SCAL式间接冷却系统循环废水的回用处理
在我国北方缺水地区，SCAL间接空冷系统(间接冷却系统)逐渐成为火电厂汽轮机排汽冷凝系统的主要类型。为了减缓系统中物料的腐蚀速度，该系统中的循环水需要保持良好的水质，但这类间接冷却系统中没有净水装置，所以当循环水的浊度、pH值等指标出现异常时，只能通过换水来净化水质。这类间接冷却系统中往往有近万吨软化水，每次需要更换数百吨水。利用电厂现有水处理车间回收间接冷却循环废水，不仅可以节约大量水资源，而且不需要增加新的水处理设备。它是一种多用途的废水处理方法，具有很高的环保和经济价值。但目前还没有回收间接冷却循环废水的相关经验。根据SCAL型中冷循环水的特点，通过理论分析和现场工业试验对该问题进行了研究。
1.间接冷却循环废水回收水处理系统
影响的理论分析在火电厂运行过程中，需要通过水处理车间对原水进行处理，去除各种杂质，以保证电厂良好的水汽品质。一般原水的处理包括双介质过滤、超滤和反渗透，最后通过离子交换制得脱盐水，储存在水箱中备用。以宁夏某电厂水处理车间为例，水处理流程如图1所示。
水处理车间的设计用水为来自厂区的原水。原水和间接冷却循环废水的主要水质指标对比见表1。由于换水时间冷循环水水质往往较差，因此选择间冷循环水水质较差作为间冷循环废水的水质指标与原水进行对比。
从表1可以看出，与厂内原水相比，间接冷却循环废水的温度更高，pH值更高，浊度更高。脱盐水一开始就注入SCAL式间接冷却系统，系统气密性好，所以循环废水中含有的杂质离子比较少，不会增加离子交换树脂的工作负荷。间接冷却系统中循环水的主要杂质来源是碳钢和铝在运行过程中腐蚀产生的腐蚀产物。这些腐蚀产物不仅增加了循环水的浊度，而且使水中的铁和铝含量高，这将对水处理中的预处理环节(双介质过滤器、超滤系统和反渗透系统)产生很大的工作量。
水处理系统由一系列串联的水处理设备组成。对于每台水处理设备，既要保证进水水质合格，满足设备安全稳定运行，也要保证其出水水质符合下一环节的水质要求。因此，重点分析了间接冷却循环废水回用工艺对双介质过滤器、超滤系统和反渗透系统的影响。
1.1双重介质过滤器
双介质过滤是水通过沙子、无烟煤、活性炭等多孔介质后，拦截水中杂质的方法。通过机械筛分去除水中的悬浮颗粒，可以有效去除原水中的胶体、悬浮物和有机物，滤液的浊度通常可以降低到1NTU以下。该装置主要去除间接冷却循环废水中的悬浮物和沉淀铁。如果进水浊度过高，双介质过滤器的工作强度将会增加。如果进水浊度过高，出水浊度指标达不到标准，会对后续设备造成不利影响。双介质过滤器与超滤系统之间有保安过滤器，其过滤精度为100 μ m，当双介质过滤器出水浊度不合格时，会造成保安过滤器更大的工作负担，缩短其使用寿命。此外，双介质过滤器对进水的pH值也有一定的限制。当水的pH值大于9时，过滤器中的石英砂会溶解，水中的SiO2含量会增加，因此需要监测双重介质过滤器进水的pH值。
1.2超滤系统
超滤是以机械筛分为基础，以膜两侧压力差为驱动力的溶液分离过程。超滤膜的孔径为0.005 ~ 1 μ m，小于超滤膜孔径的物质和溶于水的物质可作为透过液透过膜，胶体物质、颗粒、细菌、病毒会被截留并浓缩在排出液中。超滤系统有两种运行模式:全流过滤和错流过滤。在全流式过滤中，所有的进水都通过膜表面，成为产出水。这种运行方式能耗低，运行压力低，运行成本低。但在错流过滤中，一部分进水通过膜表面成为产水，另一部分被去除杂质成为浓水。这种模式可以处理悬浮物含量较高的流体。
超滤设备对进水有以下要求:水温5~40℃，浊度小于5NTU，余氯2.85×10-5~5.71×10-5mol/L，pH 2~13。因此，在通过超滤系统时，需要重点监控间接冷却循环废水的水温，并根据进水浊度及时调整超滤系统的运行方式。超滤系统和反渗透系统之间设置过滤精度为5μm的精密过滤器，超滤系统的出水水质不合格会缩短精密过滤器的运行周期。
1.3反渗透系统
反渗透(RO)是一种对浓缩液施加压力使水通过半透膜的物理脱盐方法，可以同时去除水中的胶体、有机物、细菌等。为了保证半透膜的长期稳定运行，需要在反渗透前去除原水中污染反渗透膜或导致其劣化的物质。膜制造商一般规定膜元件的使用条件，间接冷却循环废水回用过程中应注意的水质指标如下:
(1)浊度和SDI值。由于膜元件内部的给水和浓水通道很细，很容易堵塞固体颗粒，造成堵塞。因此，需要严格控制进水中的悬浮物含量:一方面控制浊度，防止浑浊颗粒划伤高压泵和膜。另一方面，控制进水的SDI值。
(2)温度。根据膜材料的耐温性，规定了膜元件的较高使用温度，反渗透膜元件的较高使用温度一般为40~45℃。
(3)进水的pH范围。为了防止膜聚合物水解，需要控制进水的pH值。醋酸纤维素膜(CA膜)的pH范围比较窄，一般为5~6。聚酰胺薄膜(PA薄膜)2-11。
