SCAL型间冷系统循环废水回收处理

　　在我国北方缺水地区，SCAL型间接空冷系统(间冷系统)逐渐成为火电厂汽轮机排汽冷凝系统的主力机型，为了减缓系统中材料的腐蚀速率，该系统中循环水需要保持较好的水质，但是该型间冷系统中无水质净化装置，因此当循环水的浊度、pH值等指标异常时，只能通过换水的方式进行水质净化。该类型的间冷系统内常常存有近万吨除盐水，每次需要换水数百吨，利用电厂已有的水处理车间对间冷循环废水进行回收，不仅可以节约大量的水资源而且不需要增加新的水处理设备，是一种一举多得的废水处理方式，具有很高的环保和经济价值，但是目前尚无间冷循环废水回收的相关经验。根据SCAL型间冷循环水的特点，通过理论分析和现场工业实验对这一问题进行研究。

　　1、间冷循环废水回收对水处理系统

　　影响的理论分析火电厂运行过程中，通过水处理车间对原水进行处理以去除各种杂质是保障电厂水汽品质良好的必要条件。通常对原水的处理包括双介质过滤、超滤和反渗透处理，最终通过离子交换除盐制成除盐水贮存于水箱中备用。以宁夏某电厂的水处理车间为例进行分析，其水处理流程如图1所示。

　　水处理车间的设计用水为厂区生水，生水和间冷循环废水关键的水质指标对比见表1。由于间冷循环水换水时水质往往比较恶劣，因此选择了间冷循环水水质较差的情况作为间冷循环废水水质指标与生水进行比较。

　　从表1可以看出，相对厂区生水，间冷循环废水的温度较高、pH值偏大、浊度偏高。SCAL型间冷系统内最初注入的是除盐水，而且系统的密闭性较好，因此循环废水中含有的杂质离子比较小，不会加重离子交换树脂的工作负荷。该间冷系统内循环水主要的杂质来源是运行过程中碳钢及铝腐蚀产生的腐蚀产物，这些腐蚀产物不仅提高了循环水的浊度也使得水中铁铝的含量偏高，对水处理中的预处理环节(双介质过滤器、超滤系统和反渗透系统)产生较大的工作负荷。

　　水处理系统由一系列的水处理设备串联构成，对于每一台水处理设备而言，既要保证进水水质合格以满足该设备的安全稳定运行，也要保证其出水的水质满足下一环节的进水水质要求。因此，重点分析间冷循环废水回收过程对双介质过滤器、超滤系统和反渗透系统所产生的影响。

　　1.1 双介质过滤器

　　双介质过滤是水通过砂、无烟煤和活性炭等多孔滤料后截留水中杂质的方法，通过机械筛分作用去除水中的悬浮颗粒，能够有效地去除原水中的胶体、悬浮物及有机物等，通常可以将滤液的浊度降到1NTU以下。间冷循环废水中的悬浮物、沉淀态的铁主要会在该装置中去除。进水的浊度较大会增加双介质过滤器的工作强度，当进水的浊度太大时，其出水的浊度指标不能达标，会对后续的设备产生不利影响。双介质过滤器与超滤系统之间有保安过滤器，其过滤精度为100μm，当双介质过滤器的出水浊度不合格时，会造成保安过滤器较大的工作负担，缩短其使用寿命。此外，双介质过滤器对于进水的pH值也有一定的限制，当水pH值大于9时，会使过滤器中的石英砂溶解，增加水中SiO2含量，因此需要监测双介质过滤器入水的pH值。

　　1.2 超滤系统

　　超滤是以膜两侧的压力差为驱动力，以机械筛分为基础的溶液分离过程。超滤膜的孔径为0.005~1μm，比超滤膜孔径小的物质和溶解在水中的物质能作为透过液透过滤膜，胶体物质、颗粒、细菌和病毒等将被截留下来浓缩于排放液中。超滤系统有全流过滤和错流过滤两种运行模式，全流过滤时，进水全部透过膜表面成为产水，该运行模式的能耗低，操作压力低，因而运行成本低。而错流过滤时，一部分进水透过膜表面成为产水，另一部分则带杂质排除成为浓水，该模式能处理悬浮物含量更高的流体。

　　超滤设备对于进水有如下的要求：水温为5~40℃，浊度小于5NTU，余氯为2.85×10-5~5.71×10-5mol/L，pH值为2~13。因此间冷循环废水在通过超滤系统时，需要重点监测间冷循环废水的水温，并根据进水浊度及时调整超滤系统的运行模式。超滤系统和反渗透系统之间设置有过滤精度为5μm的精密过滤器，超滤系统出水水质不合格会缩短精密过滤器的运行周期。

　　1.3 反渗透系统

　　反渗透是一种对浓溶液施加压力使其中的水通过半透膜的物理脱盐方法，能同时去除水中的胶体、有机物、细菌等。为了保证半透膜长期稳定运行，反渗透前必须去除原水中对于反渗透膜产生污染或者导致其劣化的物质。膜生产厂家一般规定了膜元件的使用条件，间冷循环废水回收过程中需要注意的水质指标如下：

　　(1)浊度和SDI值。由于膜元件内部的给水和浓水流道非常薄，容易卡住固体颗粒，造成阻塞，因此，要严格控制进水悬浮固体含量：一方面是控制浊度，防止浊质颗粒划伤高压泵和膜。另一方面是控制进水的SDI值。

