濕式石灰石-石膏法脫硫廢水軟化濃縮處理工藝比選分析

孫 丹

(寧夏京能寧東發(fā)電有限責(zé)任公司寧夏，銀川 750000)

0 引 言

濕式石灰石-石膏法脫硫廢水富集了大量的懸浮物、鹽份、重金屬等成分，極易造成工藝系統(tǒng)結(jié)垢、管道堵塞、腐蝕、重金屬中毒及水環(huán)境污染等事故發(fā)生，成為火電廠最難處理的廢水之一[1-2]。軟化、濃縮處理技術(shù)作為脫硫廢水終端固化處理前重要基礎(chǔ)，不僅大大降低脫硫廢水終端固化處理經(jīng)濟(jì)成本，還對節(jié)能減排有著重要的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。在當(dāng)前脫硫廢水處理工藝中，普遍采用了碳酸鈉-氫氧化鈉和石灰-碳酸鈉的“雙堿法”處理工藝，但鑒于“雙堿法”處理工藝存在鎂硬去除率低、鈣鎂沉淀產(chǎn)物(氫氧化鎂和碳酸鈣混合物)不可回收利用等缺陷。其次，脫硫廢水經(jīng)傳統(tǒng)的“雙堿法”絮凝、沉淀軟化處理工藝后，水體中懸浮物、重金屬等雜質(zhì)雖得到有效清除，但仍然殘存大量Cl-、F-等溶解性離子，較大地增加了脫硫廢水濃縮減量的經(jīng)濟(jì)成本與運(yùn)維負(fù)擔(dān)[3-5]。

脫硫廢水終端固化預(yù)處理工藝中積存大量Cl-、F-等溶解性離子，造成廢水終端固化處理工藝頻繁發(fā)生結(jié)垢、堵塞等問題。因此，脫硫廢水電滲析、碟管式反滲透及振動式反滲透等濃縮減量工藝得到廣泛的應(yīng)用示范與研究。本文將分別對石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾和氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式微濾膜(TMF)軟化處理工藝及電滲析、碟管式反滲透濃縮減量工藝的工藝參數(shù)、實(shí)施條件、經(jīng)濟(jì)性等環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)地理論探究與比選分析，為火電廠環(huán)保減排及廢水零排放的深度研究及工程示范提供重要理論依據(jù)。

1 脫硫廢水軟化處理工藝分析

鑒于脫硫廢水具有暫時硬度含量低、鈣、鎂離子永久硬度含量高的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的石灰處理或弱酸離子交換等處理工藝具有軟化效率較低、不滿足脫硫廢水軟化處理要求，于是“雙堿法”軟化、高纖過濾器或強(qiáng)陽離子交換聯(lián)合處理工藝便得到了廣泛性研究。由于陽離子交換工藝產(chǎn)生高鹽再生廢水難以處置，綜合考慮脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)，選擇氫氧化鈉(或石灰)-碳酸鈉聯(lián)合處理工藝，具有同時去除永久硬度和暫時硬度、一次性投資低、設(shè)備不易堵塞，出水水質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)[6-7]。根據(jù)研究現(xiàn)狀，行業(yè)內(nèi)主要有兩種組合處理工藝可用于脫硫廢水軟化處理工藝，具體分析如下：

1.1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾處理工藝

脫硫廢水經(jīng)廢水提升泵送至反應(yīng)沉淀池內(nèi)，在反應(yīng)沉淀池中混合器內(nèi)投加聚鐵(PFS)、石灰、碳酸鈉、助凝劑等藥劑，通過投加水處理藥劑來降低廢水中鎂離子、鈣離子和二氧化硅等鹽分，沉淀池出水經(jīng)管道混合器加入濃鹽酸調(diào)節(jié)pH值，pH調(diào)整后的廢水逐級自流進(jìn)入清水池，經(jīng)清水提升泵送入高效纖維過濾器內(nèi)，繼而進(jìn)一步去除廢水中的懸浮物等大顆粒物質(zhì)，最終的清水產(chǎn)水進(jìn)入中間水池。石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾器處理工藝具體流程如圖1所示。

圖1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝流程圖

1.2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式微濾膜(TMF)處理工藝

脫硫廢水經(jīng)廢水提升泵送入調(diào)節(jié)池內(nèi)，并添加適量的次氯酸鈉用于抑制微生物滋生，必要時還需投加適量酸液降低pH以滿足要求的殺菌效果。由圖2可見，脫硫廢水流經(jīng)調(diào)節(jié)池后經(jīng)配水井均勻送入反應(yīng)槽1內(nèi)，并在反應(yīng)槽1內(nèi)加入適度濃度的NaOH藥劑，從而提升廢水堿化程度；在反應(yīng)槽2內(nèi)加入Na2CO3溶液，對反應(yīng)槽進(jìn)行均勻攪拌，并加強(qiáng)pH監(jiān)控，促使廢水中的鈣、鎂等硬度成分形成沉淀。經(jīng)充分沉淀處理后的廢水溢流到管式微濾膜的濃縮池內(nèi)，并經(jīng)循環(huán)泵輸送至管式微濾膜進(jìn)行固液分離處理。經(jīng)管式微慮膜處理后部分水量送入中和池進(jìn)行pH調(diào)整。同時，為維持濃縮池內(nèi)一定量污泥濃度，需要將部分濃縮液定期排至污泥緩沖池內(nèi)，濃縮液經(jīng)初步靜置沉積后，將排泥送入污泥脫水系統(tǒng)，污泥被壓縮為泥餅外運(yùn)，濾液則回流至系統(tǒng)前端再次處理。本設(shè)計方案中管式微濾膜是本組合工藝最關(guān)鍵的部分，承擔(dān)著固液分離和向后端反滲透裝置輸送合格水的雙重功能。氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝具體流程如圖2所示。

