燃煤電廠脫硫廢水零排放中試試驗(yàn)研究

談賓賓,李濱,金娟,馬宏國(guó),譚斌

(杭州上拓環(huán)境科技股份有限公司,浙江 杭州 311000)

燃煤電廠CaCO3-CaSO4濕法煙氣脫硫廢水中主要含有懸浮物(SS)、硫酸鹽(SO42-)、亞硫酸鹽(SO32-)、氯化物(Cl-)以及重金屬等污染物[1],其中重金屬是《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)要求嚴(yán)格控制排放的第一類污染物[2],目前燃煤電廠普遍采用的是“中和+沉淀+絮凝澄清+pH值回調(diào)”的傳統(tǒng)三聯(lián)箱處理工藝[3],該工藝因脫硫廢水水質(zhì)波動(dòng)大、加藥管道污堵、加藥泵故障等原因很難長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,也難以達(dá)標(biāo)排放,針對(duì)脫硫廢水的新技術(shù)新工藝的研究與開發(fā)顯得至關(guān)重要。為了解決傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝中存在的技術(shù)難點(diǎn),我司與國(guó)內(nèi)北方某集團(tuán)下屬燃煤電廠開展技術(shù)合作,對(duì)前期所研發(fā)的“兩級(jí)軟化+管式微濾膜(TMF)+電滲析(ED)+反滲透(RO)”高濃鹽水濃縮處理技術(shù)開展工業(yè)應(yīng)用性中試研究,以驗(yàn)證該工藝技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水零排放處理領(lǐng)域的可行性和合理性[4-7]。

1 脫硫廢水的水質(zhì)情況

脫硫廢水污染物濃度受燃料(煤種)、脫硫劑(石灰石)、工藝補(bǔ)充水水質(zhì)、脫硫島排放周期(間斷排放)等各種因素的影響,不僅不同電廠排放的脫硫廢水水質(zhì)差別大,即使同一電廠內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)所排放的脫硫廢水也千差萬別。進(jìn)入本中試系統(tǒng)的廢水雖然已經(jīng)過傳統(tǒng)脫硫廢水處理系統(tǒng)的處理,使得廢水中懸浮物、重金屬和總硬有所降低,但廢水中的Cl-、SO42-、溶解性總固體(TDS)仍較高,且對(duì)于本工藝而言,Ca2+和Mg2+還是未達(dá)到技術(shù)要求,這些離子的大量存在,易造成本中試系統(tǒng)工藝單元的結(jié)垢和污堵,影響本系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,因此,需要結(jié)合本中試工藝路線對(duì)廢水進(jìn)行一系列單元工藝的處理。下表1為本中試工作開展所在電廠脫硫廢水經(jīng)過傳統(tǒng)處理工藝后的出水水質(zhì)。

2 工藝路線及說明

本中試工藝路線主要由預(yù)處理單元、濃縮凈化單元組成,具體工藝流程如圖1所示。脫硫廢水三聯(lián)箱出水首先輸送至試驗(yàn)區(qū)調(diào)節(jié)池,進(jìn)行均質(zhì)化處理以保證進(jìn)入中試系統(tǒng)水質(zhì)的穩(wěn)定性,調(diào)節(jié)池中廢水輸送至1#反應(yīng)池后投加Ca(OH)2,并通過充分的機(jī)械攪拌使得藥劑與廢水混合反應(yīng)完全,1#反應(yīng)池中反應(yīng)后漿液輸送至沉淀池進(jìn)行沉淀,上清液溢流至2#反應(yīng)池,往2#反應(yīng)池中投加Na2CO3,也輔以機(jī)械攪拌使得藥劑與廢水充分混合反應(yīng)完全,隨后溢流至TMF系統(tǒng)濃縮池,通過TMF系統(tǒng)的高效處理,懸浮物被截留,產(chǎn)水進(jìn)入ED系統(tǒng),沉淀池和濃縮池底部均為錐底,通過氣動(dòng)隔膜泵定期排放污泥以保持沉淀池上清液清澈和濃縮池懸浮物濃度。ED系統(tǒng)濃室出水進(jìn)入濃水池,淡室出水進(jìn)入淡水池,淡水池中廢水經(jīng)過RO系統(tǒng)濃縮后濃縮液返回至調(diào)節(jié)池,產(chǎn)水通過產(chǎn)水池收集后回用或排放。

