燃煤電廠脫硫廢水濃縮處理RESALT技術(shù)

　　燃煤電站高鹽廢水主要有3種，即脫硫廢水、離子交換樹脂再生酸堿廢水以及經(jīng)過濃縮后的循環(huán)水排污水。高鹽廢水水量通常較大，直接進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶投資與運(yùn)行成本過高，而采用煙道霧化蒸發(fā)或旁路煙道蒸發(fā)工藝又難以完全消納，因此需要進(jìn)行濃縮減量?，F(xiàn)有的濃縮技術(shù)碟管式反滲透(DTRO)、電滲析(ED)、正滲透(FO)以及蒸汽機(jī)械壓縮(MVC)均有應(yīng)用并各具特點(diǎn)，但投資與運(yùn)行成本都比較高，一定程度上影響了廢水“零排放”處理改造工程的實(shí)施進(jìn)度。

　　對(duì)于DTRO、ED、FO等高鹽廢水深度濃縮處理工藝，為了避免廢水濃縮過程中膜系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢，對(duì)進(jìn)水硬度要求較高，通常需要對(duì)進(jìn)水進(jìn)行加藥軟化處理。加藥軟化處理一方面顯著增加了廢水處理的藥劑成本，另一方面使得廢水處理流程延長(zhǎng)、系統(tǒng)復(fù)雜，影響廢水處理系統(tǒng)整體的運(yùn)行穩(wěn)定性。

　　離子重組(RESALT)技術(shù)是在電滲析技術(shù)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的一種電化學(xué)膜處理技術(shù)，通過特殊的陰陽(yáng)離子膜的布置方式和系統(tǒng)運(yùn)行方式，能夠?qū)U水中的鈣離子和硫酸根離子分開而避免形成硫酸鈣垢，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)廢水的濃縮減量。本文通過在華電萊州發(fā)電有限公司的現(xiàn)場(chǎng)中試，研究了RESALT技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水濃縮減量處理中的性能，考察了RESALT系統(tǒng)對(duì)不同水質(zhì)情況下的脫硫廢水濃縮減量處理效果，并分析了RESALT系統(tǒng)運(yùn)行的電耗情況。

　　1、RESALT技術(shù)原理簡(jiǎn)介

　　RESALT廢水濃縮裝置(RESALT裝置)工作原理如圖1所示，其有4個(gè)主要進(jìn)水通道，每個(gè)通道之間由具有選擇透過性的陰陽(yáng)離子膜隔開。陰離子膜只讓陰離子通過，而陽(yáng)離子膜只讓陽(yáng)離子通過。有結(jié)垢傾向的脫硫廢水從①號(hào)通道進(jìn)入RESALT裝置，②號(hào)和③號(hào)通道分別進(jìn)補(bǔ)充水和NaCl鹽水。在電場(chǎng)的作用下，脫硫廢水中陰陽(yáng)離子定向遷移，陰離子往陽(yáng)極遷移，陽(yáng)離子往陰極遷移。陰陽(yáng)離子在遷移的過程中選擇性地通過具有特異選擇性的陰陽(yáng)離子膜。RESALT裝置的④號(hào)通道出水主要是氯化鈉和硫酸鈉濃鹽水，①號(hào)通道出水為淡水，可直接回用，②號(hào)通道出水主要是氯化物濃鹽水，③號(hào)通道里的水在RESALT濃縮裝置中內(nèi)部循環(huán)，主要含有NaCl。

　　脫硫廢水經(jīng)過RESALT濃縮裝置的處理產(chǎn)生3路水，即淡水、含有NaCl、Na2SO4的濃鹽水及含有NaCl、CaCl2、MgCl2的濃鹽水，從而將SO₄^2–離子與Ca2+離子分開，避免形成CaSO4垢，使得脫硫廢水的濃縮減量無須進(jìn)行加藥軟化預(yù)處理。

　　2、取樣及分析方法

　　2.1 取樣方法

　　試驗(yàn)運(yùn)行過程中，分別對(duì)脫硫廢水、脫硫廢水預(yù)處理系統(tǒng)出水、RESALT濃縮裝置產(chǎn)出的淡水和2路濃水進(jìn)行采樣，各水樣取3個(gè)平行樣。同時(shí)，通過測(cè)量脫硫廢水進(jìn)水水量和淡水水量計(jì)算系統(tǒng)回收率，通過讀取電表示數(shù)和處理水量，計(jì)算水處理電耗。

