浸没式超滤技术在电厂废水回用中的设计及应用

陈　蕊，宋晓红，王　刚

(1.中国核电工程有限公司河北分公司核电工艺所，河北石家庄　050019；2.中国核电工程有限公司河北分公司民用工程研究设计所，河北石家庄　050019)



浸没式超滤技术在电厂废水回用中的设计及应用

陈蕊1，宋晓红2，王刚1

(1.中国核电工程有限公司河北分公司核电工艺所，河北石家庄050019；2.中国核电工程有限公司河北分公司民用工程研究设计所，河北石家庄050019)

摘要：浸没式超滤技术是水处理行业中的一种创新应用形式。以东北某热电厂废水回用处理工程为实例，从进水水质、出水水质、投资成本、运行负荷及占地面积等方面进行综合分析，重点对浸没式超滤与压力式超滤工艺进行对比，证明了浸没式超滤技术的优势，最终确定了“絮凝沉淀+浸没式超滤+反渗透”的工艺流程。

关键词：三废处理与综合利用；废水处理；浸没式；超滤；热电厂

近年来，浸没式超滤技术在电厂锅炉补给水系统中的应用越来越广，其优点是能耗低，占地面积小，能处理高浊度的原水，水通量大，出水水质好且水质稳定。这些特点使该技术广泛应用于多种原水的处理中[1-2]。浸没式超滤膜系统是将外压式中空纤维超滤膜直接放置在水池中，通过水泵抽吸使膜丝内部形成负压，利用负压使水从膜外侧流入膜内侧而完成膜过滤过程[3-5]。超滤过程是一个物理筛分过程，超滤膜能有效地截留比膜孔径大的无机颗粒物及大分子有机物等胶体杂质。浸没式超滤膜一般采用“由外至内”的流动方式。浸没式超滤技术的开放过滤形式降低了进水预处理的要求，成套安装的方式提高了土地利用效率，日渐成为继压力式超滤之后的又一种新型膜应用技术[6-7]。随着浸没式超滤技术的日渐成熟，其陆续在污(废)水回用方面开始得到应用。浸没式超滤技术以其水质适用性广、占地面积小等优势，受到越来越多的关注。本文以东北某热电厂废水回用处理工程为案例，对浸没式超滤技术的设计特性及应用效果进行了分析及研究。

1案例分析

某热电厂原设有一个占地300 hm2的贮灰场，电厂所有的废水排放到此处。由于城市发展，现有贮灰场已处于城市建成区内，根据政府部门规划及环保要求需要拆除，同时新建20 hm2贮灰场作为事故灰场。新建事故灰场已不能接纳热电厂产生的废水，为了保护当地的生态环境，节约水资源，满足“零排放”的要求，新建一座废水回用处理系统已经成为该热电厂亟待解决的问题。

废水回用处理系统的来水水质浊度较高，且不稳定。废水处理站拟在废旧车间基础上进行新建，需拆除原有车间，另外有2条市政热力管线由南向北穿过此车间再转向西通往场外，所以本工程的占地面积成为工艺方案选择中非常重要的制约因素。

2原水和用水分析

2.1原水水量和水质

该热电厂产生的废水主要包括循环水排污水，机、炉、管道定、连排水，过滤器反洗水，车间地面冲洗水，以及杂用水等，采暖季和非采暖季所产生的废水量有较大差异，平均水量如表1所示，水质指标如表2所示。

表1　热电厂原水平均水量

表2　原水主要水质指标

2.2用水水质要求

废水回用处理系统的产水主要用于锅炉补给水系统前端和循环水补水，所以系统处理后的水质需满足电厂循环水补水水质要求(《再生水水质标准》SL 368—2006)[8-9]。废水回用处理系统的产水量大于锅炉补给水的用水量，优先补充至锅炉补给水处理系统前端，剩余水量分配给循环水补水。本系统具备以下优点：

