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高鹽化工廢水處理工藝分析

來源:      日期:2020/8/19 10:13:10


作者 | 王煥偉  治卿  張文耀  柳麗平

內蒙古電力科學研究院

內蒙古交通質監局


摘要:文章綜述了脫硫廢水的水質特點及脫硫廢水零排放的處理工藝;介紹了預處理單元、濃縮減量單元和固化單元的成熟技術,表明,各電廠要從自身實際出發,選取適合本企業的技術路線。

關鍵詞:脫硫廢水零排放;預處理單元;濃縮減量單元;固化單元

美國電力研究中心將火電廠全廠廢水零排放定義為“電廠不向地面水域排放任何形式的水,離開電廠的所有水都是以水蒸汽或在灰或渣中固化?!?017年1月10日生態環境部在《火電廠污染防治技術政策》中提出,脫硫廢水宜經石灰處理、混凝、澄清和中和等工藝處理后回用,鼓勵采用蒸發干燥或蒸發結晶等處理工藝,實現脫硫廢水零排放。

火力發電廠耗水量大,廢水排量大。尤其北方地區,水資源短缺,燃煤電廠利用各種技術對各類廢水進行回用,最大程度的從源頭上減少廢水產生量。對各類廢水按照水質高低分類,不用處理或簡單處理即可實現梯級回用,不但減少處理費用,而且節約水資源。燃煤電廠廢水分為以下4個階梯。第一階梯:城市中水、地表水和工業用水等;第二階梯:城市中水和部分再利用的中水(工業廢水和生活污水可用水處理)循環冷卻水;第三階梯:循環污水、再生水、反滲透濃水、沖煤廢水、渣水和脫硫工藝用水;第四階梯:脫硫廢水。其中,第四階段剩余的脫硫廢水是實現燃煤電廠廢水零排放的關鍵。

 

1脫硫廢水零排放技術

1.1  脫硫廢水的水質特點

第四階梯的脫硫廢水在煙道內被濃縮,成分復雜,污染物濃度高,具有以下特點。

1)高含鹽:溶解固體含量10000~40000mg/L,以SO42?,F?、Cl?、Mg2+Ca2+為主;

2)高濁度:懸浮物含量10000~30000mg/L,以飛灰、石膏晶粒、氟化鈣和酸不溶物為主;

3)高硬度:鈣、鎂離子濃度高,易結垢;

4)腐蝕性:氯含量20000mg/L左右,腐蝕性較強;

5)重金屬:包含鉛、鉻、鎘、銅、鋅、錳和汞等,污染性強;

6)不穩定:發電廠負荷波動、季節、煤質對脫硫廢水成分影響大。

脫硫廢水零排放工藝可以分為預處理單元、濃縮減量單元和固化單元。每個單元都有多種成熟技術可供比選。電廠可根據當地氣候條件,經濟預算,技術論證選取適合電廠本身的技術路線。

1.2預處理單元

預處理過程是實現脫硫廢水零排放的第一步,用于去除廢水中的部分懸浮物及硬度、重金屬離子。脫硫廢水常規預處理:中和/反應/絮凝三聯箱+澄清池。深度預處理:碳酸鈉/氫氧化鈉澄清池或管式微濾、納濾、電驅動膜。常規預處理方法操作相對簡單,費用低,處理能力有限,預處理出水硬度及重金屬離子濃度大,對后續設備運行不利。深度預處理出水水質效果良好,減少后續設備結垢,但是用于去除硬度使用的碳酸鈉用量大,費用高,有工藝用價格便宜的硫酸鈉代替碳酸鈉去除硬度,可以有效降低費用成本。

1.3濃縮減量單元

濃縮減量單元中的各種水處理技術現已應用廣泛,濃縮減量單元工藝的選取要依據固化單元可處理的水量。目前,脫硫廢水處理方法主要是膜濃縮工藝。常用的膜濃縮處理方法包括反滲透、正滲透、電滲析和蒸餾法,其中反滲透技術應用最為廣泛。

