《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》是國家電網公司、國網河北省電力公司電力科學研究院和河北省電力建設調整試驗所於2014年5月22日申請的發明專利，該專利的申請號為2014102181552，公布號為CN104016510A，授權公布日為2014年9月3日，發明人是劉克成、龍瀟、范輝；該發明涉及工業廢水減排領域，該發明屬於環境工程技術領域。
《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》是將反滲透濃水通過兩級串聯納濾，實現反滲透濃水中氯化鈉提純，將提純後的納濾產水補充必要的工業氯化鈉配置再生液，供鈉離子交換器再生使用。將納濾高鈣濃水引入結晶池，並將原用於調節城市污水石灰處理出水pH的濃硫酸先引入結晶池，通過沉澱反應將硫酸鈣去除，並在反應中實現硫酸向等量鹽酸的轉化，將去除硫酸鈣後的混合酸溶液返回至石灰處理系統出口進行pH調整。
2019年9月29日，《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法》獲2018年河北省專利獎二等獎。
基本介紹
- 中文名：一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法
- 公布號：CN104016510A
- 授權日：2014年9月3日
- 申請號：2014102181552
- 申請日：2014年5月22日
- 申請人：國家電網公司、國網河北省電力公司電力科學研究院、河北省電力建設調整試驗所
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- 發明人：劉克成、龍瀟、范輝
- Int.Cl.：C02F9/04(2006.01)
- 代理機構：石家莊新世紀專利商標事務所有限公司
- 代理人：董金國、陳建民
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著中國水資源短缺、水污染嚴重、水生態惡化問題日益突出及國務院最嚴格水資源管理制度的實施，作為取水及工業廢水排放大戶，火電廠面臨的節水減排壓力與日俱增，開展城市污水替代清潔水源及工業廢水減排研究成為必然選擇。截至2014年5月，部分電廠已經將城市污水經過石灰處理後回用至循環冷卻水，並且出於降低酸、鹼廢水需要，絕大多數電廠使用反滲透替代了陰、陽離子交換器。但是2014年5月前反滲透的回收率設計值為75%，約占進水量25%的反滲透濃水呈常態排放。由於反滲透濃水具有高鹽、高有機物特點，具有極強的結垢及腐蝕傾向，尚無可靠的處理技術，長期排入環境引發嚴重問題。
發明內容
專利目的
《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》所要解決的技術問題是在不增加運行成本的情況下，為反滲透濃水資源化找到一條可行的方法，實現反滲透濃水中可利用無機鹽和有害污染物的分離，實現反滲透濃水減排和再利用。該發明所要解決的技術問題是針對上述2014年5月前已有技術中的缺點，提出一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法。
技術方案
《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》包含如下步驟：
（1）城市污水經石灰混凝澄清處理後的pH在10.0以上的出水，加入適量的混合酸溶液調整pH值為7.0-8.0，得到中性水，所得中性水分作兩部分，第一部分作為循環冷卻水補水利用；
（2）採用鈉型陽離子交換器對火電發電的循環冷卻水進行旁流軟化處理，當鈉型陽離子交換器出水硬度超過1毫摩爾/升時，對其進行再生處理；
（3）步驟（1）所得的中性水的第二部分經超濾，再經反滲透處理，得到反滲透產水和反滲透濃水，所述反滲透產水作為火電廠化學補給水處理系統的補水進行後續深度脫鹽處理使用；
（4）步驟（3）所得反滲透濃水通過兩級串聯納濾處理，得到納濾產水和納濾濃水，所述納濾濃水為高鈣廢水；
（5）向步驟（4）中的納濾產水中加入一定量的工業氯化鈉配置成再生液，使再生液中氯化鈉濃度達到3~6%，供步驟（2）所述鈉型陽離子交換器再生使用；
（6）將步驟（4）中形成的高鈣廢水引入結晶池，並將濃硫酸引入結晶池，通過沉澱反應將生成的硫酸鈣去除，並在反應中實現硫酸向鹽酸的轉化，最終形成硫酸與鹽酸的混合酸溶液，將去除硫酸鈣後的混合酸溶液返回至步驟（1）中使用。
