燃煤電廠脫硫廢水濃縮技術(shù)

燃煤電廠一般包括循環(huán)水排污水、化學(xué)廢水、脫硫廢水、渣水、含煤廢水和生活污水等。燃煤電廠深度節(jié)水思路一般將循環(huán)水排污水、生活污水、化學(xué)廢水作為脫硫的工藝用水，脫硫廢水成為燃煤電廠水質(zhì)最復(fù)雜最難處理的一類廢水，脫硫廢水零排放是全廠廢水零排放的關(guān)鍵。

目前，脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括蒸發(fā)結(jié)晶和煙氣蒸發(fā)。為降低蒸發(fā)結(jié)晶的投資和運(yùn)行費(fèi)用，脫硫廢水水量與煙氣蒸發(fā)水量相匹配，需對(duì)脫硫廢水進(jìn)行濃縮，降低末端廢水水量，因此，濃縮減量是脫硫廢水零排放的基礎(chǔ)。

本研究對(duì)某燃煤電廠脫硫廢水進(jìn)行了分步二級(jí)軟化-超濾-反滲透濃縮處理。在膜濃縮前對(duì)脫硫廢水軟化預(yù)處理，降低致垢性物質(zhì)含量，以保證后續(xù)膜系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。產(chǎn)水可作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)水源，為實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1．1 材料與儀器

Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3、聚合硫酸鐵(PFS)均為分析純；脫硫廢水，某電廠脫硫系統(tǒng)廢水旋流器出水上清液，主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

SevenGoDuoTM便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀；multiN/C-3100TOC分析儀；SPECOＲD-210紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；XS105分析天平；2100Q濁度儀；DHG9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；超濾試驗(yàn)臺(tái)，自制(UEOS-503的超濾膜)；高壓反滲透試驗(yàn)臺(tái)，自制，SW30HＲLE-4040的海水反滲透膜元件。

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

1．2．1 Ca(OH)2、NaOH軟化實(shí)驗(yàn)

量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實(shí)驗(yàn)劑量的Ca(OH)2、NaOH，以200r/min的速度攪拌60min，靜沉60min，過(guò)濾上清液分析水質(zhì)。

1．2．2 分步二級(jí)軟化實(shí)驗(yàn)

量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實(shí)驗(yàn)劑量的Ca(OH)2，以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌45min。加入實(shí)驗(yàn)劑量的聚合硫酸鐵(PFS)，繼續(xù)反應(yīng)15min后，靜置30min，取上清液，再加入實(shí)驗(yàn)劑量的Na2CO3，200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，靜置30min。過(guò)濾上清液分析水質(zhì)。

1．2．3 超濾(UF)實(shí)驗(yàn)

采用外壓式中空纖維膜元件，運(yùn)行方式為死端過(guò)濾，運(yùn)行模式為:過(guò)濾→反洗→沖洗，過(guò)濾周期為30min，進(jìn)水流量2．5L/h，分析產(chǎn)水濁度，并記錄膜兩側(cè)壓差。

1．2．4 反滲透(RO)實(shí)驗(yàn)

采用濃水回流的運(yùn)行模式，RO設(shè)計(jì)回收率為45%條件下運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)濃水回流閥和調(diào)壓閥，控制運(yùn)行過(guò)程中的濃水回流量和系統(tǒng)運(yùn)行壓力，在實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行穩(wěn)定后，通過(guò)分析膜系統(tǒng)壓差及濃水側(cè)致垢離子含量變化來(lái)評(píng)價(jià)膜運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)膜產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析。運(yùn)行過(guò)程中控制RO膜系統(tǒng)的進(jìn)、產(chǎn)水流量恒定。

