1、高效反滲透廢水處理工藝在電廠廢水零排放中的應用胡小武神華億利能源有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯，014300摘要： 工業廢水處理工藝系統越來越廣泛應用于企業的廢水處理中。神華億利煤矸石電廠利用高效反滲透廢水處理工藝系統，對電廠中的各種工業廢水進行處理，從而到達廢水再循環利用，實現 了廢水零排放。關鍵詞： 零排放 廢水處理 火電廠 灰水循環冷卻水 工業廢水文章編號：1674-8492202105-092-05中圖分類號：X773文獻標識碼：A1概述我國是個水資源短缺的國家，人均水資源量約3工業廢水處理工藝的選擇神華億利煤矸石電廠高效反滲透廢水處理工藝為 2200m3，約為世界平均水平的四分之一。

2、而且水資源供需矛盾突出，據統計全國 600 多個城市半數以 上缺水，其中 108 個城市嚴重缺水。隨著經濟的發展，用水量持續增長，用水結構也在不斷調整，節約用水、高效用水是緩解水資源供需矛盾的根本途徑。 在全國總取水量中，農業約占 70%，工業約占 20%，生活約占 10%。而我國火力發電廠取水量約占總工業取水量的 50%。因而發電企業實施節水及高效用 水戰略，不僅是電力行業的一個經濟問題，更是關系 到電力工業持續開展和保證經濟和社會快速健康發 展的重大社會問題。本文分析了反滲透系統運行的特點，對制約反滲透系統回收率提高的因素進行了分析，并結合神 華億利煤矸石電廠高效反滲透廢水處理工藝系統的應

3、用實例，充分闡述了高效反滲透廢水處理工藝系統在工業廢水處理中的有效應用。系統主要采用“石灰軟化 + 過濾 + 離子交換 + 反滲透的處理工藝，主要包括廢水收集和輸送系統、預 處理系統、離子交換系統、反滲透系統、RO 濃水回用系統、加藥系統、壓縮空氣系統。3.1 神華億利煤矸石電廠工業廢水種類及特點電廠所排工業廢水主要有四類，一類是含油的 廢水，主要是油庫區的含油廢水，這局部水水量小，為非連續性工業廢水；一類為使用后鹽份濃縮的廢 水，主要是循環水排污水和化學車間的廢水；一類為 使用后懸浮物增加的水，包括主廠房地面沖洗水和 無閥濾池反洗排水；一類為溫度較高的鍋爐排污水和疏放水。這四類工業廢水目前在

4、電廠管系系統為合流制，也就是目前電廠所有的工業廢水都通過總 排口排放。3.1.1 含油廢水油庫區的含油廢水由于油的含量較高，處理水 量較小，平均僅有 1m3/h，工業廢水處理系統 將這部 分水從工業廢水管網中分流出來，單獨改造含油廢 水排放管道系統，將這局部廢水就近排放到煤場隨煤一起燃燒處理。3.1.2 循環水排污水廠區內的循環水是混凝澄清處理后的黃河水經 機械通風冷卻塔自然濃縮至 1.52.5 倍后的水，且水中添加了一定量的緩蝕阻垢劑和殺菌劑，連續排 放，排污量 45m3/h，局部送至輸煤系統和煤場進行沖 洗、噴灑、抑塵，剩余局部排至廠區內的工業廢水管 網。冷卻塔排污水水質見表 1。2工程簡

5、介神華億利煤矸石電廠位于內蒙古鄂爾多斯市達拉特旗，該廠安裝有 4200MW 空冷發電機組。采用 循環流化床脫硫工藝，由于沒有下游用戶，電廠各種 廢水難以處置。為減少全廠外排廢水量，降低單位發電量取水量，電廠實施了廢水零排放工程，將各種廢水經深度處理后進行回用。神華億利煤矸石電廠 4200MW 電廠廢水“零 排放工程工程于 2021 年 9 月正式開 工，2021 年 6 月開始進入調試階段，2021 年 9 月正式移交生產。93第 5 期胡小武：高效反滲透廢水處理工藝在電廠廢水零排放中的應用表 1 冷卻塔排污水水質工業廢水處理系統。因生活污水由園區統一處理，本工程只考慮工業廢水處理。表 3 鍋

6、爐排污水水質項 目單 位分析結果項 目單 位分析結果全固形物溶解固形物 懸浮物二氧化硅鈣離子 鈉離子氯 根mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmmol/Lmg/Lmg/L1811.21786.824.418.823.67710.8178堿度PM 總硬暫硬永硬pHmmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L1.311.58.83項 目單 位分析結果項 目單 位分析結果硬度二氧化硅鈣 離 子 鈉 離 子氯 根 磷 酸 根mg/Lmmol/Lmg/Lmg/Lmg/L2.570.11.034.00.4PM 總硬暫硬 永硬mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L0.81.