1)废水经过反渗透脱盐后，水质优于除盐系统的原进水水质，用于锅炉补给水能够减少脱盐系统的混床再生周期，从而节省再生酸、碱药剂的用量，减少中和废水的排水量。

2)废水回用处理系统产水作为循环水补水，由于水质好，可以提高循环水的运行浓缩倍率，从而减少废水排放量，降低废水处理系统的建设规模。

3废水回用处理系统方案设计

通过对原水水质的分析，可知原水的悬浮物、浊度、总溶解固体(TDS)超标，COD相对比较低，所以预处理工艺以物化工艺为主，去除胶体、悬浮物，保证膜系统稳定运行。其主要流程如下：絮凝沉淀组合池→超滤→一级反渗透→回用点。

根据超滤膜系统的制造方式和使用方式，常用的超滤膜主要有压力式和浸没式2种。压力式超滤膜组件将大量的中空纤维膜丝装入一圆形压力容器中，纤维束的开口端用专用树脂浇铸成管板，配备相应的连接件，即形成标准膜组件，通过不同数量的压力式膜组件并联组装成膜系统[10-11]。浸没式超滤膜组件包括固定在垂直或水平框架上的中空纤维膜、设在框架顶部和底部的透过液集水管。每个集水管包含有一层密封膜丝的专用树脂，使得膜的内腔与管道相连以收集产品水，因此浸没式膜组件只有产水端一个连接点。几个或者几十个膜组件相连，形成膜箱。若干个膜箱并联浸没在膜池中组成一个膜列，若干个膜列并联组成不同处理规模的膜处理系统[12-14]。

浸没式超滤膜与压力式超滤膜2种形式组件的构造形式、运行要求及出水水质对比如表3所示。

通过表3可以看出压力式超滤最大优势在于高通量，高通量就意味着在出水量相同的条件下花费更小的膜支数和更低的后期更换费用。但在处理废水时，由于受进水水质制约，浸没式超滤和压力式超滤在选取膜通量时，均不宜超过40 L/(m2·h)，即在处理水质较差的废水时，所用膜数差异不大。然而，浸没式超滤在处理此类废水时具有以下优势：1)浸没式系统对进水水质的浊度无要求，在条件限制时，即使不使用预处理同样可以满足产水需求；与压力式超滤系统相比，更适用于水源水质较差，浊度较高，水质不稳定的废水处理系统。2)占地面积小，较压力式系统更适用于对占地面积有严格要求的工程。

表3　浸没式超滤与压力式超滤对比分析

根据2种形式超滤膜组件，现设计2种方案。方案1：絮凝沉淀组合池→浸没式超滤→一级反渗透处理；方案2：絮凝沉淀组合池→多介质过滤器→压力式超滤→一级反渗透处理。2种方案的性能特点如表4所示[15-16]。

该热电厂如使用浸没式超滤系统，与压力式超滤系统相比占地面积约少85%，投资约节省27%，且运行负荷更低。针对该热电厂原水水质浊度高、波动大的特点，综合考虑，本工程超滤部分采用浸没式超滤处理工艺。

4浸没式超滤处理工艺设计

本工程新建废水处理站的处理规模为13 200 m3/h，絮凝沉淀池采用“网格絮凝+斜管沉淀”处理工艺[17]，分为2组。浸没式超滤系统，按4组设计，回收率为90%；考虑到采暖期进水量只有非采暖期的40%，为降低投资和运行维护成本，反渗透装置处理能力按405 m3/h设计，回收率按70%设计，分为3组，每组出力95 m3/h，总产水量285 m3/h。工艺流程示意图如图1所示。

表4　2种超滤方案性能对比

图1　浸没式超滤处理工艺流程Fig.1　Scheme of submerged ultra filtration treatment process

非采暖季，反渗透装置产水一部分供至化学水车间，进入除盐水处理系统前端，供锅炉补给水使用，其用水量约为100 m3/h；剩余部分与超滤产水混合，用于循环水的补充水。

采暖季，系统产水全部为反渗透产水。一部分供至化学水车间，供锅炉补给水使用，其用水量约为100 m3/h；剩余部分用于循环水补充水。

絮凝沉淀池污泥经“浓缩-离心脱水”一体机实现泥水分离，污泥用车拉至煤场掺混焚烧。泥水分离后的废水自流至原水调节池。

反渗透的浓水统一收集送至脱硫系统综合利用。浸没式超滤的反洗水和其他废水统一收集到废水收集池，经过废水提升泵提升至原水调节池循环处理，从而实现零排放。

工艺参数如表5所示。

表5　超滤工艺参数

5废水回用处理系统的运行与出水水质

在超滤系统过滤的过程中，分离出来的污染物会在膜表面累积，为了最大限度地提高产水效率，需要周期性地使用空气和超滤产水(或优于同等水质的水)对系统进行反洗，具体运行流程：[过滤(20 min)→气水联合反洗(1 min)]×2→排水(3 min)+进水(3 min)→过滤。运行周期为一个循环48 min。