1.3.1反滲透

反滲透是自然滲透的逆過程。近幾十年來,該技術已經發展地較為成熟,并廣泛應用于純水和超純水制備,工業水、生活污水處理以及海水淡鹽水淡化領域。其缺點是廢水中雜質的沉積易導致膜污染,膜氧化后設備的處理能力降低,維護成本高。近年來,出現了幾種處理高鹽廢水的反滲透膜技術,如碟式反滲透(DTRO)技術,國電漢川電廠和華電包頭電廠正在應用此項技術。DTRO是一種特殊的反滲透形式,專門用于處理高鹽廢水,可以處理SDI值高達20的高污染水源,膜污染程度較輕。

1.3.2正滲透

正滲透方法與反滲透原理相反,屬于膜分離過程。正滲透利用溶液不同的化學勢,使脫硫廢水中的水分子自發的通過膜進入汲取液。脫硫廢水在不需要外部壓力的情況下被濃縮。汲取液吸收水分后,再通過加熱將水分蒸發分離出來。正滲透法的回收率可達85%~90%。正滲透技術具有節能、產水量大和回收率高、不易污染、難結垢等優點。技術難點在于選擇具有高水通量、耐酸堿性和良好機械性能的滲透膜,以及如何選擇能夠產生更高滲透壓的汲取液。1.3.3電滲析

通過半透膜的選擇滲透性分離不同溶質顆粒(如離子)的方法稱為滲析。在電場作用下進行滲析時,溶液中帶電溶質顆粒(如離子)通過膜遷移的現象稱為電滲析。通過電滲析純化和分離物質的技術稱為電滲析法,這是20世紀50年代開發的新技術。它最初用于海水淡化,現已廣泛應用于化工、輕工、冶金、造紙和制藥等行業,特別是純凈水的制備和環保三廢的處理。電滲析技術對進水要求高,脫鹽率低,電滲析交換過程中產生的鈣鎂離子會堵塞交換膜,限制了電滲析的發展。

1.3.3電滲析

電滲析過程是電化學過程和滲析擴散過程的結合;在外加直流電場的驅動下,利用離子交換膜的選擇透過性(即陽離子可以透過陽離子交換膜,陰離子可以透過陰離子交換膜),陰、陽離子分別向陽極和陰極移動。離子遷移過程中,若膜的固定電荷與離子的電荷相反,則離子可以通過;如果它們的電荷相同,則離子被排斥,從而實現溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析技術的優勢:電滲析膜使用壽命長,5年以上,最長可使用達10年;高濃縮倍數高(濃水側TDS可達20%以上),運行電耗低(噸水電耗在9-11度左右)且只需要消耗很少量化學藥品,投資運行成本;電滲析對原水的水質水量波動適應性更強,且濃縮液組成穩定,保證后續結晶或煙道噴灑系統的穩定運行;集成式系統,操作方便,占地面積小,可實現無人值守。

1.3.4蒸餾法

蒸餾法是利用廠內熱源,在蒸餾裝置內與脫硫廢水進行熱交換,使水蒸發冷凝后再利用,廢水濃縮。蒸餾裝置有多種類型,如多效蒸發器、臥式噴淋蒸發器和立式降膜蒸發器等多種型式。蒸餾法回收率較高,能回收80%~85%的廢水,該技術投資大,能耗高,必須特別注意高溫下的結垢和腐蝕。蒸餾法的設備材質多采用鈦材,防止腐蝕。

1.4固化單元

減量處理后的廢水進行固化處理,主要包括蒸發結晶法、蒸發塘及尾部煙氣蒸發法。

1.4.1多效強制循環蒸發系統(強制循環MED)

