电厂反渗透浓水回用工艺研究
摘要：通过试验，提出并验证了适用于电厂反渗透浓水的回用方法：利用余压将反渗透浓水打入低压膜元件，分离的净水回用至工业水箱，回收率可达50%,浓水经“微波化学法”有效降低化学需氧量后达标排放。该方法进一步提升原反渗透系统的回收率，制得的产水与工业水相当，可满足电厂多处用水需求；在敏化剂和微波共同作用下，浓水化学需氧量可由80～120 mg/L降至35～40 mg/L,低于排放标准。反渗透浓水处理后可结合浓水水质特点和厂里用水情况，在评估的基础上合理回用。
关键词：发电厂;反渗透膜分离技术;微波化学法;
反渗透膜分离技术是在高于溶液渗透压作用下，利用半透膜拦截水中的盐类、胶体、微生物以及有机物等杂质，实现溶质与溶剂的有效分离。反渗透技术在电厂锅炉补给水处理中有广泛应用，是制备电厂生产所需除盐水的重要工序。补给水系统反渗透回收率通常为75%,排放约25%的浓水。反渗透浓水为经常性排水，水量不容忽视，如果浓水直接外排将造成水资源的浪费。
反渗透浓水的水质与反渗透膜透过性能和进水水质有直接关系。一般情况下，电厂补给水系统中的反渗透浓水含盐量高、浊度小，几乎不含重金属、氨氮、微生物等。这样的水质条件决定其处理方式有别于其他电厂废水。反渗透浓水的回用空间大，处理目标也更有指向性。
1 反渗透浓水回用方案
结合电厂实际情况，提出反渗透浓水回用方案：反渗透浓水→零动力膜系统→产水至回用水箱、浓水经处理后达标排放。具体回用流程见图1。反渗透浓水被引入低压脱盐膜元件，在不增加外界动力的情况下，利用反渗透浓水排放压力为动力，对反渗透浓水进行再度分离，回收率目标值设定为50%。处理后产水进入回用水箱循环使用；浓水经回收箱过度后进入浓水处理系统，向反应池内投加敏化剂、絮凝剂等药剂，在微波催化作用下重点降低浓水的化学需氧量(以下简写为“COD”),经处理合格后排放。该工艺进一步回收50%的反渗透浓水，将原反渗透系统的回收率由75%提升至87.5%。
1.1 零动力装置产水水质
经过参数比对和模拟试验，优选某公司的膜元件可以满足试验需要，具体表现为：①适应低压运行条件。该膜元件在0.5～0.8 MPa条件下正常稳定运行，可仅依靠浓水余压作为动力，不额外增加动力源；②满足电厂生产实际。以反渗透浓水为进水的情况下，零动力膜系统的出力达3 t/h以上，回收率可大于50%;③在此条件下，膜元件不易污堵，可较长时间稳压运行而无需频繁清洗。
将零动力膜系统安装在电厂补给水系统一级反渗透浓水出口，反渗透浓水直接接入零动力膜系统，试验过程中零动力装置与反渗透装置同步运行。持续跟踪零动力装置产水的主要指标，检测结果见表1。
注：(1)GB/T 19923—2005《城市污水再生利用 工业用水水质》中规定再生水用作工业用水水源时基本控制项目及限值；(2)本文提到的COD均为CODCr,以下简写为COD。
经测定，零动力装置产水的pH值维持在6.48左右，略低于回用标准中的6.5限值。除pH值以外，其他检测指标均满足国标对于回用水的水质要求。产水pH值偏低主要是空气中的二氧化碳溶入造成的，在后续处理中碳酸盐平衡打破后，产水的pH值可恢复至6.5～8.5的范围内。零动力装置产水含盐量低，可回用至电厂内对于水质有一定要求的地方，如超滤进水、反渗透进水、甚至是混床进水等。
1.2 零动力装置浓水的处理
零动力回用系统产生的浓水水质检测结果如表2所示。检测显示浓水COD超过了排放标准，其他指标均符合排放要求，因此浓水的处理目标主要是将COD降至60 mg/L以下。
注：（1)DB 31/199—2018 《污水综合排放标准》中规定的第二类污染物排放限值。
通过试验发现，“微波化学法”可有效降低浓水的COD,具体方法是向浓水中加入一定量的敏化剂和混凝剂，在微波催化作用下，强化降低COD的效果。微波是指频率为300 MHz～300 GHz的电磁波，在微波照射下废水中某些强极性污染物的局部会形成高温“热点”,诱发分子极化旋转，对极性大分子化学键的断裂具有促进作用，从而加速分解过程，强化废水处理效果。加入敏化剂可增强体系对微波的吸收和传热能力，污染物在受热后会挥发、分解或被固定。试验结果显示，在敏化剂加药量为300 mg/L时，浓水COD在80～120 mg/L范围内，出水COD可降至35～40 mg/L,达到排放要求。该条件下出水的其他监测指标，在处理前后未发生明显变化，均低于排放限值。