　　脫硫廢水首先進(jìn)入預(yù)處理系統(tǒng)，去除大部分重金屬、硅、氟和懸浮物(預(yù)處理系統(tǒng)包括三聯(lián)箱和管式微濾系統(tǒng))，然后進(jìn)入RESALT設(shè)備的①號(hào)通道，向②號(hào)、④號(hào)通道加入適量自來水，向③號(hào)通道加入適量NaCl溶液。①號(hào)通道的出水(淡水)可作為循環(huán)冷卻塔用水或脫硫塔給水。④號(hào)通道產(chǎn)水需再經(jīng)納濾處理，納濾產(chǎn)水回流至③號(hào)通道進(jìn)水處，剩余約10%為含硫酸鈉的濃鹽水。③號(hào)通道的出水全部回流至④號(hào)通道進(jìn)水中，同時(shí)往④號(hào)通道中加入適量的自來水。②號(hào)通道的出水經(jīng)電滲析系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮處理，得到氯化物濃鹽水，電滲析產(chǎn)水全部回流至②號(hào)通道進(jìn)水中，同時(shí)向②號(hào)通道加入適量的自來水。包括RESALT裝置在內(nèi)的脫硫廢水處理工藝流程如圖2所示。

　　RESALT裝置回收率通過式(1)計(jì)算。

　　式中：R為回收率，%，Q1為淡水量，m3/h，Q2為脫硫廢水進(jìn)水量，m3/h。

　　2.2 分析方法

　　水樣的分析指標(biāo)主要為電導(dǎo)率、硫酸根(SO₄^2–)、氯離子(Cl–)、鈣離子(Ca2+)、鎂離子(Mg2+)、鈉離子(Na+)。電導(dǎo)率通過電導(dǎo)率儀(polymetron9125型)測(cè)定，SO₄^2–的測(cè)定采用鉻酸鋇分光光度法(HJ/T342—2007)，Cl–的測(cè)定采用硝酸銀滴定法(GB/T11896—1989)，Ca2+和Mg2+測(cè)定采用原子吸收分光光度法(GB11905—1989)，Na+測(cè)定采用火焰原子吸收分光光度法(GB/T11904—1989)。

　　3、試驗(yàn)結(jié)果及討論

　　中試RESALT裝置的處理能力為3~4m3/h，脫硫廢水經(jīng)過沉淀、砂濾以及超濾預(yù)處理后進(jìn)入RESALT裝置進(jìn)行處理。中試試驗(yàn)對(duì)3種不同水質(zhì)的脫硫廢水進(jìn)行濃縮減量處理，脫硫廢水中的Cl–質(zhì)量濃度分別為4260mg/L、7810mg/L和21300mg/L。試驗(yàn)采用序批式進(jìn)水方式，每種脫硫廢水試驗(yàn)20個(gè)批次。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

　　3.1 試驗(yàn)結(jié)果

　　根據(jù)表1結(jié)果，分述3種脫硫廢水經(jīng)過RESALT裝置處理的情況。

　　3.1.1 第1種脫硫廢水

　　(1)處理后所得淡水Cl–質(zhì)量濃度為120mg/L，完全可以回用作脫硫工藝水或化學(xué)車間補(bǔ)水。

　　(2)RESALT裝置產(chǎn)生的硫酸鹽濃水中，SO₄^2–質(zhì)量濃度為59000mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了9.8倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為190mg/L、189mg/L、30147mg/L，可知硫酸鹽濃水主要成分為Na2SO4。通過WinFlows軟件計(jì)算，硫酸鹽濃水中CaSO4飽和度為97.37%，飽和度低于100%，表明無結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

　　(3)RESALT裝置產(chǎn)生的氯化物濃水中，SO₄^2–質(zhì)量濃度為285mg/L，Cl–質(zhì)量濃度為62870mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了14.8倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為8600mg/L、12120mg/L、8675mg/L，可知氯化物濃水主要成分為鹽酸鹽，硫酸鈣飽和度為18.20%，無結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

　　(4)硫酸鹽濃水中的SO₄^2–含量為氯化物濃水中SO₄^2–含量的207倍，而氯化物濃水中的Ca2+含量為硫酸鹽濃水中Ca2+含量的45倍，因此脫硫廢水經(jīng)過RESALT裝置處理后，不僅實(shí)現(xiàn)了一價(jià)鹽和二價(jià)鹽的有效分離，也實(shí)現(xiàn)了SO₄^2–和Ca2+的有效分離，獲得的淡水可以直接回用。

　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)對(duì)第1種脫硫廢水的回收率為80%，水處理電耗總計(jì)為39.6kW•h/t。

