复合预处理/反渗透用于火电厂高含盐废水回用 2015-10-29 张利君1，梅岩2，孙俊2，周珩3 (1.神华神东电力公司萨拉齐发电厂，内蒙古包头014100；2.北京新源国能科技有限公司，北京1

张利君¹，梅岩²，孙俊²，周珩³

(1.神华神东电力公司萨拉齐发电厂，内蒙古包头014100；2.北京新源国能科技有限公司，北京100015)

摘要：主要介绍了复合式预处理组合反渗透工艺用于处理神华亿利发电厂高含盐废水的工程实践情况，重点说明了复合式预处理的主要设计思路和具体操作办法。由第三方检测机构出具的实际运行数据以及最终检测报告证明，采用复合式预处理组合反渗透工艺处理高含盐废水，可以实现废水零排放和回用。此外，对复合式预处理组合反渗透工艺处理高含盐废水提出了改进建议。

1 工程概况

神华亿利4×200 MW煤矸石自备电厂（简称神华亿利电厂），位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗，由山东电力工程咨询院有限责任公司进行总承包，于2006年2月开工，2007年12月投产，是当时国内最大的煤矸石电厂。由于它建于缺水的北方干旱地区，因此采用了直接空冷技术及工业废水回用技术，耗水量仅为245×10⁴ m³/a，耗水指标仅为0.018m³/(s·GW)，优于同地区、同类机组的用水指标。为了进一步解决耗水问题，加大节能环保的力度，该厂于2009年10月采用“复合式预处理组合反渗透工艺”作为核心技术，实施了“全厂工业废水零排放工程”的系统建设，实现了全厂废水零排放。神华亿利电厂的“全场工业废水零排放工程”是北方缺水地区电力建设的成功尝试，获得了2011年第五届国家工程总承包“银钥匙奖”。

神华亿利电厂的废水总量为139.6 m³/h，该废水零排放系统采用“复合式预处理组合反渗透工艺”进行综合处理并且实现系统回用，该废水零排放系统总装机容量为258 kW，总运行容量为201 kW，直接运行成本为1.18元/m³。

2 废水水质及水量

神华亿利电厂的废水来源主要由循环冷却塔排污水、化学车间排污水和全厂工业废水三部分组成。

① 循环冷却塔排污水

厂区内的循环水是混凝澄清处理后的黄河水，冷却方式为机械通风冷却塔，浓缩倍率为2.5倍，而在循环水系统中需要添加一定量的缓蚀阻垢剂和杀菌剂。因此，其循环水的排污水中含有一定量的有机污染物，具有含盐量高、硬度较高、SS相对不高以及连续排放且排污量稳定的特点，水量为45 m³/h,pH值为8.8，COD_Mn为16 mg/L，Ca²⁺为62.9 mg/L，Mg²⁺为49.6 mg/L，TDS为1 620mg/L。

② 化学车间排污水

化学车间排污水是化学车间锅炉补给水除盐处理系统排放的浓盐水。因为神华亿利电厂化学车间锅炉补给水处理系统采用超滤+反渗透+离子交换除盐的处理工艺，所以该排污水包括了反渗透系统的清洗水和浓排水以及经中和处理后的离子交换树脂的再生废水。这三部分水混合后具有有机污染物浓度较低、含盐量较高、硬度很高、SS相对不高，以及连续排放且排污量稳定的特点，废水排放量为46 m³/h,pH值为8.4，COD_Mn＜10 mg/L，Ca²⁺为131 mg/L，Mg²⁺为111 mg/L，TDS为1 140mg/L。

③ 全厂工业废水

全厂工业废水主要来源：电厂内4台锅炉定期排放废水，平均排放量为27.6m³/h，炉侧疏放水平均排放量为4 m³/h，机侧疏放水平均排放量为3 m³/h，主厂房冬季采暖疏水为3 m³/h，无阀滤池冲洗水为6 m³/h，主厂房冲洗水为3 m³/h，其他排污水为5 m³/h，这几股水混合起来，有机污染物浓度不高，含盐度量很低，硬度较高，有一定的SS污染物，排放不连续，排污量不够稳定，总水量为48.6 m³/h。

废水pH值为9.47，COD_Mn＜10 mg/L，Ca²⁺为2.8 mg/L，Mg²⁺为2.4 mg/L，TDS为39.2 mg/L。

以上三部分水混合后，加权平均得到各项进水水质。根据电厂用水要求，本系统中所生产的产品水将用于化学车间锅炉补给水系统的补充水、循环水的补水。设计进、出水水质见表1。

