火電廠循環(huán)冷卻排污水回用技術(shù)路線研究

火電廠循環(huán)冷卻排污水回用技術(shù)路線研究

0循環(huán)水回收利用技術(shù)路線燃料發(fā)電廠是集水區(qū)的大型節(jié)水設(shè)備。年處理水的總水量約為80%。本文針對火力發(fā)電廠幾種不同的循環(huán)排污水回用技術(shù)進(jìn)行分析探討和方案比選,構(gòu)建一條具有較高技術(shù)可行性及低成本優(yōu)勢的循環(huán)水回收利用工藝路線,同時(shí)根據(jù)目前存在的技術(shù)瓶頸對循環(huán)排污水回用技術(shù)的發(fā)展提出建議。1循環(huán)水系統(tǒng)介紹循環(huán)冷卻水系統(tǒng)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(zhì)熱量,并經(jīng)冷卻塔冷卻后循環(huán)使用,以節(jié)約水資源。循環(huán)水系統(tǒng)分為密閉式和敞開式兩種,常用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過程中,循環(huán)水在冷卻塔內(nèi)與空氣充分接觸,水在冷卻塔中蒸發(fā),造成循環(huán)水濃縮,同時(shí)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(huán)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(diǎn),詳見表1。2循環(huán)冷卻污水回用技術(shù)2.1設(shè)計(jì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)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(huán)排污水中分離出淡水,從而達(dá)到中水回用的目的。苦咸水反滲透膜適于總?cè)芙夤腆wTDS在10000mg/L以下的廢水進(jìn)行脫鹽處理,最終濃鹽水TDS可達(dá)約30000mg/L,回收淡水可用于循環(huán)排污水的回用。該工藝技術(shù)成熟,且具有能耗低、產(chǎn)水水質(zhì)好、系統(tǒng)簡單的特點(diǎn),是目前應(yīng)用最普遍的循環(huán)排污水回用技術(shù)。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(qū)動(dòng)力的脫鹽技術(shù)。帶負(fù)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(chǎn)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(chǔ)上發(fā)展而來的。通過電極轉(zhuǎn)換,使得系統(tǒng)內(nèi)濃、淡室發(fā)生互換,原先離子交換膜兩側(cè)的酸堿特性發(fā)生反轉(zhuǎn),從而破壞膜表面的結(jié)垢條件。通過合理的倒極周期設(shè)置,膜兩側(cè)的酸堿環(huán)境不斷變換,體系內(nèi)的結(jié)垢溶垢交替發(fā)生,結(jié)垢離子不斷改變遷移方向,最終實(shí)現(xiàn)垢物始終無法在膜面生成,起到體系內(nèi)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(shù)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(xiàn)象,使水中溶解鹽類及其它帶電物質(zhì)在電極的表面富集濃縮而實(shí)現(xiàn)水淡化的一種新型水處理技術(shù)。CDI除鹽的基本原理就是通過施加外加電壓形成靜電場,強(qiáng)制離子向帶有相反電荷的電極處移動(dòng),對雙電層的充放電進(jìn)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(shù)(MembraneCapacityDeionization,MCDI)是在CDI的基礎(chǔ)上,在正負(fù)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(jìn)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(dòng)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(cè)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(shù)特征的比較綜上所述,三種脫鹽工藝的技術(shù)特點(diǎn)對比見表2。