在我國北方缺水地區，SCAL型間接空冷系統(間冷系統)逐漸成為火電廠汽輪機排汽冷凝系統的主力機型，為了減緩系統中材料的腐蝕速率，該系統中循環水需要保持較好的水質，但是該型間冷系統中無水質凈化裝置，因此當循環水的濁度、pH值等指標異常時，只能通過換水的方式進行水質凈化。該類型的間冷系統內常常存有近萬噸除鹽水，每次需要換水數百噸，利用電廠已有的水處理車間對間冷循環廢水進行回收，不僅可以節約大量的水資源而且不需要增加新的水處理設備，是一種一舉多得的廢水處理方式，具有很高的環保和經濟價值，但是目前尚無間冷循環廢水回收的相關經驗。根據SCAL型間冷循環水的特點，通過理論分析和現場工業實驗對這一問題進行研究。
1、間冷循環廢水回收對水處理系統
影響的理論分析火電廠運行過程中，通過水處理車間對原水進行處理以去除各種雜質是保障電廠水汽品質良好的必要條件。通常對原水的處理包括雙介質過濾、超濾和反滲透處理，最終通過離子交換除鹽制成除鹽水貯存于水箱中備用。以寧夏某電廠的水處理車間為例進行分析，其水處理流程如圖1所示。
水處理車間的設計用水為廠區生水，生水和間冷循環廢水關鍵的水質指標對比見表1。由于間冷循環水換水時水質往往比較惡劣，因此選擇了間冷循環水水質較差的情況作為間冷循環廢水水質指標與生水進行比較。
從表1可以看出，相對廠區生水，間冷循環廢水的溫度較高、pH值偏大、濁度偏高。SCAL型間冷系統內最初注入的是除鹽水，而且系統的密閉性較好，因此循環廢水中含有的雜質離子比較小，不會加重離子交換樹脂的工作負荷。該間冷系統內循環水主要的雜質來源是運行過程中碳鋼及鋁腐蝕產生的腐蝕產物，這些腐蝕產物不僅提高了循環水的濁度也使得水中鐵鋁的含量偏高，對水處理中的預處理環節(雙介質過濾器、超濾系統和反滲透系統)產生較大的工作負荷。
水處理系統由一系列的水處理設備串聯構成，對于每一臺水處理設備而言，既要保證進水水質合格以滿足該設備的安全穩定運行，也要保證其出水的水質滿足下一環節的進水水質要求。因此，重點分析間冷循環廢水回收過程對雙介質過濾器、超濾系統和反滲透系統所產生的影響。
1.1 雙介質過濾器
雙介質過濾是水通過砂、無煙煤和活性炭等多孔濾料后截留水中雜質的方法，通過機械篩分作用去除水中的懸浮顆粒，能夠有效地去除原水中的膠體、懸浮物及有機物等，通常可以將濾液的濁度降到1NTU以下。間冷循環廢水中的懸浮物、沉淀態的鐵主要會在該裝置中去除。進水的濁度較大會增加雙介質過濾器的工作強度，當進水的濁度太大時，其出水的濁度指標不能達標，會對后續的設備產生不利影響。雙介質過濾器與超濾系統之間有保安過濾器，其過濾精度為100μm，當雙介質過濾器的出水濁度不合格時，會造成保安過濾器較大的工作負擔，縮短其使用壽命。此外，雙介質過濾器對于進水的pH值也有一定的限制，當水pH值大于9時，會使過濾器中的石英砂溶解，增加水中SiO2含量，因此需要監測雙介質過濾器入水的pH值。
1.2 超濾系統
超濾是以膜兩側的壓力差為驅動力，以機械篩分為基礎的溶液分離過程。超濾膜的孔徑為0.005~1μm，比超濾膜孔徑小的物質和溶解在水中的物質能作為透過液透過濾膜，膠體物質、顆粒、細菌和病毒等將被截留下來濃縮于排放液中。超濾系統有全流過濾和錯流過濾兩種運行模式，全流過濾時，進水全部透過膜表面成為產水，該運行模式的能耗低，操作壓力低，因而運行成本低。而錯流過濾時，一部分進水透過膜表面成為產水，另一部分則帶雜質排除成為濃水，該模式能處理懸浮物含量更高的流體。
超濾設備對于進水有如下的要求：水溫為5~40℃，濁度小于5NTU，余氯為2.85×10-5~5.71×10-5mol/L，pH值為2~13。因此間冷循環廢水在通過超濾系統時，需要重點監測間冷循環廢水的水溫，并根據進水濁度及時調整超濾系統的運行模式。超濾系統和反滲透系統之間設置有過濾精度為5μm的精密過濾器，超濾系統出水水質不合格會縮短精密過濾器的運行周期。
1.3 反滲透系統
反滲透是一種對濃溶液施加壓力使其中的水通過半透膜的物理脫鹽方法，能同時去除水中的膠體、有機物、細菌等。為了保證半透膜長期穩定運行，反滲透前必須去除原水中對于反滲透膜產生污染或者導致其劣化的物質。膜生產廠家一般規定了膜元件的使用條件，間冷循環廢水回收過程中需要注意的水質指標如下：
(1)濁度和SDI值。由于膜元件內部的給水和濃水流道非常薄，容易卡住固體顆粒，造成阻塞，因此，要嚴格控制進水懸浮固體含量：一方面是控制濁度，防止濁質顆粒劃傷高壓泵和膜。另一方面是控制進水的SDI值。
(2)溫度。根據膜材料耐溫能力，規定了膜元件的最高使用溫度，反滲透膜元件的最高使用溫度一般為40~45℃。
(3)進水的pH值范圍。為了防止膜高分子水解，需要控制進水的pH，醋酸纖維素膜(CA膜)使用的pH值范圍比較窄，一般為5~6。聚酰胺膜(PA膜)2~11。
