電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術(shù)的應(yīng)用

邵國(guó)華，方　棣

（華能長(zhǎng)興電廠，浙江長(zhǎng)興313105）

電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術(shù)的應(yīng)用

邵國(guó)華，方棣

（華能長(zhǎng)興電廠，浙江長(zhǎng)興313105）

介紹了膜濃縮（MBC）零排放技術(shù)在長(zhǎng)興電廠脫硫廢水深度處理項(xiàng)目中的應(yīng)用情況。系統(tǒng)可將22 m3/h含鹽水濃縮至1.5～2 m3/h，鹽分濃縮至200 g/L左右后進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，最終生成結(jié)晶鹽，經(jīng)過濃縮處理后的清潔產(chǎn)水作為電廠鍋爐補(bǔ)給水回用。運(yùn)行結(jié)果表明，MBC零排放系統(tǒng)運(yùn)行良好，有效地保證了電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，帶來良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

燃煤電廠；脫硫廢水；零排放；膜濃縮

燃煤電廠脫硫廢水主要是鍋爐煙氣濕法脫硫（石灰石/石膏法）過程中從吸收塔排放的部分廢水〔1-4〕。為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物質(zhì)的平衡，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水〔5〕。這些廢水主要來自石膏脫水和清洗系統(tǒng)〔6〕，為含高濃度懸浮物、高氯根、高含鹽、高濃度的重金屬廢水，如將這些物質(zhì)直接排入自然水系，勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前脫硫廢水處理一般采用中和—絮凝—沉降—澄清等常規(guī)工藝〔7〕。脫硫廢水經(jīng)過處理后濁度、重金屬和少量的硬度得到去除，但含鹽量沒有明顯降低〔8〕。隨著各國(guó)家對(duì)水資源的日益重視，零排放技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。因此，回用燃煤電廠脫硫處理后的廢水如要實(shí)現(xiàn)真正的零排放，就需對(duì)廢水進(jìn)行深度處理〔9〕。

華能長(zhǎng)興電廠對(duì)2×660 MW超超臨界燃煤機(jī)組的脫硫廢水及其他廢水的處理，在設(shè)計(jì)階段即提出了零排放整體要求，采用先進(jìn)的廢水膜濃縮（MBC）+ TVC蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行深度處理。筆者對(duì)該零排放工藝進(jìn)行介紹，旨在提供一種電廠脫硫廢水零排放工藝的成功應(yīng)用案例。

1　長(zhǎng)興電廠廢水水質(zhì)

華能長(zhǎng)興電廠產(chǎn)生的最終廢水主要由2部分組成：一是脫硫廢水，水量為18 t/h；二是混床再生排水，水量為4 t/h。廢水水質(zhì)如表1所示。

表1　綜合廢水水質(zhì)

根據(jù)水質(zhì)情況可以看出，該廢水的主要污染因素及其特征為：（1）TDS高，且波動(dòng)范圍較大，其中氯離子為15 000 mg/L，對(duì)金屬設(shè)備有較強(qiáng)的腐蝕性；（2）鈣離子及鎂離子含量較高，導(dǎo)致總硬度較高，易在熱力設(shè)備表面生成無機(jī)垢類，影響設(shè)備的正常使用，縮短設(shè)備使用年限。

2　脫硫廢水零排放系統(tǒng)

2.1長(zhǎng)興電廠脫硫廢水零排放工藝流程

長(zhǎng)興電廠廢水零排放處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，主要由預(yù)處理單元（澄清+過濾+離子交換）、反滲透單元、正滲透MBC系統(tǒng)及蒸發(fā)結(jié)晶單元構(gòu)成。

圖1　華能長(zhǎng)興電廠脫硫廢水零排放工藝流程

2.1.1處理工藝描述

（1）預(yù)處理軟化除硬。針對(duì)進(jìn)水鈣、鎂離子含量高的特點(diǎn)，向澄清器中投加碳酸鈉和石灰藥劑，分別與水中的鈣、鎂離子反應(yīng)生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，產(chǎn)水進(jìn)入過濾器和離子交換器進(jìn)一步去除水中的剩余硬度和懸浮物，保證系統(tǒng)運(yùn)行過程中不產(chǎn)生無機(jī)垢類，同時(shí)去除重金屬離子，預(yù)處理系統(tǒng)產(chǎn)水進(jìn)入反滲透（RO）單元。

（2）RO鹽分預(yù)濃縮。該單元采用二級(jí)RO對(duì)廢水鹽分進(jìn)行預(yù)濃縮，同時(shí)保證產(chǎn)品水質(zhì)量，RO產(chǎn)生的濃水進(jìn)入正滲透MBC單元。RO膜采用美國(guó)陶氏SW30系列膜產(chǎn)品。