7、20.17堿度9.136.67硬度CODMnmg/L 磷酸根 mg/L 3.0 電導率 s/cm 2560 3.1.3 水處理車間廢水化學車間鍋爐補給水處理系統采用超濾、反滲 透、離子交換除鹽工藝，排水包括反滲透設備清洗 水、反滲透濃排水、中和處理后的離子交換樹脂再生 廢水。清洗水排放量 2m3/h，水質好，回收至冷卻塔。廢水排放量 46m3/h，排至廠區工業廢水管網?；瘜W車間排水水質見表 2。 電導率 s/cm 78.4 pH 9.47 3.2.2 系統設計進水水質工業廢水除鹽處理系統 進水由循環水排污水、 化學車間排污水以及鍋爐排污水和疏水組成，其水 質分別見前表 1、表 2。根據進入廢水

8、處理站的排水量加權平均計算的含鹽廢水混合后的水質見表 4，部分指標考慮最差水質。表 4 工業廢水除鹽系統進水水質表 2 化學車間排水水質項 目單 位分析結果項 目單 位分析結果項 目單 位分析結果項 目單 位分析結果全固形物溶解固形物懸浮物活性硅 SiO2鈣離子鈉離子 氯 根全 鐵磷酸根 三價鐵mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmmol/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L1483146221274.94241482331.6219PM總硬 暫硬永硬mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L0.6516.622.23堿度全固形物溶解固形物 懸浮物二氧化硅鈣離子 鈉離子氯

9、根磷酸根mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmmol/Lmg/Lmg/Lmg/L115411361834.766.03135.41180.2PM 總硬暫硬永硬mmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/Lmmol/L016.622.23堿度硬度硬度pH 值CODMn電導率8.63.92180pHCODMn電導率8.111.091798mgO2/Ls/cmmg/Ls/cm3.1.4 地面沖洗水和無閥濾池排污水電廠內的無閥濾池需要進行定期反沖洗，用工 業水進行反沖洗時將產生一局部廢水，折合到小時 平均排放量為 6m3/h，懸浮物含量 50100mg/L，其它 水質指標同原水水質。廢水排至廠區內的工業

10、廢水管網。主廠房沖洗產生間歇性排水，平均排放量約3m3/h，排至廠區內的工業廢水管網。3.1.5 鍋爐排污水和疏水電 廠 內 4 臺 鍋 爐 定 期 排 放 污 水 ， 平 均 排 放 量27.6m3/h，疏放水平均排放量 4m3/h，水溫約 110，排 水水質見表 3。3.2廢水處理工藝及設施選擇3.2.1 廢水處理系統的設計原那么電廠所排廢水為廠內未能重復利 用的廢水，成 分復雜，水質差異較大。生活污水中有機物含量高，易生化，工業廢水中無機鹽含量高，有機物含 量低，因此將生活污水和工業廢水進行分類收集、分類處 理、分質回用，廢水處理站分為生活污水處理系統和3.2.3 系統設計出水水質出水送

11、入化學車間鍋爐補給水處理系統的淡水 箱或清水箱，出水水質要求到達離子交換系統的進 水水質要求。根據 ?工業用水軟化除鹽設計標準?GB/T50109-2006，具體水質指標見表 5、表 6。表 5廢水零排放處理系統出水水質序號工程單位根本設計值1234濁度水溫CODMn游離氯以 Cl2 表示NTU mg/L mg/L254020.1 5 鐵以 Fe 表示 mg/L 0.3 表 6 預處理設備出水水質序號工程單位根本設計值濁度硬度NTUmmol/L52.4重力濾池出水 弱酸陽床出水 硬度 mmol/L 0.1 94第 5 期3.2.4 工業廢水除鹽工藝及設施的選擇進入工業廢水處理站的工業廢水，水中

