HERO工艺—冷水塔排污水的回收.doc

HERO工艺冷水塔排污水的回收/再利用以及作为零排放的浓缩器Charles H.Fritz Black & Veatch 公司副总裁 Kanas city, MissouiV.J.Nathan, Aquatech 国际公司 HERO 工艺产品经理 Canonsburg, Pennsylvania前言电厂设计零排放已越来越普遍.其原因如下:电厂建在缺水区域;重视生水供应的储备;排放的限制越来越严格以及希望对新发电装置,加快允许工艺的采用.零排放涉及环保和政治二方面都关心的事.它比起选用空冷凝汽器要便宜和有效.由电厂产生的废水主要是冷水塔的排污水.通常硅的浓缩限制了冷水塔循环冷却水的浓缩倍率.这个情况特别在西部,西南的洲,墨西哥以及其它来源于火山的大片陆地是这样的.造成的结果是高的排污率以及更多的废水排放.直到最近,用于实现零排放的选用方法是热法和膜法的结合.有时还配合使用蒸发池.这些方法,包括反渗透(RO),反相电渗析,盐水浓缩器,结晶器和喷射干燥器.尽管这类零排放系统曾证明是成功的,但它显示出高的投资费用以及高的运行费用.本文讨论了一个创新的新膜工艺,它大大改善了零排放系统的经济性.此新的高效反渗透工艺称为HERO. 此HERO用于冷水塔排污水以及其它高含硅量水的处理.小规模试验显示它的回收率达到90%是可能的. 此工艺能用于作为热力蒸发系统前的预浓缩器或者作为减少进入蒸发池或其它排放措施前的浓缩液体积的设备.工艺描述应用于冷水塔排污水处理的HERO工艺简化系统示于图1. 图1 HERO 工艺系统此基本工艺包含三个步骤:l 硬度和悬浮固体物的除去l 二氧化碳的除去l 在高 pH条件下进行RO 处理HERO工艺的预处理步骤要根据水化学和现场的专门设计规范来定制的.有一个步骤是不变的,这就是RO是在高pH条件下运行的 为了使RO能在高pH条件下运行,所有会引起膜结垢的硬度和其它阳离子成分必须除去.悬浮固体物应降至接近零以避免膜的堵塞.二氧化碳要除到一定程度以减少水的缓冲性.硅在高pH条件下是高度溶解的,如图2所示, 以致不会限制RO的回收率.理论上说,经过预处理后,回收的%只受浓液渗透压的限制.基于当前小规模试验的结果,此工艺可实现90%的回收率.而在大多数冷水塔排污水的应用上,回收率会更高. 图2， 硅的电离曲线对于高TDS含量冷水塔排污水硬度推荐采用的去除方法有常规的石灰苏达软化然后进行过滤以及弱酸阳离子交换(WAC).其它的硬度除去方法,根据现场的特定条件也可使用.在一个常规的固体接触澄清器中进行石灰-苏达法软化除去大部分的硬度(钙和镁)和其它的结垢阳离子,如钡和锶,是个经济的方法. 从澄清器出来的出水经过双滤料重力或压力式.过滤器来减少悬浮固体.WAC离子交换在氢周期运行时,能有效地除去和碱度结合的硬度.碱的加入可能需要用来调节给水的硬碱比.阳离子交换放出来的氢离子会和碱度反应形成碳酸,然后在除气器中除去.为了防止膜的结垢,WAC需要将剩余的硬度降到小于0.2mg/l. WAC串接运行被推荐来保证稳定的低硬度漏过.在WAC的出水中加入酸以中和任何剩余的碱度.用强力的抽风除气器来除去形成的二氧化碳.其它除去二氧化碳的方法也可考虑,包括膜法和真空除气法.RO系统是在pH尽量高的条件下运行,但浓水的 pH不得超过11.0. pH的调节是在给水中加入氢氧化钠(液碱).最高的pH是11.0,这是由商业上可得到的薄型复合膜的厂家确定的.RO的渗透液注回到冷水塔或可能经过附加处理后作为系统的补充水假如电厂是位于干燥地区,.高度浓缩的RO 浓水可以排到一个蒸发池.假如那里不可能有蒸发池,浓水可能需引入一个结晶器或引入带有干固体排放填埋场的喷射干燥器.HERO工艺的优点HERO工艺将几个得到工业上证明的处理步骤综合成一单一的工艺,并具有能在高回收率和增大的通流速率条件下处理难以处理的水.和常规的RO工艺相比,此工艺的优点总结如下:l RO膜的防垢是通过预处理,除去给水中的硬度,碳酸盐碱度以及其它结垢形成物来达到的.l 由于硅的溶解度随pH的升高,所以硅的结垢极限得到明显的提高.在运行时,浓水中硅的浓度达到16002000mg/l 已经得到证明.