脫硫廢水方案選擇及工藝
1、概述
某2×350MW燃煤機(jī)組，脫硫工藝水采用機(jī)組循環(huán)水排污水和鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)反滲透濃水。脫硫廢水來(lái)源于煙氣濕法脫硫過(guò)程中吸收塔排放的部分廢水，吸收塔中的漿液在不斷循環(huán)的過(guò)程中，會(huì)逐漸富集固體懸浮物、微量重金屬元素、過(guò)飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物等雜質(zhì)。為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物質(zhì)的平衡和保證石膏質(zhì)量，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水來(lái)降低雜質(zhì)濃度，而雜質(zhì)中許多物質(zhì)為國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求嚴(yán)格控制的第一類(lèi)污染物，廢水處理不當(dāng)勢(shì)必給環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此脫硫廢水零排放是必然選擇。
2、脫硫廢水的性質(zhì)和特征
脫硫廢水的性質(zhì)和特征主要為：
1)脫硫廢水的pH值較低，一般為4~6.5，呈酸性，與漿液的pH相同或略高。
2)含大量的懸浮物，主要為石膏顆粒、SiO2、鋁和鐵的氫氧化物，懸浮物質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為8000~14300mg/L。
3)化學(xué)耗氧量(COD)通常為140~420mg/L。
4)含有大量的Cl-、SO42-、F-等陰離子。
5)含有微量的重金屬離子。一般含汞、鉛、鎳、鋅等重金屬以及砷、氟等非金屬污染物。
3、脫硫廢水水質(zhì)及處理后水質(zhì)要求
3.1 脫硫廢水零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)水水質(zhì)
3.2 脫硫廢水及零排放系統(tǒng)產(chǎn)水要求
4、脫硫廢水處理系統(tǒng)主要處理工藝技術(shù)比較
4.1 物理化學(xué)法：除硬、除濁處理
物化法工藝主要針對(duì)pH值、懸浮物、沉淀物及部分重金屬這些超標(biāo)項(xiàng)目進(jìn)行處理。通過(guò)曝氣、氧化、中和、沉淀、絮凝等方法去除脫硫廢水中的污染物。
物化法脫硫廢水處理主要由廢水處理、污泥處理和加藥處理等三個(gè)系統(tǒng)組成，包括均質(zhì)、中和、沉降、絮凝、濃縮澄清等幾個(gè)工序，主要設(shè)備有pH調(diào)節(jié)箱、反應(yīng)箱、絮凝箱、澄清池、凈水箱、污泥脫水機(jī)、水泵、攪拌器、刮泥機(jī)、化學(xué)藥品貯存及加藥裝置等，化學(xué)藥劑根據(jù)廢水流量及性質(zhì)自動(dòng)投加。
經(jīng)物理化學(xué)法處理后的廢水Cl-含量通常會(huì)達(dá)到10000-2000mg/L，不會(huì)降低。由于高濃度的Cl-對(duì)設(shè)備的腐蝕很?chē)?yán)重，利用難度很大，只能復(fù)用到灰場(chǎng)調(diào)濕等，難以真正做到重復(fù)利用不外排，因此此工藝一般不再單獨(dú)采用。
4.2 反滲透濃縮法
該方法是利用反滲透膜技術(shù)對(duì)脫硫廢水進(jìn)一步濃縮以減少外排水量。根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)，在去除水中顆粒、硬度后，可通過(guò)反滲透系統(tǒng)對(duì)脫硫廢水脫鹽處理，只有約30~40%的清水可以回收利用，但60~70%的反滲透濃水因進(jìn)一步濃縮而導(dǎo)致含鹽量進(jìn)一步提高而只能復(fù)用到灰場(chǎng)調(diào)濕等。難以真正做到重復(fù)利用不外排。
4.3 蒸發(fā)濃縮法
