電廠脫硫廢水處理方法分析及工藝選擇

涂子霞

摘? ?要：脫硫廢水的處理主流方向?yàn)橐后w零排放，經(jīng)處理后淡水回用到生產(chǎn)過(guò)程中，反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽滿足工業(yè)級(jí)純鹽要求。脫硫廢水因?yàn)槠涑煞謴?fù)雜，水處理難度非常大，選擇既能取得一定經(jīng)濟(jì)效益，又能達(dá)到回用和結(jié)晶品質(zhì)的工藝路線是廢水處理的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)各種工藝和技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的分析，總結(jié)脫硫廢水處理各個(gè)階段的工藝特點(diǎn)，并以元壩項(xiàng)目為例，證明了合理的工藝選擇可以使脫硫廢水處理系統(tǒng)各模塊之間互補(bǔ)，使系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定，為電廠脫硫廢水處理工藝的優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水;預(yù)處理;膜分離技術(shù);蒸發(fā)結(jié)晶

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和大型燃煤電廠的建設(shè)，人們對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越重視，煙氣脫硫廢水受到特別多的關(guān)注。石灰石—石膏濕法脫硫工藝產(chǎn)生的脫硫廢水中含有大量的懸浮物、鹽類物質(zhì)以及微量的重金屬[1]。這種特殊的水質(zhì)情況，使脫硫廢水的處理難度非常大。另外，因?yàn)橹亟饘倬哂懈患?，造成污染后不容易降解，?duì)環(huán)境的污染幾乎是永久性的，決定了脫硫廢水必須單獨(dú)處理。脫硫廢水處理工藝選擇應(yīng)遵循“分質(zhì)收集，分類處理”原則。

1? ? 脫硫廢水性質(zhì)及處理要求

根據(jù)廢水水質(zhì)將其分為高鹽度低懸浮廢水、低鹽度高懸浮固體廢水、高鹽度高懸浮固體廢水、低鹽度低懸浮固體廢水;根據(jù)排水的周期性，可分為定期排水和非定期排水。

根據(jù)處理出水的使用和出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)選擇經(jīng)濟(jì)上可行的工藝，最小的建設(shè)投資，最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)營(yíng)成本，獲得更好的社會(huì)效益。一般考慮廢水處理后再進(jìn)行回收利用，用于工業(yè)循環(huán)冷卻水補(bǔ)水、綠化澆灑、地面沖洗等，達(dá)到水資源再利用的目的。

1.1? 脫硫廢水水質(zhì)

以四川某自備電廠脫硫廢水為例，脫硫廢水水質(zhì)如下：流量120 m3/h，pH=12，COD 204 mg/L，氨氮445 mg/L，電導(dǎo)率 15 780 uS/cm，全鹽量8 708 mg/L，硫酸根2 780.6 mg/L，氯離子1 055 mg/L，堿度22 mmoL/L，硬度65.2 mmoL/L，二氧化硅20 mg/L，鈉離子488 mg/L。

1.2? 出水水質(zhì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理后的水質(zhì)要求：符合“城市污水回用—工業(yè)水質(zhì)（GB/T 19923—2005）”中洗滌水的要求，使再生水可以重復(fù)使用[2]。

2? ? 脫硫廢水零排放系統(tǒng)工藝流程

以元壩汽田自備電廠脫硫廢水的處理工藝設(shè)計(jì)為例，工藝路線分3個(gè)單元完成。

2.1? 預(yù)處理單元

除去水中的懸浮物、濁度及部分鈣鎂離子、硫酸根離子等，工藝建設(shè)以土建池為主，預(yù)處理單元包括調(diào)節(jié)池、加藥處理、清水池等。

2.2? 膜濃縮單元

通過(guò)反滲透膜和電滲析膜濃縮工藝，將水中的高含鹽分廢水進(jìn)一步濃縮，將水中鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%提升到15%左右。

2.3? 蒸發(fā)除鹽單元

水中的鹽（硫酸鈉和氯化鈉）通過(guò)蒸發(fā)結(jié)晶，冷凝水可以再循環(huán)和再利用。

2.4? 總體工藝流程

首先，在廢水通過(guò)預(yù)處理單元去除鈣鎂硬度、硫酸根等易結(jié)垢的成分，本單位主要是沉淀，絮凝和添加中和藥劑。預(yù)處理完成后進(jìn)入膜濃縮工藝，膜淡水回用到脫硫系統(tǒng)中，膜濃水進(jìn)行結(jié)晶蒸發(fā)，最終產(chǎn)物為較高純度的氯化鈉結(jié)晶鹽，廢水零排放處理工藝流程如圖1所示。

整個(gè)工藝設(shè)計(jì)高效、低耗，充分考慮了節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)要求。其中雙膜濃縮淡水和蒸發(fā)后的冷凝水回用到脫硫系統(tǒng)中。

