1、HEROTM在處理空冷聯合循環電廠中高含硅量污水的應用摘 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，還分析了所得到的運行數據。為簡便起見，選擇了代表性的數據進行討論。關鍵字：HERO 弱酸陽樹脂 硅 處理過的污水 污水處理廠 Central el Bajio是一座600MW的聯合循環電廠，位于墨西哥中部San Luis de La Paz 城的附近。InterGen 電力公司和AEPResources 聯合擁有此企業，并于2002年初投入商業運行。大約495MW的電力供給墨西哥的國家公用事業。CFE在電力采購協議中，建立一個建造-

2、擁有-運行的合同。余下的105MW的電力，供給第三方的工業用戶。 此企業有三臺雙燃料的燃氣輪機發電機組（CTGs），三臺三壓式余熱鍋爐（HRSGs）和一臺再熱蒸汽透平發電機組(STG)。從低壓透平排出的蒸汽進入空氣冷卻的凝汽器凝結，然后回到HRSGs。在這工程項目中，最突出和有發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。 San Luis de La Paz城是一個約有50，000人口的城市，位于墨西哥的一個干燥區域。該地區缺水而且水是主要供民用和農業。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，他規定，不允許在該地區抽取地下水作為工業用途

3、。因此，就需考慮其它的供應來源。在電力采購協議中允許使用50%的城市污水作為電廠的補給水。經研究確定認為，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（Gray water）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鎮處理過的城市廢水，這有足夠的質量數據可以得到。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，調試和起動時，對處理水的需要。 原廢水的有限數據，被用來匯編和分析，以建立設計的特點。另外還進行一些取樣，來論證和補充重要

4、的參數。這些初始的數據被用來開發污水設計的分析并包含在規范中，并用來設計和建造污水處理廠（STP），制定采購一交鑰匙的合同。另外，業主在STP設計和建造時對原污水進行了12個月的取樣和分析。僅有的小時流量數據被分析以保證有足夠的流量來供給電廠。原污水特性的設計進展，需要每個參數都是在施加流量負荷時的值。在12個月的取樣過程中，流量數據被補充用來證實開始時的設計基礎。 San Luis de La Paz城原有一個污水系統，但該城尚未得到聯邦的資金來建造它自己的STP。污水是收集在污水系統，并在地區周圍的四個點（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ST

5、P。污水處理系統 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。若將處理廠放在水源處（城市內），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設計，與是否能夠在短期內滿足由于燒油要求而增加補給水有關。生化處理的系統不可能在如此短時間內搞成的。因此，計劃將STP保持在穩定的，接近設計容量125m3/小時運行，而多余的水給地區提供作不同的用途。將STP設置在城市邊界內，有利于輸送多余的處理污水給城市。因此，業主就決定將STP設置在城市內（即建

6、在土地藍圖內，有利于今后城市的STP）。 在此工程設計和建設期間，發生了三個對STP的設計有影響的問題。第一個是發現了一個新的進入城市污水的廢水流來自地方的屠宰場。從有關的攔截器（排放點）取樣，發現污水樣品的BOD值，通常在10002000mg/l。這就引起從4個取得的混合原污水的值達到700900mg/l。這樣，STP就得按平均BOD 400mg/l,短期最高值為800mg/l設計。顯然，這是個問題。與地方污水管理當局聯系，他們和屠宰場聯系，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，從現有的攔截器排放點改至供應STP支管的下游。 第二個問題關系到STP的流量控

7、制。在與城市執行原先合同時，地方廢水管理當局是將現有四個排放攔截器關閉的，這樣所有從San Luis de La Paz來的污水流，全部從STP流出。STP平衡池的水力設計是能夠接受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，城市當局告訴業主，他由于缺乏資金，不能完成這新設備。但他答應，在原有四個排放管上，新安裝調節滑動門，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注，變為需要運行人員密切關注，并要與當地污水管理當局聯系的方式。 最后一個主要問題是

8、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600 m3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。由于建設此管道已被取消，市區便在臨近STP處建一個大的處理污水池以收集多余的處理污水。城市當局和當地農民商量一個安排，從水池送水到地方的灌溉系統以防止水池的溢流。 此STP已運行超過了一年。此系統包含有二個污水處理系列（2 x 50%）。STP的總容量是基于燃氣輪機在燃油時水的需要量。然而STP在一個系列運行

9、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，供應處理污水。有一個平衡/收集池從城市污水系統收集原污水。原污水通過提升站從收集池送到STP。污水處理系統裝有蓖子篩，細篩和除油脂，除砂系統，以及帶有曝氣箱，二級澄清器和沉渣再循環的曝氣活化沉渣系統。生化處理系統包含有硝化和脫硝步驟以除去氨（總氮）。多余的沉渣經消化，脫水然后排出至地面。處理污水經氯化處理，然后通過處理污水泵站，排至電廠范圍內的處理污水井。水處理系統 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

10、，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（HERO）被選用來代替帶有澄清軟化和除硅的常規反滲透RO系統。這是根據如下幾點判定來確定的：為了保證常規RO工藝的正常運行，在預處理系統中除去硅，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

11、于高含硅量的處理污水軟化所需要高除硅率的數據。常規的軟化和除硅會產生大量的沉渣，在排走和運輸這些沉渣時，需要較多人力。常規的軟化工藝不能完全自動化，需要較多運行人員的關注，特別是間斷運行時，更需這樣。以前HERO系統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RO系統會產生嚴重污染的水，以及那種水質變化較大的水，具有很高的容忍度和成功的運行經驗。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，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）

12、中除去，以防止硬度在膜上沉淀。電廠補給水處理系統的描述 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。箱液位用調節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值有表計監控。假如需要的話，二氧化碳可用來調節澄清器出水的pH值。亞硫酸鹽是加入到弱酸離子交換器（WAC）設備（2）給水中進行

