0 引言
我國資源總量在全球位居前列，但人均占有量不足，且資源分布極不均勻。隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，資源環(huán)境的約束日趨強(qiáng)烈。資源相對短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、環(huán)境容量不足等逐漸成為阻礙我國發(fā)展的重大問題。構(gòu)建資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會越來越成為我們的迫切需要。
近期國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計劃》、國家三部委出臺《煤電節(jié)能減排與升級改造行動計劃(2014-2020)年》，充分彰顯了國家全面實施大氣、水、土壤治理三大戰(zhàn)略的決心和信心。積極推進(jìn)火電廠脫硫廢水“零排放”工作刻不容緩。
火電廠脫硫污染物主要來自燃煤及煙氣，主要表現(xiàn)為高硬度、高懸浮物濃度、高氯離子濃度、高含鹽量以及重金屬含量高，腐蝕性強(qiáng)，對環(huán)境危害大，處理難度高，是電廠實現(xiàn)廢水零排放的重點。
1 脫硫廢水常規(guī)處理工藝
國內(nèi)脫硫廢水常規(guī)處理工藝如下：一般采用加石灰中和、絮凝、沉降處理后，經(jīng)澄清、PH調(diào)節(jié)達(dá)標(biāo)后回用或排放。
該工藝可去除了懸浮物和大部分重金屬、氟化物。出水水質(zhì)可達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T997-2006)標(biāo)準(zhǔn)。但系統(tǒng)出水仍具有含鹽量高、氯離子及氟離子含量高，以及含有痕量的重金屬的特點。廢水中還可能含有硒、硝酸鹽及有機(jī)物等成分不能通過常規(guī)處理工藝去除，高含鹽的廢水排到自然水體也會對水體造成一定污染，不能達(dá)到脫硫廢水“零排放”要求。
2 脫硫廢水“零排放”工藝
所謂零排放，是指無限地減少污染物和能源排放直至到零的活動。零排放，就其內(nèi)容而言，一是要控制生產(chǎn)過程中不得已產(chǎn)生的能源和資源排放，將其減少到零;另 一含義是將那些不得已排放出的能源、資源充分利用，最終消滅不可再生資源和能源的存在。 廢水“零排放”是指工業(yè)水經(jīng)過重復(fù)使用后，將這部分含鹽量和污染物高濃縮成廢水全部回收再利用，無任何廢液排出工廠。
對于脫硫廢水“零排放”，目前主要包括煙道氣蒸發(fā)工藝、晶種法強(qiáng)制循環(huán)工藝及預(yù)處理軟化+預(yù)濃縮+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶工藝。
2.1 煙道氣蒸發(fā)工藝
煙道氣蒸發(fā)工藝是將脫硫廢水輸送至除塵器前煙道內(nèi)，霧化后利用煙道內(nèi)高溫?zé)煔?，在煙道?nèi)蒸發(fā)，廢水中不溶物與無機(jī)鹽與飛灰一起被除塵器捕捉收集。
煙道氣蒸發(fā)工藝的優(yōu)點是投資及運行費用較低，但其要求除塵器前煙氣溫度較高，存在霧化效果差，運行不穩(wěn)定等問題，對機(jī)組和煤種的適應(yīng)性不足，實際應(yīng)用性不高。
2.2 晶種法強(qiáng)制循環(huán)工藝
脫硫廢水硬度非常高，廢水中硫酸鈣接近或達(dá)到飽和，在蒸發(fā)濃縮過程中結(jié)垢傾向較嚴(yán)重，晶種法強(qiáng)制循環(huán)工藝是在蒸發(fā)過程中添加晶種，保證在蒸發(fā)濃縮過程中硫酸鈣析出時優(yōu)先附著與晶種上，盡量減少蒸發(fā)蒸發(fā)器的結(jié)垢，保障蒸發(fā)器穩(wěn)定運行，該工藝可根據(jù)實際情況設(shè)計成多效蒸發(fā)(MED)或機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)工藝，利用機(jī)械蒸汽壓縮(MVC)工藝，可盡量降低能耗，降低運行成本。