3? ? 脫硫廢水處理的技術(shù)分析

根據(jù)元壩項(xiàng)目廢水的特點(diǎn)，我們選擇的處理工藝主要從以下幾方面進(jìn)行著重考慮分析，選擇最有效、低耗、經(jīng)濟(jì)的處理工藝：（1）廢水處理后能夠確保水質(zhì)達(dá)標(biāo)回用。（2）能最大限度地回收廢水中的鹽分等有用物質(zhì)。（3）處理工藝設(shè)施需運(yùn)行穩(wěn)定，有較強(qiáng)的耐沖擊能力，能適應(yīng)水質(zhì)不穩(wěn)定，水量變化大。（4）處理工藝的設(shè)備設(shè)施材質(zhì)的選擇充分考慮其耐腐蝕性。

3.1? 預(yù)處理

預(yù)處理是整個(gè)脫硫廢水零排放工藝的前提和基礎(chǔ)，主要目的是去除懸浮物及部分溶解性的鹽類降低硬度、調(diào)節(jié)pH。傳統(tǒng)預(yù)處理工藝一般為化學(xué)沉淀法，通過(guò)投加純堿和硫化物去除懸浮物和重金屬，經(jīng)處理，廢水可達(dá)到排放要求，但傳統(tǒng)工藝處理效果不穩(wěn)定，不能滿足后續(xù)的濃縮減量和結(jié)晶蒸發(fā)的零排放要求，為滿足后續(xù)處理工藝的要求，設(shè)置預(yù)處理流程如下：（1）為防止廢水中高硬度及高濃度硫酸根對(duì)后續(xù)的濃縮工藝造成嚴(yán)重結(jié)垢的危害，所以，本工藝中設(shè)置軟化預(yù)處理工藝段，分為沉淀、絮凝和中和，去除水中的雜質(zhì)。（2）在沉淀池1中加入碳酸鈉沉淀鈣鎂離子，沉淀池2中加絮凝劑使懸浮物聚集加速沉淀，沉淀池后設(shè)置混凝反應(yīng)器，廢水在反應(yīng)器中進(jìn)行充分反應(yīng)并沉淀。（3）廢水經(jīng)混凝反應(yīng)器中的沉淀反應(yīng)后，底部的污泥進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行泥水分離，上部出水流入清水池，此時(shí)清水池中的廢水處于碳酸鈣飽和狀態(tài)，需加酸將pH調(diào)至中性，減少鈣結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。（4）因清水池中的水可能會(huì)放置一段時(shí)間再進(jìn)行下一步處理，為確保后續(xù)反滲透膜和電滲析膜系統(tǒng)的正常運(yùn)行，清水池中的廢水后續(xù)應(yīng)再經(jīng)過(guò)砂過(guò)濾、活性碳過(guò)濾和超濾系統(tǒng)，目的是去除水中顆粒雜質(zhì)等。本工藝是在傳統(tǒng)預(yù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了升級(jí)改造，將傳統(tǒng)預(yù)處理與超濾技術(shù)相結(jié)合，提高出水水質(zhì)指標(biāo)，確保出水滿足膜處理的水質(zhì)要求，對(duì)保護(hù)后續(xù)工藝的膜組件有著非常重要的作用。

3.2? 濃縮減量處理

零排放的目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)溶解鹽的結(jié)晶和回收，為了能提高能源的利用效率和鹽結(jié)晶品質(zhì)以及廢水回用，濃縮減量是脫硫廢水處理的關(guān)鍵過(guò)程?，F(xiàn)階段，濃縮減量主要有膜法和熱法，膜法適用于廢水含鹽量高，范圍較寬;熱法只適用于廢水含鹽量15%～20%。本工藝中預(yù)處理后的混合廢水選擇經(jīng)反滲透濃縮，廢水含鹽量由6×10-3濃縮至45×10-3，反滲透濃水進(jìn)入電滲析膜進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，通過(guò)電滲析膜濃縮裝置將廢水中鹽分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)濃縮到13%～15%，反滲透膜淡水和電滲析膜淡水達(dá)到回用水要求，淡水回收到脫硫系統(tǒng)中。