(2).相比之下,常规RO的硅极限只有150mg/l左右.l 生物粘污是通过高pH来减少的.高的pH作为生物抑制剂,控制了生物的粘污.在运行的条件下,细菌,病毒,孢子和内毒素被溶解或皂化.l 有机物粘污的减少是通过在高pH条件下,有机物被乳化或被皂化,使其不会粘附在膜上.l 颗粒粘污的明显降低是由于在高pH条件下,表面强度(低beta电位)的降低而达到的.运行经验指出,高污泥指数(SDI)的水能在无须经常化学清洗条件下运行.l 允许有时在给水中含有低含量的油和油脂而不影响运行.l 在高pH条件下,由于能中和冷水塔排污水氯化所产生的次氯酸,这就保护了RO 的膜.但对于WAC的树脂,仍需通过脱氯来保护树脂.l 由于在预处理步骤中除去了结垢物质,所以对此高效RO就不需要采用阻垢剂.HERO工艺解决了RO膜结垢和粘污的根本原因,以致使此工艺能可靠地在90%或更高的回收率下运行,不象常规的RO基本上只能在75%或更低的回收率下运行.采用此工艺作为冷水塔排污水的预浓缩器,能减少废水的体积10倍或更多.较少量的浓水可直接进入一个太阳蒸发池或进一步在一个小的盐水浓缩器和/或在一结晶器中处理.HERO工艺在高pH条件连续清洗状态下运行,和常规RO系统为了防止生物粘污所采用的间断的高pH清洗运行相似.对于此新工艺,高pH清洗再也不需要了.经常的化学清洗也大大减少了.由于它的坚实特点,在用作冷水塔排污水处理时,估计每年仅需化学清洗一次.其固有的防垢,防粘污防堵塞的机制,使HERO工艺能在比常规RO 要高得多的通流速率下运行.通流速率达到25到35GFD是可能的,相比之下,常规RO是在10到12 GFD运行的.较高的通流速率意味着可用较少的膜,增加了膜的生产力,以及较低的膜更换费用.此工艺的另一优点是,此系统在停用时是安全的,不必担心生物粘污问题.此特点对于商业电厂是重要的,因它要根据市场的动力需求来运行的.零排放选用方法的经济性第一台采用HERO工艺的工业零排放装置已安装并计划在2001中期运行.这台500MW联合循环电厂位于Alizona,使用高硅含量的井水作为冷水塔的补充水.此冷水塔排污水的处理系统是按处理大约300gpm的水,总回收率为88%.RO的渗透液将在带装置的冷水塔进行再利用,将来在经过附加处理后,用作蒸汽回路的补充水水源.RO的浓水以及从预处理步骤出来的杂项废水是送到一现场排放池去.对基于HERO的系统以及一盐水浓缩器处理系统进行工程分析以确定零排放选用方法的费用比较.估计的安装费用比较示于表1.此二系统估计的年运行费用总结于表2.HERO/蒸发池S x 1000盐水浓缩器/蒸发池S x 1000设备,安装3,1505,250建筑525525现场工作275230电气100170蒸发池2,4001,200总的直接费用6,4507,375间接费用1,9501,990总安装费用8,4009,365差价基数965 表1 零排放系统的估计比较费用HERO/蒸发池S x 1000盐水浓缩器/蒸发池S x 1000动力消耗48700药品17528运行和维护206250消耗品8无总运行费用437978 表2 估计的年运行费用投资费用估计指出,基于盐水浓缩器的系统预计比基于HERO的系统投资费用大约要高出10%.二个系统的年费用有很大差别,基于HERO的系统要便宜.虽然HERO系统有较多的药品消耗,但盐水浓缩器的动力消耗费用超过此药品的增加.年运行费用的差价,按动力费用为$0.05/kWh计算,估计超过$500,000,.二者中基于HERO的系统要便宜.现净值,按3.5%增高,15年的期间,计算起来,基于HERO的系统要得到大约$7,000,000的得益.结论HERO系统包含有几个经试验和验证的预处理步骤并与在高pH条件下运行的反渗透相结合.以致形成一具有几个特点的工艺.使它特别适宜用于处理冷水塔排污是,回收废水,或作为零排放的一个预浓缩器. 吸引人的特点包括有坚实的自清洗运行,有可能将溶硅浓缩到1600mg/l或更高.给水的回收率达到90%或更高,以及便于停停开开.HERO已经在许多装置上进行过成功的小规模试验.它在用于冷水塔排污水