膜技术在电厂中水回用系统中的应用

李红莲，邱如斌，陈潮华，郭日南

(1.闽西职业技术学院 化学工程系,福建 龙岩 364021；2.三达膜科技(厦门)有限公司，福建 厦门361022)

随着水资源消耗的增加和污染的日益严重，水资源的短缺已经成为一个制约人类经济发展、威胁人类生存安全的严重问题.将水资源分级处理、按需回收、循环利用，是解决我国缺水问题的根本出路.实现废水的循环利用，扩大中水的使用范围，有利于人和生态环境的和谐发展，具有较高的理论价值与现实意义[1].某国际电力发展有限公司在发电过程中需要使用大量的去离子水，同时产生大量的废水，废水中悬浮物的含量较高且含一定量的COD和其他油性物质，采用一般的传统处理技术难以实现对盐的脱除，达到回用指标.膜分离技术对盐和COD的截留率较高并且稳定，故考虑以膜技术作为主要的处理技术，实现废水回用[2].根据该废水的特点，采用“纤维球过滤+活性炭过滤+反渗透”为主的工艺路线，对工业废水处理系统和总排水处理系统的出水进行处理，将现有的废水深度处理后，达到了净化、脱盐的目的，出水回用到了工业水池和化学水池.

1 设计水量及水质

废水回用工程设计处理能力为100 m3/h，水源来自电厂工业废水处理系统和总排系统的达标出水，进水水质和用水标准见表1.

表1 进水水质和用水标准Tab.1 Influent quality and water standard

2 废水处理工艺

2.1 工艺流程

对进水水质情况进行分析可知，电厂废水的深度处理工艺包括预处理单元与反渗透单元.其中,预处理部分以“纤维球过滤+活性炭过滤”为主，去除水中的悬浮颗粒和有机物等物质，保障后端反渗透工艺能稳定运行.反渗透则作为深度处理的重要手段，使出水达到回用要求[3].废水深度处理工艺流程如图1所示.

图1 工艺流程Fig.1 Process workflow

2.2 工艺原理

来自电厂工业废水处理系统和总排系统的达标出水，汇集到回收水箱后经预处理进水泵提升送入纤维球过滤器，纤维球滤料以其极大的表面积和空隙率与悬浮颗粒产生接触凝聚作用，使水中的悬浮颗粒被黏附、截留于滤料层.纤维球过滤器能同时有效去除原水中的油，降低后续活性碳过滤和反渗透系统的处理负荷，使后续系统更加稳定、高效地运行.纤维球过滤器产水直接进入活性炭过滤器，采用水处理专用活性碳为滤料，去除原水中的有机物、重金属及余氯等物质，保证出水中的SDI≤3、ρ(余氯)≤0.1 mg/L，符合反渗透装置的进水要求，避免对膜造成损坏.纤维球过滤器和活性碳过滤器定时使用活性碳过滤器产水对其进行反洗.预处理产水送入中间水池，通过反渗透进水泵，投加阻垢剂和杀菌剂后进入保安过滤器，再经高压泵增压进入反渗透系统.反渗透系统可去除原水中的溶解盐类与小分子有机物等，其产水作为中水回用的终端产水，可直接进入生产补给水，用于生产工艺用水.

3 主要处理构筑物及参数设计

3.1 预处理系统

预处理系统可去除水中的悬浮物、胶体、浊度和有机物等妨碍后续运行的杂质，它包含纤维球过滤器、活性炭过滤器与杀菌剂加药装置.纤维球过滤器2台，设计处理量为100 m3/h，单台处理量为50 m3/h ，每台直径为1 600 mm，高度为4 510 mm.该过滤器以卵石为支撑层，以纤维球为过滤层，通过重力流过滤，设计滤速为25 m3/h，使大部分的悬浮物、胶体和油等在这里被截留.活性炭过滤器2台，设计处理量为100 m3/h ，单台处理量为50 m3/h，每台直径为2 600 mm，高度为2 000 mm.该过滤器以卵石为支撑层，以石英砂和活性炭为过滤层，通过重力流过滤，设计滤速为10 m3/h.利用活性炭吸附原水中的有机物、重金属及余氯等物质，使产水中的DI≤3、ρ(余氯)≤0.1 mg/L.填料采用粒径为4～32 mm的卵石作为支撑层，采用粒径为1～4 mm的石英砂、粒径380～850 mm目水处理专用活性炭作为滤料.

3.2 反渗透系统

反渗透系统主要去除水中溶解盐类，同时去除一些有机大分子以及前阶段未去除的小颗粒等，它包括保安过滤器、高压泵、阻垢剂加药装置、杀菌剂加药装置、硫酸加药装置、反渗透膜组件、反渗透清洗装置.根据原水水质反渗透膜采用美国DOW抗污染反渗透膜BW30-365FR膜组件，该膜不仅能达到较高的产水率和脱盐率，而且还可以减少系统污堵，降低系统的运行压力，延长膜元件的使用寿命.系统设2套反渗透装置，每套产水35 m3/h，配置108根进口膜组件，采用6芯装膜玻璃钢外管(耐压300 psi)，共18根膜管，平均9根/套，分段设置.排列方式设置为第一段6根膜管，第二段3根膜管，两段串联(简称6×3排列).