12、含鹽量 和硬度較高，需要通過除鹽處理后回用到鍋爐補給 水處理系統。除鹽工藝通常采用物理或化學的方法降低或去 除水中的絕大多數鹽類，以獲得純度較高的除鹽水。除鹽方法通常分為蒸餾、離子交換、電滲析、EDI電 去離子、反滲透。對于本工程廢水零排放系統，要求除鹽工藝具 有 系 統 可 靠 、出 水 穩 定 、自 動 化 程 度 高 、檢 修 方 便 和 制水 成 本 合 理 的特 點 。 蒸 餾 法由 于 投 資 和 運 行 費 用 均 較 高 ，熱 交 換 部 分 宜 結 垢 ，運 行 維 護 麻 煩 ， 一般不采用。目前，我國常用的除鹽工藝主要有離子交換法、電滲析法、EDI 技術、反滲透法。根據這

13、幾 種工 藝 方 法 的特 點 ， 本 工 程 采 用 反 滲 透 脫鹽 處 理工藝。工程高效反滲透HERO常規反滲透RO反滲透的回收率取決于水中的難溶物，有些鹽與 pH 值無關，比方：Ba、Sr、Ca 及 Mg的硫酸鹽和氟化物。這些物質在常規的反滲透系統中是靠投加昂貴的阻垢劑來控制的，費用高，清洗頻繁，每次30min，同時需酸、堿反洗，投資及運行費用高。反滲透的回收率取決于水中 的難溶物，有些鹽與 pH 值有 關，比方：CaCO3 和 SiO2。這些 物質會污染膜。CaCO3 的污染在預處理中已去除 Ba、Sr 及硬度等多價離子，不會產生藥劑消耗CaF 等難溶物，無需添加昂2貴的阻垢劑，減少

14、了清洗次數，縮短了停機時間，降低了運行費用。在預處理中已去除硬度和堿度，不會有 CaCO3 的污染。在pH 高的條件下，SiO2 的溶解度非常高，對反滲透的回收率運行效果不會有影響，因此運行穩定， 可通過調低 pH 實現，但這對除 硅 效 果 好 ， 可 以 解 決 高SiO2 沒有作用，無法解決高SiO2 含量與高回收率的問題。 SiO2 含量與高回收率的問題。預處理不需使用投資高的超 預處理需使用投資高的超濾系 濾系統，同時濃水產生量少， 統，同時濃水產生量大，有投資只有 5%，可防止使用投資昂貴的蒸發器，大大節省了投資。由于不用投加昂貴的阻垢劑25%，對于本工程來講，需要增加蒸發器，增加

15、投資150 萬美元。運行費用需 投 加 昂 貴 的 阻 垢 劑 及 復及復雜的在清洗，比常規反雜的在線清洗，運行費用高。 滲透運行費用低 1520。國外已經有較廣泛的應用，國內 還 不 是 很 普 及 ， 羅 斯 韋 爾125/165MW 聯合循環電 廠 ，TURLOCK 區 250MW 聯合循 國 內 外 均 已 經 有 較 廣 泛 的環電廠等 15 個電廠零排放工程 應用。使用了 HERO 工藝，國內的石家莊裕華熱電 1200 m3/h 污水回用工程也采用了 HERO。4高效反滲透技術高效反滲透HERO是特殊的反滲透工藝，是常規反滲透工藝的改良，可以很容易處理常規反滲透不能處理的原水，特別

16、是用于各種工業循環廢水。其 原理是通過軟化工藝去除來水中的硬度，然后再通過脫氣去除水中的二氧化碳，加堿將反滲透進水的pH 調到 8.5 以上。在這種高 pH 環境下運行，與常規 的反滲透相比，HERO 增大了 SiO2 的溶解度，使得回收率能夠到達 95。4.1高效反滲透與常規反滲透比擬見表 7應用4.2 新型抗污染反滲透膜元件PROC10 特點PROC10 是由日本電 工集團 / 美國 海德 能公 司 研發的一款新型抗污染反滲透膜元件，該膜元件有 三項日本電工集團 / 美國海德能公司專利技術。1高分子聚合技術，平膜致密度增強。2新型給水隔網，大幅度降低系統運行時的壓 力阻力。3新型端板ATD

17、，加設端板排氣結構，降低反滲透膜元件機械破損概率。 首先，致密度的增加，提高了反滲透膜的脫鹽率和化學穩定性，延長了膜的使用壽命。再次，特殊形 狀的 0.86mm 給水隔網大幅度降低了膜元件的壓力 損失，減少了隔網對污染物的阻礙，從而保證反滲透系統阻力小，少污堵，易清洗，明顯改善膜系統前后段的水平衡。此外，膜元件兩側端板上各增加了 6 個 排氣槽，加快了膜元件與壓力容器間隙中空氣的排除速度，可有效緩解系統啟動時瞬時升壓對膜系統 的產能沖擊，降低膜元件發生機械破損的概率。表 7 高效反滲透與常規反滲透比擬 工程 高效反滲透HERO 常規反滲透RO 高達 95%，在廢水零排放系統中更具有優勢，使得進