(4)铁含量。因为铁是过渡金属，有时会成为氧化反应的催化剂，加速膜的氧化老化，胶体铁也会造成膜堵塞。铁的容许浓度随pH值和溶解氧而变化，通常为1.78× 10-6 ~ 8.93× 10-7 mol/L
1.4间接冷循环废水回收过程中的水质监测指标
根据对水处理设备工作原理的分析，在制定回用方案的过程中，考虑到水处理设备的运行稳定性，有必要对间接冷却循环废水的水质指标进行监测。影响间接冷却循环水回用水处理系统的水质指标包括温度、pH值、浊度和铁、铝含量。首先监测间接冷却循环废水的温度和pH值，如果符合条件，进行工业试验，确定水处理系统可以承受的临界浊度和铁、铝含量指标。而且通过将循环废水与厂区原水按一定比例混合，可以调节进水的温度、pH、浊度和铁铝含量，所以从理论上讲，利用水处理车间处理中冷循环废水是可行的。当间冷循环废水的某些水质指标过大时，不能作为100%的间冷循环废水运行。需要将中冷循环废水与厂区原水按一定比例混合，经过水质调节后循环使用。
根据各种水处理设备的水质要求，回收过程中需要监测的水质指标见表2。
2.现场工业实验研究
2.1现场工业实验方案
在两种工况下进行现场工业试验:
工况1，使用100%间接冷却循环废水作为原水。
工况2，使用50%间接冷却循环废水和50%工厂原水作为原水。
实验过程中，为了检测各水处理设备对水质的耐受极限，在改变水质条件时，检测各水处理设备稳定运行一段时间后的水质指标。因此，在本次工业试验中，分别监测了30min和50min两种工况下各水处理设备的运行指标。工业实验中使用的间接冷却循环废水已冷却至室温25℃左右，因此实验过程中不监测水温。工厂采用石英砂+无烟煤双介质过滤器，反渗透膜为聚酰胺膜。
2.2间接冷却循环废水回收对双重介质过滤器的影响
间接冷却循环废水按两种工况处理时，双重介质过滤器的水质监测见表3。
在两种工况下，进水pH值均小于9，满足双介质过滤器进水的要求。该厂双介质过滤器出水浊度小于1，在100%间接冷却循环水条件下，出水浊度>:在30NTU时，双介质过滤器出水浊度不能达标。在50%间接冷却循环水工况下，双介质过滤器出水浊度达标。在50%间接冷却循环水工况下，对水质进行取样，分析铁含量结果。从结果可以看出，双层滤料滤池对循环废水中铁的去除效果显著，与理论分析结果一致。
2.3间接冷循环废水回收对超滤过滤器的影响
间接冷却循环废水按两种工况处理时，超滤过滤的水质监测见表4。在100%间接冷却循环废水条件下运行时，超滤进水浊度小于双介质出水浊度，说明两者之间的保安过滤器滤除了部分不溶物，但长期在此条件下运行会缩短保安滤芯的使用寿命。根据系统的设计，超滤出水浊度控制在≤0.5NTU，在100%中冷水的情况下，超滤出水浊度不能达标，在50%中冷循环水的情况下，可以达标。超滤装置进一步降低了水中的铁含量，超滤除铝效果不明显。在100%中冷水和50%中冷水下运行时，超滤系统产水流量和运行压差如图2所示，流量和运行压差都比较稳定，没有明显异常。
2.4间接冷循环废水回收对反渗透系统的影响
间接冷却循环废水分两种工况处理，反渗透系统水质监测见表5。该厂反渗透系统进水的SDI值小于1100%。冷水运行30分钟，SDI值为3.3，高于反渗透系统的进水要求，会污染反渗透膜，缩短使用寿命。在50%工况下运行时，各项指标均满足要求。通过反渗透处理，去除间接冷却循环废水中的铝。如图3所示，100%中冷水和50%中冷水运行工况下，反渗透系统的压差和回收率无明显异常。
3.结论
现场实验表明，间接冷却循环废水引入水处理系统对双介质过滤器、保安过滤器、超滤系统、精密过滤器和反渗透系统产生影响。在制定具体的回收方案时，首先要测定循环废水的温度、pH值、浊度、铁、铝含量，通过工业实验确定水处理车间能够处理水质的临界参数。在工业实验中，我们可以参照表2所列的监测项目来监测回收过程。在水处理过程中，双重介质过滤器去除间接冷却循环废水中大部分悬浮铁，超滤进一步去除铁的腐蚀产物。在进入反渗透之前，水中铁的腐蚀产物几乎被完全去除，反渗透系统去除间接冷却循环的废水中的铝。经过这三步处理，可以满足后续离子交换的水质要求。当双重介质过滤器的进水浊度大于30NTU时，双重介质过滤器的出水和超滤水的浊度达不到控制指标；当双介质过滤器的进水浊度小于14.7NTU时，双介质过滤器的出水和超滤水的浊度能够满足控制指标。工业应用结果表明，将间接冷却循环废水与厂区原水混合调节进水水质是完全可行的，最终实现间接冷却循环废水的回收，是一种环保、经济的处理方法。(来源:宁夏京能宁东发电有限公司、Xi安热工研究院有限公司)
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