　　3.1.2第2種脫硫廢水

　　(1)處理后所得淡水Cl–質(zhì)量濃度為71.6mg/L，完全可以回用作脫硫工藝水或化學(xué)車間補(bǔ)水。

　　(2)RESALT裝置產(chǎn)生的硫酸鹽濃水中，SO42–質(zhì)量濃度為28000mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了8.8倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為248mg/L、188mg/L、20148mg/L。因此，硫酸鹽濃水主要成分為Na2SO4。硫酸鈣飽和度89.44%，無結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

　　(3)RESALT裝置產(chǎn)生的氯化物濃水中，SO₄^2–質(zhì)量濃度為300mg/L，Cl–質(zhì)量濃度為74200mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了9.5倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為12400mg/L、6140mg/L、22984mg/L。因此，氯化物濃水主要成分為鹽酸鹽，硫酸鈣飽和度26.10%，無結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

　　(4)硫酸鹽濃水中的SO₄^2–質(zhì)量濃度為氯化物濃水中SO₄^2–質(zhì)量濃度的93倍，而氯化物濃水中的Ca2+質(zhì)量濃度為硫酸鹽濃水中Ca2+質(zhì)量濃度的50倍。因此，第2種脫硫廢水經(jīng)過RESALT裝置處理后，也能實(shí)現(xiàn)一價(jià)鹽和二價(jià)鹽的有效分離，實(shí)現(xiàn)了SO₄^2–和Ca2+的有效分離，獲得的淡水可以直接回用。

　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)對(duì)第2種脫硫廢水的回收率為77%，水處理電耗總計(jì)為43.5kW•h/t。

　　3.1.3 第3種脫硫廢水

　　(1)處理后所得淡水Cl-質(zhì)量濃度為730mg/L，完全可以回用作脫硫工藝水。

　　(2)RESALT裝置產(chǎn)生的硫酸鹽濃水中，SO₄^2–質(zhì)量濃度為41200mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了8.4倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為426mg/L、308mg/L、26388mg/L。因此，硫酸鹽濃水主要成分為Na2SO4。

　　(3)RESALT裝置產(chǎn)生的氯化物濃水中，SO₄^2–質(zhì)量濃度為520mg/L，Cl–質(zhì)量濃度為85800mg/L，相對(duì)于進(jìn)水濃縮了4倍，Ca2+、Mg2+、Na+質(zhì)量濃度分別為11400mg/L、8100mg/L、27193mg/L。因此，氯化物濃水主要成分為鹽酸鹽。

　　(4)硫酸鹽濃水中的SO₄^2–含量為氯化物濃水中SO₄^2–含量的79倍，而氯化物濃水中的Ca2+含量為硫酸鹽濃水中Ca2+含量的26.8倍。因此，第3種脫硫廢水經(jīng)過RESALT裝置處理后，也能實(shí)現(xiàn)一價(jià)鹽和二價(jià)鹽的有效分離，并實(shí)現(xiàn)了SO₄^2–和Ca2+的有效分離，獲得的淡水可以直接回用。

　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)對(duì)第3種脫硫廢水的回收率為70%，水處理電耗總計(jì)為49.5kW•h/t。

　　3.2 RESALT系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

　　不同含鹽量的脫硫廢水在RESALT裝置處理過程中各批次①號(hào)通道產(chǎn)水電導(dǎo)率為2mS/cm，對(duì)其電流和RESALT系統(tǒng)水溫參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可見：第1種脫硫廢水由于RESALT設(shè)備內(nèi)水溫波動(dòng)比較大，電流波動(dòng)較大，但電流維持在16A±1A。第2種脫硫廢水由于水溫基本維持在25℃，電流基本上維持在15A。第2種脫硫廢水試驗(yàn)時(shí)，RESALT裝置內(nèi)水溫比第1種脫硫廢水試驗(yàn)時(shí)低將近5℃，使得系統(tǒng)運(yùn)行電流值略有降低。如若發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，設(shè)備的電流值將明顯降低，而2種水質(zhì)對(duì)應(yīng)共40批試驗(yàn)(時(shí)長(zhǎng)約4000min)的電流值基本穩(wěn)定。此外，上述2種水質(zhì)所有批次RESALT設(shè)備中①、②、③、④號(hào)通道的進(jìn)出口壓差值均很穩(wěn)定，一直維持在最小量程(0.02MPa)以下，表明RESALT裝置的膜系統(tǒng)在運(yùn)行中無顯著結(jié)垢現(xiàn)象。