該工藝為先加入堿液，調(diào)整廢水pH值，再進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)。蒸發(fā)系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：熱輸入部分，熱回收部分、排熱部分、附屬系統(tǒng)部分。在鹽水加熱器內(nèi)，低壓蒸汽與在熱交換管內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)鹽水進(jìn)行熱交換，將循環(huán)鹽水加熱沸騰，經(jīng)過(guò)鹽水加熱器加熱沸騰的鹽水依次流過(guò)各個(gè)閃蒸室并在每個(gè)閃蒸室底部進(jìn)行閃蒸，蒸發(fā)出的水蒸汽通過(guò)除霧器，與安裝在蒸發(fā)器上部的熱交換管進(jìn)行熱交換，并冷凝下來(lái)。在熱回收部分，通過(guò)逐級(jí)提升熱交換管內(nèi)循環(huán)鹽水的溫度來(lái)回收凝結(jié)蒸汽的汽化潛熱;這樣可以獲得更高的熱效率。每級(jí)所得蒸汽凝結(jié)水由安裝在熱交換管下端的蒸餾水托盤(pán)收集起來(lái)并依次流到下一級(jí)蒸餾水托盤(pán)最終匯成淡水。在排熱部分，為了使排放出的濃鹽水溫度和環(huán)境溫度之差控制在8-10°之間，由注入排熱部分的新鮮廢水進(jìn)行冷卻。其中一部分廢水經(jīng)過(guò)除氣后進(jìn)入到排熱部分與此部分閃蒸后的濃鹽水進(jìn)行混合后，通過(guò)鹽水循環(huán)泵再輸送到熱回收部分進(jìn)行再循環(huán)。
經(jīng)過(guò)上述蒸發(fā)濃縮處理，40~45%的蒸餾水可至回用水池回用，但仍有55~60%左右的高濃鹽水排出，無(wú)合適的回用點(diǎn)復(fù)用。
4.4 煙道氣蒸發(fā)工藝
廢水煙道氣蒸發(fā)工藝是將脫硫廢水霧化后噴入空氣預(yù)熱器和電除塵器間的煙道，利用熱煙氣使廢水完全蒸發(fā)，廢水中的污染物轉(zhuǎn)化為結(jié)晶物或鹽類(lèi)等固體，隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集下來(lái)，從而除去污染物，實(shí)現(xiàn)污水的零排放。該技術(shù)常見(jiàn)的問(wèn)題是噴嘴結(jié)垢、堵塞，煙道壁結(jié)垢、積灰，另外處理水量不大，不能完全消化全部脫硫廢水。
4.5 蒸發(fā)結(jié)晶干燥處理
蒸發(fā)結(jié)晶干燥處理是先將經(jīng)脫硫廢水混凝澄清過(guò)濾處理后，成為清潔水，再經(jīng)加熱、濃縮、蒸發(fā)、干燥、霧化等，鹽水被干燥成為粉末，干鹽粉收集后工業(yè)化利用，除鹽水收集后回用的工藝。
要做到真正意義上的廢水零排放，廢水采用蒸發(fā)結(jié)晶干燥處理工藝是最佳選擇。蒸發(fā)結(jié)晶單元根據(jù)能源結(jié)構(gòu)可采用多效蒸發(fā)結(jié)晶工藝或者機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝。機(jī)械蒸汽壓縮結(jié)晶技術(shù)是利用蒸汽壓縮機(jī)，將廢水蒸發(fā)的低參數(shù)二次蒸汽提升為高參數(shù)蒸汽，也就是將電能轉(zhuǎn)化為熱能，再用來(lái)加熱廢水，換熱后的冷凝水回用。電耗約為：40kwh/m3，蒸汽只是啟動(dòng)及干燥器部分需少量蒸汽。
四校蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是用高參數(shù)新蒸汽加熱第一效蒸發(fā)器，新蒸汽冷凝水返回電廠(chǎng)疏水箱，一效二次蒸汽用來(lái)加熱二效蒸發(fā)器，以此類(lèi)推，直至四效，四效蒸發(fā)器二次汽通過(guò)冷凝器冷凝，所有二次汽冷凝水做到回用。整套系統(tǒng)傳熱推動(dòng)力依靠新蒸汽與真空泵之間的飽和蒸汽對(duì)應(yīng)的溫差。飽和蒸汽約0.29t/m3，總電耗15kwh/m3。綜合燃煤電廠(chǎng)蒸汽和電價(jià)情況，蒸發(fā)結(jié)晶單元采用機(jī)械蒸汽壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水真正的零排放。
5、脫硫廢水零排放水處理蒸發(fā)系統(tǒng)的選擇
根據(jù)以上脫硫廢水處理工藝的比較，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用預(yù)處理軟化+納濾分鹽+膜濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝
