燃煤電廠脫硫廢水濃縮技術(shù)
燃煤電廠一般包括循環(huán)水排污水、化學(xué)廢水、脫硫廢水、渣水、含煤廢水和生活污水等。燃煤電廠深度節(jié)水思路一般將循環(huán)水排污水、生活污水、化學(xué)廢水作為脫硫的工藝用水，脫硫廢水成為燃煤電廠水質(zhì)最復(fù)雜最難處理的一類廢水，脫硫廢水零排放是全廠廢水零排放的關(guān)鍵。
目前，脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括蒸發(fā)結(jié)晶和煙氣蒸發(fā)。為降低蒸發(fā)結(jié)晶的投資和運行費用，脫硫廢水水量與煙氣蒸發(fā)水量相匹配，需對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，降低末端廢水水量，因此，濃縮減量是脫硫廢水零排放的基礎(chǔ)。
本研究對某燃煤電廠脫硫廢水進(jìn)行了分步二級軟化-超濾-反滲透濃縮處理。在膜濃縮前對脫硫廢水軟化預(yù)處理，降低致垢性物質(zhì)含量，以保證后續(xù)膜系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。產(chǎn)水可作為鍋爐補給水系統(tǒng)水源，為實現(xiàn)脫硫廢水零排放工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
1、實驗部分
1．1 材料與儀器
Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3、聚合硫酸鐵(PFS)均為分析純；脫硫廢水，某電廠脫硫系統(tǒng)廢水旋流器出水上清液，主要水質(zhì)指標(biāo)見表1。
SevenGoDuoTM便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀；multiN/C-3100TOC分析儀；SPECOＲD-210紫外可見分光光度計；XS105分析天平；2100Q濁度儀；DHG9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；超濾試驗臺，自制(UEOS-503的超濾膜)；高壓反滲透試驗臺，自制，SW30HＲLE-4040的海水反滲透膜元件。
1．2 實驗方法
1．2．1 Ca(OH)2、NaOH軟化實驗
量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實驗劑量的Ca(OH)2、NaOH，以200r/min的速度攪拌60min，靜沉60min，過濾上清液分析水質(zhì)。
1．2．2 分步二級軟化實驗
量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實驗劑量的Ca(OH)2，以200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌45min。加入實驗劑量的聚合硫酸鐵(PFS)，繼續(xù)反應(yīng)15min后，靜置30min，取上清液，再加入實驗劑量的Na2CO3，200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，靜置30min。過濾上清液分析水質(zhì)。
1．2．3 超濾(UF)實驗
采用外壓式中空纖維膜元件，運行方式為死端過濾，運行模式為:過濾→反洗→沖洗，過濾周期為30min，進(jìn)水流量2．5L/h，分析產(chǎn)水濁度，并記錄膜兩側(cè)壓差。
1．2．4 反滲透(RO)實驗
采用濃水回流的運行模式，RO設(shè)計回收率為45%條件下運行，實驗過程中通過調(diào)節(jié)濃水回流閥和調(diào)壓閥，控制運行過程中的濃水回流量和系統(tǒng)運行壓力，在實驗工況運行穩(wěn)定后，通過分析膜系統(tǒng)壓差及濃水側(cè)致垢離子含量變化來評價膜運行的穩(wěn)定性，同時對膜產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析。運行過程中控制RO膜系統(tǒng)的進(jìn)、產(chǎn)水流量恒定。
1．3 分析方法
水質(zhì)分析方法采用標(biāo)準(zhǔn)法測定。
2、結(jié)果與討論
2．1 軟化預(yù)處理
2．1．1 Ca(OH)2、NaOH劑量優(yōu)化
不同Ca(OH)2和NaOH加藥量條件下出水鈣硬和鎂硬見表2。
由表2可知，隨Ca(OH)2和NaOH加藥量增加，出水鎂硬均逐漸降低，Ca(OH)2和NaOH最佳加藥量分別為28，29g/L，NaOH軟化出水水質(zhì)優(yōu)于Ca(OH)2，在NaOH除Mg2+過程中，Ca2+被協(xié)同去除，無需投加Na2CO3。加入NaOH快速生成的Mg(OH)2沉淀是一種絮狀的膠體，極難沉降，SV60約99．5%；加入Ca(OH)2生成Mg(OH)2的反應(yīng)速度慢，生成Mg(OH)2的沉降效果較好，SV60約25%。因此，后續(xù)實驗采用Ca(OH)2軟化。
2．1．2 二級軟化加藥方式優(yōu)化
脫硫廢水傳統(tǒng)二級軟化模式采用加入Ca(OH)2或NaOH，反應(yīng)一段時間后，再加入Na2CO3，繼續(xù)反應(yīng)后靜置澄清。傳統(tǒng)模式可能存在以下兩個問題:①在這個過程中，Mg(OH)2膠體的存在會降低Na2CO3除鈣效率；②生成的固體產(chǎn)物為Mg(OH)2和CaCO3混合物，無法再利用。傳統(tǒng)二級軟化模式和分步二級軟化模式軟化效果見表3。