（3）MBC單元鹽分深度濃縮。正滲透MBC技術(shù)特點(diǎn)在于利用自然界的天然滲透原理：以膜兩側(cè)溶液的滲透壓差作為驅(qū)動(dòng)力，使得水自發(fā)地從原料液一側(cè)透過選擇透過性膜到達(dá)驅(qū)動(dòng)液—側(cè)。此類技術(shù)已在國(guó)外的頁巖氣返排液處理中實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

正滲透（FO）MBC濃縮單元的主工藝包括：FO膜裝置、產(chǎn)水汲取液回收裝置、濃鹽水汲取液回收裝置、產(chǎn)水精處理系統(tǒng)（RO系統(tǒng)）等。此外還配置了凝結(jié)水、循環(huán)冷卻水、阻垢劑加藥、化學(xué)清洗等輔助裝置。FO膜采用美國(guó)Oasys公司的8英寸膜。該單元將RO系統(tǒng)預(yù)濃縮后得到的含鹽水鹽分濃縮至200 g/L左右，隨后進(jìn)入結(jié)晶干燥單元，將結(jié)晶干燥單元的處理規(guī)模降至最小。

（4）蒸發(fā)結(jié)晶。由圖1可知正滲透產(chǎn)水回到一級(jí)反滲透原水箱，其濃水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)處理，最終形成結(jié)晶鹽。結(jié)晶器滿足80%～120%的設(shè)計(jì)負(fù)荷。

結(jié)晶干燥選擇蒸汽熱法，采用進(jìn)口熱力蒸汽壓縮強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器，在淡鹽水蒸發(fā)過程使之結(jié)晶。選擇真空蒸發(fā)結(jié)晶工藝，采用MESSO強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器（德國(guó)GEA公司）來實(shí)現(xiàn)所需蒸發(fā)量并獲得高品質(zhì)冷凝液。裝置產(chǎn)生的二次蒸汽通過1臺(tái)熱力蒸汽壓縮機(jī)（TVC）來壓縮，TVC的使用有效地降低了蒸汽耗量。

2.1.2設(shè)備材質(zhì)的方案選擇

在設(shè)備材質(zhì)選擇上，充分考慮來水的高TDS和高氯離子等因素。（1）泵等設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)部件選用鈦材質(zhì)，過濾器、離子交換器等靜設(shè)備選用FRP或HDPE材質(zhì)；水箱等靜設(shè)備選用FRP或HPDE材質(zhì)，精餾塔則選用FRP材質(zhì)。（2）結(jié)晶干燥單元與進(jìn)料液或晶漿接觸的動(dòng)設(shè)備主要選用 1.4529或Alloy926等材質(zhì)，結(jié)晶器主體材質(zhì)選用1.4529或Alloy926。晶漿循環(huán)管路選用1.4529或Alloy926，二次蒸汽管路選用2205等材質(zhì)。

2.2零排放處理系統(tǒng)運(yùn)行情況

長(zhǎng)興電廠每小時(shí)產(chǎn)生約22 m3綜合廢水，進(jìn)水TDS為25 000～40 000 mg/L，溫度為20～40℃。經(jīng)沃特爾水技術(shù)股份有限公司的正滲透零排放系統(tǒng)處理后，得到1.5～2 m3/h濃鹽水，再經(jīng)結(jié)晶器處理后實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。

2.2.1預(yù)處理軟化除硬系統(tǒng)產(chǎn)水量及產(chǎn)水水質(zhì)

預(yù)處理單元的產(chǎn)水水質(zhì)如表2所示。

表2　預(yù)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)

由表2可見，預(yù)處理系統(tǒng)出水水質(zhì)較穩(wěn)定且滿足反滲透系統(tǒng)進(jìn)水要求。系統(tǒng)產(chǎn)水量為36 m3/h。

2.2.2膜濃縮單元產(chǎn)水量及產(chǎn)水水質(zhì)

（1）反滲透單元產(chǎn)水量、水質(zhì)及系統(tǒng)回收率。反滲透單元產(chǎn)水量為20 m3/h，產(chǎn)水水質(zhì)良好，回用于廠內(nèi)鍋爐補(bǔ)給水，其水質(zhì)情況見表3。

二級(jí)RO產(chǎn)水的電導(dǎo)率大部分時(shí)間在50 μS/cm以下，見圖2。一級(jí)RO回收率及濃水電導(dǎo)率分別為60%～80%（圖3）及50 000～70 000 μS/cm（圖4）。

表3　反滲透單元產(chǎn)水水質(zhì)

圖2　二級(jí)RO產(chǎn)水電導(dǎo)率

圖3　一級(jí)RO回收率

圖4　一級(jí)RO濃水電導(dǎo)率

（2）二級(jí)反滲透系統(tǒng)、正滲透系統(tǒng)濃水的水量、水質(zhì)如表4所示。

由表4可見，二級(jí)反滲透濃水含鹽＞60 000 mg/L，正滲透系統(tǒng)濃縮后廢水含鹽＞200 000 mg/L。

表4　二級(jí)反滲透及正滲透濃水水量、水質(zhì)