作為《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》的優選方案，該發明提供的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其中，步驟（3）中所述超濾回收率控制在90%以上。
作為該發明的進一步優選方案，該發明提供的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其中，步驟（3）中所述反滲透回收率控制在60%-75%。
作為該發明的優選方案，該發明提供的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其中，步驟（4）中，所述納濾總回收率控制在50%-90%。
作為發明的優選方案，該發明提供的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其中，步驟（2）中的鈉型陽離子交換器為強型陽樹脂或弱型陽樹脂。
作為發明的改進方案，該發明提供的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其中，步驟（4）所述納濾操作中，向納濾進水加入鹽酸，使納濾產水pH在5.0-7.0。
以下是對《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》的解釋和說明：
該發明中，步驟（2）軟化處理的目的是為了去除循環水中的鈣離子，防止結垢，從而提高循環水濃縮倍率，減小循環水補水使用量。
該發明中，步驟（3）反滲透產水是指經過反滲透膜得到的滲透液，反滲透濃水是指未通過反滲透膜的濃縮溶液。
同樣，納濾產水是指通過納濾膜的滲透液，納濾濃水是指未通過納濾膜的濃縮溶液。
調節經石灰混凝澄清處理後的城市污水pH值所採用的混合酸溶液一般採用硫酸與鹽酸的混合溶液。
該發明提供的方法中，步驟（4）所述納濾操作中，向納濾進水加入鹽酸調節pH值的目的在於，使鈉型離子交換器再生液呈微酸性，避免鈉型陽離子交換器再生時發生結垢板結。
有益效果
（1）《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》可實現反滲透濃水中可利用無機鹽和有害污染物的分離，實現濃水中氯化鈉的提純及再利用。
（2）該發明不增加濃硫酸的消耗量，不弱化原來的pH調整效果，僅通過加入點和處理流程的改變，實現了反滲透濃水中有害鈣離子的去除和水資源的再利用。
（3）該發明在不增加新的處理成本的情況下，實現了反滲透濃水的資源化利用。
權利要求
1.《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方》特徵在於：包含如下步驟：
（1）城市污水經石灰混凝澄清處理後的pH在10.0以上的出水，加入適量的混合酸溶液調整pH值為7.0-8.0，得到中性水，所得中性水分作兩部分，第一部分作為循環冷卻水補水利用；
（2）採用鈉型陽離子交換器對火電發電的循環冷卻水進行旁流軟化處理，當鈉型陽離子交換器出水硬度超過1毫摩爾/升時，對其進行再生處理；
（3）步驟（1）所得的中性水的第二部分經超濾，再經反滲透處理，得到反滲透產水和反滲透濃水，所述反滲透產水作為火電廠化學補給水處理系統的補水進行後續深度脫鹽處理使用；
（4）步驟（3）所得反滲透濃水通過兩級串聯納濾處理，得到納濾產水和納濾濃水，所述納濾濃水為高鈣廢水；
（5）向步驟（4）中的納濾產水中加入一定量的工業氯化鈉配置成再生液，使再生液中氯化鈉濃度達到3~6%，供步驟（2）所述鈉型陽離子交換器再生使用；
（6）將步驟（4）中形成的高鈣廢水引入結晶池，並將濃硫酸引入結晶池，通過沉澱反應將生成的硫酸鈣去除，並在反應中實現硫酸向鹽酸的轉化，最終形成硫酸與鹽酸的混合酸溶液，將去除硫酸鈣後的混合酸溶液返回至步驟（1）中使用。
2.如權利要求1所述的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其特徵在於：所述步驟（3）中所述超濾回收率控制在90%以上。
3.如權利要求2所述的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其特徵在於：所述步驟（3）中所述反滲透回收率控制在60%-75%。
4.如權利要求1所述的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其特徵在於，所述步驟（4）中，所述納濾總回收率控制在50%-90%。