18、入蒸發系統的廢水 量更少，投資及運行費用降低。產水回收率75%，濃水排放量較大。進 水 SDI 5 要 求 嚴 格 ，預處 理 需 配 套 投 資 高 的 超 濾或微濾系統，增加投資，當超濾出問題時，也可以導致反滲透堵塞。雖 然 預 處 理 中 超 濾 系 統 可 去除大分子長鏈有機物，但 小 分 子 的 有 機 物 同 樣 可 以 透過超濾，所以反滲透依然 存在有機物污染，還存在硬 垢、硅垢、油脂、顆粒物等污 染，需進行在線反洗和定期 化學清洗，控制復雜。預處理系統進水需去除硬度，但對進水中的 SDI 沒有限制。反滲透膜是在高 pH 環境下運行的，這種環境對于大部分的污染物是屬于一種清洗的環

19、境，包括有機污染物，在這種操作條件下，可非常有效 地 防 止 這 些 污 染 物 的 污染，因此無需復雜的清洗工藝，減少了污堵。膜的清洗95第 5 期胡小武：高效反滲透廢水處理工藝在電廠廢水零排放中的應用4.3反滲透膜元件PROC10 性能參數見表 8表 8 反滲透膜元件PROC10 性能參數5該工藝系統實際運行情況5.1系統實際運行情況該工程自 2021 年 6 月投入運行以來，一直運行 穩定，各項運行指標均到達設計要求。表 9 為工程從2021 年 6 月份投產以來的運行情況。公稱產水量 脫鹽率%冤有效膜面積給水隔網厚度型號Ft2/m2GPD/ m2/d公稱最低mil PROC10 400

20、/37.2 10/500/39.7 99.75 99.6 34 4.4 制約反滲透回收率的因素對常規苦咸水而言，采用反滲透預脫鹽技術目 前應用廣泛，但回收率一般只能做到 75%左右，制約其回收率提高的因素主要有以下幾個方面：1無機離子的結垢，主要為鈣、鎂、鋇、鍶、鐵等 二價或三價離子產生的結構。2懸浮物污堵。3有機物及微生物污堵。 上述因素中，通常離子的結垢是制約反滲透回收率進一步提高的主要原因，如果有適宜的預處理 手段將結垢性風險降到最低，就可以提高反滲透的回收率。高回收率反滲透就是采用這一思路，通過增 加石灰軟化工藝降低水中的暫硬和水中懸浮物、膠 體、二氧化硅等的含量，通過離子交換軟化工藝

21、去除 來水剩余的硬度，通過脫氣去除水中的二氧化碳，通 過投加少量阻垢劑抑制濃水中的二氧化硅，從而使反滲透的回收率提高到 90%95。4.5 高效反滲透特點高 回 收 率 反 滲 透 特 別 適 用 于 各 種 工 業 循 環 廢 水。高回收率反滲透工藝主要特點有：產水回收率 高，極大減少反滲透濃水的排水量。由于進水中結垢 性風險已經降低，因此膜的清洗周期將更長，運行更 穩定。由于反滲透膜的應用已經普及，膜的價格也 比擬廉價，這相對于采用蒸餾工藝濃縮高含鹽量的廢水而言，設備投資將顯著降低。通常經工業過程濃縮后的苦咸水含有較高的暫硬，假設配合以石灰軟化 工藝，將可以大大降低后續離子軟化的負擔，降低

22、運行本錢，并可以進一步提高進水水質。4.6神華億利煤矸石電廠高效反滲透廢水處理系統 流程見下列圖至化學水池、輔機水池表 92021 年 6 月份投產運行情況序號日期2021-6-142021-7-212021-8-5備注工藝段水質pH電導 s/cm酚酞堿 mmol/L9.3229292.49.5631222.29.8733002進水調節池運行班化驗數據1甲基橙堿度 mmol/L7.57.86.5硬度 mmol/LpH硬度 mmol/L 全硅 mg/L511.02211.24.710.51.65.64.96122.49.8石灰澄清池出水鈉床 出水 弱酸床 出水運行班化驗數據2運行班化驗數據運行班

