内蒙古某电厂装机容量为2台300 MW的直接空冷机组, 采用循环流化床锅炉, 灰渣系统为干除渣干除灰。电厂水源采用市政污水处理厂的中水, 中水经机械搅拌、加速澄清池和MBR处理后, 作为电厂工业用水水源, 电厂外排水主要为辅机循环水系统排污水和高含盐废水。为进一步节约水资源, 降低单位发电量水耗, 避免废水外排, 电厂实施了废水零排放工程, 将辅机循环水系统排污水和高含盐废水经深度处理后回用。

　　 循环水系统排污水和高含盐废水首先进入废水调节池, 均匀水质、水量、水温后, 经提升泵进入高效澄清池去除硬度、胶体和悬浮物, 出水经加酸调节pH后自流入中间水池。出水再经石英砂过滤器、自清洗过滤器、超滤系统后进入清水池, 清水进入一、二级钠离子交换器去除所有的硬度后, 进入脱气塔去除水中的CO₂, 经高效反渗透除盐后作为电厂工业水补充水循环利用。系统产生的废水作为灰渣场喷洒水用。高密池产生的污泥经离心脱水机脱水后送入灰渣场。废水零排放系统工艺流程如图1所示。

　　 该废水零排放系统考虑到干灰渣综合利用时循环水系统排污水不能回用、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, 设计处理能力为2×30m³/h。设计出水水质满足《城市污水再生利用工业用水水质》 (GB/T 19923-2005) 中再生水用作工业用水水源的水质规定, 同时达到《火力发电厂化学设计技术规程》 (DL/T 5068-2014) 中阳、阴离子交换器进水要求。具体设计出水水质如下:浊度≤2NTU, COD≤2 mg/L, Fe≤0.3 mg/L, 电导率≤210μS/cm, 总硬度≤5mg/L, 悬浮物≤5mg/L, 二氧化硅≤0.5mg/L, pH 6~9, 余氯≤0.1mg/L。

　　 预处理系统包括高效澄清池、石英砂过滤器、超滤。高效澄清池共2套, 单套处理能力40m³/h, 采用钢筋混凝土结构。高效澄清池包括快混区、絮凝区、沉淀区, 其中沉淀区设置刮泥机。沉淀区产生的污泥, 一部分通过污泥回流泵输送回絮凝区, 作为接触泥渣 (反应晶核) ;另一部分通过剩余污泥泵排至污泥浓缩池浓缩后, 再经离心脱水机脱水后送入灰渣场。设置1套石灰贮存加药装置和絮凝剂加药装置来保证高效澄清池的稳定加药。

　　 系统设置3台DN2 000石英砂过滤器, 单台的处理能力25m³/h, 工作压力<0.6MPa。2台 (1用1备) 出力为160m³/h的过滤器反洗水泵和2台 (1用1备) 出力为4m³/min的超滤反洗水泵定期自动对过滤器进行气洗和水洗。石英砂过滤器成本低廉, 运行操作简便, 易于和后续超滤设备结构相连接, 无需缓冲水箱调节流量。

　　 系统设置2列超滤装置, 采用全流过滤模式, 单列净出力33m³/h, 可单独运行, 也可同时运行。每套超滤设置1台自清洗过滤器, 用来截留来水中大于100μm的颗粒, 以防止其进入超滤系统, 造成膜的损伤。自清洗过滤器自动进入反洗模式的条件有: (1) 上次反洗后的过滤时间达到设定值 (120min) ; (2) 设备进出口压差达到设定值 (0.05 MPa) 。当两条件满足其一时就自动进入反洗模式。

　　 超滤装置选用美国科氏TARGA II 10072膜, 每列8支膜, 具体超滤膜件性能参数见表1。

　　 系统设置3台 (2用1备) 出力为40m³/h超滤给水泵和2台 (1用1备) 出力为110m³/h变频超滤反洗水泵。

　　 超滤系统还包括杀菌剂加药系统、反洗系统及化学清洗系统, 系统运行、反洗及化学清洗均采用自动控制。每运行30 min水反洗一次, 每次反洗1min。每运行24h化学加药反洗一次, 化学加药反洗包括酸洗和碱洗, 酸洗采用400mg/L柠檬酸, 碱洗采用200mg/L次氯酸钠和450mg/L氢氧化钠。采用化学加药反洗时, 反冲洗泵停止后, 超滤单元需待机10min以保证超滤膜与化学药剂有更多的接触反应时间。当透膜压差超过0.15 MPa时需进行一次化学清洗。