　　(2)温度。根据膜材料耐温能力，规定了膜元件的最高使用温度，反渗透膜元件的最高使用温度一般为40~45℃。

　　(3)进水的pH值范围。为了防止膜高分子水解，需要控制进水的pH，醋酸纤维素膜(CA膜)使用的pH值范围比较窄，一般为5~6。聚酰胺膜(PA膜)2~11。

　　(4)铁含量。由于铁是过渡金属有时会成为氧化反应的催化剂，加快膜的氧化和衰老，胶体态的铁还可以引起膜的堵塞。铁的允许浓度随着pH值和溶解氧量的不同而有所不同，通常为1.78×10-6~8.93×10-7mol/L。

　　1.4 间冷循环废水回收过程中水质监测指标

　　根据水处理设备工作原理的分析，在制定回收方案过程中，考虑到水处理设备的运行稳定性，需要对间冷循环废水的水质指标进行监测，间冷循环废水回收对于水处理系统产生影响的水质指标有温度、pH、浊度和铁铝含量。首先监测间冷循环废水的温度、pH，如果其满足条件，则进行工业实验，确定水处理系统能够承受的临界浊度和铁铝含量指标。而且进水的温度、pH、浊度和铁铝含量能够通过将循环废水与厂区生水以一定的比例混合进行调整，因此从理论上讲，利用水处理车间处理间冷循环废水是可行的，当间冷循环废水的某些水质指标过大，则不能以100%间冷循环废水的工况运行，需要按照一定的比例将间冷循环废水和厂区生水在生水箱中混合，进行水质调解后再进行回收。

　　综合各种水处理设备对进水的水质要求，回收过程中需要监测的水质指标如表2所示。

　　2、现场工业实验研究

　　2.1 现场工业实验方案

　　共进行两种工况条件下的现场工业实验：

　　工况1，使用100%间冷循环废水作为原水。

　　工况2，使用50%间冷循环废水和50%厂区生水混合作为原水。

　　实验期间为了检测各水处理设备对水质的耐受极限，在变更水质条件时，检测水处理设备稳定运行一段时间后的水质指标，因此在本工业实验中分别监测两种工况下运行30min和运行50min时各水处理设备的运行指标。在工业实验过程中使用的间冷循环废水已经冷却至室温约25℃，因此实验过程中没有再对水的温度进行监测。该厂采用石英砂+无烟煤的双介质过滤器，反渗透膜为聚酰胺膜。

　　2.2 间冷循环废水回收对双介质过滤器的影响

　　按照两种工况对间冷循环废水进行处理时，双介质过滤器的水质监测情况如表3所示。

　　两种工况条件下，进水的pH值均小于9，满足双介质过滤器的进水要求。该厂双介质过滤器的出水浊度要求小于1，在100%间冷循环水工况下，进水的浊度>30NTU时，双介质过滤器出水浊度不能达标。在50%间冷循环水工况下，双介质过滤器出水浊度达标。对于50%间冷循环水工况条件下，水质进行取样，分析其铁含量结果，从结果可以看出，双介质过滤器对于循环废水中的铁具有显著的去除效果，这与理论分析结果相吻合。

　　2.3 间冷循环废水回收对超滤过滤器的影响

　　按照两种工况对间冷循环废水进行处理时，超滤过滤的水质监测情况如表4所示。在100%间冷循环废水工况下运行时，超滤进水浊度小于双介质出水浊度，说明两者之间的保安过滤器过滤掉部分不溶物，但长时间在这种条件下运行会缩短保安过滤器滤芯使用寿命。根据该系统设计，控制超滤出水浊度≤0.5NTU，在100%间冷水工况条件下，超滤出水浊度不能达标，50%间冷循环水工况下超滤出水浊度达标。超滤装置进一步降低了水中铁含量，超滤对于铝的去除效果不明显。100%间冷水和50%间冷水两种工况运行时，超滤系统的产水流量和运行压差如图2所示，流量和运行压差都比较稳定，无明显异常。

　　2.4 间冷循环废水回收对反渗透系统的影响

　　两种工况下对间冷循环废水进行处理，反渗透系统水质监测如表5所示。该厂反渗透系统进水SDI值要求小于1，100%间冷水运行30min时，SDI值为3.3，高于反渗透系统进水要求，会污染反渗透膜，缩短反渗透膜的使用寿命。以50%工况运行时，各项指标符合要求。通过反渗透处理，间冷循环废水中的铝被去除。如图3所示，100%间冷水和50%间冷水两种工况运行时，反渗透系统的压差和回收率都无明显异常。

　　3、结论

　　现场工业实验表明，间冷循环废水引入水处理系统对于双介质过滤器、保安过滤器、超滤系统、精密过滤器以及反渗透系统都有影响，在制定具体回收方案时，首先要测量循环废水的温度、pH值、浊度、铁铝含量，通过工业实验确定水处理车间的能够处理水质的临界参数，工业实验中可以参考表2中所列的监测项目对回收过程进行监测。在水处理过程中，双介质过滤器去除了间冷循环废水中大部分的铁悬浮物，超滤进一步去除铁的腐蚀产物，在进入反渗透之前，水中铁的腐蚀产物几乎完全除掉，反渗透系统除掉了间冷循环废水中的铝，经过这三个步骤的处理，可以满足后续离子交换的进水水质要求。当双介质过滤器入水的浊度大于30NTU时，双介质过滤器出水、超滤出水浊度都不能满足控制指标，当双介质过滤器入水浊度为14.7NTU以下时，双介质过滤器出水、超滤出水浊度能够满足控制指标。工业实验结果证明通过混合间冷循环废水和厂区生水的方式调解进水水质，最终实现间冷循环废水回收是完全可行的，是一种环保经济的处理方式。(来源：宁夏京能宁东发电有限责任公司，西安热工研究院有限公司)