由表3可知，在Ca(OH)2和Na2CO3加藥量分別為28g/L和26g/L條件下，分步二級軟化模式可顯著提高鈣硬和硅的去除率，鈣硬和全硅分別下降了53．02mmol/L和11．09mg/L。而且，第1步反應(yīng)沉淀物主要為Mg(OH)2，可作為制Mg(OH)2原料；第2步反應(yīng)沉淀物主要為CaCO3，可直接廠內(nèi)回用作為脫硫劑使用。
2．1．3 Na2CO3劑量優(yōu)化
Ca(OH)2加藥量28g/L條件下，不同Na2CO3加藥量下出水硬度見表4。
由表4可知，隨Na2CO3加藥量增加，出水鈣硬和總硬降低，在Na2CO3加藥量26g/L時，出水總硬小于1．0mmol/L，繼續(xù)加大Na2CO3加藥量，硬度基本不變。因此，Na2CO3加藥量選擇26g/L。Ca(OH)2-Na2CO3二級軟化對鈣硬和總硬去除率均高于99%。
2．2 UF實驗研究
UF實驗水源采用Ca(OH)2-Na2CO3軟化澄清出水，調(diào)節(jié)pH為7．5左右。在UF膜元件實驗連續(xù)運行的700min內(nèi)，運行壓力穩(wěn)定在47～58kPa范圍內(nèi)，總體較為穩(wěn)定，表明UF膜未發(fā)生污堵。UF進(jìn)出水濁度見圖1。
由圖1可知，原水濁度為7．23～7．55NTU，UF產(chǎn)水濁度在0．37～0．48NTU，小于1．0NTU；UF產(chǎn)水SDI為2．80(表5)，小于3．0，達(dá)到RO膜進(jìn)水水質(zhì)要求。
2．3 RO實驗研究
將軟化-UF產(chǎn)水作為RO進(jìn)水，在RO產(chǎn)水通量為17L/(m2?h)條件下進(jìn)行實驗，回收率為45%。2．3．1 RO運行性能在RO系統(tǒng)回收率45%的運行條件下，對RO運行壓力、壓差進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果見圖2。
由圖2可知，RO系統(tǒng)進(jìn)水壓力穩(wěn)定在6．6～6．8MPa，實驗運行期間系統(tǒng)壓差在18．7～22．2kPa之間波動，無明顯升高現(xiàn)象，說明運行期間RO系統(tǒng)運行狀況較為穩(wěn)定。RO系統(tǒng)脫鹽率十分穩(wěn)定，均在99．20%以上。
2．3．2 RO產(chǎn)水和濃水水質(zhì)
RO系統(tǒng)連續(xù)運行72h內(nèi)，不同時間段24，48h和72h濃水、產(chǎn)水水質(zhì)見表6。
由表6可知，RO產(chǎn)水含鹽量為414mg/L(平均值)，Cl-含量200～240mg/L，產(chǎn)水側(cè)鈣、鎂基本上被完全去除，產(chǎn)水TOC含量很低。由此可見，RO產(chǎn)水品質(zhì)較高，可以滿足鍋爐補給水系統(tǒng)對水源水質(zhì)的要求。
由表6可知，回收率45%時，RO濃水含鹽量達(dá)到68595mg/L(平均值)。由于脫硫廢水經(jīng)過二級軟化處理，硬度離子和全硅以及硫酸鹽大部分被去除，所以濃水側(cè)的總硬≤3mmol/L，SO42-≤3300mg/L，全硅≤22mg/L；但Cl-含量達(dá)到36000～39000mg/L。由此可見，RO濃水中的鹽分主要為NaCl，此外還有少量的Na2SO4。
連續(xù)運行期間濃水側(cè)的鈣硬、SO42-含量穩(wěn)定，說明無明顯CaSO4結(jié)垢。TOC的變化情況通常可以用來判斷膜表面的有機物污堵情況，連續(xù)運行期間濃水側(cè)TOC含量在173～170mg/L之間波動，產(chǎn)水側(cè)TOC含量在1．68～1．84mg/L之間小幅波動，產(chǎn)水和濃水側(cè)TOC含量比較穩(wěn)定，并且兩者總量與進(jìn)水TOC總量相當(dāng)，說明膜表面未發(fā)生明顯的有機物污堵現(xiàn)象。
2．4 脫硫廢水濃縮工藝路線
根據(jù)實驗研究，提出脫硫廢水濃縮工藝路線如圖3所示。主要包括反應(yīng)沉淀池、UF系統(tǒng)和RO系統(tǒng)。該工藝方案采用分步二級軟化工藝去除脫硫廢水中致垢離子以提高后續(xù)膜回用工藝的穩(wěn)定性；預(yù)處理后脫硫廢水采用RO進(jìn)行脫鹽回用，RO產(chǎn)水作為鍋爐補給水系統(tǒng)水源，RO濃水進(jìn)后續(xù)固化系統(tǒng)。整套工藝方案中各系統(tǒng)自用水均完全回收，系統(tǒng)排水僅為RO濃水。并且通過分步二級軟化提高了軟化效率，同時可實現(xiàn)軟化污泥的資源化利用。該電廠脫硫廢水水量最大10m3/h，整套方案系統(tǒng)回收率45%，RO濃水5．5m3/h。通過電滲析或疊管式反滲透(DTRO)濃縮進(jìn)一步降低末端廢水水量，對蒸發(fā)結(jié)晶和煙氣蒸發(fā)意義不大，但是會增加膜濃縮的投資和運行成本。
3、結(jié)論
(1)采用Ca(OH)2-Na2CO3分步二級軟化可提高軟化效率。Ca(OH)2和Na2CO3最佳加藥量分別為28，26g/L，噸水軟化藥劑費用約58元。
(2)采用RO工藝對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，濃縮后末端廢水量降至5．5m3/h；RO產(chǎn)水水質(zhì)可滿足鍋爐補給水補水要求，可作為鍋爐補給水系統(tǒng)水源。膜系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無明顯的污堵現(xiàn)象。（來源：西安熱工研究院有限公司，上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院）