晶種法強(qiáng)制循環(huán)工藝的優(yōu)點是：
1)脫硫廢水進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)前不需要預(yù)處理軟化，減少預(yù)處理軟化費用;
2)蒸發(fā)器運行過程中析出結(jié)垢物質(zhì)優(yōu)先附著于晶種上，可盡量減少蒸發(fā)器的結(jié)垢情況，保障蒸發(fā)器的穩(wěn)定運行;
3)運行過程在加熱器中廢水不會蒸發(fā)，無濃度變化，也盡量降低了設(shè)備的結(jié)垢傾向;
該工藝的缺點強(qiáng)制循環(huán)泵的功耗較大，及工藝控制不合理會導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)垢加快，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
2.3 預(yù)處理軟化-預(yù)濃縮-強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶工藝
脫硫廢水硬度非常高，結(jié)垢傾向嚴(yán)重，若不添加晶種運行，則需要進(jìn)行軟化預(yù)處理。
2.3.1 預(yù)處理軟化
目前脫硫廢水軟化工藝主要有石灰(或燒堿)-碳酸鈉軟化工藝、離子交換工藝、硫酸鈉-石灰-煙道氣軟化工藝及鈉濾軟化工藝等。
石灰(或燒堿)-碳酸鈉軟化工藝在廢水軟化處理中較多用到，該工藝優(yōu)點為穩(wěn)定可靠，如下圖為河源電廠廢水軟化工藝，其經(jīng)兩級化學(xué)軟化后總硬度可降低至100ppm以內(nèi)，經(jīng)調(diào)節(jié)PH后進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)，可保障蒸發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，該工藝缺點是需要消耗大量的化學(xué)藥劑，且在軟化過程中會有大量污泥產(chǎn)生，需要增加處理污泥的費用。
離子交換軟化較多用于鍋爐給水的軟化工藝中，其優(yōu)點為穩(wěn)定可靠，經(jīng)離子交換后出水硬度可降低至10ppm以下，但脫硫廢水硬度過高，若直接使用離子交換軟化，可能存在設(shè)備投資過大及再生廢水產(chǎn)量過多等問題，因此，在實際應(yīng)用中可考慮在化學(xué)軟化出水增加離子交換軟化，進(jìn)一步降低廢水的硬度，保障后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，產(chǎn)生的少量再生廢水可返回至前段化學(xué)軟化系統(tǒng)，保障系統(tǒng)不會產(chǎn)生新的污染物，確保系統(tǒng)“零排放”。
硫酸鈉-石灰-煙道氣軟化工藝的主要原理是在CaSO4-Ca(OH)2-H2O三相體系中， Ca(OH)2的溶解會影響CaSO4的溶解度，該工藝主要分兩步：
第1步：加入硫酸鈉及石灰乳，調(diào)整PH至12-13，沉淀出石膏顆粒物;第2步，在第1步處理后的廢水中引入脫硫后的煙道氣，利用煙道氣中的CO2與廢水中OH-反應(yīng)，生成CO32-，然后與廢水中Ca2+結(jié)合生成碳酸鈣沉淀，去除鈣離子，控制PH約11左右。該方法的優(yōu)點是可降低預(yù)處理軟化化學(xué)藥劑的費用，但軟化過程PH較難控制，不易達(dá)到較好的軟化效果。
在海水淡化預(yù)處理中，也有利用納濾膜作軟化預(yù)處理工藝的，目前，也有不少商品化的軟化納濾膜，但其一般硬度去除率不高于50%，且納濾濃水仍需處理，膜也存在堵塞結(jié)垢等情況，因此暫未用于脫硫廢水“零排放”工藝中。