圖2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝流程圖

1.3 軟化處理工藝比選分析

經(jīng)上述脫硫廢水聯(lián)合軟化處理工藝詳細(xì)分析，可見，采用傳統(tǒng)的石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理系統(tǒng)工藝流程較長，涉及的處理設(shè)施較多，運(yùn)行較為復(fù)雜。采用氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝時，經(jīng)過氫氧化鈉-碳酸鈉聯(lián)合軟化處理的廢水無需沉淀池、多介質(zhì)過濾等大型過濾設(shè)備處理便可以直接進(jìn)入微濾系統(tǒng)。管式微濾系統(tǒng)主要采用內(nèi)壓式固液分離的方式，具有管內(nèi)流速較高、顆粒不易沉積、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，但依然存在微濾膜污堵嚴(yán)重、有機(jī)物含量高的缺陷。石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝和氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝的具體分析見表1。

表1 脫硫廢水軟化沉淀處理工藝比較分析

石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝具有水質(zhì)適應(yīng)性廣、出水水質(zhì)佳等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在河源電廠等得到成功應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定。氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝具有占地面積小、自動化程度高、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，在蘭溪電廠、北京熱電廠脫硫廢水處理的中試試驗(yàn)中得到示范性應(yīng)用，但仍然存在微濾膜膜通量衰減嚴(yán)重、運(yùn)行穩(wěn)定性較差等缺陷，主要是因?yàn)槊摿驈U水中有機(jī)物含量較高，造成微濾膜污堵較嚴(yán)重。根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)分析結(jié)論，脫硫廢水中有機(jī)物含量(COD高達(dá)350 mg/L)較高，不宜選用管式微濾進(jìn)行脫硫廢水軟化處理。

2 脫硫廢水濃縮減量工藝技術(shù)分析

2.1 電滲析濃縮處理工藝

脫硫廢水經(jīng)軟化、沉淀處理后泵入電滲析裝置，在直流電場的引力作用下，通過直流電使水中陰陽離子在電場作用下分別向正負(fù)兩極遷移，利用離子交換膜選擇透過性的特點(diǎn)，即陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過，從而促進(jìn)陰陽離子高效分離，繼而實(shí)現(xiàn)了水體與鹽分的分離。電滲析裝置主要采用貴金屬涂敷復(fù)合材料作為兩端電極，該裝置具有電極使用壽命長、耐氧化、耐酸堿、抗腐蝕、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。目前電滲析處理技術(shù)仍然處于示范研究階段，未進(jìn)行廣泛推廣。電滲析工藝原理如圖3所示。

圖3 電滲析工作原理圖

2.2 疊管式反滲透(DTRO)濃縮處理工藝

疊管式反滲透(DTRO)裝置是專門用來處理高濃度廢水的膜組件設(shè)備，其核心技術(shù)是碟管式膜片、膜柱高壓滲透處理工藝。疊管式反滲透裝置一般由多支膜柱、膜片、高壓泵、循環(huán)泵及配套的管道閥門電控系統(tǒng)組成，其中膜片、導(dǎo)流盤和O型橡膠墊圈是疊管式反滲透裝置三個重要組成元件。疊管式反滲透裝置克服了一般反滲透裝置在處理滲濾液時容易堵塞的缺點(diǎn)，具有抗污染能力強(qiáng)、使用壽命長、膜污染較輕、清洗周期長、易于清洗和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時具有投資成本高、脫鹽效率相對較低，產(chǎn)生淡水含鹽量高的缺陷。

2.3 濃縮處理工藝比選分析

經(jīng)上述脫硫廢水電滲析及疊管式反滲透濃縮減量處理工藝的理論探究，電滲析裝置具有電極使用壽命長、耐氧化、耐酸堿、抗腐蝕、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用研究[8]。相反，疊管式反滲透裝置具有抗污染能力強(qiáng)、使用壽命長、膜污染較輕、清洗周期長、易于清洗和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，同時具有投資成本高、脫鹽效率相對較低的缺陷，在應(yīng)用推廣中的局限性較大。電滲析和疊管式反滲透技術(shù)比較分析見表2。

表2 電滲析和DTRO處理技術(shù)比較分析

3 結(jié)束語

綜上所述，通過對脫硫廢水石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾、氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF聯(lián)合軟化處理工藝及電滲析、疊管式反滲透濃縮減量處理技術(shù)的工藝原理、工藝流程進(jìn)行詳細(xì)歸納，并分別從處理效果、運(yùn)行要求、投資及經(jīng)濟(jì)成本等因素進(jìn)行了比較與分析?？梢姡摿驈U水氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF軟化處理技術(shù)相對石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾技術(shù)較成熟、投資成本及運(yùn)維成本相對較低。脫硫廢水電滲析濃縮減量技術(shù)相對疊管式反滲透濃縮減量技術(shù)優(yōu)點(diǎn)更為突出，但尚未在行業(yè)內(nèi)取得應(yīng)用業(yè)績，值得進(jìn)一步深入研究與推廣示范。