1．3 分析方法

水質(zhì)分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定。

2、結(jié)果與討論

2．1 軟化預(yù)處理

2．1．1 Ca(OH)2、NaOH劑量?jī)?yōu)化

不同Ca(OH)2和NaOH加藥量條件下出水鈣硬和鎂硬見(jiàn)表2。

由表2可知，隨Ca(OH)2和NaOH加藥量增加，出水鎂硬均逐漸降低，Ca(OH)2和NaOH最佳加藥量分別為28，29g/L，NaOH軟化出水水質(zhì)優(yōu)于Ca(OH)2，在NaOH除Mg2+過(guò)程中，Ca2+被協(xié)同去除，無(wú)需投加Na2CO3。加入NaOH快速生成的Mg(OH)2沉淀是一種絮狀的膠體，極難沉降，SV60約99．5%；加入Ca(OH)2生成Mg(OH)2的反應(yīng)速度慢，生成Mg(OH)2的沉降效果較好，SV60約25%。因此，后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用Ca(OH)2軟化。

2．1．2 二級(jí)軟化加藥方式優(yōu)化

脫硫廢水傳統(tǒng)二級(jí)軟化模式采用加入Ca(OH)2或NaOH，反應(yīng)一段時(shí)間后，再加入Na2CO3，繼續(xù)反應(yīng)后靜置澄清。傳統(tǒng)模式可能存在以下兩個(gè)問(wèn)題:①在這個(gè)過(guò)程中，Mg(OH)2膠體的存在會(huì)降低Na2CO3除鈣效率；②生成的固體產(chǎn)物為Mg(OH)2和CaCO3混合物，無(wú)法再利用。傳統(tǒng)二級(jí)軟化模式和分步二級(jí)軟化模式軟化效果見(jiàn)表3。

由表3可知，在Ca(OH)2和Na2CO3加藥量分別為28g/L和26g/L條件下，分步二級(jí)軟化模式可顯著提高鈣硬和硅的去除率，鈣硬和全硅分別下降了53．02mmol/L和11．09mg/L。而且，第1步反應(yīng)沉淀物主要為Mg(OH)2，可作為制Mg(OH)2原料；第2步反應(yīng)沉淀物主要為CaCO3，可直接廠內(nèi)回用作為脫硫劑使用。

2．1．3 Na2CO3劑量?jī)?yōu)化

Ca(OH)2加藥量28g/L條件下，不同Na2CO3加藥量下出水硬度見(jiàn)表4。

由表4可知，隨Na2CO3加藥量增加，出水鈣硬和總硬降低，在Na2CO3加藥量26g/L時(shí)，出水總硬小于1．0mmol/L，繼續(xù)加大Na2CO3加藥量，硬度基本不變。因此，Na2CO3加藥量選擇26g/L。Ca(OH)2-Na2CO3二級(jí)軟化對(duì)鈣硬和總硬去除率均高于99%。

2．2 UF實(shí)驗(yàn)研究

UF實(shí)驗(yàn)水源采用Ca(OH)2-Na2CO3軟化澄清出水，調(diào)節(jié)pH為7．5左右。在UF膜元件實(shí)驗(yàn)連續(xù)運(yùn)行的700min內(nèi)，運(yùn)行壓力穩(wěn)定在47～58kPa范圍內(nèi)，總體較為穩(wěn)定，表明UF膜未發(fā)生污堵。UF進(jìn)出水濁度見(jiàn)圖1。

由圖1可知，原水濁度為7．23～7．55NTU，UF產(chǎn)水濁度在0．37～0．48NTU，小于1．0NTU；UF產(chǎn)水SDI為2．80(表5)，小于3．0，達(dá)到RO膜進(jìn)水水質(zhì)要求。

2．3 RO實(shí)驗(yàn)研究

將軟化-UF產(chǎn)水作為RO進(jìn)水，在RO產(chǎn)水通量為17L/(m2?h)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，回收率為45%。2．3．1 RO運(yùn)行性能在RO系統(tǒng)回收率45%的運(yùn)行條件下，對(duì)RO運(yùn)行壓力、壓差進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

由圖2可知，RO系統(tǒng)進(jìn)水壓力穩(wěn)定在6．6～6．8MPa，實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間系統(tǒng)壓差在18．7～22．2kPa之間波動(dòng)，無(wú)明顯升高現(xiàn)象，說(shuō)明運(yùn)行期間RO系統(tǒng)運(yùn)行狀況較為穩(wěn)定。RO系統(tǒng)脫鹽率十分穩(wěn)定，均在99．20%以上。