3規(guī)劃建設(shè)循環(huán)污水回收水技術(shù)路線3.1預(yù)處理+mcdi法以新疆某電廠為例,進(jìn)行循環(huán)排污水中水回用工藝系統(tǒng)模擬設(shè)計(jì)。該電廠循環(huán)冷卻水循環(huán)量約20000m電廠循環(huán)排污水水質(zhì)指標(biāo)如表3所示。針對排污水水質(zhì)情況和回用水水質(zhì)要求,分別設(shè)計(jì)了以RO、EDR、MCDI為核心的中水回用技術(shù)路線:1)預(yù)處理+RORO脫鹽率高,且產(chǎn)水呈酸性,不適于直接用于循環(huán)水補(bǔ)水,因此本項(xiàng)目采用“產(chǎn)水混合原水”的礦化處理模式,即RO處理量按450mRO對進(jìn)水水質(zhì)要求嚴(yán)格,循環(huán)排污水硬度高、懸浮物高、COD高,預(yù)處理工藝可選用“部分軟化+砂濾+超濾”。2)預(yù)處理+EDREDR脫鹽率與回收率可調(diào)節(jié),為滿足循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)要求,EDR按照產(chǎn)水TDS小于1000mg/L設(shè)計(jì),回收率約85%。EDR對來水水質(zhì)要求相比于RO較寬泛,但仍需要防止?jié)馑畟?cè)硫酸鈣結(jié)垢析出,因此預(yù)處理工藝可選用“部分軟化+砂濾”。3)預(yù)處理+MCDI與EDR類似,MCDI脫鹽率與回收率也可調(diào)節(jié),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(yùn)行過程中電極迅速達(dá)到飽和,再生頻繁,導(dǎo)致產(chǎn)水率和脫鹽率較低,因此制約MCDI技術(shù)應(yīng)用于中、高鹽水脫鹽領(lǐng)域的核心在于開發(fā)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(chǎn)水水質(zhì)略微次于循環(huán)水補(bǔ)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。MCDI配套預(yù)處理工藝可選用“部分軟化+砂濾”。三種工藝路線的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比如表4所示(僅濃縮單元)。3.2edr性能分析1)從技術(shù)層面分析,RO系統(tǒng)回收率最高、產(chǎn)水水質(zhì)最好,但預(yù)處理要求嚴(yán)格,運(yùn)行穩(wěn)定性較差,在廢水領(lǐng)域的使用常常面臨污堵、結(jié)垢、清洗頻繁、膜性能衰減較快的問題;EDR技術(shù)回收率和脫鹽率均能滿足循環(huán)排污水回用的水質(zhì)和水量要求,且預(yù)處理要求較低,無高壓設(shè)備的使用,運(yùn)行維護(hù)較簡單,在脫鹽水水質(zhì)要求較寬泛的場合中使用具有一定優(yōu)勢;MCDI技術(shù)脫鹽率較低,在給水處理上的應(yīng)用較多,在中、高鹽廢水領(lǐng)域的應(yīng)用還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。2)從運(yùn)行成本層面分析,EDR膜片電阻的大小直接影響EDR設(shè)備的電耗,制約運(yùn)行成本,目前,EDR膜片技術(shù)國內(nèi)外差距很大,國際領(lǐng)先的均相膜厚度僅為國產(chǎn)膜的19%,電耗僅為國產(chǎn)膜的85%。RO運(yùn)行成本位于國產(chǎn)EDR和進(jìn)口EDR之間,實(shí)際項(xiàng)目中可結(jié)合投資成本綜合對比選擇。MCDI運(yùn)行電耗高于RO和進(jìn)口EDR,低于國產(chǎn)EDR,MCDI的電耗主要受脫附時(shí)放電過程的影響,若能開發(fā)配套能量回收裝置,將脫附過程釋放的電能回收,則可以進(jìn)一步降低運(yùn)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(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀有關(guān)。RO技術(shù)已經(jīng)十分成熟,在國內(nèi)外市場上被廣泛應(yīng)用,生產(chǎn)廠家較多,成本透明度高;EDR生產(chǎn)廠家較少,且國外技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先國內(nèi),進(jìn)口設(shè)備價(jià)格較高,國產(chǎn)化EDR的研制和優(yōu)化尚需要加快步伐,技術(shù)前景較好;MCDI生產(chǎn)廠家稀少,且規(guī)模較小,應(yīng)用領(lǐng)