0 引言

近年来，随着社会经济的发展和环保意识的提高，内蒙古自治区已不再只关心废水的达标排放，还要求企业最大限度的回收利用，减少对环境的污染，环境敏感地区甚至要求零排放。因此，对废水综合利用，实现废水资源化，已成为火电厂实现可持续发展的必由之路^[1-2]。本文以神华神东电力萨拉齐电厂2×300 MW机组废水零排放工程为例，对电厂废水回用深度处理工艺进行分析，供其他电厂废水回用工程改造借鉴。

1 工程概况

神华神东电力萨拉齐电厂现有2台300 MW直接空冷机组，锅炉采用循环流化床脱硫工艺。为了减少全厂外排废水量，降低单位发电量取水量，电厂实施了废水零排放工程，将含盐量高并具有强烈结垢倾向的废水经深度处理后进行回用。

为了充分实现废水的资源化利用，电厂将厂内工业废水及辅机冷却水排污水进行深度除盐后，回用于辅机冷却水补水、热网补水及锅炉补给水系统。本废水治理工程采用“石灰软化高效澄清池+过滤+超滤+离子交换+高效反渗透”的处理工艺，工业废水深度处理系统主要包括预处理系统、离子交换系统、高效反渗透系统、回用系统、加药系统、压缩空气系统。考虑到干灰渣综合利用时循环水排污水不能回用、冬季煤场喷洒水量减少的因素，按最大排污量考虑设计处理能力，工业废水深度处理系统的设计处理能力为60 m³/h。

1.1 设计水质指标

工业废水深度处理系统设计出力为2×30 t/h。具体进水水质要求及处理后出水指标见表 1。

1.2 工艺流程

由于电厂废水含盐量高，经浓缩处理后，水中致垢的无机离子（如Ca²⁺、HCO₃^-等）已经达到过饱和，具有强烈的结垢倾向，容易在用水系统中结垢，因此，在废水深度处理系统工艺流程设计过程中，除了要考虑除去对反渗透膜有污染的悬浮物、有机物、胶体等杂质外，还要降低碳酸钙、硅酸盐等难溶盐的过饱和度，避免在水处理系统中析出沉淀物^[2]。本工程选用石灰澄清软化预处理工艺，通过高效反渗透技术实现较高的回收率、脱盐率及系统的经济稳定运行。工业废水深度处理系统工艺流程如图 1所示。

2 主要构筑物及设备 2.1 预处理系统 2.1.1 调节池

因来水水质、水量等水质指标随排水时间的波动较大，为使后续处理设备及构筑物不受废水高峰流量或浓度变化的冲击，需设置调节池对来水进行缓冲。本工程工业废水深度处理系统设置1座钢砼结构的调节池，有效容积为240 m³，通过2台工业废水提升泵（1用1备）将辅机冷却水排污水、高含盐废水、酸碱再生废水等输送至高密澄清池。

2.1.2 高密澄清池

调节池出水经废水提升泵进入高密澄清池，池内加有絮凝剂和消石灰，去除铁硅化合物、钙镁碳酸盐硬度、悬浮物、胶体物质，降低浊度，同时去除磷酸盐以及有结垢倾向的离子和少量重金属，减少含盐量，为后续离子交换减轻负荷。

高密澄清池采用方形钢混结构，包括快混池、絮凝池和沉淀池。沉淀池设置刮泥机，沉淀池上层活性污泥通过污泥回流泵回流至絮凝池，增强絮凝效果，剩余污泥通过污泥排放泵排至污泥浓缩池浓缩处理，再经离心脱水机脱水后送入灰渣场。系统设置2座高密澄清池，单台设备出力为最大处理水量的50%，设置1套石灰贮存加药装置、1套聚铁加药装置和絮凝剂自动加药装置。

2.1.3 高密产水池

高密澄清池出水自流入高密产水池，经泵送入砂滤、自清洗过滤器和超滤系统。高密产水池容积为50 m³。

2.1.4 砂滤

高密产水池出水进入砂滤以去除水中的悬浮物和胶体，降低浊度。系统设置3台砂滤，2用1备。单台设备正常出力为25 m³（/h·台），最大出力为37.5 m³（/h·台）。石英砂装填高度为1200 mm, 砂粒粒径为0.5~1.2 mm。砂滤需定期进行反洗（气洗和水洗），设置2台反洗鼓风机（1用1备）和2台反洗水泵（1用1备），反洗水取自超滤产水池。

2.2 超滤系统

系统设置2台自清洗过滤器，单台设备出力为40 m³/h, 用于截留来水中粒径大于100 μm的颗粒，以防止其进入超滤系统造成膜损伤。设置2套超滤装置，超滤膜采用美国科氏TARGAⅡ10072型特种改性聚醚砜膜，截留孔径为0.02 μm, 设计水通量为50 L/m²h, 运行方式采用外压死端过滤。单套设备设计平均总进水量为36.5 m³/h, 平均净水产量为33 m³/h。

2.3 离子交换系统

为了提高后续高效反渗透设备的回收率，降低膜结垢的可能性，保证其在高pH值环境下的稳定运行，需将水的硬度降至最低，因此设置两级钠离子交换器，用于交换水中大部分的多价阳离子，降低硬度。当硬度达200 μmol/L时，钠离子交换器到达失效终点，运行失效后，需采用浓度为5%~8%的食盐水进行逆流再生。