5.1 脫硫廢水零排放工藝流程
脫硫廢水進(jìn)入調(diào)節(jié)池寅雙堿法預(yù)處理裝置寅管式微濾膜裝置寅納濾分鹽寅膜濃縮減量裝置(RO)寅反滲透濃水進(jìn)入MVR蒸發(fā)濃縮結(jié)晶裝置構(gòu)成。
5.2 預(yù)處理軟化單元
5.2.1 采用“兩級(jí)混凝沉淀”工藝，為實(shí)現(xiàn)除濁除硬而又不引入新的鈣離子除濁采用PAC、PAM藥劑，除硬采用氫氧化鈉、碳酸鈉加藥;澄清設(shè)備采用機(jī)械澄清池，其對(duì)水量、水中離子濃度變化適應(yīng)性強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定，處理效率高。經(jīng)過(guò)預(yù)處理軟化單元去除脫硫廢水中的懸浮物、重金屬、硬度等雜質(zhì)離子，確保后續(xù)膜濃縮單元的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。
5.2.2 管式微濾膜單元。
經(jīng)兩級(jí)軟化的廢水通過(guò)泵送入管式微濾系統(tǒng)，在壓力和速度的驅(qū)使下，廢水通過(guò)管式微濾膜以錯(cuò)流過(guò)濾的方式，使懸浮固體物質(zhì)與液體分離。管式微濾系統(tǒng)采用內(nèi)壓式固液分離，管內(nèi)流速較高，顆粒不易積存在膜表面，清洗后通量幾乎可以恢復(fù)到100%，并且壽命較長(zhǎng)，出水直接進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，可以取代傳統(tǒng)的沉淀-過(guò)濾-超濾系統(tǒng)。無(wú)需投加藥劑過(guò)濾后出水清澈不夾帶微細(xì)懸浮物，濁度可達(dá)1.0NTU。
5.3 膜濃縮減量單元
5.3.1 納濾分鹽
由于納濾膜對(duì)COD具有有較高的耐受性，在化學(xué)軟化工藝后采用納濾-反滲透處理工藝。廢水通過(guò)納濾處理可以截留廢水中的大部分二價(jià)離子和部分一價(jià)離子，起到預(yù)濃縮的作用，同時(shí)產(chǎn)水的含鹽量以及鈣、鎂等易結(jié)垢組分含量明顯降低，有助于提高后續(xù)反滲透處理工藝的回收率以及運(yùn)行穩(wěn)定性，提高結(jié)晶鹽的品質(zhì)。如果納濾產(chǎn)進(jìn)入海水淡化膜，采用RO膜進(jìn)一步進(jìn)行減量。納濾濃水回到前池，硫酸根可通過(guò)形成硫酸鈣(石膏)回收去除，不需要得到硫酸鈉的結(jié)晶鹽。
5.3.2 反滲透(RO)濃縮。
反滲透膜濃縮單元50%左右產(chǎn)水(TDS<500mg/l)進(jìn)入回用水池回收利用，50%左右的濃縮液(TDS>100000mg/l)進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶，這樣減少了廢水量，降低蒸發(fā)結(jié)晶裝置投資費(fèi)用，減少處理成本投入。
5.4 蒸發(fā)結(jié)晶單元。
機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)適用于高鹽廢水的濃縮和結(jié)晶，常用的為降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，由蒸發(fā)器和結(jié)晶器兩單元組成。濃水經(jīng)濃水泵提升，送到機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器中進(jìn)行濃縮。經(jīng)蒸發(fā)器濃縮之后，濃鹽水再送到強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步濃縮結(jié)晶，將水中高含量的鹽分結(jié)晶成固體，出水回用，固體鹽分經(jīng)離心分離、干燥處理后由打包封裝，達(dá)到《GB/T5462-2003工業(yè)鹽》標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的精制工業(yè)鹽二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)固體廢物的綜合利用和減量處置。