2.3.2 預(yù)濃縮
經(jīng)過預(yù)處理軟化后的脫硫廢水，硬度一般降低至100ppm以內(nèi)，一般預(yù)濃縮工藝包括反滲透(RO)、碟管式反滲透(DTRO)、正滲透(FO)、膜蒸餾、立管降膜降膜蒸發(fā)(MVC或MED)、臥管降膜降膜蒸發(fā)(MVC或MED)。
碟管式反滲透(DTRO)進(jìn)行脫硫廢水預(yù)濃縮
金正環(huán)保采用碟管式反滲透膜(DTRO)對經(jīng)過預(yù)處理的脫硫廢水進(jìn)行預(yù)濃縮，可有效的防止膜堵塞，提高系統(tǒng)運行效率和廢水回收率。
眾所周知，反滲透膜技術(shù)是一種常用的脫鹽技術(shù)。目前，適用于工業(yè)規(guī)模的反滲透膜，主要包括乙酸纖維素和聚酰胺膜，其鹽截留率為 99%以上。廢水通過物化、生物等方法使廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。碟管式反滲透(DTRO)技術(shù)是一種高新反滲透技術(shù)，最早始于德國，相對于卷式反滲透其耐高壓、抗污染特點更加明顯，即使在高濁度、高SDI值、高鹽分、高COD的情況下，也能經(jīng)濟(jì)有效穩(wěn)定運行，更加適應(yīng)高鹽廢水的處理。國內(nèi)主要應(yīng)用于垃圾滲濾液與海水淡化、苦咸水淡化工程。DTRO雖然水處理效果卓越，但因DTRO膜組件主要依賴進(jìn)口，成本相對較高，山東煙臺金正環(huán)保選用美國陶氏原材，采用德國一流加工設(shè)備實現(xiàn)了DTRO膜制造，明顯降低該技術(shù)運營成本,使該技術(shù)得以在國內(nèi)廣泛推廣。DTRO鹽截留率為 98%～99.8%。其他去除性能如表所示。
碟管式反滲透(DTRO)是一種獨特的膜分離設(shè)備。碟管式膜組件采用開放式流道，DT組件兩導(dǎo)流盤直接距離為4mm，盤片表面有一定方式排列的凸點。DTRO凸點導(dǎo)流盤與膜片如圖所示
這種特殊的力學(xué)設(shè)計使處理液在壓力作用下流經(jīng)濾膜表面遇凸點碰撞時形成湍流，增加透過速率和自清洗功能，從而有效的避免了膜堵塞和濃差極化現(xiàn)象，成功的延長了膜片的使用壽命;清洗時也容易將膜片上的積垢洗凈，保證碟管式膜組適用于處理高渾濁度和高含沙系數(shù)的廢水，適應(yīng)惡劣的進(jìn)水條件。
DTRO膜組件具有特殊的流道設(shè)計形式，采用開放式流道，料液通過增壓泵經(jīng)進(jìn)料口打入DTRO膜柱內(nèi)，從導(dǎo)流盤與外殼之間的通道流到組件的另一端，在另一端法蘭處，料液通過8個通道進(jìn)入導(dǎo)流盤中被處理的液體以最短的距離快速流經(jīng)過濾膜，然后180度逆轉(zhuǎn)到另一膜面，再從導(dǎo)流盤中心的槽口流入到下一個導(dǎo)流盤，從而在膜表面形成由導(dǎo)流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙”S”形路線，濃縮液最后從進(jìn)料端法蘭處流出。
經(jīng)過碟管式反滲透(DTRO)處理后的高倍濃縮濃鹽水結(jié)合蒸發(fā)結(jié)晶方式，實現(xiàn)資源回收。
DTRO膜技術(shù)優(yōu)勢
1、簡單預(yù)處理，占地面積小，可移動性強(qiáng)
DTRO系統(tǒng)進(jìn)水要求低，因此只需要簡單的預(yù)處理，無需復(fù)雜的土建工程，而且DTRO系統(tǒng)模塊單元靈活緊湊，因此占地面積小，可移動性強(qiáng)。
2、避免物理堵塞現(xiàn)象
DT組件采用開放式流道設(shè)計，料液有效流道寬，避免了物理堵塞。
3、最低程度的結(jié)垢和污染現(xiàn)象