圖1 中試工藝流程

3 試驗(yàn)材料及方法

3.1 試驗(yàn)裝置及分析儀器

本中試系統(tǒng)主要包含設(shè)備如表2所示。

表2 中試系統(tǒng)所含主要工藝設(shè)備

本中試試驗(yàn)過程中所取各個(gè)工藝段水樣的分析檢測(cè)所包含的分析檢測(cè)儀器如表3所示。

表3 主要水樣分析檢測(cè)儀器

3.2 試驗(yàn)過程

脫硫廢水三聯(lián)箱出水首先恒流輸送至試驗(yàn)區(qū)調(diào)節(jié)池,進(jìn)行均質(zhì)化處理后輸送至1#反應(yīng)池并投加Ca(OH)2,通過充分的機(jī)械攪拌使得藥劑與廢水混合反應(yīng)完全,控制pH值在11.50,1#反應(yīng)池中反應(yīng)后漿液輸送至沉淀池充分沉淀,上清液溢流至2#反應(yīng)池,往2#反應(yīng)池中投加Na2CO3并輔以機(jī)械攪拌使得藥劑與廢水充分混合反應(yīng)完全,隨后溢流至TMF系統(tǒng)濃縮池,懸浮物被截留,控制產(chǎn)水的Ca2+質(zhì)量濃度在20 mg/L以下,進(jìn)入ED系統(tǒng),沉淀池和濃縮池底部均為錐底,通過氣動(dòng)隔膜泵定期排放污泥以保持沉淀池上清液清澈和濃縮池懸浮物濃度。ED系統(tǒng)濃室出水TDS達(dá)到200 000 mg/L后進(jìn)入濃水池,淡室出水TDS達(dá)到12 000 mg/L后進(jìn)入淡水池,淡水池中廢水經(jīng)過RO系統(tǒng)濃縮后濃縮液返回至調(diào)節(jié)池,產(chǎn)水通過產(chǎn)水池收集后回用或排放。

通過上述試驗(yàn)過程獲得預(yù)處理軟化加藥成本分析、ED系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和RO系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù),驗(yàn)證本中試工藝路線的技術(shù)可行性和穩(wěn)定性。

4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

4.1 預(yù)處理部分結(jié)果及分析

預(yù)處理軟化試驗(yàn)采用“Ca(OH)2+Na2CO3”加藥方式進(jìn)行批量式軟化,統(tǒng)計(jì)得到每批次處理水量、Ca(OH)2加藥量、Na2CO3加藥量如表4所示。

表4 軟化預(yù)處理水量和加藥濃度統(tǒng)計(jì)情況

脫硫廢水經(jīng)過兩級(jí)化學(xué)軟化后進(jìn)入TMF濃縮池,通過TMF系統(tǒng)的過濾去除軟化過程中形成的Mg(OH)2、CaCO3等懸浮物。通過分析TMF產(chǎn)水水質(zhì)情況,得到如表5所示結(jié)果。

表5 TMF產(chǎn)水水質(zhì)情況

由表5所示水質(zhì)結(jié)果可以看出,經(jīng)過“兩級(jí)軟化+TMF系統(tǒng)”過濾處理之后廢水中Ca2+、Mg2+、SiO2和SS等污染因子均得到有效去除,完全滿足ED系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求。

4.2 ED系統(tǒng)部分

將經(jīng)過兩級(jí)軟化處理并由TMF系統(tǒng)過濾去除懸浮物后的產(chǎn)水用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至6.00～7.50,作為ED系統(tǒng)試驗(yàn)用水。

4.2.1 操作電壓及電流

ED系統(tǒng)運(yùn)行過程中,膜堆控制操作電壓為55 V,每隔1 h分別記錄系統(tǒng)的操作電流、膜堆電壓、膜堆電流等數(shù)據(jù),最終計(jì)算膜電阻結(jié)果,得出運(yùn)行參數(shù)隨運(yùn)行時(shí)間變化如下圖2所示。

a.電壓;b.電流;c.電阻

從上圖2可以看出,在操作電壓維持不變的情況下,電流基本維持在11～16 A之間波動(dòng)變化,膜電阻隨著電流變化而呈反相關(guān)變化趨勢(shì),平均膜電阻為4.19 Ω。

