浸没式超滤+MBR联合处理中水工艺的应用探讨

浸没式超滤+MBR联合处理中水工艺的应用探讨

朱鸿斌，李军，张军，张增辉，王晖，张卫东，任小梅，任军强

华电新疆发电有限公司昌吉分公司，昌吉 831100

摘要：华电新疆发电有限公司昌吉分公司（以下简称：昌吉分公司）在全工况使用市政中水生产过程中，通过对浸没式超滤膜池系统溢水槽改造，使浸没式超滤与MBR联合运行处理中水，可将浸没式超滤产生的浓水生化处理重复利用，实现了中水处理过程中的“零排放”，提高了中水的利用率。同时也提高了浸没式超滤膜池出水水质，降低了反渗透运行成本，保证了生产用水安全。本文对浸没式超滤+MBR联合处理处理中水工艺的应用进行了讨论。

关键词：浸没式超滤、MBR、反渗透

火电厂是工业用水大户。随着近年来新的环保及水利政策的出台，对企业生产用水提出了更为严格的要求。有关部门相继出台相关文件，明确水回用作为技术可行、经济适用的水资源综合利用技术，是工业行业的重要发展方向。我国印 发的《水污染防治行动计划》明确要求，电厂逐渐增加使用中水比例。目前，用于中水回用的处理方法主要有物化处理方法、生物处理方法和膜处理方法等。昌吉分公司通过设备优化改造，采用了浸没式超滤+MBR联合运行的中水处理工艺，处理昌吉市第二污水厂排放的一级A标准中水，水质满足生产用水条件，中水处理过程中零排放。

1、背景

1.1概况

昌吉分公司为2×330MW热电联产机组，配套建设的化水岛是全国第一个在电厂内进行设计优化创新，体现经济运行、节能减排的四水合一的水处理集成工程。化水岛于2011年建成投入使用，由中水深度处理系统、锅炉补给水处理系统、工业废水处理系统、生活污水处理系统四部分组成。深井水和中水分别经管网至预处理间，通过自清洁过滤器、生水加热器后流入#1、2生化池。#1生化池储存深井水配套#1、2膜池做浸没式超滤处理，出水储存至#1工业水池，主要供反渗透用水。#1、2膜池超滤处理后的浓水经排空泵排入经常性废水池，经混凝处理后回流至回用水池供脱硫用。#2生化池储存中水及厂区生活污水，配套#3、4MBR膜池进行生化处理，出水储存至#2工业水池，用于绿化、消防、工业水等。膜池出水经反渗透供水泵、板式换热器、保安过滤器至反渗透装置，产水储存至淡水池，主要用于后续离子除盐和热网补水。反渗透浓水回流至回用水池供脱硫使用。淡水经淡水泵、阳床、除碳器、阴床、混床处理成除盐水用于锅炉补给水。

1.2、国家及地方政策导向

习近平总书记在二十大报告中进一步强调了推动绿色发展，促进人与自然和谐共生。尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。2022年3月，新疆维吾尔自治区党委书记马兴瑞主持召开自治区水利工作座谈会强调，水是新疆经济社会发展的命脉，是基础性自然资源和战略性经济资源，优化水资源配置与合理利用已成为当务之急。昌吉州也先后编制了《昌吉州节水行动实施方案》《昌吉州“十四五”节水型社会建设规划》等。

1.3设备缺陷对生产的制约

昌吉分公司积极响应国家、地方政策，优化水处理设备，加强水资源循环使用，提高水资源的利用率，促进企业绿色低碳循环发展。昌吉分公司践行“节水型企业”社会职责，将运行的3台深井泵封堵1台、封停2台。生产用水全部由昌吉市第二污水处理厂处理后达到国家污水综合排放一级A标准的市政中水代替。事故备用水源为自昌吉市第二水源厂的主供水管道供水。

2019年5月生产水源更换为市政中水后，#1、2浸没式超滤运行步序中“排空”项不能正常执行。长期运行造成#1生化池内水质恶化，#1、2超滤膜丝结垢严重，产水量降低且产水水质变差，造成后续水处理设备保安过滤器滤芯及反渗透膜元件有机物污堵等问题。极大地增加了企业的生产成本。

2、存在问题及原因分析

水源更换为中水后设备运行存在问题及原因分析如下：

1、#1、2浸没式超滤运行程序中“排空”项无法执行。#1、2超滤运行方式及管路均以深井水为水源设计，其运行方式为9分钟“过滤”，1分钟“反洗”，四次循环后进行一次排空，将膜池内浓缩深井水排至经常性废水池，经过混凝处理后回流至回用水池供脱硫使用。更换为中水后，中水来水氨氮约6mg/L、BOD约7mg/L、COD约35mg/L，经过超滤处理后浓水氨氮、BOD、COD等含量增大10于倍，此浓水水质已不满足脱硫使用。

