TMF+DTRO工藝深度處理脫硫廢水中試實(shí)驗(yàn)研究

王可輝，蔣 芬，徐志清，王 飛，祖坤勇，趙 軍，徐 峰

(中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止?，江蘇 南京 210019)

TMF+DTRO工藝深度處理脫硫廢水中試實(shí)驗(yàn)研究

王可輝，蔣 芬，徐志清，王 飛，祖坤勇，趙 軍，徐 峰

(中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止?，江蘇 南京 210019)

燃煤電廠濕法脫硫廢水屬于電廠末端最難處理廢水，廢水水質(zhì)受煤質(zhì)和脫硫工藝補(bǔ)充水的影響波動(dòng)較大，具體表現(xiàn)為廢水成分復(fù)雜、高含鹽量、高腐蝕性、回用困難等特點(diǎn)，成為制約電廠脫硫廢水零排放的關(guān)鍵因素。通過(guò)TMF+DTRO工藝中試實(shí)驗(yàn)研究，即管式微濾膜(TMF)+高壓碟片式反滲透(DTRO)預(yù)處理和膜濃縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該工藝可滿足現(xiàn)行的脫硫廢水零排放要求，可作為脫硫廢水處理的工藝方案。

脫硫廢水；DTRO；零排放

0 引言

燃煤電廠石灰石-石膏濕法煙氣脫硫廢水中主要含有懸浮物、硫酸鹽、過(guò)飽和的亞硫酸鹽、以及重金屬等雜質(zhì)[1]，很多是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)嚴(yán)格要求控制的第一類污染物[2]，目前電廠普遍采用中和、沉淀、絮凝澄清即三聯(lián)箱處理法[3-5]很難正常穩(wěn)定運(yùn)行，更不用說(shuō)脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)脫硫廢水處理提出新型的處理方法顯得尤為重要，最新頒布的“水十條”，把水環(huán)境保護(hù)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。作為火電廠末端處理難度最大的廢水，能否有效深度處理實(shí)現(xiàn)火電廠真正意義上“零排放”已經(jīng)刻不容緩。

為解決常規(guī)脫硫廢水中存在的技術(shù)瓶頸，南京朗新明與國(guó)電武漢某電廠合作，對(duì)所研發(fā)的TMF(管式微濾)+DTRO(碟片式反滲透)膜濃縮高含鹽廢水處理技術(shù)開展工業(yè)性中試，以驗(yàn)證該技術(shù)在電廠脫硫廢水零排放處理方面的可行性和適應(yīng)性[6]。

1 脫硫廢水零排放處理的主要難點(diǎn)

廢水污染組分受煤種、脫硫島工藝補(bǔ)充水水質(zhì)、排放周期等因素的影響，不同地區(qū)的電廠差別很大，同一電廠因排放時(shí)段不固定，差別也很大；脫硫廢水為間斷排放，造成水量波動(dòng)較大；廢水中硬度極高，易造成蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢；廢水中氯離子含量非常高，易造成系統(tǒng)腐蝕。

需要深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水雖然經(jīng)過(guò)原有脫硫廢水處理系統(tǒng)的處理，懸浮物和鈣硬有所降低，但廢水中的鈣硬及鎂硬仍然很高，此外，廢水中的氯離子、硫酸根離子、溶解性固體也較高，這些高濃度離子的存在，易造成深度處理系統(tǒng)工藝單元的結(jié)垢、腐蝕，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，表1為國(guó)電某電廠脫硫廢水經(jīng)過(guò)普通三聯(lián)箱出水水質(zhì),出水pH值為6～9。

2 工藝原理及說(shuō)明

本試驗(yàn)取水為傳統(tǒng)三聯(lián)箱(中和+沉淀+絮凝)預(yù)處理后的清水箱出水，脫硫廢水經(jīng)三聯(lián)箱預(yù)處理后基本去除了重金屬和懸浮物等雜質(zhì)，殘余部分鈣鎂離子及懸浮物需要再進(jìn)一步濃縮前去除。本試驗(yàn)系統(tǒng)由化學(xué)加藥系統(tǒng)和兩級(jí)反應(yīng)池組成，試驗(yàn)流程如圖1。

表1 國(guó)電某電廠三聯(lián)箱脫硫廢水出水水質(zhì) mg/L

在澄清箱及兩個(gè)反槽內(nèi)，根據(jù)工藝需要添加石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉等藥劑，并對(duì)反應(yīng)槽中的pH值進(jìn)行控制，通過(guò)充分的機(jī)械攪拌使得藥劑和進(jìn)水完全混合發(fā)生反應(yīng)，經(jīng)過(guò)兩級(jí)反應(yīng)后的含沉淀物的水溢流進(jìn)入到管式微濾的濃縮池。同時(shí)兩級(jí)反應(yīng)池均配套有機(jī)械攪拌裝置，避免沉淀物沉入池底。管式微濾(TMF)膜產(chǎn)水送入后端DTRO膜濃縮裝置，管式微濾膜集成在集裝箱中，試驗(yàn)濃縮裝置膜使用的是高壓碟片式膜(DTRO)，DTRO膜對(duì)管式微濾膜產(chǎn)水進(jìn)行高倍濃縮，DTRO高壓反滲透是專門用來(lái)處理高濃度高含鹽量污水的膜組件，在處理高難度廢水尤其垃圾滲濾液中已經(jīng)有幾十年的實(shí)際工程案例。DTRO膜具有抗污染、壓力高、回收率高、運(yùn)行可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)[7]。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)流程