23、化 驗數據3硬度 mol/L82125784硬度 mol/L32110進水溫度 進水電導 s/cm1# 產水電導s/cm26212236.250.012.620.0527230835.249.82.630.0522242330.550.132.650.05現場在線表數據#3反滲透裝置1 出水流量 m /h1# 濃水流量 m3/h1# 一段段間壓差MPa5現場就地壓力表換算數據1 二段段間壓差MPa#0.020.020.02注：2# 反滲透運行數據與 1# 類似，表中未列出。5.2系統性能檢查情況2021 年 9 月至 12 月，西安熱工研究院技術人員對 該系統做了現場性能測試。相關主要測試指標

24、見表 10。表 10 系統性能測試指標 測試工程測試內容平均測試結果單位RO 出水濁度RO 出水水溫 RO 出水 CODMnRO 出水游離氯 Cl2RO 出水鐵以 Fe 表示 RO 濃水硬度RO 濃 水含 鹽量 /RO 進 水 含鹽量RO 濃水 pH1# 反滲透脫鹽率2# 反滲透脫鹽率 濁度硬度0.14628.40.48013.660.14NTUmg/Lmg/L g/L mmol/L反滲透系統21.8-7.1595.19%95.57%0.663.88- NTUmmol/L滲透重力濾池出水 弱酸陽床出水 硬度 0.055 mmol/L 圖 高效反滲透廢水處理系統流程氣浮池調節池機加澄清池重力濾池

25、清水池鈉床弱酸床上清液回流緩沖池污泥濃縮池灰渣調濕等廢水池濃水電廠廢水淡水產水反中間水箱除碳器96第 5 期5.3系統運行情況總結經過一段時間的運行以及性能測試來看，整個 系統運行比擬平穩，通過對調試和運行數據的分析， 總結如下：1反滲透的回收率和脫鹽率。從以上表看出， 回收率實現了 95，脫鹽率為 95 左右，實現了設計目標。2反滲透的穩定運行。該工程采用了美國海德 能 公 司 的 寬 流 道 抗 污 染 型 PROC-10S 反 滲 透 膜 元 件，反滲透進水 pH 值維持在 89 之間，反滲透裝置 的段間壓差、產水水量、水質等均維持根本穩定。3水中鈣、鎂、鐵等二價、三價金屬離子的結垢 在

26、預處理得到了控制。在石灰軟化和離子交換的前處理工藝中，硬度得到了去除，且除碳器去除了水中殘留的游離 CO2， 原水中結垢性成分已經得到了去除。實際運行過程中，控制鈉離子交換器的失效終點為 200mol/L 硬 度，弱酸離子交換器失效終點為 100mol/L 硬度。4二氧化硅的去除。澄清池去除了一局部原水 中的二氧化硅，反滲透入口投加了少量控制硅污染 的阻垢劑FILCORE TREAT-2021 型，投加量1ppm，該阻垢劑同時還具有控制鈣鎂垢的作用。5懸浮物污染、有機物和微生物的控制。由于 電廠工業廢水中有機物含量較低，且石灰澄清池軟化工藝還具有消毒、沉淀有機物的功能，運行過程中 沒有出現有機

27、物和微生物。反滲透裝置的段間壓差也根本維持穩定，沒有 出現懸浮物污堵。程于 2021 年 6 月開始運行，到現在已 經運行一年多，總計處理工業廢水近 40 萬 t，系統水耗為 5.5%， 而生凈水約為 38 萬 t，折合除鹽水為 27 萬t。使用外來 水按 3 元 /t 計算，向園區外排水按 50 萬元 / 月計算， 藥品消耗與電消耗用初步計算為 10 萬元 / 月，那么總共節約資金 46.3 萬元 / 月，全年可以節約資金近 550萬元。7結束語高回收率反滲透工藝系統在處理電廠工業廢水時，具有回收率高，膜結垢污染風險低，出水水 質穩定等優點，同時在投資、運行管理等方面與常規反滲 透技術相當。通過目前運行實際情況來看，該系統能夠很好的解決電廠廢水外排與用水問題，具有可觀的經濟及社會價值。當前，高回收率反滲透技術在電 廠工業廢水回用處理及零排放方面的應用還較少，但可以預見，其在工業廢水的回用上，將具有廣闊的 應用前景。參考文獻1 反滲透和納濾膜產品技術手冊M.美國海德能公司，2007.2 靖大為，王春艷，梁全民. 反滲透系統給水電導率與 pH 的系統影 響J. 工業水處理，2006.3 陳穎敏，莫莉萍，蘇