4.2.2 濃室和淡室水質(zhì)分析結(jié)果

根據(jù)ED膜系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)淡室和濃室電導(dǎo)率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所得結(jié)果,可得到如下圖3所示淡室和濃室電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化趨勢(shì)。

圖3 ED膜淡室和濃室電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化

由上圖3可以看出隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)行,淡室電導(dǎo)率有所下降,下降至12.00 mS/cm左右后基本維持穩(wěn)定,濃室電導(dǎo)率上升至197.00 mS/cm以上后也能維持穩(wěn)定。

根據(jù)ED膜系統(tǒng)濃室、淡室所取水樣水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,匯總?cè)绫?和表7所示。

表6 ED膜淡室水質(zhì)情況

表7 ED膜濃室水質(zhì)情況

由上表6和表7可以看出,運(yùn)行穩(wěn)定后淡室TDS能保證在12 000 mg/L以下,濃室TDS能一直維持在200 000 mg/L以上。

4.2.3 ED膜噸水電耗分析

根據(jù)ED系統(tǒng)運(yùn)行電壓和電流數(shù)據(jù),結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行處理水量,經(jīng)過核算得到噸水處理能耗隨運(yùn)行時(shí)間變化趨勢(shì)如下圖4所示。

圖4 ED膜濃縮噸水電耗隨運(yùn)行時(shí)間變化

由上圖4可以看出,隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)行,噸水電耗先不斷升高,此時(shí)運(yùn)行情況尚不穩(wěn)定,處于運(yùn)行參數(shù)摸索階段,待穩(wěn)定后噸水電耗維持在6.00～6.50 kWh/m3范圍內(nèi),噸水平均電耗為6.75 kWh/m3左右。

4.3 RO系統(tǒng)部分

ED系統(tǒng)淡室TDS降至12 000 mg/L以下后所得料液作為RO系統(tǒng)的進(jìn)水,通過RO系統(tǒng)的濃縮處理得到濃縮液和產(chǎn)水,膜通量為15 LMH,回收率控制在70%～75%之間,濃縮液TDS與脫硫廢水保持一致,回流至調(diào)節(jié)池,產(chǎn)水可作為回用水進(jìn)行回用。

4.3.1 運(yùn)行壓力及壓差

反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過程中,分別記錄系統(tǒng)的運(yùn)行壓力、壓差變化情況,其結(jié)果分別如下圖5所示。

圖5 RO系統(tǒng)進(jìn)出膜壓力及壓差變化

設(shè)備運(yùn)行過程中,操作壓力出現(xiàn)不斷波動(dòng)的現(xiàn)象,經(jīng)過對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析,基本可以得出操作壓力的升高與濃水濃度的變化有關(guān),操作壓力與濃水電導(dǎo)率隨運(yùn)行時(shí)間變化趨勢(shì)如下圖6所示。

圖6 RO系統(tǒng)進(jìn)膜壓力和濃水電導(dǎo)隨時(shí)間變化

由上圖6可知,RO系統(tǒng)進(jìn)膜壓力的升高趨勢(shì)基本與濃水電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)吻合,說明壓力的升高原因是系統(tǒng)鹽分濃度引起的,并非是膜元件污堵所引起。

4.3.2 脫鹽率分析結(jié)果

本套反滲透系統(tǒng)簡(jiǎn)易流程圖如下圖7所示,其中各個(gè)流量說明如下:

圖7 RO裝置簡(jiǎn)易流程圖

根據(jù)上圖7及說明,可得出系統(tǒng)脫鹽率和單支膜脫鹽率計(jì)算公式如式(1)和(2)、(3)。

系統(tǒng)脫鹽率=(系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)-系統(tǒng)產(chǎn)水電導(dǎo))/系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)×100%

(1)

