1 工程概況

河北某熱電廠裝備2 臺300 MW 亞臨界燃煤供熱發電機組，使用附近某市政污水處理廠出水作為生產的唯一水源，由于該污水處理廠進水水質經常超標，其中進水CODCr的質量濃度最高達到800 ~1 200 mg/L，遠超過設計進水水質要求，因此，其回用至電廠的中水水質也遠遠超出原設計的二級處理出水水質標準。針對該市政污水處理廠出水的CODCr、SS 濃度及硅含量都比較高的特點，采用石灰澄清軟化-過濾-樹脂軟化-高效反滲透組合深度處理工藝，處理出水滿足設計要求，回收率較高，實現了系統的長期穩定運行。高效反滲透專利技術［1］在國外已有工程應用，但在國內將其應用到市政污水的處理回用工程尚屬首次。

2 工藝設計

2．1 設計水質、水量

采用某市政污水廠二級排放水為電廠唯一生產水源，根據GB 50050—2007《工業循環冷卻水處理設計規范》確定該循環冷卻塔的補水控制標準，水源水質和補水標準如表1 所示。

表1 水源水質和補水標準

注：硬度和堿度以CaCO3計

設計總進水量為1 700 m3/h，經過石灰軟化澄清和高效反滲透組合工藝處理后，設計出水量為1 000 m3/h，其中800 m3/h 的水量作為冷卻塔的循環水補充水，另外200 m3/h 的水量可以作為冬季供暖期間鍋爐循環水的補給水源。

2．2 工藝流程

對市政污水廠出水進行深度處理，使其可回用作為電廠循環冷卻水系統的補水和鍋爐補給水，常用工藝包括石灰澄清軟化法、超濾/微濾／MBR 聯合反滲透/納濾法、離子交換法、生化法等［2-3］。由于該污水CODCr、NH3-N、SS 濃度、硬度及堿度都較高，因此，石灰澄清軟化是唯一可行的、最經濟的預處理辦法；高效反滲透技術能有效解決有機物污染和微生物滋生的問題，并且能實現較高的回收率、脫鹽率和系統的經濟、穩定運行［4］。經過技術經濟比較，確定深度處理工藝流程如圖1 所示。

3 主要裝置設計參數

3．1 石灰軟化澄清處理系統

由2 座直徑為10 m的機械攪拌澄清池和5 座變孔隙濾池組成，機械攪拌澄清池單座設計出力為850 m3/h，變孔隙濾池單座設計出力為300 m3/h，濾速為7～12 m/h，調整石灰投加量為300 ~ 400mg/L，控制出水pH 值為10．0 ~ 10．5，聚鐵投加量為20 ~ 40 mg/L，PAM 投加量為0．5 ~ 1.0 mg/L，該系統能去除來水中大部分的SS 和膠體物質、約30％的CODCr和90％的暫時硬度，利用硫酸調節pH 值至8．3 ~ 8．5，變孔隙濾池出水濁度降低至2 ~5 NTU，部分出水可直接補充到冷卻塔循環水池。

圖1 污水深度處理工藝流程

3．2 高效纖維過濾器

6 臺Φ3 000 mm×4 600 mm 的高效纖維過濾器，5 用1 備，每臺過濾器設計出力為220 m3/h，設計濾速為35 m/h。該過濾器具備濾速快，納污量大，反沖洗水量小的特點，采用氣水混合反沖洗，過濾器出水濁度降至1 ~ 2 NTU，保障了后續樹脂及反滲透系統不會受到懸浮物污染。

3．3 鈉型陽離子交換器

8 臺Φ 3 000 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺設計出力為180 m3/h，采用新型殼層SST80 離子交換樹脂。通過鈉離子交換樹脂可以去除絕大部分硬度，出水硬度失效點為40 mg/L（以CaCO3計），失效后使用10％工業鹽液逆流再生，再生液用量為1 200 kg/次。