2、#1生化池水质恶化。#1、2超滤浓水回流至#1生化池，长期运行造成#1生化池内水中氨氮等不断浓缩，使生化池内滋生大量细菌及藻类，从而也导致#1、2超滤膜丝结垢速度快，出水氨氮、BOD、COD、浊度等指标较大，对反渗透安全运行带来较大影响。

3、反渗透系统保安过滤器滤芯及膜元件污堵。因#1、2超滤出水主要供反渗透，水中氨氮、BOD、COD较高，且反渗透进水温度一般维持在25℃，此温度条件非常适合细菌的滋生。进水浊度偏大和大量细菌快速滋生，造成保安过滤器滤芯和膜元件污堵。同时，运行过程中也增大了非氧化杀菌剂的使用量。反渗透浓水排至回用水池供脱硫使用，较高的BOD、COD易造成脱硫浆液起泡，降低脱硫效率，带来环保风险。

3、处理方案的制定

针对上述问题，昌吉分公司根据化水岛设备实际情况及企业用水制度，制定了三个处理方案。

方案一：保持#1、2浸没式超滤原有运行程序不变，将排空泵出口管加装支管，支管绕过#3、4MBR膜池后穿过膜池间墙体与#2生化池相连。通过排空泵将#1、2膜池浓水排入#2生化池。此方案的优点是：保持了#1、2浸没式超滤原有的运行程序，自动化程度高，便于操作。缺点是：1、现场设备较为密集，空间狭小，施工难度大。2、此方案与前期完成的提高中水利用率优化后的设备运行方式有冲突，同时也存在浓水窜入工业水池的风险。

方案二：停用#1、2浸没式超滤运行程序中的“排空”项，在#1生化池的好氧池处增设一台潜水泵和10余米长的管道，与#2生化池的厌氧池相连。运行人员可定期启动潜水泵将#1生化池浓缩水抽至#2生化池生化处理。此方案的优点是：潜水泵启动操作简单，抽水速度快。缺点是：1、此方案改造费用较高。2、设备在室外，冬季不易防冻。3、潜水泵抽水速度快，时启时停，难以保持#1生化池内水质指标的稳定。4、潜水泵运行耗电，增加了厂用电率，不节能。

方案三：将#1、2浸没式超滤变更成MBR，运行步序重新编制成MBR运行步序，并在#1生化池内培养细菌。有点：能从根本解决问题，出水水质好。缺点：改造成本高，运行成本高，运行操作管理复杂，膜丝使用寿命降低。

方案四：停用#1、2浸没式超滤运行程序中的“排空”项，在#1、2浸没式超滤膜池溢水槽伸缩节内增设一可活动闸板，再将#2、3MBR膜池溢水槽中间挡板高度降至与膜池溢水围堰同高。通过调节闸板高度将#1、2浸没式超滤膜池超滤后的浓水自流至#2生化池进行生化处理。此方案的优点是：1、改造费用低。2、可将浓水从源头直接排至#2生化池，可保持#1生化池内水质的稳定。3、闸板操作由人工操作，且浓水为自流方式至#2生化池，不需要耗电较为节能。缺点是：闸板操作需要运行人员现场手动操作，增加了劳动量。

通过对四个方案在节能、环保、经济等方面的综合评估，决定采用方案四。

4、项目的实施

按照方案四，昌吉分公司对现场设备进行了优化改造。设备改造后，运行情况与设计方案相符。改造效果如图1：

图1改造后的效果图

5、效果分析

1、改造后可根据#1、2生化池液位情况适度手动调节闸板高度，可将#1、2膜池超滤处理后的浓水自流至#2生化池进行生化处理。此改造解决了#1、2浸没式超滤膜池“排空”项不能执行，浓水回流至#1生化池，长期运行造成生化池水质恶化问题。改造前后设备情况如下图2：

图2 改造前与改造后效果对比

改造前                            改造后           

2、改造后#1生化池内水质明显好转。改造前由于#1、2浸没式超滤浓水不能排空只能回流至#1生化池，长期运行#1生化池内浓水浓缩，有机物、氨氮等含量升高，导致#1生化池内水质恶化，水中滋生大量细菌和水藻。改造后#1、2膜池超滤处理后的浓水大部分回流至#2生化池做生化处理，只有少部分回流至#1生化池。同时大量的新鲜中水补充至#1生化池，水质明显好转。改造前后#1生化池水质情况如下图3、图4。