两级纳离子分别为3台一级钠离子交换器和3台二级钠离子交换器，单台设备规格为1200 mm×2400 mm（直径×高度），净出力为33 m³/h, 2用1备。一、二级钠床均采用001x7Na型强酸阳离子树脂，石英砂垫层高度为200 mm, 树脂层高度为1200 mm。

离子交换出水送入脱气塔脱除CO₂。系统设置2台脱气塔，塔直径1000 mm, 1用1备；1座钢砼结构的脱气水池，容积25 m³，脱气塔搭建在脱气水池上。

2.4 高效反渗透系统

高效反渗透系统主要由保安过滤器、升压泵和反渗透装置构成。基于运行中便于调节水量的需要，系统将反渗透系统设置成2套一级两段式反渗透装置，并联运行。第一段采用30支BW30FR-400型抗污染电中性复合膜，第二段采用18支SW30HRLE-400型高脱盐率海水淡化膜。单台设备出力30 m³/h, 水回收率不低于95%。反渗透膜组件技术性能参数如下：1 a内系统脱盐率不小于90%，3 a内系统脱盐率不小于88%，水回收率不小于95%，反渗透膜使用寿命不少于4 a。

2.5 加药系统

加药系统包括石灰贮存加药系统、絮凝剂加药系统、盐加药系统、氢氧化钠加药系统、还原剂加药系统、反渗透清洗系统。

3 系统运行情况分析

2015年9月，神华神东电力萨拉齐电厂工业废水深度处理系统进行整套调试运行，2016年4月—5月，对系统进行了工艺性能测试。测试期间，系统满负荷运行，每隔8 h取样化验分析1次，通过对系统进、出水总硬度、铁含量、硅含量、电导率、pH值、COD_cr等主要指标进行分析，测算系统对主要污染物的去除效果，以考查该系统是否符合设计及运行要求。

3.1 系统回收率

通过一段时间的实际运行及工艺性能测试表明，工业废水深度处理系统平均回收率为95.86%，满足设计承诺值（整体回收率≥90%）的要求。

3.2 系统处理效果

系统性能测试期间水质监测结果见表 2。

（1）由表 2可知，总硬度去除率为100%，总铁去除率为91.08%~99.91%，SiO₂去除率为98.17%~99.83%，COD_cr去除率为23.08%~94.44%，各项出水水质指标均符合设计承诺值。

（2）高密池采用投加石灰乳工艺去除来水中的总硬度，通过投加絮凝剂（聚铁）去除来水中的悬浮物、总铁、SiO₂和COD_cr, 因此高密池的运行情况主要通过总硬度、悬浮物、总铁、SiO₂和COD_cr的去除率得以体现。在系统性能测试期间，高密池出水总硬度为1.44~5.44 mmol/L，总硬度平均去除率为14.18%；总铁为0.08~0.72 mg/L，总铁平均去除率为56.23%；浊度为0.25~1.83，悬浮物平均去除率为88.42%；SiO₂质量浓度为0.76~17.55 mg/L，平均去除率为32.35%；出水COD_cr为9.00~30.72 mg/L，平均去除率为30.62%。

（3）高效反渗透原理是通过软化工艺去除来水中的硬度，再通过脱气去除水中的二氧化碳，加入氢氯化钠将反渗透进水的pH值调至8.5以上。在这种高pH值环境下运行，与常规的反渗透相比，高效反渗透增大了SiO₂的溶解度，使得回收率能够达到95%^[3]。本工程系统运行过程中，高效反渗透段间压差、产水水量、水质等均能维持基本稳定，脱盐率效果见图 2所示。反渗透进水电导率平均值1325 μS/cm, 1、2号反渗透产水电导率平均值分别为53 μS/cm、61 μS/cm, 反渗透单元产水电导率平均值为57 μS/cm, 单元脱盐率平均值为95.70%，单元回收率为95.05%~95.58%，平均值为95.26%。反渗透单元的脱盐率和回收率满足设计承诺值（高效反渗透装置回收率≥95%，脱盐率≥90%）的要求。

（4）在系统额定出力连续运行工况下，对处理工艺的能耗、药耗及系统反洗、再生、配药等自用水耗进行测算。结果如下：平均产水能耗为3.16 kWh/t；各种化学药剂的平均使用量以单位产水量计（即每吨产水需要的药品加入量），其中聚铁（纯度25%）为21.67 g, 石灰（纯度93%）为364.54 g, PAM（纯度99.9%）为0.67 g, 亚硫酸氢钠（纯度99.9%）为8.79 g, 反渗透阻垢剂（纯度99.9%）为6.10 g, 盐酸（纯度30%）106 g；钠床每次再生需要消耗氯化钠（纯度99%）为124.3kg/台。系统自用水量统计结果见表 3所示。

4 结语

采用石灰软化—高效反渗透技术的电厂废水回用处理工艺，具有较强的抗缓冲性和稳定的处理能力，其中石灰软化澄清系统是保障反渗透系统稳定运行的关键，反渗透膜在高pH值的碱性条件下运行，系统的产水量、回收率、清洗频率远优于传统的超滤—反渗透工艺^[4-5]。本工程运行实践表明，该工艺运行效果达到设计要求，能够实现电厂废水的合理回用，回用水水质满足生产要求，因此在电厂废水回用工程应用上有良好的示范作用。