納濾軟化燃煤電廠脫硫廢水的實驗研究

2016-01-16 02:48:18李慧

綠色科技 2015年4期

李慧

(長安大學環境科學與工程學院，陜西西安 710054)

納濾軟化燃煤電廠脫硫廢水的實驗研究

李慧

(長安大學環境科學與工程學院，陜西西安 710054)

摘要：采用納濾對火電廠脫硫廢水進行了軟化實驗研究，討論了不同回收率對處理效果的影響。實驗結果表明：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，產水中Ca2+、Mg2+含量均符合軟水標準。

關鍵詞：納濾；軟化；脫硫廢水；截留率

1引言

隨著我國經濟社會的快速發展和大型燃煤電廠的興建，對煙氣進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%)、系統可用率高(≥95%)、吸收劑利用率高(≥90%)、石灰石來源豐富且廉價、工藝成熟、運行可靠性高等優勢而成為現階段在全世界范圍內應用最廣泛的煙氣脫硫工藝[1，2]。這種濕法煙氣脫硫工藝產生的脫硫廢水呈弱酸性，pH值一般為4~6，同時含有大量的懸浮物(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：其中很多是國家環保標準中要求控制的第一類污染物。由于水質的特殊性，脫硫廢水處理難度較大；同時，由于各種重金屬離子對環境有很強的污染性，因此，必須對脫硫廢水進行單獨處理。脫硫廢水的處理一般是先預處理再深度處理，目前脫硫廢水預處理系統常采用兩級反應加沉淀和澄清處理，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動膜分離過程。納濾膜具有納米級的微孔并且大多荷電[3]，具有篩分效應和Donnan電荷效應的分離特性。這使得納濾膜不僅可以截留低分子量(200~2000)物質，而且對溶解性無機鹽具有一定的截留能力，特別是對于二價或高價離子，截留效果更好。水中Ca2+、Mg2+存在二價離子的形式，因此應用納濾軟化脫硫廢水具有一定的優勢。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

實驗水源為某4×1000MW電廠脫硫廢水。取該電廠脫硫廢水上清液進行水質分析，其結果見表1。

表1　脫硫廢水水質分析數據

由水質分析結果可見：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　實驗裝置及工藝流程

實驗裝置由加壓泵、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公司的超濾設備，納濾裝置為自行設計。納濾裝置又由保安過濾器、高壓泵、膜組件、產水箱及在線儀表組成。采用GE公司的DK4040-F30納濾膜元件，其出廠標準穩定脫鹽率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，再經加壓泵加壓后流經超濾設備，經超濾設備處理后，產水經高壓泵加壓后流經納濾膜組件，淡水進入產水箱，濃水一部分循環至超濾設備前與進水混合被處理，剩余濃水排放，通過調整濃水排放量來調整系統回收率。

2.3　實驗方法

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

實驗采用恒流量運行，即在同一工況下系統進水流量、濃水回流量以及產水流量均保持恒定，通過在不同工況下運行壓力、二價離子截留率等參數分析納濾膜的運行性能。

2.4　儀器和分析方法

實驗儀器：SG23便攜式多參數水質分析儀，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結果與討論

3.1　GE超濾系統

GE超濾系統運行參數如表2所示。

表2　GE超濾運行參數

3.2　回收率的影響

3.2.1壓差

在不同回收率條件下監測膜運行壓差，結果見圖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較大外，其他回收率條件下的壓差曲線均比較穩定。借此可以判斷膜的污堵情況，從圖的數據來看，膜并未發生污堵。

3.2.2Ca2+截留率

計算不同回收率下Ca2+的截留率，結果見圖3。

圖3　不同回收率條件下Ca2+截留率變化曲線

由圖3可見，當進水Ca2+含量在55mmol/L左右時，隨著回收率的增加，濃水側的Ca2+濃度逐漸升高，產水側Ca2+含量也略有升高。該納濾膜對Ca2+的截留率最高可以達到99%以上，隨著回收率的增加，Ca2+的截留率呈降低趨勢。

3.2.3Mg2+截留率

計算不同回收率下Mg2+的截留率，結果見圖4。

圖4　不同回收率條件下Mg2+截留率變化曲線

由圖4可見，當進水Mg2+含量在65mmol/L時，經過納濾膜處理后，產水Mg2+可以降至2mmol/L左右，該納濾膜對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，濃水側的Mg2+含量逐漸升高，產水側的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結論

(1)DK4040-F30納濾膜性能穩定，在較長時間內對二價離子的截留性能不發生明顯變化；

(2)對火電廠脫硫廢水采用超濾-納濾進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，產水中Ca2+、Mg2+含量均符合軟水標準。

參考文獻：

[1]馬新靈,鄧德兵,向軍,等.燃煤電廠煙氣脫硫研究進展[J].華中電力,2002,15(6):69～72.

[2]許濤,張崗,高翔.大型燃煤發電廠鍋爐煙氣脫硫技術[J].湖北電力,2003,27(1):23～25.

[3]Xiao-Lin Wang,Toshinori Tsuru,Shin-ichi Nakao，et al.Electrolyte transport through nanofiltration membranes by the space-charge model and the comparison with Teorel-l Meyer-Sievers model[J].Membrane Sci,1995(103):117~133.

[4]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB/T 14640-2008工業循環冷卻水中鈉含量的測定原子吸收光譜法[S]. 北京:中國標準出版社,2008.

[5]中國國家標準化管理委員會. GB 6905.1-86鍋爐用水和冷卻水分析方法氯化物的測定摩爾法[S].北京：中國國家標準化管理委員會，1987.

[6]中華人民共和國化學工業部. GB/T15893.3-1995工業循環冷卻水中硫酸鹽的測定重量法[S]. 北京:中國標準出版社,1995.

[7]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. GB/T 14415-2007工業循環冷卻水和鍋爐用水中固體物質的測定[S]. 北京:中國標準出版社,2008.

[8]中國國家標準化管理委員會. GB 6909.1-86鍋爐用水和冷卻水分析方法硬度的測定高硬度[S]. 北京：中國國家標準化管理委員會，1987.

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