納濾軟化燃煤電廠脫硫廢水的實(shí)驗(yàn)研究

李 慧

(長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

納濾軟化燃煤電廠脫硫廢水的實(shí)驗(yàn)研究

李 慧

(長安大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

摘要：采用納濾對(duì)火電廠脫硫廢水進(jìn)行了軟化實(shí)驗(yàn)研究，討論了不同回收率對(duì)處理效果的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在相同膜通量下，隨著回收率的增加，的截留率均有所降低，但降低幅度不大；在同一回收率的條件下，Ca2+、Mg2+的截留率均在95%以上，產(chǎn)水中Ca2+、Mg2+含量均符合軟水標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：納濾；軟化；脫硫廢水；截留率

1引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和大型燃煤電廠的興建，對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫處理越來越受到重視。在各種煙氣脫硫工藝中，石灰石濕法脫硫工藝因其適用煤種范圍廣、適用煤種含硫量范圍大、脫硫效率高(≥90%)、系統(tǒng)可用率高(≥95%)、吸收劑利用率高(≥90%)、石灰石來源豐富且廉價(jià)、工藝成熟、運(yùn)行可靠性高等優(yōu)勢(shì)而成為現(xiàn)階段在全世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的煙氣脫硫工藝[1，2]。這種濕法煙氣脫硫工藝產(chǎn)生的脫硫廢水呈弱酸性，pH值一般為4~6，同時(shí)含有大量的懸浮物(石膏顆粒、二氧化硅以及鐵、鋁的氫氧化物)、氟化物和微量的重金屬。

濕法脫硫廢水的雜質(zhì)來自煙氣和脫硫用的石灰石，主要包括懸浮物、過飽和的亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬：其中很多是國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求控制的第一類污染物。由于水質(zhì)的特殊性，脫硫廢水處理難度較大；同時(shí)，由于各種重金屬離子對(duì)環(huán)境有很強(qiáng)的污染性，因此，必須對(duì)脫硫廢水進(jìn)行單獨(dú)處理。脫硫廢水的處理一般是先預(yù)處理再深度處理，目前脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)常采用兩級(jí)反應(yīng)加沉淀和澄清處理，通過投加石灰和碳酸鈉來降低水中的鈣鎂含量。

納濾(NF)是一種介于超濾和反滲透之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程。納濾膜具有納米級(jí)的微孔并且大多荷電[3]，具有篩分效應(yīng)和Donnan電荷效應(yīng)的分離特性。這使得納濾膜不僅可以截留低分子量(200~2000)物質(zhì)，而且對(duì)溶解性無機(jī)鹽具有一定的截留能力，特別是對(duì)于二價(jià)或高價(jià)離子，截留效果更好。水中Ca2+、Mg2+存在二價(jià)離子的形式，因此應(yīng)用納濾軟化脫硫廢水具有一定的優(yōu)勢(shì)。本文主要研究采用納濾膜軟化處理脫硫廢水。

2材料與方法

2.1　廢水水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)水源為某4×1000MW電廠脫硫廢水。取該電廠脫硫廢水上清液進(jìn)行水質(zhì)分析，其結(jié)果見表1。

表1　脫硫廢水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

由水質(zhì)分析結(jié)果可見：①脫硫廢水呈弱酸性；②脫硫廢水中的主要陽離子為鈣、鎂等硬度離子，含量極高。

2.2　實(shí)驗(yàn)裝置及工藝流程

實(shí)驗(yàn)裝置由加壓泵、原水箱、石英砂過濾器、超濾裝置、納濾裝置組成。其中超濾裝置采用GE公司的超濾設(shè)備，納濾裝置為自行設(shè)計(jì)。納濾裝置又由保安過濾器、高壓泵、膜組件、產(chǎn)水箱及在線儀表組成。采用GE公司的DK4040-F30納濾膜元件，其出廠標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定脫鹽率98%，膜面積為8.1m2。工藝流程如圖1所示。

圖1　廢水處理工藝流程

脫硫廢水由加壓泵加壓，通過石英砂過濾器去除水中懸浮物，再經(jīng)加壓泵加壓后流經(jīng)超濾設(shè)備，經(jīng)超濾設(shè)備處理后，產(chǎn)水經(jīng)高壓泵加壓后流經(jīng)納濾膜組件，淡水進(jìn)入產(chǎn)水箱，濃水一部分循環(huán)至超濾設(shè)備前與進(jìn)水混合被處理，剩余濃水排放，通過調(diào)整濃水排放量來調(diào)整系統(tǒng)回收率。