通过对系统出水的取样分析，浸没式超滤系统处理后的出水满足《再生水水质标准》中冷却用水水质的指标要求。处理效果：浊度值为0.16 NTU，去除率达到90%以上；COD质量浓度为16.0 mg/L，去除率基本达到70%；对氯离子等溶解性离子没有明显去除作用。主要指标与标准要求对比如表6所示。

经过一段时间运行，出水浊度低于0.1 NTU，SDI15基本处于2.5左右，能够满足后续反渗透的进水要求，同时也可满足锅炉补给水处理系统前端和辅机循环冷却水对补充水的要求。

表6　出水主要水质指标

6结论

本工程采用浸没式超滤技术处理电厂废水，达到了废水回用的目的。

1)从进水水质方面考虑，在废水回用处理工程中，针对其原水水质较差，浊度较高且不稳定的特点，采用浸没式超滤技术是合理可行的。而对于原水水质较好，经简单预处理即可满足进水要求的工程，采用压力式超滤系统较为合理。

2)采用浸没式超滤系统，占地面积约为压力式超滤系统的15%，投资约为73%，且运行负荷低，可解决本工程占地面积受限制的问题。

3)采用浸没式超滤系统作为反渗透系统的前处理，较常规工艺来说，水质较好，提高了反渗透的膜通量，减少了反渗透的清洗频率。

4)本工程反渗透出水的TDS值约为25.4 mg/L，进入锅炉补给水脱盐系统前端，水质优于原进水水质，减少了混床再生周期，从而节省了再生酸、碱药剂的用量，减少了废水排量。

5)超滤产水与反渗透产水掺混后的TDS值约为731 mg/L，循环水补水水质要求TDS值不大于1 000 mg/L，掺混后的水可满足循环水的用水要求，且补水水质优于原进水水质，提高了循环水的运行浓缩倍率，从而减少循环污水排放量。

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Design and application of submerged type UF technology in wastewater treatment of thermal power plant

CHEN Rui1, SONG Xiaohong2, WANG Gang1

(1.Department of Nuclear Power Processing, Hebei Branch of China Nuclear Power Engineering Company Limited, Shijiazhuang, Hebei 050019, China; 2. Civil Engineering Research & Design Institute, Hebei Branch of China Nuclear Power Engineering Company Limited, Shijiazhuang, Hebei 050019, China)

Abstract:The submerged type ultra filtration is a novel technique in wastewater treatment. Taking the wastewater treatment of a thermal power plant in northeast China as example, the raw water quality, the outlet water quality, the cost of investment, the operation load and the occupied area are analyzed. The submerged type UF technology and the pressure type UF technology are especially compared. The result shows that the submerged type UF technology has some advantages. The technical process of wastewater treatment in the thermal power plant is finally determined as the combination of flocculent precipitation, submerged ultra filtration, and reverse osmosis.

Keywords:waste disposal and comprehensive utilization; wastewater treatment; submerged type; ultra filtration(UF); thermal power plant

文章编号：1008-1534(2016)03-0246-06

收稿日期：2016-01-09;修回日期：2016-03-17；责任编辑：王海云

作者简介：陈蕊(1981-)，女，河北邢台人，工程师，硕士，主要从事核电工艺布置以及火电热能动力相关方面的研究。E-mail:93731490@qq.com

中图分类号：X773

文献标志码：A

doi:10.7535/hbgykj.2016yx03012

陈蕊，宋晓红，王刚.浸没式超滤技术在电厂废水回用中的设计及应用[J].河北工业科技,2016,33(3):246-251.

CHEN Rui, SONG Xiaohong, WANG Gang.Design and application of submerged type UF technology in wastewater treatment of thermal power plant[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2016,33(3):246-251.