1.3 运行效果
对整个系统的运行情况进行为期一个月的持续跟踪，零动力装置的进口压力几乎不变，浓水压力从0.60 MPa升至0.65 MPa, 表明零动力膜未出现明显结垢污染。整个系统出水水质呈现一定的变化，但始终满足排放标准，未出现大的波动。
从零动力装置进出口压力变化和最终产水水质两个方面判定：该系统运行较为稳定，满足实际生产的需要。
该回收装置运行时，电耗和药剂费用占运行成本的主要部分。电耗主要是微波装置工作用电，药剂费用主要是敏化剂，考虑到敏化剂在反应中主要起到催化作用，可将澄清池底部污泥收集起来回用，从而节省药剂费用。
2 零动力膜应用情况
零动力膜装置优势明显：无需额外增加动力源，占地面积小，对于原反渗透系统几乎无影响，有效减少新鲜水使用量和浓水外排量，目前已在电力、石化等行业实施应用,汇总见表3。
目前关于利用零动力膜回用反渗透浓水的论文研究较少，但该方法应用实施发展迅猛。结合本研究和已有案例可以发现，对于零动力膜处理方法而言，维持膜系统的长期稳定运行是关键，亦是难点。反渗透浓水含盐量高，对于膜的性能指标提出了更高的要求，需要其具备耐高盐、抗污堵等特性，因此多采用性能良好的苦咸水反渗透膜。为解决盐析出和膜结垢的问题，采用超滤+强化阻垢或加酸预处理和专用阻垢剂相结合的方法,可有效避免碳酸钙等盐垢的析出。当进水水量降低后，膜表面浓水侧的浓差极化可能会因此增加，从而导致产水水质恶化、压差增加等问题，因此，在实际运行中需关注进水流量和回收率的变化，必要时作出调整。
3 厂内回用方案分析
电厂反渗透浓水的厂内回用思路可归纳为以下三种。
方案一：将反渗透浓水回用为循环水补水。一般情况下，反渗透浓水水质优于循环水补水,完全可以作为循环水补水回用,混合浓水后的循环水补水各项指标均远远低于标准要求。但浓水的引入使得补水的成分发生变化，特别是循环水的碱度会因此升高，增加了循环水系统发生结垢的风险，因此循环水的控制参数，如水质稳定剂添加量、浓缩倍率、排污量等都需要根据实际情况重新判定，同时也需要引入超声波除垢、添加硫酸和阻垢剂等方式来应对可能出现的结垢问题。市面上较多采用此方法对反渗透浓水进行回用，此法无需增加水处理设备，只需将浓水引入循环水补水并及时跟踪调整循环水控制情况即可。由于浓水排出量随着制水设备的运行而发生非周期性变化，给循环水的控制提出了更多要求。
方案二：反渗透浓水经膜处理后回用，回用过程中产生的浓水经处理后排放或深度处理。本文所提出的回用方法即属于此范畴。该方法可有效提升反渗透浓水的回用比例，回用水水质好，可以满足多方面的使用要求，但在处理的过程中会额外产生一定量的浓水，因此，并不能实现浓水的百分百回用；对于该部分浓水，需经过相应的处理才能达标排放，或通过深度处理实现零排放。因此使用膜浓缩的方法一般还需配置一套水处理装置。电厂在实际运行中，需充分结合反渗透浓水特性来选择合适的膜元件，积极跟踪装置的运行情况，保障系统的长期稳定运行。
方案三：将浓水重新引入原水澄清池回用。该方法简单易操作，无需额外增加水处理设备，可实现浓水的全部回用，同时减少原水的取水量。但该处理方法存在一个问题：电厂的预处理主要去除胶体、悬浮物等大颗粒物质，对于原水中的盐类几乎没有去除效果，长期循环回用将导致原水含盐量持续递增，进而影响化学制水系统的运行安全性和经济性。在电厂实际运行中，该方法只适用于反渗透浓水的短期处理或减量处理，不宜作为长期处理方式。
4 结语
本文提出了针对电厂反渗透浓水的回用方案，利用反渗透浓水余压，采用低压膜元件将浓水进行50%浓缩，产水直接回用至工业水箱，浓水经混凝—微波—澄清工艺处理后将COD降至60 mg/L以下，各项指标均满足排放标准，可直接排放。
此方法将反渗透系统回收率由75%提升至87.5%,浓水排放量缩减50%,降低废水排放量的同时减少工业水取水量，提高了电厂的经济效益和环境效益。
三种常见的反渗透浓水厂内回用方法各有优劣，电厂在选择反渗透浓水回用方案时需结合浓水水质特点和厂里的实际情况，可选择其中之一，也可将两者结合起来使用。
作者简介：尹力(1990—),男，硕士，工程师，主要从事电厂化学技术研究、检测与服务工作。
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