采用帶凸點支撐的導(dǎo)流盤，料液在過濾過程中形成湍流狀態(tài)，最大程度上減少了膜表面結(jié)垢、污染及濃差極化現(xiàn)象的產(chǎn)生，允許SDI值高達(dá)20的高污染水源，仍無被污染的風(fēng)險。
4、膜使用壽命長
DT膜組件有效減少膜的結(jié)垢，膜污染減輕，清洗周期長，同時DT的特點結(jié)構(gòu)及水力學(xué)設(shè)計使膜組易于清洗，清洗后通量恢復(fù)性非常好，從而延長了膜片壽命。實踐工程表明，即使在滲液原液的直接處理中，DT膜片壽命可長達(dá)3年以上，這對一般的膜處理系統(tǒng)是無法達(dá)到的。
5、組件易于維護(hù)
DT膜組件采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，組件易于拆卸維護(hù)，打開DT組件可以輕松檢查維護(hù)任何一片過濾膜片及其它部件，維修簡單，當(dāng)零部件數(shù)量不夠時，組件允許少裝一些膜片及導(dǎo)流盤而不影響DT膜組件的使用，所有這些維護(hù)工作均在現(xiàn)場即可完成。
6、回收率高，能耗低
DTRO系統(tǒng)對于高鹽及復(fù)雜的垃圾滲濾液處理，能產(chǎn)生高達(dá)85%的回收率，同時裝機(jī)功率低，運行能耗低。
7、過濾膜片更換費用低
DT組件內(nèi)部任何單個部件均允許單獨更換。過濾部分由多個過濾膜片及導(dǎo)流盤裝配而成，當(dāng)過濾膜片需更換時可進(jìn)行單個更換，對于過濾性能好的膜片仍可繼續(xù)使用，這最大程序減少了換膜成本。
8、濃縮倍數(shù)高
DT組件是目前水處理行業(yè)應(yīng)用壓力等級最高的膜組件，在一些濃縮倍數(shù)高的應(yīng)用中，其含固量可以達(dá)到25%以上，濃縮倍數(shù)高。
2.3.3 強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)(MVC或MED)
當(dāng)預(yù)濃縮濃縮到一定程度后，廢水進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶，強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)的優(yōu)點為循環(huán)量大，物料在換熱器內(nèi)不會蒸發(fā)，不易在換熱壁面結(jié)晶或結(jié)垢，比較適合高粘度或易結(jié)晶或結(jié)垢物料處理。軟化后所產(chǎn)雜鹽有可能作為工業(yè)鹽回收利用。
3 結(jié)論
1)采用蒸發(fā)結(jié)晶處理，可實現(xiàn)脫硫廢水的“零排放”;
2)若對“零排放”所產(chǎn)雜鹽無要求，可考慮采用晶種法強(qiáng)制循環(huán)工藝實現(xiàn)“零排放”;
3)從目前所掌握技術(shù)來看，預(yù)處理軟化+預(yù)濃縮(DTRO)+強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶工藝是最為可靠的工藝路線;
4)預(yù)處理軟化采用化學(xué)軟化在操作上較為可靠，采用化學(xué)軟化+離子交換軟化可實現(xiàn)更佳的軟化效果;
5)蒸發(fā)系統(tǒng)的結(jié)垢，一般為硫酸鈣類型結(jié)垢，硫酸鈣在低溫時溶解度較高，因此，可借鑒海水淡化系統(tǒng)經(jīng)驗，采用低溫蒸發(fā)模式，更進(jìn)一步降低系統(tǒng)結(jié)垢的風(fēng)險;
6)預(yù)濃縮系統(tǒng)采用降膜濃縮系統(tǒng)，運行較可靠，且采用臥管降膜系統(tǒng)維護(hù)更為容易。
來源:煙臺金正環(huán)保 作者:譚潤宇等
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