2.3　實(shí)驗(yàn)方法

采用濃水回流方式，可模擬工業(yè)納濾裝置各種回收率條件下膜元件的運(yùn)行工況。濃水回流使膜元件濃水側(cè)的離子及污染物的含量能夠模擬工業(yè)裝置最后一根膜元件的實(shí)際運(yùn)行條件，可充分暴露膜受各種污染及結(jié)垢影響時(shí)可能出現(xiàn)的問題。

實(shí)驗(yàn)采用恒流量運(yùn)行，即在同一工況下系統(tǒng)進(jìn)水流量、濃水回流量以及產(chǎn)水流量均保持恒定，通過在不同工況下運(yùn)行壓力、二價(jià)離子截留率等參數(shù)分析納濾膜的運(yùn)行性能。

2.4　儀器和分析方法

實(shí)驗(yàn)儀器：SG23便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀，HACH 2100P便攜式濁度儀、Zeenit-700原子吸收儀、AB204-5電子天平、XL-8000智能馬弗爐、GX-3020烘箱。

3結(jié)果與討論

3.1　GE超濾系統(tǒng)

GE超濾系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)如表2所示。

表2　GE超濾運(yùn)行參數(shù)

3.2　回收率的影響

3.2.1壓差

在不同回收率條件下監(jiān)測(cè)膜運(yùn)行壓差，結(jié)果見圖2。

圖2　不同回收率條件下壓差變化曲線

由圖2可見，在相同膜通量下，隨著回收率的增加，壓差也逐漸升高。除了在10%回收率條件下的壓差曲線波動(dòng)較大外，其他回收率條件下的壓差曲線均比較穩(wěn)定。借此可以判斷膜的污堵情況，從圖的數(shù)據(jù)來看，膜并未發(fā)生污堵。

3.2.2Ca2+截留率

計(jì)算不同回收率下Ca2+的截留率，結(jié)果見圖3。

圖3　不同回收率條件下Ca2+截留率變化曲線

由圖3可見，當(dāng)進(jìn)水Ca2+含量在55mmol/L左右時(shí)，隨著回收率的增加，濃水側(cè)的Ca2+濃度逐漸升高，產(chǎn)水側(cè)Ca2+含量也略有升高。該納濾膜對(duì)Ca2+的截留率最高可以達(dá)到99%以上，隨著回收率的增加，Ca2+的截留率呈降低趨勢(shì)。

3.2.3Mg2+截留率

計(jì)算不同回收率下Mg2+的截留率，結(jié)果見圖4。

圖4　不同回收率條件下Mg2+截留率變化曲線

由圖4可見，當(dāng)進(jìn)水Mg2+含量在65mmol/L時(shí)，經(jīng)過納濾膜處理后，產(chǎn)水Mg2+可以降至2mmol/L左右，該納濾膜對(duì)Mg2+也有很好的截留效果，截留率在98%以上。另外，隨著回收率的增加，濃水側(cè)的Mg2+含量逐漸升高，產(chǎn)水側(cè)的Mg2+也略有增加。

圖5　不同回收率條件下SO2-4截留率變化曲線

4結(jié)論

(1)DK4040-F30納濾膜性能穩(wěn)定，在較長時(shí)間內(nèi)對(duì)二價(jià)離子的截留性能不發(fā)生明顯變化；

(2)對(duì)火電廠脫硫廢水采用超濾-納濾進(jìn)行軟化處理是可行的。在同一回收率下，Ca2+、Mg2+的去除率均在95%以上，產(chǎn)水中Ca2+、Mg2+含量均符合軟水標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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The Study On the Softening Treatment of FGD Waste Water Of

Coal-fired Power Plant Through Nanofiltration

Li Hui

(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Chang'anUniversity,Xi'an710054,China)

Abstract:Through the softening experiments on FGD waste water by adopting nanofiltration, the article discusses the influences of recovery rate on the treatment effects. decreases but the reduction is not obvious; under the same conditions of the recovery rate, the rejection rate of Ca2+and Mg2+is above 95%, and the contents of Ca2+and Mg2+in contributing water meet the standard of soft water.

Key words:nanofiltration; softening; FGD waste water; rejection rate

中圖分類號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944(2015)04-0234-03

作者簡介：李慧(1989—)，女，湖北荊門人，長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生。

收稿日期：2015-03-05