3．4 弱酸陽離子交換器

8 臺Φ2 800 mm×3 600 mm 交換器，7 用1備，每臺設計出力為180 m3/h，采用大孔弱酸樹脂D113。在去除堿度的同時完全去除鈉床出水中的殘余硬度。弱酸樹脂采用鹽酸（5％）再生，再生鹽酸（31％）用量為2 000 kg/次。

3．5 除碳器

除碳器由3 臺除碳風機和1個500 m3的脫氣水箱組成，除碳器流速為60 m/h，并配有自動加硫酸裝置，通過吹脫使得ρ（CO2）＜10 mg/L。

3．6 高效反滲透

高效反滲透系統為一級兩段，其中一段3個單元，二段4個單元，一段每單元設28 根膜殼，每根膜殼有8 支膜元件，3個單元共672 支Dow30-440i 膜；二段每單元設6 根膜殼，每根膜殼有8支膜元件，共192 支Dow30-440i 膜，膜系統的設計通量為28．22 L/（m2·h），膜系統回收率為85％，在反滲透系統入口處加氫氧化鈉（33％）120 mg/L，調節二段濃水側pH 值使之達到10．5～11．0。系統在堿性條件下運行，有機物、微生物及硅垢污染均得到控制，由于預處理已經脫除了硬度及堿度，所以不存在結垢的問題，使得反滲透膜的回收率最高可達85％以上。設計化學清洗頻率為1 次/a。

4 運行結果分析

4．1 預處理系統運行狀況分析

污水處理廠出水水質不能達到二級排放標準的要求，并且波動較大，特別是冬季，水質更為惡劣，因此反滲透的預處理系統是保障整個系統穩定運行的關鍵。預處理系統各單元的水質監測結果如表2 所示。

預處理系統選用的軟化樹脂是否受到污染是軟化工藝成功與否的關鍵，經過3 a多的運行，樹脂性能并沒有明顯的退化，鈉床的單元制水量一直維持在1 200 m3，經過化驗，樹脂的全交換容量為4．6 mol/g，弱酸床的單元制水量在8 000 ~ 10 000m3，全交換容量為11．42 mol/g。

表2 預處理各單元的水質監測結果

4．2 高效反滲透運行狀況分析

直接采用石灰軟化澄清出水作為冷卻塔循環水系統的補水，反滲透系統產水只作為熱網補水及鍋爐補水，通過鈉床及弱酸床可將硬度降低至100μg/L（以CaCO3計），從而完全消除了鈣鹽結垢的風險，同時，預處理系統可使得進入反滲透系統的污水濁度降至3 NTU 以下。高效反滲透系統運行情況如圖2 所示。

從2010 年1 月到2012 年6 月，系統經歷了3次化學清洗，系統通量得到了一定程度的恢復，從2010 年1 月至7 月，系統的出力下降很快，這主要是因為來水水質劇烈波動，使得進入反滲透系統的污水濁度和硬度偶爾超標，反滲透膜受到一定程度的污染，在3 a的運行時間里，系統的出力總體來說比較穩定，系統的產水量從最初的630 m3/h降低到486．8 m3/h，系統的回收率一直維持在75％以上。

高效反滲透系統產水水質如表3 所示。由表3可知，反滲透系統產水pH 值及NH3-N 濃度比原設計值高，但對將其作為循環冷卻水系統的部分補充水及對于后續的鍋爐補給水處理系統并沒有太大的影響，可以滿足生產的需要。具體參見http://m.dongaorq.cn更多相關技術文檔。

圖2 高效反滲透系統運行情況

表3 高效反滲透產水水質

5 結語

采用石灰軟化-高效反滲透技術有效地解決了來水水質惡劣、波動大的問題，其中石灰軟化澄清系統是保障反滲透系統穩定運行的關鍵，從長期的運行結果來看，高效反滲透預處理系統的軟化樹脂并沒有受到明顯的有機污染，反滲透膜在高pH 值（大于10．5）的堿性條件下運行，系統的產水量、回收率、清洗頻率遠優于傳統的超濾-反滲透工藝。系統運行效果雖然沒有達到設計要求，但3 a多的實際運行情況表明，該技術實現了市政污水的合理回用，達到了節能減排的目標，回用水水質能滿足生產需求。