高鹽廢水零排放及分鹽技術的應用

李宏秀，范曉鵬，劉志江，李文杰

(1.華電水務控股股份有限公司，北京 100160； 2.蘇伊士水務技術(上海)有限公司，上海 200003； 3.中國華電集團公司天津分公司，天津 300203)

0 引言

當今環保要求日益嚴格，如何達到火電廠高鹽廢水零排放成為一個急需解決的主要問題。所謂廢水零排放,是指將廢水中的鹽類經過濃縮結晶，將形成的固體鹽作為化工原料，將分離制得的回用水作為循環水補充水，從而最大限度地保護自然水體環境，實現電廠經濟效益和社會效益的全面提升。

1 系統概況

華電包頭公司廢水零排放系統待處理的廢水主要是循環水排污水經深度處理后形成的反滲透濃水(以下簡稱反滲透濃水)、鍋爐補給水、凝結水精處理過程中的樹脂再生廢水和脫硫廢水三種廢水混合形成的高含鹽廢水。高鹽廢水的主要處理工藝及裝置為：化學軟化-管式微濾、濃縮減量(納濾NF、多段反滲透RO、碟管式反滲透DTRO)和結晶器[1]。

2 設計水量及水質

脫硫廢水、反滲透濃水和樹脂再生廢水形成的混合廢水合計約為120 m3/h，高鹽廢水水質指標見表1。水質特點：(1)Ca2+、Mg2+、SO42-濃度高；(2)SiO2的濃度較高。

鈣、鎂及二氧化硅等易結垢成分的去除反應如下：

Mg3Si4O10(OH)2↓ +3CaCO3↓+3CO2

Ca2++2HCO3-+2OH-=CaCO3↓+

2H2O+CO32-。

表1 高鹽廢水水質指標

3 處理工藝

3.1 化學軟化-管式微濾

高鹽廢水首先進入調節池，在調節池內添加一定量NaClO用于抑制微生物生長以達到殺菌效果；調節池出水進入第一反應池，在第一反應池內投加NaOH；在第二反應池內投加Na2CO3溶液或NaOH溶液，在反應池進行攪拌并進行pH監控，使水中的Ca、Mg、和Si等易結垢成分形成沉淀；經過反應后的水溢流到管式微濾膜的濃縮池內，用循環泵輸送到管式微濾膜進行固液分離，此時大流量廢水在濃縮池和管式膜之間循環，而部分管式膜透過水經pH調整后進入中間水池，送往后續處理系統；同時，為維持濃縮池內一定量的污泥濃度，部分濃縮液外排進入污泥緩沖池后，進入污泥脫水系統脫水，產生的

圖1 高鹽混合廢水化學軟化-管式微濾處理工藝流程

泥餅委外處理或直接填埋，濾液則回流到系統前端再次處理。工藝流程如圖1所示。

管式微濾膜工藝的技術優勢：

(1)不需沉淀和預過濾去除水中污染物，可直接進行過濾實現固體顆粒和液體的分離；

(2)在高pH條件下(pH>10)持續運行，有效去除Ca2+，Mg2+，Si2+等離子的沉淀以及有結垢傾向的Sr2+，Ba2+等離子成分(當Ca2+<10 mg/L，Mg2+<10 mg/L)；

(3)回收率高，僅有少量水由污泥帶走；

(4)無需大流量水反沖洗，自用水率很低。

3.2 濃縮減量

高鹽廢水經過化學軟化處理后，Ca2+，Mg2+，Si2+等易結垢成分明顯降低，但是化學軟化對廢水中COD(化學需氧量)去除效果較差。由于納濾膜對COD具有有較高的耐受性，在化學軟化工藝后采用納濾-反滲透處理工藝。廢水通過納濾處理可以截留廢水中的大部分二價離子和部分一價離子，起到預濃縮的作用，同時明顯降低產水的含鹽量以及Ca2+，Mg2+等易結垢組分含量，有助于提高后續反滲透處理工藝的回收率以及運行穩定性。納濾濃水可以采用碟管式反滲透(DTRO)進一步濃縮減量。工藝流程如圖2所示。

管式微濾系統產水送入中間水池，通過泵送入納濾NF處理系統，納濾回收率設計為85%，納濾濃水設計流速約為18 m3/h，總溶解固體TDS(total dissolved so lids)含量約73 600 mg/L；經DTRO(一)進行進一步濃縮減量，DTRO(一)系統設計回收率為55%，剩余8.1 m3/h的高鹽廢水需進行后續處理；納濾產水約102 m3/h進入RO系統進一步濃縮減量，RO系統設計回收率為85%，系統濃水產量約15.3 m3/h，TDS含量約為72 300 mg/L；經過DTRO(二)系統濃縮減量，系統設計回收率為50%，剩余濃水約7.65 m3/h需進一步處理。整個系統的產水回用。

3.3 蒸發結晶

高鹽廢水經DTRO系統處理后，含鹽量約為150～170 g/L。采用機械蒸汽再壓縮結晶技術進行蒸發結晶，分別獲得氯化鈉和硫酸鈉。

圖2 減量處理系統(納濾NF-多段式反滲透RO-碟管式反滲透DTRO)工藝流程

在強制循環結晶系統(簡稱MVR)中，結晶器閃蒸罐通過循環管連接列管式加熱器，循環泵將濃鹽水從閃蒸罐送至加熱器進行熱交換，經加熱器加熱后，循環進入到閃蒸罐，發生閃蒸、析出結晶鹽。過飽和濃鹽漿從循環管道抽出排至離心機進行固液分離。從離心機排出的固體鹽被回收或銷售(氯堿化工)。

蒸汽在閃蒸罐內積聚，經除霧分離器，進入蒸汽壓縮機。壓縮后的蒸汽隨后進入列管式加熱器的殼程。在此，蒸汽釋放潛熱給管程的濃鹽漿。蒸汽在殼程冷凝后，冷凝液經收集后由泵送至蒸餾水罐(工藝流程如圖3所示)。

圖3 蒸發結晶工藝流程圖

MVR技術優勢：

(1)物料循環利用，實現廢水零排放目標。結晶產生的固體鹽分可作為化工原料重復利用，蒸發冷凝水可作為循環水補給水回用。

(2)采用機械蒸汽再壓縮結晶技術，與傳統多效蒸發結晶器相比，不需要消耗大量蒸汽，節能降耗。

(3)通過預處理去除結垢物質，根據濃鹽漿的特性決定采用6%Mo材質，可降低設備的腐蝕，延長設備的使用壽命。

(4)系統布置緊湊、布局合理、易于檢修。

(5)自動化程度高，基本實現全自動運行。

4 產水與鹽品質

(1)經過上述工藝流程產生的回用水質(見表2)優于GB 50050—2007《工業循環冷卻水處理設計規范》要求[2]。

表2 回用水水質

(2)經過上述工藝流程的生產的氯化鈉品質(見表3)優于GB/T 5462—2015精制工業鹽一級標準[3]。

表3 氯化鈉結晶鹽品質 g/100 g

5 結論

應用高鹽廢水零排放技術，華電包頭公司每年可減少外排高鹽廢水約66萬噸，減少COD排放量約302噸，減少氨氮排放量約5.6噸，電廠廢水實現零排放，發電水耗可下降約8%，提高了水利用效率，對改善區域水環境質量具有積極作用，環境和社會效益非常顯著。同時，本技術的應用為后續火電廠廢水零排放工程積累了寶貴的經驗，對推動電廠廢水處理技術進步具有鮮明的現實意義。