多效蒸發技術(MED)可多次重復使用蒸汽的熱量進行熱交換,以減少熱能消耗并降低成本。脫硫廢水在蒸發器中串聯加熱蒸發,前效蒸發產生的二次蒸汽作為后效蒸發器的熱源,重復利用熱能加熱,在結晶器內蒸發結晶實現固液分離,此技術比較成熟,但是能耗比較高。

1.4.2蒸汽濃縮蒸發(MVR蒸發系統)

MVR蒸發器是一種新型節能蒸發設備,主要用于制藥行業,采用低溫與低壓汽蒸技術產生蒸汽,蒸汽將脫硫廢水加熱后使水分離出來,是目前國際先進的蒸發技術。MVR蒸發結晶系統適用于高鹽廢水的濃縮和結晶。該技術充分利用熱焓值,占地面積小,運行成本低,但是投資大,設備造價高。

1.4.3自然蒸發結晶

蒸發塘的原理類似于海鹽的曬制,夏天蒸發量尚可,北方地區冬天結冰,蒸發量為零,容易泄露,污染周圍環境。因此蒸發塘模式受場地、氣候條件等限制,可實施性不強。類似的做法有通過濕排渣解決,但是受水量影響、排渣現狀限制。

1.4.4直接煙道蒸發法

直接煙道蒸發法是將高鹽脫硫廢水轉移到除塵器前煙道中,霧化的廢水在高溫煙道中迅速蒸發,廢水中的雜質、固體顆粒和灰分進入除塵器被捕獲。水蒸汽被回收再進入脫硫系統利用。該系統充分利用發電廠的余熱來實現廢水的零排放,優點:系統簡化,投資少,藥耗少,占用空間小,操作檢修簡單。缺點:處理廢水量有限;對鍋爐的熱效率可能有影響,可能影響熱負荷;霧化噴嘴容易被腐蝕堵塞。目前,煙道直接蒸發技術較多的應用在改造舊機組。

1.4.5外置旁路煙道蒸發法

外置旁路煙道蒸發法采用廢水高效節能蒸發結晶器,高鹽脫硫廢水噴入結晶器,用雙流體霧化噴嘴霧化。從空氣預熱器和脫硝出口之間的煙道引入少量高溫煙氣,以蒸發霧化廢水,產生的水蒸氣和晶體顆粒與煙氣一起進入低溫前煙道,固體顆粒隨飛灰被除塵器捕獲。水蒸汽進入脫硫系統并冷凝成水,間接補充脫硫系統用水。

1.4.6旁路煙氣余熱蒸發濃縮法

在除塵器之后脫硫塔之前引出旁路煙氣,煙氣與脫硫廢水在濃縮塔內直接換熱接觸,濃漿液通過壓濾機進行固液分離。底部的渣水通過大流量循環泵不斷循環濃縮,實現固液分離。該工藝的典型優點是利用了煙氣余熱,脫硫廢水無需預處理直接進入濃縮塔。

1.4.7振動膜法

振動膜主要由膜組和使膜組往復運動的振動機組成。在一定壓力下,脫硫廢水從入口處流到濃液口,脫硫廢水通過膜組捕獲鹽分,水分被收集。膜表面的往復振動在膜表面上產生強烈的剪切力,鹽難以留在膜表面,避免了膜表面結垢。優點:不需要預處理過程去除硬度。缺點:振動膜短時間不結垢,長時間運行可能存在結垢風險;清洗頻率高(系統應考慮備用設備);膜元件在長時間運行下的使用壽命。

我國雖然是一個水資源較為充足的國家,但是卻存在南北水資源分布不均的現狀,且可利用的水資源也是有限的,為此對高鹽化工廢水進行合理的處理并回收利用是很有現實意義的。但是高鹽廢水處理技術的選用也不能盲目進行,需要根據實際的鹽化工生產情況,來選擇技術成熟、經濟合理的處理工藝,以便實現廢水的高效回收,保障結晶鹽純度的提高,促進鹽化工企業的資源高效利用。

來源:《工藝與設備》作者:王貴

 

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