表1 设计进、出水水质

3 废水零排放系统的工艺选择

3.1 工艺流程

由于本项目是实现全厂工业废水零排放的工程,因此要求全厂废水均能达到合理利用。采用以下方式进行水平衡设置，并据此组建工业废水零排放处理系统。

① 反渗透系统设计出力为100 m³/h。

② 复合式组合预处理系统设计出力为200 m³/h。

③ 反渗透处理系统实际产水量为95 m³/h，系统回收率为95%。

④ 处理后产品水一部分作为化学车间锅炉补给水处理系统的补充水，另一部分作为辅机冷却系统的补充水。

⑤ 最终5.0 m³/h 高浓度含盐废水应用灰场降尘、煤浆掺水、钠离子交换树脂的再生盐液配制用水。

复合预处理组合反渗透系统的工艺流程见图1。

图1 复合式预处理及反渗透工艺

考虑到本厂高含盐废水的特点，针对高含盐量、高硬度、少量固体悬浮物颗粒及杂质、少量油类、少量有机污染物、水量排放不稳定、有季节性差别等特点，设置复合式的预处理去除油、硬度、悬浮物、有机污染物等，通过反渗透系统进行脱盐，从而实现了高含盐废水的综合处理及回用。

复合式预处理组合反渗透工艺是通过缓冲池实现三股废水的均匀混合，再经气浮池进行油水分离和去除一些机械杂质，气浮池出水进入调节池，经过机械加速澄清池用石灰法去除水中的硬度，机械加速澄清池出水经过弱酸床、钠床等进一步软化，此时的产品水再通过脱气去除二氧化碳，经中间水箱暂存，后加压进入反渗透系统，经反渗透系统脱盐后，产品水回用，浓水则排放至废水池，作为喷洒降尘，煤浆掺水，以及离子交换树脂的再生盐液配制用水。

3.2 主要处理单元及参数

① 废水收集输送系统

化学车间排污水泵将化学车间排污水送至工业废水调节池，循环冷却塔排污水自流至工业废水调节池，均匀水质、水量后通过水泵提升进入澄清池。

调节池为全地下式，尺寸为12.5 m×8.5 m×5.5 m，钢筋混凝土结构；采用潜水泵3台，2用1备，流量为120 m³/h，扬程为0.15 MPa，铸铁材质。

② 石灰软化系统

调节池废水经过水泵提升进入澄清池，在澄清池中实施石灰处理反应、絮凝澄清过程。根据在线水质监测系统对来水的流量及水质进行自动调节加药。澄清池出水通过加盐酸调节pH后进入中间水池，中间水池停留时间按不小于0.5 h考虑。

机械搅拌澄清池采用自动加石灰混凝处理，石灰粉计量系统选用运行可靠、维护量小的设备。石灰乳制备及投加系统设有冲洗设施。加药设备材质采用不锈钢或衬塑（胶）材质。

设有泥渣回流系统、自动排泥系统，单因子加药自动控制系统，人工远程操作。根据在线水质检测系统可自动调节加药量，有良好的耐冲击负荷特性，不受流量或水质变化的影响。

消石灰储存计量系统除正常巡视和石灰筒仓的药剂补充外，实现无人值守。

石灰澄清池设计出力为120 m³/h，2座,圆形，设备直径为11 m，高度为6.5m，回流量/进水量为3~5，分离区设计上升流速为0.7 mm/s。澄清池除池壁为混凝土结构外，其他构件全部为Q235-B钢材，包含：渣浆泵3台，Q=10 m³/h，H=0.20 MPa；搅拌机1台,N=3kW，刮泥机1台，N=0.75 kW；并有附属设备石灰储存计量系统、聚铁加药装置、聚丙烯酰胺（PAM）加药装置各一套。

③ 离子交换系统

离子交换系统包括前置高效过滤器3套，设计出力为100 m³/h，2用1备；钠离子交换器2套，设计出力为100 m³/h，流速为20 m/h，DN2 500，H=5.3 m，P=0.6MPa，逆流再生。弱酸阳离子交换器2套，设计出力为100 m³/h，DN2 500,流速为20 m/h，H=5.3m，P=0.6 MPa，逆流再生。除碳器系统一套，设计出力为110m³/h，DN1 600，填料高度为4000 mm，碳钢衬胶。脱气水池1座，容积为100 m³，尺寸为5 m×8 m×3 m，钢筋混凝土防腐结构，配软化水泵3台，Q=60 m³/h，H=0.35 MPa，采用卧式离心泵。

④ 反渗透系统

反渗透系统设2套，每套可以单独运行，也可同时运行。膜元件采用抗污染复合膜，膜使用寿命不小于5年。反渗透单元为2套，设计出力为50m³/h，排列方式为1级2段，回收率为95%，脱盐率为93%，通量为18.7L/(m²·h)，水通量年衰减率为7%，膜元件总量为144根。保安过滤器为2台，设计出力为60m³/h，立式圆筒，设计压力为0.6 MPa。配套高压泵2台，采用单级卧（立）式离心泵，设计流量为60 m³/h，扬程为1.80 MPa。配套反渗透化学清洗设备、还原剂加药设备、阻垢剂加药设备各一套。