图3 改造前#1生化池水质情况

图4 改造后#1生化池水质情况

3、改造后#1生化池内水质氨氮、BOD、COD指标持续下降好转。

图5 2021年6月至2022年10月#1生化池水质指标月平均对比

从图5可以看出，自2021年11月设备改造后，#1生化池内水质氨氮、BOD、COD从超标值48.5mg/L、46.3mg/L、133mg/L逐渐下降。2022年7月至2022年10月各指标基本趋于水平状态，与中水来水指标基本一致。

3、改造后随着#1生化池内水质的好转，#1、2膜池出水浊度指标下降。

图6 2021年6月至2022年10月#1、2膜池出水浊度指标月平均对比

从图6可以看出，自2021年11月设备改造后，#1、2MBR膜池出水浊度指标从最大0.45NTU左右逐渐下降。2021年7月至2022年10月#1、2MBR膜池出水浊度指标基本趋于0.2NTU，水质较稳定，满足反渗透进水要求。

5、设备改造后，随着#1生化池内水质好转，#1、2膜池膜丝污堵的情况也有所减少。每年膜丝柠檬酸在线清洗次数由改造前2次降低至改造后1次。同时避免了因膜丝污堵#1、2膜池降出力情况。特别是冬季供暖高峰期供水量较大，因膜池膜丝污堵出力不足需参入自来水补充。通过查询历年来自来水用量，我们发现设备改造后，每年少用了近10万吨自来水。

6、设备改造后#1、2膜池出水水质也较好，减轻了保安过滤器滤芯和反渗透膜元件的污堵。保安过滤器滤芯更换频次由改造前月平均8次降至改造后月平均6次。反渗透进水加入的非氧化杀菌剂量也有所降低，每年可减少反渗透非氧化杀菌剂5吨。若反渗透膜元件污堵严重还需要招标清洗单位进行离线清洗，每套设备需10万元。由于工业水充足，我们调大了反渗透浓水调门，在保证淡水用水量的前提下提高了反渗透的脱盐率，同时也降低了反渗透浓水中氨氮、BOD、COD的量，避免了脱硫补水后浆液起泡的风险。

6、经济效益分析

 1、溢水槽改造除材料购买费用约1000元，其余焊接制作均有公司检修人员完成，改造费用较低。但从根本解决了膜池超滤浓水无法排空问题。

2、改造后#1、2膜池进水水质稳定，降低膜池膜丝污堵，每年可节约一次柠檬酸清洗费用约3万元。降低了因膜池膜丝污堵影响出力，参入自来水使用量10万吨/年，目前昌吉市实施梯级水价，每吨5.45元，可节约自来水费约55万元。

3、改造后保安过滤器滤芯更换次数全年可减少24次，可节约滤芯费用约7.2万元。

4、改造后减轻了反渗透膜组件有机物污堵，降低化学在线清洗次数2次，节省清洗费用5万元；避免反渗透膜元件离线清洗，节省费用30万元。同时每年可节省非氧化杀菌剂用量5吨，节省费用约10万元。

5、以排空泵排水计算，月平均运行小时数约255小时，全年可节约电量56610kw·h。节电可折合年碳减排量约32.89tCO2。

7、结论

昌吉分公司始终践行绿色发展理念，在生产过程中积极探索创新，通过对膜池溢水槽进行改造，加装了可调节闸板，实现了浸没式超滤浓水生化处理重复使用。此种浸没式超滤+MBR联合运行的中水处理工艺的实施，保证了#1、2浸没式超滤膜池进水和产水水质，为后续水处理设备运行降低了负担，同时也实现了中水在预处理阶段的废水“零排放”。改造后浸没式超滤+MBR联合运行，每年仅中水处理方面可为企业节约维护和材料费用等100余万元，节电约56610 kw·h/年，节电折合碳减排量约为32.89tCO2。浸没式超滤+MBR联合使用处理超滤浓水的中水处理工艺为昌吉分公司首创。昌吉分公司目前已实现全工况使用中水，在中水使用方面已成为区域内相关行业的典范，并在持续优化中水处理系统，提升水资源利用率，为企业绿色低碳发展助力。

参考文献：

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作者简历：朱鸿斌（1986-），男，工程师，技师，新疆大学化学化工学院应用化学专业学士，现任职华电新疆发电有限公司昌吉分公司发电运行部化学运行新班长，从事电厂水处理工作。