膜的選擇：膜分離技術(shù)，是一種分子級(jí)別的過(guò)濾，在工藝選擇時(shí)根據(jù)具體要求選擇合適的分離孔徑級(jí)別，達(dá)到分離除雜或濃縮脫鹽的目的?，F(xiàn)今膜分離技術(shù)越來(lái)越多的被用于水處理的工藝過(guò)程中。納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）都可以攔截水中的鈣和鎂離子，從而降低水的硬度。除此之外，反滲透法還可以脫離膠體物質(zhì)，使水的利用率可以達(dá)到75%;納濾膜與反滲透膜比較下來(lái)，反滲透膜相對(duì)設(shè)備便宜，操作簡(jiǎn)單，能耗低，更能有效凈化水，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。因此，本工藝采用兩套反滲透膜裝置分步濃縮。第一套反滲透裝置將廢水的含鹽量由6×10-3濃縮至24×10-3，反滲透膜排列方式為一級(jí)兩段;第二套反滲透裝置廢水的含鹽量由24×10-3濃縮至45×10-3，反滲透膜排列方式為一級(jí)兩段。最后反滲透膜的濃水進(jìn)入電滲析裝置進(jìn)行進(jìn)一步的濃縮，即電滲析膜分為均相膜和異相膜，均相膜的電阻低、能耗低;異相膜的電阻高、能耗高，因此，本工藝選擇均相膜電滲析設(shè)備處理，能耗低，符合節(jié)能減排的要求。

3.3? 蒸發(fā)結(jié)晶處理

3.3.1? 多效蒸發(fā)技術(shù)

多效蒸發(fā)是目前大多數(shù)工藝采用的一項(xiàng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，通過(guò)多效蒸發(fā)技術(shù)可以在一定程度上達(dá)到節(jié)能的目的。節(jié)能在于多效蒸發(fā)是將蒸汽進(jìn)行反復(fù)利用，實(shí)際應(yīng)用中一般采用三效蒸發(fā)，最多可以做到四效蒸發(fā)，一套四效蒸發(fā)器蒸發(fā)1.0 t水消耗蒸汽0.5 t，電耗為15 kWh。蒸汽價(jià)格200元/t，電費(fèi)按1元/kWh，合計(jì)每蒸發(fā)1.0 t水需要0.5 t×200元/t+ 15 kWh×1元/kWh=115元。

多效蒸發(fā)工藝的優(yōu)點(diǎn)是投資相對(duì)較少;但缺點(diǎn)是需要大量蒸汽和電耗，運(yùn)行成本高，且占地面積非常大，設(shè)備腐蝕性高，后期維修費(fèi)用巨大，因此蒸發(fā)結(jié)晶必須尋求能夠最大限度減少蒸汽消耗量的新技術(shù)。

3.3.2? MVR節(jié)能蒸發(fā)

節(jié)能蒸發(fā)器是機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（Mechanical Vapor Recompression，MVR）的一種新型蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，也是利用多效蒸發(fā)技術(shù)的基本原理，不同點(diǎn)是通過(guò)MVR節(jié)能蒸發(fā)器是通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)物料蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行壓縮做功，使得二次蒸汽的壓力和溫度被再次提高，也就是將電能通過(guò)對(duì)物料做功轉(zhuǎn)化為熱能[3]。當(dāng)溫度和壓力被再次升高后的二次蒸汽回到蒸發(fā)系統(tǒng)，可以再次對(duì)物料進(jìn)行加熱，從而達(dá)到二次蒸汽循環(huán)再利用的目的，工作過(guò)程消耗的主要是電力，僅需補(bǔ)充少量的生蒸汽。

MVR工藝優(yōu)點(diǎn)在于其單位能耗低、占地面積小、減少公共設(shè)施，減少或不需要供應(yīng)生蒸汽，無(wú)需制冷設(shè)備即可在40 ℃以下蒸發(fā)。MVR蒸發(fā)1.0 t水僅需蒸汽0.02 t，耗電23～70 kWh，取中間值50 kWh計(jì)算，蒸發(fā)1.0 t水需要費(fèi)用0.02 t×200+50 kWh×1元=54元;由此看出，MVR節(jié)能蒸發(fā)器的節(jié)能效果顯著，與多效蒸發(fā)器相比，采用MVR蒸發(fā)技術(shù)可以節(jié)約1/2以上的能耗，實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效率。

因此，本工藝選擇雙膜濃縮后的濃水進(jìn)入MVR節(jié)能蒸發(fā)系統(tǒng)，將廢水中的鹽分結(jié)晶出來(lái)，蒸發(fā)冷凝水回用到生產(chǎn)、生活用水，實(shí)現(xiàn)了廢水的零排放。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高，廢水零排放是今后脫硫廢水處理的主流方向，電廠脫硫廢水的處理要求系統(tǒng)具有壽命長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用低、清洗周期長(zhǎng)、抗污染能力強(qiáng)、能耗低、運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)上述各工藝比較可以得出，采用“預(yù)處理+反滲透+電滲析+MVR節(jié)能蒸發(fā)”為主的零排放工藝路線，膜法濃縮和新型蒸發(fā)技術(shù)的組合，能夠最大程度地保證系統(tǒng)的高效、低耗，確保系統(tǒng)長(zhǎng)周期的運(yùn)行穩(wěn)定及維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)便快捷，同時(shí)符合廢水處理零排放的各項(xiàng)要求。

[參考文獻(xiàn)]

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