(4)鐵含量。由于鐵是過渡金屬有時會成為氧化反應的催化劑，加快膜的氧化和衰老，膠體態的鐵還可以引起膜的堵塞。鐵的允許濃度隨著pH值和溶解氧量的不同而有所不同，通常為1.78×10-6~8.93×10-7mol/L。
1.4 間冷循環廢水回收過程中水質監測指標
根據水處理設備工作原理的分析，在制定回收方案過程中，考慮到水處理設備的運行穩定性，需要對間冷循環廢水的水質指標進行監測，間冷循環廢水回收對于水處理系統產生影響的水質指標有溫度、pH、濁度和鐵鋁含量。首先監測間冷循環廢水的溫度、pH，如果其滿足條件，則進行工業實驗，確定水處理系統能夠承受的臨界濁度和鐵鋁含量指標。而且進水的溫度、pH、濁度和鐵鋁含量能夠通過將循環廢水與廠區生水以一定的比例混合進行調整，因此從理論上講，利用水處理車間處理間冷循環廢水是可行的，當間冷循環廢水的某些水質指標過大，則不能以100%間冷循環廢水的工況運行，需要按照一定的比例將間冷循環廢水和廠區生水在生水箱中混合，進行水質調解后再進行回收。
綜合各種水處理設備對進水的水質要求，回收過程中需要監測的水質指標如表2所示。
2、現場工業實驗研究
2.1 現場工業實驗方案
共進行兩種工況條件下的現場工業實驗：
工況1，使用100%間冷循環廢水作為原水。
工況2，使用50%間冷循環廢水和50%廠區生水混合作為原水。
實驗期間為了檢測各水處理設備對水質的耐受極限，在變更水質條件時，檢測水處理設備穩定運行一段時間后的水質指標，因此在本工業實驗中分別監測兩種工況下運行30min和運行50min時各水處理設備的運行指標。在工業實驗過程中使用的間冷循環廢水已經冷卻至室溫約25℃，因此實驗過程中沒有再對水的溫度進行監測。該廠采用石英砂+無煙煤的雙介質過濾器，反滲透膜為聚酰胺膜。
2.2 間冷循環廢水回收對雙介質過濾器的影響
按照兩種工況對間冷循環廢水進行處理時，雙介質過濾器的水質監測情況如表3所示。
兩種工況條件下，進水的pH值均小于9，滿足雙介質過濾器的進水要求。該廠雙介質過濾器的出水濁度要求小于1，在100%間冷循環水工況下，進水的濁度>30NTU時，雙介質過濾器出水濁度不能達標。在50%間冷循環水工況下，雙介質過濾器出水濁度達標。對于50%間冷循環水工況條件下，水質進行取樣，分析其鐵含量結果，從結果可以看出，雙介質過濾器對于循環廢水中的鐵具有顯著的去除效果，這與理論分析結果相吻合。
2.3 間冷循環廢水回收對超濾過濾器的影響
按照兩種工況對間冷循環廢水進行處理時，超濾過濾的水質監測情況如表4所示。在100%間冷循環廢水工況下運行時，超濾進水濁度小于雙介質出水濁度，說明兩者之間的保安過濾器過濾掉部分不溶物，但長時間在這種條件下運行會縮短保安過濾器濾芯使用壽命。根據該系統設計，控制超濾出水濁度≤0.5NTU，在100%間冷水工況條件下，超濾出水濁度不能達標，50%間冷循環水工況下超濾出水濁度達標。超濾裝置進一步降低了水中鐵含量，超濾對于鋁的去除效果不明顯。100%間冷水和50%間冷水兩種工況運行時，超濾系統的產水流量和運行壓差如圖2所示，流量和運行壓差都比較穩定，無明顯異常。
2.4 間冷循環廢水回收對反滲透系統的影響
兩種工況下對間冷循環廢水進行處理，反滲透系統水質監測如表5所示。該廠反滲透系統進水SDI值要求小于1，100%間冷水運行30min時，SDI值為3.3，高于反滲透系統進水要求，會污染反滲透膜，縮短反滲透膜的使用壽命。以50%工況運行時，各項指標符合要求。通過反滲透處理，間冷循環廢水中的鋁被去除。如圖3所示，100%間冷水和50%間冷水兩種工況運行時，反滲透系統的壓差和回收率都無明顯異常。
3、結論
現場工業實驗表明，間冷循環廢水引入水處理系統對于雙介質過濾器、保安過濾器、超濾系統、精密過濾器以及反滲透系統都有影響，在制定具體回收方案時，首先要測量循環廢水的溫度、pH值、濁度、鐵鋁含量，通過工業實驗確定水處理車間的能夠處理水質的臨界參數，工業實驗中可以參考表2中所列的監測項目對回收過程進行監測。在水處理過程中，雙介質過濾器去除了間冷循環廢水中大部分的鐵懸浮物，超濾進一步去除鐵的腐蝕產物，在進入反滲透之前，水中鐵的腐蝕產物幾乎完全除掉，反滲透系統除掉了間冷循環廢水中的鋁，經過這三個步驟的處理，可以滿足后續離子交換的進水水質要求。當雙介質過濾器入水的濁度大于30NTU時，雙介質過濾器出水、超濾出水濁度都不能滿足控制指標，當雙介質過濾器入水濁度為14.7NTU以下時，雙介質過濾器出水、超濾出水濁度能夠滿足控制指標。工業實驗結果證明通過混合間冷循環廢水和廠區生水的方式調解進水水質，最終實現間冷循環廢水回收是完全可行的，是一種環保經濟的處理方式。(來源：寧夏京能寧東發電有限責任公司，西安熱工研究院有限公司)
