估計要高的多。處理污水的硬度變化是小的，而堿度的變化是顯著的。裝在下游的高效反滲透設(shè)備（HERO）的供應(yīng)商要求進入弱酸離子交換器（WAC）的水的堿度和硬度比為1.0或略微高些。由于預計的處理污水的堿度有些不足，所以原計劃要在澄清-軟化器中用加堿方法將處理污水的總硬度降到大約100mg/l。而運行的結(jié)果卻指出，處理污水的堿度能穩(wěn)定地高于處理污水的總硬度。這樣，此澄清-軟化器是在澄清模式狀態(tài)下運行的，用來除去多余的TSS，磷酸鹽和有機物。在WAC上較高的硬度負荷會降低二次再生間的出水量，但它并沒有給運行帶來什么顯著的問題或額外的費用。CO2可加在軟化器出口用來防止產(chǎn)生碳酸鈣的二次沉淀，而當澄清器在非軟化狀態(tài)下運行時，是不需要的。為了維持WAC進口水的TA/TH比在大約1：1比值而需增加入的堿，也不需要加入了。WAC出水pH值的降低是在脫碳器前加酸來達到的。根據(jù)HERO工藝的要求，為了保持在RO濃水中的硅，有高的溶解度，RO的給水pH值應(yīng)調(diào)節(jié)到10.3~10.5。弱酸離子交換樹脂除去和堿度結(jié)合的硬度，并用氫離子置換此硬度。這將轉(zhuǎn)換大量的碳酸鹽和重碳酸鹽為二氧化碳，而在脫碳器中將脫碳水的二氧化碳降到5~10mg/l。WAC給水中與硬度相比高出的堿度，會造成WAC出水的較高堿度。HERO供應(yīng)商的運行導則要求限制RO給水的硬度在0.1~0.2左右，這樣在濃水流中的硬度大約在1~2mg/l。水處理廠的數(shù)據(jù)（沒有列入）顯示，99%的時間，WAC進水的硬度是可忽略不計的。有時，從WAC會有些硬度漏過。在發(fā)現(xiàn)RO膜的壓差增加，可進行RO膜的在線酸洗。至今為止，RO膜未曾需要使用供應(yīng)的現(xiàn)場清洗組件（CIP），用任何的化學藥劑進行離線清洗過。盡管在RO系統(tǒng)前有設(shè)備用來加入阻垢劑和非氧化性殺菌劑，但至今沒有用過。表4水處理廠的總堿度、總硬度和電導率數(shù)據(jù)參數(shù)/20015月6月7月8月GWSpH7.57.77.87.7GWSTH,mg/l218221212216GWSTA,mmg/l337310298271PFTH,mmg/l203216203151PFTA,mmg/l329228203376WACTA,mg/l307247193376WAC出水pHH5.24.23.6376GWS電導率us/cmm1243117511721247PF電導率1352135115091829RO給水電導率1945186318582289RO出水電導率10613010472GWS=處理污水池Cond.=電導率PF=壓濾機TH=總硬度以CaCO3計TA=總堿度以CaCO3計表5水處理廠的硅數(shù)據(jù)參數(shù)/20015月6月7月8月GWS平均SiiO2mg/ll65676159GWS最大SiiO2mg/l69758449PF平均SiiO2mg/l57585338PF最大SiO2mg//l57636249GWS=處理污水池Cond.=電導率PF=壓濾機TH=總硬度以CaCO3計電導率的數(shù)據(jù)指出，水的電導率從處理污水池到壓濾再到RO給水是增加的，這估計是由于加入NaOH,NaOCL,和HCL的緣故。RO的給水電導率隨著滲透液平均電導率72~130us/cm間顯著地變化。預處理系統(tǒng)中（通過壓力過濾器）總硅的除去情況（表5）表6要求從水處理廠出來的除鹽水質(zhì)量電導率us/ccm250C<0.2硅SiO2pppb<20表7從水處理廠出來的除鹽水質(zhì)量（月平均值）參數(shù)/20022月3月4月5月6月混床出水電導率uus/cm0.050.120.090.130.13混床出水含硅量SSiO2ppb0.21.12.22.81.6HERO系統(tǒng)是按賣主推薦的回收率（90~