　　試驗(yàn)研究了3種不同水質(zhì)的脫硫廢水用RESALT裝置處理后的水質(zhì)變化情況，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：隨著處理時(shí)間的增加，RESALT系統(tǒng)中廢水的電導(dǎo)率逐漸下降，表明脫硫廢水在RESALT裝置的作用下溶解性鹽被分離濃縮。隨著脫硫廢水含鹽量的升高，實(shí)現(xiàn)廢水中鹽的完全分離需要的時(shí)間有所增加。對(duì)于進(jìn)水電導(dǎo)率在18mS/cm和26mS/cm的脫硫廢水，電導(dǎo)率下降到1mS/cm所需的時(shí)間約為100min，而對(duì)于進(jìn)水電導(dǎo)率在56mS/cm的脫硫廢水，經(jīng)過100min的處理，RESALT裝置出水的電導(dǎo)率能夠下降到13mS/cm。

　　3.3 運(yùn)行結(jié)果分析

　　不同含鹽量的脫硫廢水在RESALT裝置中的運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果表明，利用RESALT技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)SO₄^2–和Ca2+的有效分離，并且同時(shí)實(shí)現(xiàn)含鹽廢水的濃縮處理，系統(tǒng)運(yùn)行的成本主要為電費(fèi)，無須加藥軟化。對(duì)于不同含鹽量的廢水，可以通過調(diào)整RESALT裝置的運(yùn)行方式(增加③號(hào)通道水的循環(huán)次數(shù))來調(diào)節(jié)濃鹽水的含鹽量和系統(tǒng)回收率。

　　對(duì)于RESALT裝置產(chǎn)生的硫酸鹽溶液可以回用于煙氣脫硫吸收塔，從而減少末端濃鹽水量，降低“零排放”處理系統(tǒng)的處理水量和投資運(yùn)行成本。

　　3.4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

　　以第3種脫硫廢水水質(zhì)為例，廢水水量按照20m3/h設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)比分析了砂濾–超濾–RESALT技術(shù)(簡(jiǎn)稱RESALT技術(shù))、加藥軟化–砂濾–超濾–碟管式反滲透(DTRO)技術(shù)(簡(jiǎn)稱DTRO技術(shù))、加藥軟化–砂濾–超濾–ED技術(shù)(簡(jiǎn)稱ED技術(shù))的投資及運(yùn)行成本及系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，結(jié)果如表2所示。其中系統(tǒng)投資成本僅為系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)及電氣熱控部分費(fèi)用，不包含土建費(fèi)用。

　　RESALT裝置對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較為寬松，進(jìn)水無須進(jìn)行加藥軟化預(yù)處理。表2中10元/t的藥劑費(fèi)主要是RESALT裝置及其附屬設(shè)備(超濾等)的定期膜化學(xué)清洗產(chǎn)生的藥劑費(fèi)用，以及RESALT裝置啟動(dòng)時(shí)需要消耗一定量NaCl的費(fèi)用。以20m3/h的處理水量計(jì)，折算得到水處理加藥成本約為10元/t。

　　RESALT技術(shù)和ED技術(shù)均具有較高的回收率，產(chǎn)生的濃水含鹽量可以達(dá)到200000mg/L以上，且濃水水量小，更有利于后續(xù)末端廢水的“零排放”處理。對(duì)于投資成本，RESALT技術(shù)和ED技術(shù)相差不大，由于RESALT技術(shù)無須設(shè)置加藥軟化裝置，投資成本略低，RESALT技術(shù)和ED技術(shù)的投資成本均略高于DTRO技術(shù)。對(duì)于運(yùn)行成本，由于RESALT裝置進(jìn)水無須加藥軟化，其運(yùn)行成本要顯著低于DTRO技術(shù)和ED技術(shù)。因此，RESALT技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水的濃縮減量處理中具有運(yùn)行成本低、回收率高的優(yōu)勢(shì)。

　　4、結(jié)語(yǔ)

　　本文研究結(jié)果表明：采用RESALT技術(shù)處理燃煤電廠脫硫廢水等高鹽廢水，可以實(shí)現(xiàn)免軟化預(yù)處理，因而可顯著降低系統(tǒng)運(yùn)行的藥劑成本和運(yùn)行費(fèi)用。此外，由于無須加藥軟化，RESALT裝置運(yùn)行中無污泥產(chǎn)生，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本。利用高性能的陰陽(yáng)離子交換膜可以實(shí)現(xiàn)高鹽廢水的深度濃縮處理，進(jìn)一步提高系統(tǒng)回收率，降低濃鹽水的水量。因此，RESALT技術(shù)在燃煤電廠高鹽廢水濃縮減量中具有較大的應(yīng)用潛力，需要進(jìn)一步進(jìn)行工業(yè)化應(yīng)用研究。( >

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