4 运行效果

该处理设施按工艺操作参数调试，在调试过程中不断完善，系统稳定运行后，连续对系统进水及产水水质进行跟踪监测，工程处理效果见表2.

表2 主要水质指标及回用标准Tab.2 The main water quality index and reuse standard

由表2可以看出，该厂的中水回用技术在理论上是可行的，实际应用的效果也非常好，自建成至今一直稳定运行，为电厂持续提供工业工艺用水.对进出水水质的跟踪监测表明，产水中的CODcr、SS、电导率、TDS、pH值检测指标均符合水质回用标准.

5 系统运行中应注意的问题

(1)产水电导率部分时间因进水电导率过高或pH值超出7.0～8.0的范围，进水中H+，OH-浓度较高，造成产水电导率偏高.对于离子交换系统进水，电导率可以放宽到100 μS/cm，短时间电导率处于50～100 μS/cm，反渗透系统可以不停止产水.但要注意，如果进水水质长期超过原设计范围(电导率小于1 200 μS/cm)，会影响系统产水量和水质指标，对膜芯的使用期限也有一定的影响.

(2)反渗透浓水排放到废水池，在废水池中发现有较多的藻类和浮游生物，直接排放可能影响总排口的CODcr，建议投加适量的次氯酸钠，降低排放水的CODcr.

(3) 回收水箱出水的电导率与pH值波动较大，有时会超出合同约定的电导率和pH值，特别是废水处理系统的pH值调节较难控制，相关阀门与pH值计时有故障，清净出水的pH值常常过低或过高，造成RO产水的电导率升高.为保证RO系统稳定运行，建议对pH值调节管路进行改造，更换调节阀门及pH值计，增加玻璃转子流量计，便于手动调节阀门时的观察和控制.

(4)根据目前进水水质和预处理的运行情况，进水中的细小胶体和微生物较多，活性炭过滤器能去除部分胶体和微生物，但活性炭过滤器负荷较重，有部分胶体和微生物穿透活性炭到缓冲池，造成反渗透一段有胶体和微生物污染现象，一段压差有所升高.建议在工业废水处理系统恢复投加PAC，以降低出水中胶体的含量，在总排水处理系统中优化pH值调节和PAC投加控制，根据出水浊度自动调节PAC加药量，尽量不用或少用PAM，一方面可以节约加药成本，另一方面可以保证反渗透膜芯不被PAM污堵，避免造成膜性能不可恢复的衰减[4].

6 效益分析

系统产水量为70 m3/h，年产水时间按330天计，经过对项目运行过程中的能耗、药剂消耗以及人工等费用的核算，产水成本为1．70元/t.以目前该市工业用自来水价格2.56元/t计，该项目每年大约可节约自来水554.4万t，节约水费用476.78万元.

7 结论

(1)采用“纤维球过滤+活性炭过滤+反渗透”为主的工艺路线，对电厂工业废水处理系统和总排水处理系统出水进行处理，将现有的废水深度处理后，产水中的ρ(SS)≤10 mg/L，ρ(CODcr)≤10 mg/L，pH值范围为6～9，ρ(石油类)≤0.1 mg/L，ρ(TDS)≤30 mg/L，电导率≤50 μS/cm，出水水质稳定，达到了该企业生产用水的标准，创造了一定的环境效益、经济效益和社会效益，具有很好的借鉴意义.

(2)反渗透系统作为中水回用的核心脱盐工艺，对悬浮物、CODcr及盐类物质均有非常好的处理效果.进水的电导率在600～1600 μS/cm波动时，出水的电导率始终在50 μS/cm以下，脱盐率在97.6%以上.

(3)科学合理的预处理是保证膜法中水回用正常运行的必要条件，从而保证膜系统正常、稳定地运行.整个预处理系统运行稳定，出水完全能够满足反渗透系统进水的水质要求.采用膜技术深度处理废水，具有较好的稳定性和抗污性，达到了良好的废水“资源化”的效果.

参考文献：

[1] 武贵桃．大力推广中水回用实现污水资源化[J]．中国资源、人口与环境，2003，13(2)：120-121．

[2] 长乐．膜科学技术[M]．2版．北京：高等教育出版社，2004：24-28．

[3] 李付林，张兴文，李理，等.反渗透技术在市政污水回用于热电厂的工艺应用[J].工业水处理，2009(3)：90-92.

[4] 王璟，杨宝红，余耀宏，等.电厂废水深度处理回用于循环水系统[J].工业水处理，2006(9)：78-80.