13、脫氯。在WAC出水送至脫碳器（1）之前，能加入HCL來調節其pH值。WAC進出水的硬度和pH值用儀表檢控。RO設備（2）給水的pH值用加入堿來調節。RO給水和滲透液的導電率和硅含量用儀表監控，離子交換混床（2）的出水也用儀表監控。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，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，也用來根據服務用水系統，防火用水系統以及生活用水（非飲用）的需要，來提供水。電廠廢水排放方案的選擇 電廠會產生如下所說的專

14、門的廢水流，而需要將其排出設備外。評估了如下的廢水排放方案：儲存 / 蒸發池：在缺水地區，蒸發池是不可接受的。要得到這個地方也受到限制。注入井：廢水的質量要考慮對環境的影響。要得到環境部門的許可過程，可能是最長的（假如需要進行水利-地質研究的話）。帶有小蒸發池或結晶器的鹽水濃縮器：會有高的運行和維護費用，并需要有經培訓的運行人員。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，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

15、水混合后的質量被評估以保證適合用于市區的用途。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的質量。總結STP的運行數據，列于表2和表3。在將鑰匙交給業主之前，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量。表1 保證的處理污水質量參數周平均值每天最高值pH6969BOD5 mg/l2030TSS, mg/l2030NH3-N, mg/l55大腸桿菌 mpn/ 100 ml4001000油和油脂 mg /l1020 調試后，STP連續生產非常好的出水水質，僅有偶然的超標。電廠水處理系統的保守設計，已能

16、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會大大超過設計平均值400 mg/l?；跉v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640 mg/l，原污水的平均BOD估計在370 mg/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400700 mg/l 的范圍。幸運的是，曝氣箱的STP曝氣系統，設計得比較保守，這樣，STP在進水BOD和COD值較高時，仍然可以生產BOD值小于2030 mg/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生的沉渣量。這二者均會增加運行費用。 另一

17、個與運行有關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，需要經常干預當地的污水管道管理人員，來調節四個現有的排放管道的滑動門。早先的經驗說明，當地的污水管道管理人員不能經常及時回應STP要求增加原污水量的要求。結果有時沒有足夠的流量進入STP。后來，業主給污水管道管理人員提供了自行車和手機，較快的聯系工具，改善了回應的時間。由于改善了回應時間，缺少水流進入STP的問題已不再存在。運行經驗 電廠的水處理系統是在概念設計階段，按估計的處理污水水質進行設計的。這估計的水質是根據使用硝化和脫硝處理的二級處理污水的情況確定的。堿度的估計是根據原污水為了硝化和脫硝處理

18、進行的堿度數據的調整確定的，而硝化由于在氨-氮生化反應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，處理污水水質與估計的水質有較大變化，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的氯化處理也是個問題，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2 STP的運行數據STP進水STP 進水STP 出水STP 出水參數/2001平均最大平均最大pH7.78.17.78.1堿度（CaCO3ppm）540551341346COD1081155766146BOD64

19、99701345NH3-N5778413總N84112818總P6.815514總-SiO21051087278反應SiO273795667油和油脂1512404.48濃度均以 mg/l 表示2001 12月份的數據表3 從2002起的運行數據參數/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NTU1011151212出水平均流量M2/hr6562716675出水最大流量M2/hr9010011011010

20、0 總結STP的運行數據列于表2和表3。當前處理污水的數據（已穩定地運行超過數月）表明，STP實現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10 NTU。值得注意的是，在STP中還能除掉一些硅。能除去全硅大約31%，除去反應硅大約23%。在處理污水中觀察到的最大含硅量為84 mg/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5 mg/l 。同樣的，總-N 從84 mg/l 降到8 mg/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水處理廠設計的估計要高的多。處理污水的硬度變化是小的，而堿

21、度的變化是顯著的。裝在下游的高效反滲透設備（HERO）的供應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100 mg/l。而運行的結果卻指出，處理污水的堿度能穩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生碳酸鈣的二次沉淀，而當澄清器在非軟化狀態下運行時，是不需要的。為了

22、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值應調節到10.310.5。 弱酸離子交換樹脂除去和堿度結合的硬度，并用氫離子置換此硬度。這將轉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510 mg/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供應商的運行導則要求限制RO給水的硬度在0.10.2左右，這樣在濃水流中的硬度大約在12mg/l。水處理廠的數據（沒有列入）顯示，99%的

23、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。在發現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的現場清洗組件（CIP），用任何的化學藥劑進行離線清洗過。盡管在RO系統前有設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、總硬度和電導率數據參數/20015月6月7月8月GWS pH7.57.77.87.7GWS TH, mg/l218221212216GWS TA,mg/l337310298271PF TH, mg/l203216203151PF TA, mg/l329228203376WAC TA, mg/l307

24、247193376WAC 出水pH5.24.23.6376GWS 電導率 us/cm1243117511721247PF 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 水處理廠的硅數據參數/20015月6月7月8月GWS平均 SiO2 mg/l65676159GWS最大 SiO2mg/l69758449PF 平均 SiO2mg/l57585338PF最大 SiO2mg/l57636249GWS=處理污水池Con

25、d.=電導率 PF=壓濾機TH=總硬度 以CaCO3計電導率的數據指出，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72130us/cm 間顯著地變化。預處理系統中（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量電導率 us/cm 250 C 0.2硅 SiO2 ppb 20表7 從水處理廠出來的除鹽水質量（月平均值）參數/20022月3月4月5月6月混床出水電導率us/cm0. 050. 120. 090. 130. 13混床出水含硅量SiO2 ppb0.21.12.22.81.6 HERO系統是按賣主推薦