脫硫廢水方案選擇及工藝
1、概述
某2×350MW燃煤機組，脫硫工藝水采用機組循環(huán)水排污水和鍋爐補給水處理系統(tǒng)反滲透濃水。脫硫廢水來源于煙氣濕法脫硫過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)的過程中，會逐漸富集固體懸浮物、微量重金屬元素、過飽和亞硫酸鹽、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降低雜質(zhì)濃度，而雜質(zhì)中許多物質(zhì)為國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求嚴(yán)格控制的第一類污染物，廢水處理不當(dāng)勢必給環(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)計來水水質(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pH值、懸浮物、沉淀物及部分重金屬這些超標(biāo)項目進行處理。通過曝氣、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系統(tǒng)組成，包括均質(zhì)、中和、沉降、絮凝、濃縮澄清等幾個工序，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、水泵、攪拌器、刮泥機、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)自動投加。
經(jīng)物理化學(xué)法處理后的廢水Cl-含量通常會達(dá)到10000-2000mg/L，不會降低。由于高濃度的Cl-對設(shè)備的腐蝕很嚴(yán)重，利用難度很大，只能復(fù)用到灰場調(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采用。
4.2 反滲透濃縮法
該方法是利用反滲透膜技術(shù)對脫硫廢水進一步濃縮以減少外排水量。根據(jù)脫硫廢水水質(zhì)特點，在去除水中顆粒、硬度后，可通過反滲透系統(tǒng)對脫硫廢水脫鹽處理，只有約30~40%的清水可以回收利用，但60~70%的反滲透濃水因進一步濃縮而導(dǎo)致含鹽量進一步提高而只能復(fù)用到灰場調(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，再進入蒸發(fā)系統(tǒng)。蒸發(fā)系統(tǒng)主要分為四個部分：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)流動的循環(huán)鹽水進行熱交換，將循環(huán)鹽水加熱沸騰，經(jīng)過鹽水加熱器加熱沸騰的鹽水依次流過各個閃蒸室并在每個閃蒸室底部進行閃蒸，蒸發(fā)出的水蒸汽通過除霧器，與安裝在蒸發(fā)器上部的熱交換管進行熱交換，并冷凝下來。在熱回收部分，通過逐級提升熱交換管內(nèi)循環(huán)鹽水的溫度來回收凝結(jié)蒸汽的汽化潛熱;這樣可以獲得更高的熱效率。每級所得蒸汽凝結(jié)水由安裝在熱交換管下端的蒸餾水托盤收集起來并依次流到下一級蒸餾水托盤最終匯成淡水。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行冷卻。其中一部分廢水經(jīng)過除氣后進入到排熱部分與此部分閃蒸后的濃鹽水進行混合后，通過鹽水循環(huán)泵再輸送到熱回收部分進行再循環(huán)。
經(jīng)過上述蒸發(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，無合適的回用點復(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)晶物或鹽類等固體，隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集下來，從而除去污染物，實現(xiàn)污水的零排放。該技術(shù)常見的問題是噴嘴結(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)晶工藝或者機械蒸汽壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝。機械蒸汽壓縮結(jié)晶技術(shù)是利用蒸汽壓縮機，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疏水箱，一效二次蒸汽用來加熱二效蒸發(fā)器，以此類推，直至四效，四效蒸發(fā)器二次汽通過冷凝器冷凝，所有二次汽冷凝水做到回用。整套系統(tǒng)傳熱推動力依靠新蒸汽與真空泵之間的飽和蒸汽對應(yīng)的溫差。飽和蒸汽約0.29t/m3，總電耗15kwh/m3。綜合燃煤電廠蒸汽和電價情況，蒸發(fā)結(jié)晶單元采用機械蒸汽壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝，實現(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“兩級混凝沉淀”工藝，為實現(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)備采用機械澄清池，其對水量、水中離子濃度變化適應(yīng)性強，處理效果穩(wěn)定，處理效率高。經(jīng)過預(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)定運行。
5.2.2 管式微濾膜單元。
經(jīng)兩級軟化的廢水通過泵送入管式微濾系統(tǒng)，在壓力和速度的驅(qū)使下，廢水通過管式微濾膜以錯流過濾的方式，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，出水直接進入反滲透系統(tǒng)，可以取代傳統(tǒng)的沉淀-過濾-超濾系統(tǒng)。無需投加藥劑過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。廢水通過納濾處理可以截留廢水中的大部分二價離子和部分一價離子，起到預(yù)濃縮的作用，同時產(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行穩(wěn)定性，提高結(jié)晶鹽的品質(zhì)。如果納濾產(chǎn)進入海水淡化膜，采用RO膜進一步進行減量。納濾濃水回到前池，硫酸根可通過形成硫酸鈣(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)進入回用水池回收利用，50%左右的濃縮液(TDS>100000mg/l)進入后續(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)晶裝置投資費用，減少處理成本投入。
5.4 蒸發(fā)結(jié)晶單元。
機械蒸汽再壓縮蒸發(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，送到機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器中進行濃縮。經(jīng)蒸發(fā)器濃縮之后，濃鹽水再送到強制循環(huán)結(jié)晶器系統(tǒng)進行進一步濃縮結(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)鹽二級標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)固體廢物的綜合利用和減量處置。