3 試驗(yàn)材料及方法

3.1 試驗(yàn)材料及分析儀器

試驗(yàn)機(jī)上裝有1芯裝的管式超濾膜10支，每只膜面積0.14m2，單只膜通量120～500L/(m2·h)，配套有中間水箱、反應(yīng)水箱和攪拌水箱。高壓反滲透(DTRO)裝置上裝有2只DTRO膜，測(cè)試膜壓力等級(jí)12MPa，裝填在9MPa的測(cè)試膜柱中，膜面積9.405m2，膜通量5～30L/(m2·h)，2只膜串聯(lián)運(yùn)行，配套設(shè)備有過(guò)濾器、高壓泵、增壓泵、高壓膜殼。試驗(yàn)分析儀器：DR5000 紫外分光光度計(jì)、T-70自動(dòng)滴定儀、PE optima8000等離子體發(fā)射光譜儀、AC120S電子天平、LC-223 電熱恒溫烘箱。

水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目：總硬度、電導(dǎo)率、TDS、Cl-、F-、SO42-、pH等，檢測(cè)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參照《工業(yè)循環(huán)冷卻水及鍋爐用水中pH的測(cè)定》( GB /T6904-2008)、《工業(yè)循環(huán)冷卻水、總堿及酚酞堿度的測(cè)定》( GB /T15451-2006)、水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[8]。

3.2 試驗(yàn)過(guò)程

經(jīng)常規(guī)預(yù)處理后的脫硫廢水進(jìn)入廢水收集箱進(jìn)行收集和均質(zhì)處理，廢水收集箱安裝空氣攪拌器，池內(nèi)廢水經(jīng)充分?jǐn)嚢杈|(zhì)后，經(jīng)提升泵提升至澄清箱內(nèi)添加石灰進(jìn)行初步軟化處理；沉淀池出水自流進(jìn)入反應(yīng)槽1，繼續(xù)補(bǔ)充添氫氧化鈉，對(duì)pH進(jìn)行精調(diào)，pH值控制在11.5左右，使氫氧化鎂沉淀更加完全。反應(yīng)槽1出水進(jìn)入反應(yīng)槽2，加入碳酸鈉溶液，與沉淀池出水中殘余的鈣離子反形成碳酸鈣沉淀，混合液進(jìn)入濃縮槽，由循環(huán)泵輸送至管式膜進(jìn)行固液分離，此時(shí)大流量的水在濃縮槽和管式微濾膜之間循環(huán)，部分膜透過(guò)水則經(jīng)投加鹽酸進(jìn)行pH調(diào)整后送至膜濃縮原水箱短期貯存，兩級(jí)反應(yīng)槽均設(shè)置機(jī)械攪拌和pH監(jiān)控。澄清池產(chǎn)生的污泥經(jīng)脫水后作為一般固廢處理。管式超濾所產(chǎn)生的污泥可回收作為脫硫系統(tǒng)的脫硫劑，也可與前段污泥一起經(jīng)脫水處理后作為一般固廢處置。

4 結(jié)果分析

4.1 9MPa級(jí)DTRO膜試驗(yàn)結(jié)果分析

DTRO高壓反滲透系統(tǒng)從2015年10月26日開始進(jìn)水。測(cè)試采用兩支標(biāo)準(zhǔn)12MPa高壓反滲透膜柱，運(yùn)行壓力設(shè)定在9MPa級(jí)別，膜柱為串聯(lián)運(yùn)行方式。經(jīng)過(guò)預(yù)處理加藥去除一定量的Ca、Mg后，經(jīng)過(guò)TMF系統(tǒng)去除細(xì)小顆粒物后，投加鹽酸將來(lái)水pH降至6.5以下后進(jìn)入DTRO系統(tǒng)。DTRO系統(tǒng)回收率設(shè)定為50%，進(jìn)水流量為900L/h，產(chǎn)水流量為450L/h。單支膜產(chǎn)水量225L/h。系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行累積時(shí)間超過(guò)200h，系統(tǒng)運(yùn)行情況如圖2所示。

圖2 DTRO膜系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況

DTRO膜系統(tǒng)的高壓泵出水壓力隨著進(jìn)水電導(dǎo)率的變化基本保持一致的趨勢(shì)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。系統(tǒng)壓力沒(méi)有明顯上升。最重要的反映膜運(yùn)行污染的參數(shù)是TMP(膜柱的過(guò)膜壓差)，在連續(xù)的幾周運(yùn)行期間，膜柱壓差波動(dòng)范圍很小。在整個(gè)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行期間，未經(jīng)過(guò)任何化學(xué)清洗，系統(tǒng)的運(yùn)行壓力和膜柱過(guò)膜壓差都比較穩(wěn)定，沒(méi)見明顯異常。