　　 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环境下的运行, 必须将水中的硬度降到最低水平, 因此设置一、二级钠离子交换器。钠离子交换器均采用钠型强酸树脂, 一级钠离子交换器可交换水中大部分的多价阳离子, 去除大部分硬度。二级钠离子交换器可去除水中的残余硬度。系统设置3台一级钠离子交换器和3台二级钠离子交换器, 单台设备按50%处理能力设计, 2用1备。钠离子交换器再生时需要消耗食盐, 盐溶解池按15天贮存量考虑, 设置4个盐计量箱, 4台喷射器, 2用2备。

　　 离子交换出水送入脱气塔脱除CO₂。系统设置2台DN1 000脱气塔, 2台脱气风机, 1用1备, 1座钢筋混凝土结构的25m³脱气水池, 脱气塔建在脱气水池上。

　　 高效反渗透技术是在常规反渗透技术上发展起来的, 它克服了单纯离子交换和反渗透各自的缺点, 结合了离子交换和反渗透各自的优点, 是目前最先进的反渗透技术。其核心的工艺原理是:采用离子交换将水中的硬度去除, 盐分则靠反渗透去除;同时, 反渗透在高pH条件下运行, 硅主要是以离子形式存在, 不会污染反渗透膜并可通过反渗透去除;而水中的有机物在高pH条件下皂化或弱电离, 不会造成膜的有机物和生物污染。既节省了大量的酸碱, 又使反渗透的回收率提高到95%以上。

　　 考虑到生产中便于调节水量的需要, 系统设置成2套反渗透装置, 单套设备出力30m³/h, 水回收率不低于95%并联运行。每套反渗透装置前设置1台过滤精度为5μm的保安过滤器。为反渗透本体装置提供足够的进水压力, 保证反渗透膜的正常运行, 系统设置3台 (2用1备) 出力为35m³/h反渗透给水泵、2台出力为45m³/h变频高压泵和2台出力为21m³/h变频段间增压泵。

　　 反渗透膜的排列方式为一级二段。考虑到反渗透进水有较严格的预处理, 但仍可能富含生物和有机物等污染物, 一段采用陶氏公司BW30FR-400抗污染型苦咸水淡化反渗透膜元件, 二段采用陶氏公司SW30HRLE-400高脱盐率、低能耗海水淡化反渗透膜元件。每套反渗透装填48根膜元件, 其中一段30根, 二段18根。反渗透系统设置还原剂加药系统、阻垢剂加药系统和氢氧化钠加药系统, 清洗系统与超滤清洗系统共用。

　　 2016年4月8~15日内蒙古电科院对废水零排放处理系统进行了性能测试, 期间系统满负荷运行, 系统出水水质统计见表2。由表2可见, 在性能测试过程中, 工业废水处理系统出水水质指标全部满足设计要求。

　　 高效反渗透单元的脱盐率和回收率统计结果见表3, 由表3可见, 反渗透单元的脱盐率和回收率均满足设计值, 即高效反渗透装置回收率≥95%, 脱盐率≥90%。

　　 (1) 通过性能试验表明, 该废水零排放系统运行稳定, 出水水质符合设计要求, 满足火电厂工业用水水质要求。

　　 (2) 从该系统的运行情况可以看出, 采用合适的预处理单元和高效反渗透组合工艺可以实现空冷机组电厂废水零排放的要求。

　　 (3) 机组检修期间废水中油含量会升高, 由于系统未设置气浮池, 可能会对后续离子交换系统和膜系统造成严重的污染。建议定期监测废水中油含量, 同时避免废水调节池低水位运行。

　　 (4) 为增强脱气塔脱除CO₂效率, 脱气塔前设计加酸, 但高效反渗透为避免有机物、硅等污染, 脱气塔后又设计加碱, 导致酸碱用量增加。考虑到性能试验期间, 脱气塔除CO₂效果不佳, 建议脱气塔进水不加酸保持中性, 停运脱气风机, 脱气塔充当水池使用。

　　 (5) 考虑到高效澄清池出水水质较好, 浊度保持在1NTU以下, 完全满足超滤装置进水水质要求。建议类似工程可以考虑取消石英砂过滤器。

　　 (6) 由于高效反渗透回收率达到95%, 为避免膜系统污堵, 反渗透进水需保持高pH且硬度小于0.1mmol/L。建议通过加碱系统使反渗透进水pH保持在10~11;加强钠离子交换器的运行监督, 一旦树脂失效, 应及时再生, 避免离子交换器出水硬度超标。

　　 (7) 由于超滤系统和反渗透系统共用1套清洗装置, 超滤碱洗完成后应进行充分的水冲洗, 避免游离余氯对反渗透膜的氧化。