2．3．2 RO產(chǎn)水和濃水水質(zhì)

RO系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行72h內(nèi)，不同時(shí)間段24，48h和72h濃水、產(chǎn)水水質(zhì)見(jiàn)表6。

由表6可知，RO產(chǎn)水含鹽量為414mg/L(平均值)，Cl-含量200～240mg/L，產(chǎn)水側(cè)鈣、鎂基本上被完全去除，產(chǎn)水TOC含量很低。由此可見(jiàn)，RO產(chǎn)水品質(zhì)較高，可以滿足鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)對(duì)水源水質(zhì)的要求。

由表6可知，回收率45%時(shí)，RO濃水含鹽量達(dá)到68595mg/L(平均值)。由于脫硫廢水經(jīng)過(guò)二級(jí)軟化處理，硬度離子和全硅以及硫酸鹽大部分被去除，所以濃水側(cè)的總硬≤3mmol/L，SO42-≤3300mg/L，全硅≤22mg/L；但Cl-含量達(dá)到36000～39000mg/L。由此可見(jiàn)，RO濃水中的鹽分主要為NaCl，此外還有少量的Na2SO4。

連續(xù)運(yùn)行期間濃水側(cè)的鈣硬、SO42-含量穩(wěn)定，說(shuō)明無(wú)明顯CaSO4結(jié)垢。TOC的變化情況通?？梢杂脕?lái)判斷膜表面的有機(jī)物污堵情況，連續(xù)運(yùn)行期間濃水側(cè)TOC含量在173～170mg/L之間波動(dòng)，產(chǎn)水側(cè)TOC含量在1．68～1．84mg/L之間小幅波動(dòng)，產(chǎn)水和濃水側(cè)TOC含量比較穩(wěn)定，并且兩者總量與進(jìn)水TOC總量相當(dāng)，說(shuō)明膜表面未發(fā)生明顯的有機(jī)物污堵現(xiàn)象。

2．4 脫硫廢水濃縮工藝路線

根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究，提出脫硫廢水濃縮工藝路線如圖3所示。主要包括反應(yīng)沉淀池、UF系統(tǒng)和RO系統(tǒng)。該工藝方案采用分步二級(jí)軟化工藝去除脫硫廢水中致垢離子以提高后續(xù)膜回用工藝的穩(wěn)定性；預(yù)處理后脫硫廢水采用RO進(jìn)行脫鹽回用，RO產(chǎn)水作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)水源，RO濃水進(jìn)后續(xù)固化系統(tǒng)。整套工藝方案中各系統(tǒng)自用水均完全回收，系統(tǒng)排水僅為RO濃水。并且通過(guò)分步二級(jí)軟化提高了軟化效率，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)軟化污泥的資源化利用。該電廠脫硫廢水水量最大10m3/h，整套方案系統(tǒng)回收率45%，RO濃水5．5m3/h。通過(guò)電滲析或疊管式反滲透(DTRO)濃縮進(jìn)一步降低末端廢水水量，對(duì)蒸發(fā)結(jié)晶和煙氣蒸發(fā)意義不大，但是會(huì)增加膜濃縮的投資和運(yùn)行成本。

3、結(jié)論

(1)采用Ca(OH)2-Na2CO3分步二級(jí)軟化可提高軟化效率。Ca(OH)2和Na2CO3最佳加藥量分別為28，26g/L，噸水軟化藥劑費(fèi)用約58元。

(2)采用RO工藝對(duì)脫硫廢水進(jìn)行濃縮，濃縮后末端廢水量降至5．5m3/h；RO產(chǎn)水水質(zhì)可滿足鍋爐補(bǔ)給水補(bǔ)水要求，可作為鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)水源。膜系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)明顯的污堵現(xiàn)象。（來(lái)源：西安熱工研究院有限公司，上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院）