2.2.3蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)運(yùn)行狀況

蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)主加熱蒸汽壓力約為0.45 MPa、溫度約為157℃、流量為0.5 t/h，蒸發(fā)室相關(guān)操作參數(shù)如表5所示。

表5　蒸發(fā)系統(tǒng)操作參數(shù)

最后結(jié)晶析出的固體鹽顆粒經(jīng)離心機(jī)脫水干燥后，由震動(dòng)輸送機(jī)輸送至結(jié)晶鹽包裝車間，經(jīng)自動(dòng)碼垛打包后外運(yùn)，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。形成的結(jié)晶鹽中NaCl和Na2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞95%，打包的結(jié)晶鹽含水率＜0.5%。

3　經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1系統(tǒng)主要藥劑費(fèi)用

該工藝藥劑使用情況及費(fèi)用如表6所示。噸水藥劑消耗費(fèi)用為14.5元/m3。

表6　藥劑費(fèi)用統(tǒng)計(jì)

3.2系統(tǒng)耗電費(fèi)用

系統(tǒng)實(shí)際噸水耗電量為10.4 kW·h，電價(jià)以0.5 元/（kW·h）計(jì)，電費(fèi)為5.2元/m3。

3.3系統(tǒng)蒸汽費(fèi)用

系統(tǒng)實(shí)際噸水耗蒸汽量為0.203 t，蒸汽費(fèi)以118元/t計(jì)，則蒸汽費(fèi)用為24元/m3。

3.4系統(tǒng)成本及經(jīng)濟(jì)效益分析

系統(tǒng)處理成本為藥劑費(fèi)、電費(fèi)及蒸汽費(fèi)，噸水處理成本為14.5+5.2+24=43.7元/m3。

傳統(tǒng)的預(yù)處理+多級(jí)預(yù)熱+多效蒸發(fā)+結(jié)晶工藝的實(shí)際噸水耗蒸汽量約為該工藝的2.3倍〔10〕，而該工藝實(shí)際噸水耗電量為10.4 kW·h，低于蒸發(fā)結(jié)晶法的能耗（20～40 kW·h）。

4　結(jié)語

華能長(zhǎng)興電廠1#、2#機(jī)組分別于2014年12月17、29日完成168 h滿負(fù)荷試運(yùn)后轉(zhuǎn)入商業(yè)運(yùn)行，2015年4月5日華能長(zhǎng)興電廠廢水零排放系統(tǒng)調(diào)試完畢投產(chǎn)，順利產(chǎn)出結(jié)晶鹽，淡水分離后全部回用。

該系統(tǒng)對(duì)脫硫廢水的零排放處理達(dá)到預(yù)期效果：（1）系統(tǒng)設(shè)備安全穩(wěn)定?？偺幚硭?2 t/h，MBC及預(yù)處理系統(tǒng)按照近零排放系統(tǒng)水質(zhì)最小TDS進(jìn)行建設(shè)，結(jié)晶器按照近零排放系統(tǒng)水質(zhì)最大TDS進(jìn)行建設(shè)，保證系統(tǒng)在最小TDS和最大TDS時(shí)均能滿足80%～120%的設(shè)計(jì)負(fù)荷，最大處理量可達(dá)26.4 m3/h。（2）產(chǎn)品技術(shù)節(jié)能環(huán)保。廢水處理后兩大產(chǎn)品全部回用，一是形成的結(jié)晶鹽，其中NaCl和Na2SO4＞95%，含水率＜0.5%，外運(yùn)結(jié)晶鹽產(chǎn)量418～711 kg/h；二是產(chǎn)出的純凈水全部回用于電廠鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)，每年節(jié)省淡水使用量約10萬t。（3）響應(yīng)落實(shí)國(guó)家政策。通過膜濃縮結(jié)晶技術(shù)在電廠廢水處理中的運(yùn)用，避免了電廠高濃度脫硫廢水的外排，做到真正的脫硫廢水“零排放”。

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Application of MBC zero liquid discharge technology to desulfurization wastewater treatment in a power plant

Shao Guohua，F(xiàn)ang Dai
（Huaneng Changxing Power Plant，Changxing 313105，China）

The application of membrane brine concentrator（MBC）zero liquid discharge technology to the advanced treatment project for desulfurization wastewater in Changxing Power Plant is introduced.22 m3/h of wastewater containing salt is concentrated to 1.5-2 m3/h.After the salinity is concentrated to about 200 g/L，it goes to evaporative crystal system，and finally forms crystal salt.After the concentration treatment，the produced clean water can be reused as boiler make-up water for the power plant.The results show that the MBC zero discharge system runs well，and guarentees stable running of Changxing Power Plant，bringing good social and economic benefits.

coal-fired power plant；desulfurization wastewater；zero discharge；membrane brine concentrator

TM628

A

1005-829X（2016）08-0109-04

邵國(guó)華（1971—），工程師。E-mail：shao9919@163. com。

2016-07-21（修改稿）