4.2 產(chǎn)水水質(zhì)分析

試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)每隔30min時(shí)候同時(shí)對(duì)產(chǎn)水電導(dǎo)率、溫度、pH、OPR(氧化還原電位)進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)結(jié)果如圖3所示，試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水pH比較穩(wěn)定時(shí)，產(chǎn)水電導(dǎo)率最高830μS/cm左右，正常情況下穩(wěn)定在800μS/cm以內(nèi)，產(chǎn)水水質(zhì)受到水溫的影響，理論上，水溫越高，產(chǎn)水電導(dǎo)率越高，此次由于pH的波動(dòng)影響較大，因此溫度對(duì)產(chǎn)水水質(zhì)的影響不明顯。

圖3 DTRO膜系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)

測(cè)量上述數(shù)據(jù)的同時(shí)對(duì)DTRO的濃水和產(chǎn)水同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果說(shuō)明在進(jìn)水TDS提高的同時(shí)濃水TDS相對(duì)應(yīng)的提高，在9MPa膜柱壓力等級(jí)下，濃水TDS最高可達(dá)到11萬(wàn)mg/L左右，運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

利用TMF+DTRO對(duì)脫硫廢水進(jìn)行軟化預(yù)處理和膜濃縮是切實(shí)可行的工藝。預(yù)處理段的管式超濾膜(TMF)膜的特殊結(jié)構(gòu)是膜被澆鑄在多孔材料管的內(nèi)部。含被過(guò)濾物質(zhì)(固體)的水流透過(guò)膜后，再透過(guò)多孔支撐材料，進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)(水被凈化)。被膜截留的固體顆粒在水流的推動(dòng)下，不會(huì)停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的沖刷作用，避免污染物在膜表面停留。錯(cuò)流式管式超濾作為過(guò)濾是為了達(dá)到非常好的出水水質(zhì)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉降或澄清工藝。利用微孔膜把廢水中的沉淀物分離出來(lái)。不需要沉淀物粒徑足夠大和比重足夠大，所以當(dāng)把物質(zhì)從溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)化為不溶狀態(tài)后，它是一種更有效的分離方法。DTRO膜對(duì)軟化預(yù)處理后的脫硫廢水濃縮試驗(yàn)表明，9MPa壓力等級(jí)下可將脫硫廢水的含鹽量濃縮至11%以上，高壓反滲透的產(chǎn)水電導(dǎo)率在800μS/cm左右，系統(tǒng)運(yùn)行期間膜柱壓差沒(méi)有明顯變化，系統(tǒng)膜污染較小，高壓膜濃縮的濃水可以進(jìn)入后端更高壓力等級(jí)的膜進(jìn)行濃縮或者直接進(jìn)入后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行零排放處理。

[1]楊明杰.脫硫廢水設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)性分析[C].山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2011.

[2]楊明杰.脫硫廢水設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)性分析[J].給水排水,2012,38(1): 54-55.

[3]王冬梅,夏春雷,崔偉強(qiáng),等.脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題和運(yùn)行難點(diǎn)對(duì)策分析[J].水處理技術(shù),2015,41(12):126-128.

[4]張世山,徐志清,顧小紅,等.兩級(jí)過(guò)渡膜生物反應(yīng)技術(shù)在中水深度處理中的應(yīng)用[J].電力環(huán)境保護(hù),2009,25(5):43-45.

[5]王治安,林 衛(wèi),李 冰.脫硫廢水零排放處理工藝[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):37-38.

[6]王可輝,蔣 芬,徐志清,等.利用火電廠廢熱對(duì)脫硫廢水蒸發(fā)工業(yè)性中試零排放試驗(yàn)研究[J].電力科技與環(huán)保,2016,(2):15-17.

[7]程峻峰,鄭啟萍,徐得潛,等.二級(jí)DTRO工藝在垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水，201,45(4):63-65.

[8]國(guó)家環(huán)?？偩?水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)[M].北京:國(guó)環(huán)科學(xué)出版社,2002.

Experimental study on TMF + DTRO advanced treatment of desulphurization wastewater from coal-fired power plant

The wet desulfurization wastewater is the most difficult to deal with drainage in coal-fired power plants. The desulfurization wastewater quality has a big fluctuation and is affected by type of coal and quality of desulfurization process supplement water. The specific performance of wastewater includes complex, high salinity, high corrosion resistance, recycling difficult. The features which has become a key factor restricting the power plant desulfurization wastewater zero emission. Through the TMF + DTRO technology pilot experimental study, namely tube decay membrane filter (TMF) + disc type high pressure reverse osmosis (DTRO) pretreatment and membrane enrichment experimental, the results show that the technique can completely meet the existing desulfurization wastewater zero emission requirements. It provides a desulfurization wastewater treatment process for similar project in cood-fired power plant.

desulfurization wastewater;DTRO;zero emissions

X703.1

B

1674-8069(2017)03-015-03

2016-12-03；

2017-02-19

王可輝 (19875-)，男，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向?yàn)榛痣姀S新型水處理技術(shù)研發(fā)。E-mail:15996315590@163.com