單支膜脫鹽率=(進(jìn)膜電導(dǎo)-產(chǎn)水電導(dǎo))/進(jìn)膜電導(dǎo)×100%

我國(guó)包括武隆在內(nèi)的大部分亟需脫貧的地區(qū)，基層社會(huì)自治水平有待提高，民間自治意識(shí)、自治能力和自治文化都需要逐步培養(yǎng)，這將是一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期艱難的過程。通過學(xué)習(xí)楓橋經(jīng)驗(yàn)、“三事分流”和“三社聯(lián)動(dòng)”等有代表性的基層治理方式，在脫貧后扶中，武隆區(qū)也需要循序漸進(jìn)推進(jìn)村民自治，讓鄉(xiāng)村治理重心下移，切實(shí)把資源、服務(wù)、管理放下去，培育服務(wù)性、公益性、互助性農(nóng)村社會(huì)組織，發(fā)展農(nóng)村社會(huì)工作和志愿服務(wù)，減少對(duì)農(nóng)村的考核評(píng)比、創(chuàng)建達(dá)標(biāo)、檢查督查，發(fā)揮好、維護(hù)好村民委員會(huì)、農(nóng)村集體經(jīng)濟(jì)組織、農(nóng)村合作經(jīng)濟(jì)組織的積極性和主動(dòng)性，從而有利于提高全區(qū)人民自發(fā)進(jìn)行基層治理的參與程度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定脫貧，避免再返貧。

(2)

進(jìn)膜電導(dǎo)=(系統(tǒng)進(jìn)水電導(dǎo)×Q1+系統(tǒng)濃水電導(dǎo)×Q4)/Q2

(3)

其中:Q1——系統(tǒng)進(jìn)水量,m3/h;

Q2——膜殼進(jìn)水量,m3/h;

Q3——系統(tǒng)產(chǎn)水量,m3/h;

Q4——系統(tǒng)循環(huán)量,m3/h;

Q5——膜殼出水量,m3/h;

由于膜系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備水量小,膜支數(shù)少(1～2支),系統(tǒng)實(shí)際處理水量無法達(dá)到8英寸膜元件所需的濃水流量(保證濃水側(cè)膜面流速),為了保證每套膜系統(tǒng)膜殼濃水側(cè)的流量,系統(tǒng)需設(shè)計(jì)循環(huán)回流(內(nèi)循環(huán)或外循環(huán)),本中試裝置均設(shè)置了在線循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)了內(nèi)循環(huán)。

根據(jù)反滲透膜系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)水、濃水、產(chǎn)水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果,分別按照公式(1)、(2)、(3)計(jì)算反滲透膜系統(tǒng)的脫鹽率,其結(jié)果如表8所示。

表8 RO膜系統(tǒng)脫鹽率情況

通過對(duì)RO膜系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析,RO膜系統(tǒng)脫鹽率隨運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的變化趨勢(shì)如下圖8所示。

圖8 RO膜系統(tǒng)運(yùn)行過程中脫鹽率的變化

通過上表8水樣檢測(cè)結(jié)果計(jì)算所得脫鹽率和圖8系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)計(jì)算所得脫鹽率基本保持一致,系統(tǒng)平均脫鹽率在97.27%以上,單支1#反滲透膜平均脫鹽率在99.24%左右。

5 結(jié)論

(1)利用“兩級(jí)軟化+TMF+ED+RO”對(duì)脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理和膜濃縮是切實(shí)可行的處理工藝。

(2)預(yù)處理段加藥成本約為72元/m3,預(yù)處理段的管式超濾膜的特殊結(jié)構(gòu)使得含高濃度懸浮物的水流透過膜后,再透過多孔支撐材料,進(jìn)入產(chǎn)水側(cè)(水得到澄清),被攔截的懸浮物在大流量沖刷下,不會(huì)富集于膜的表面,可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的絮凝沉淀或澄清工藝。

(3)ED系統(tǒng)對(duì)軟化預(yù)處理后的脫硫廢水濃縮試驗(yàn)表明,ED可將脫硫廢水的含鹽量濃縮至20%以上,RO系統(tǒng)的產(chǎn)水TDS在350 mg/L以下,系統(tǒng)運(yùn)行期間ED膜堆壓差沒有明顯變化,TMF和RO系統(tǒng)操作壓力和壓差沒有明顯升高,各單元系統(tǒng)污染較小,ED濃縮液可進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)或煙道蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行終端處理。