5.如權利要求1所述的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其特徵在於：所述步驟（2）中的鈉型陽離子交換器為強型陽樹脂或弱型陽樹脂。
6.如權利要求1所述的火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，其特徵在於：步驟（4）所述納濾操作中，向納濾進水加入鹽酸，使納濾產水pH在5.0-7.0。
實施方式
實施例
1、設備：某廠機組容量為2×600兆瓦濕冷機組。
2、具體操作：
（1）城市污水經石灰混凝澄清處理後的pH在10.0以上的出水，加入適量的混合酸溶液調整pH值為7.0-8.0，得到中性水，所得中性水分作兩部分，第一部分作為循環冷卻水補水利用，總量2200立方米/小時左右；其中，城市污水經石灰處理及加酸後的出水水質情況見表1：
檢測離子 | 結果 （毫克/升） | 結果 （毫摩爾/升） | 檢測離子 | 結果 （毫克/升） | 結果 （毫摩爾/升） | ||
陽 離 子 | K | 12.1 | 0.31 | 陰 離 子 | CL | 219.0 | 6.18 |
Na | 159.9 | 6.95 | 1/2SO2 | 272.0 | 5.66 | ||
l/2Ca | 156.9 | 7.83 | HCO3 | 359.2 | 5.89 | ||
1/2Mg | 41.7 | 3.44 | 1/2C03 | 0.0 | 0.00 | ||
NH | 0.12 | 0.01 | NO2 | 0.51 | 0.01 | ||
— | — | 一 | NO3 | 81.3 | 1.31 | ||
一 | 一 | — | F | 0.73 | 0.04 | ||
合計 | 370.8 | 18.54 | 合計 | 932.7 | 19.09 | ||
分析項目 | 結果 （毫克/升CaCO3） | 分析項目 | 結果（毫克/升） | 分析項目 | 結果 | ||
全硬度 | 563.8 | COD | 5.2 | 濁度 | 0.32FTU | ||
永久硬度 | 269.3 | 溶解性總固件 | 1147.3 | pH11 | 7.64 | ||
暫時硬度 | 294.5 | 游離CO2 | 9.0 | 一 | 一 | ||
鹼度 | 294.5 | 可溶性SiO2 | 23.5 | 一 | 一 | ||
（2）採用鈉型陽離子交換器對火電發電的循環冷卻水進行10%旁流軟化處理，當鈉型陽離子交換器出水硬度超過1毫摩爾/升時，對其進行再生處理；
（3）步驟（1）所得的中性水的第二部分經超濾（回收率92%），再經反滲透（回收率70%）處理，得到反滲透產水和反滲透濃水，所述反滲透產水作為火電廠化學補給水處理系統的補水進行後續深度脫鹽處理使用；
（4）步驟（3）所得反滲透濃水75立方米/小時，其中，鈣離子濃度32~41毫摩爾/升，鈉離子濃度600~700毫克/升，通過兩級串聯納濾處理，得到納濾產水和納濾濃水，納濾總回收率50%左右，所述納濾濃水為高鈣廢水；
（5）向步驟（4）中的納濾產水（除去鈣、鎂等高價無機離子及有機物，氯化鈉含量約1.6%）中加入一定量的工業氯化鈉配置成再生液，使再生液中氯化鈉濃度達到4%，供步驟（2）所述鈉型陽離子交換器再生使用；在此項操作中，需要控制納濾產水的pH值，如必要需向納濾進水加入鹽酸，使納濾產水pH在5.0-7.0。
（6）將步驟（4）中形成的高鈣廢水（鈣離子濃度70毫摩爾/升左右）引入容量為300m結晶池，並將98%濃硫酸引入結晶池，引入量11千克/小時，使結晶池中反滲透濃水中鈣離子和硫酸根離子的濃度達到9.6×10，是硫酸鈣濃度常數4.9×10的200倍，實現硫酸鈣的結晶析出從而除去，並在反應中實現硫酸向鹽酸的轉化，最終形成硫酸與鹽酸的混合酸溶液，將去除硫酸鈣後的混合酸溶液過濾，返回至步驟（1）中使用。
3、結果：連續三年的運行結果顯示，採用實施例1的反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法，不增加濃硫酸消耗量及其他運行成本，該廠實現了每年可減少60多萬噸高污染性反滲透濃水排放，通過反滲透濃水中氯化鈉提純及再利用，8台鈉離子交換器再生鹽耗年減少1200多噸，實現了反滲透濃水的資源化利用。
榮譽表彰
2019年9月29日，《一種火電廠反滲透濃水與城市污水互動處理的利用方法》獲2018年河北省專利獎二等獎。