4 设计特点

① 复合式预处理

复合式预处理方式的要点在于使反渗透系统的结垢性风险降为零，最大限度地提高系统回收率。针对来水中可能使反渗透系统结垢的钙、镁、钡、锶等离子，采用高效石灰澄清加离子交换方式预去除。

② 对浓水进行合理利用

由于高含盐量废水处理回用系统的浓水排放量很小。以本厂为例，回收率达95%，则浓缩倍率达20倍，因此浓水中TDS高达20 000mg/L，其中氯化钠浓度很高，可将其作为软化工艺再生液的配药溶液。通过灰场喷洒抑尘除尘，煤浆加水综合使用，使得最终外排的浓水得到了综合利用。

③ 真正实现了废水的零排放

通过复合式预处理结合高回收率反渗透系统的设计，使得系统回收率达到95%，同时，对于剩余的5%浓水进行合理利用，这样的设计安排，使得全厂废水达到零排放的要求，不但实现了节约资源，而且实现了减少污染，一举两得。

④ 成熟的水处理工艺组合

由于该工艺每个单元均属于常规成熟的工艺方法，整个处理系统运行可靠稳定；系统的回收率可达85%～95％，脱盐率通常可达90%以上。

⑤ 全自动程控系统的设计

本系统全部采用全自动程控设计,包括废水收集提升、石灰溶药加药、离子交换、反渗透系统、污泥处理车间以及石灰、聚铁的卸药和加药,大大降低了人工成本，也避免了因人工操作带来的系统不稳定性和风险。

⑥ 良好的经济实用性

将化学水处理的浓水以及循环水的外排水再次脱盐回用，为企业在节水方面开辟了新路，同时使用系统外排浓水作为软化工艺再生液的配药溶液，节约了工业盐的使用量。运行费用见表2，但运行成本中不包括膜更换费用、人工成本及固定资产折旧。

表2 运行费用分析

5 运行效果

该项目自2010年7月竣工，系统经过连续运行3个月后，由神华亿利电厂委托第三方——西安热工研究院有限公司进行现场测试和取样化验。验收结果显示：①系统出水水质符合回用要求；反渗透系统平均回收率为92.53%，1#、2#反渗透平均脱盐率分别为95.19%、95.57%。②废水处理系统回收率为94.5%，系统自耗水率为5.5%。③虽然在重力滤池硬度和阴阳离子交换床单元自耗水率，以及总体的系统自耗水率上，未能达到保证值要求，但是较国内外同等系统而言，其实际运行参数已经开创了国内反渗透系统在浓盐水回收领域的先河。同时，在整体的系统回收率、脱盐率、系统稳定性方面，均已达到世界先进水平。

最新了解到的运行数据显示，截止到2014年9月，神华亿利电厂的应用复合式预处理结合反渗透工艺的高效反渗透系统的系统回收率仍能达到86%~88%，年衰减率为3.1%，远低于设计值(7%)。同时，在本套系统运行的第四年，神华亿利电厂开始进行了第一次膜系统更换的招标工作，预计在2015年下半年进行反渗透膜元件的更换。较之反渗透膜元件的推荐使用年限也延长了2年。

6 改进、展望和不足

① 改进

复合式预处理结合反渗透的工艺先后在新疆庆华煤制天然气项目浓盐水回用工程、新疆庆华苏拉宫工业园煤炭分质综合利用联产项目中水处理厂EPC项目、神华陕西甲醇下游加工项目、神东电力公司萨拉齐电厂废水处理系统改造工程等5个工程中得以应用。在改进后的复合式预处理环节中，又增加了针对有机污染物处理的预处理单元P-MBR改进型膜生物反应发生器，采用高密度沉淀池来代替机械加速澄清池进行石灰软化，进一步加强了石灰软化系统的除硬效率，而且大大降低了设备的占地面积、运行能耗。

② 展望

由于我国西北及华北的广大地区属于贫水地区，而我国现阶段的煤化工和电力布局又主要再向西北地区以及华北地区北部扩展，这两个产业均是用水大户，复合式预处理结合反渗透工艺的处理方法有着极为广阔的发展空间。

③ 不足

复合式预处理结合反渗透工艺的高效反渗透系统可以使回收率达到85%~90%甚至是95%以上（视具体水质水量而定），然而对于很多煤化工产业，由于污染物种类繁杂，难以一一去除，系统含盐量过高等问题导致系统回收率不能稳定于90%以上，通常被设置为85%左右。因此，今后在多污染物、大水量、高盐含量废水中如何进一步提高系统回收率应为进一步探索的目标。

（本文发表于《中国给水排水》杂志2015年第20期“工程实例”栏目）

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