燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水預處理裝置

　　火電廠(chǎng)濕法煙氣脫硫廢水中含有大量的懸浮物、重金屬及Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，水質(zhì)復雜，不易回用。隨著(zhù)環(huán)保政策的日趨嚴格，該部分廢水已經(jīng)成為制約全廠(chǎng)廢水零排放的關(guān)鍵因素之一。目前，脫硫廢水的主要處置方式包括達標處理和零排放。達標處理法即利用中和-絮凝沉降-澄清處理工藝去除脫硫廢水中的大部分懸浮物和重金屬離子。該工藝成熟穩定，在國內外各電廠(chǎng)已有大量實(shí)際工程應用案例，但對脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+等結垢性離子無(wú)明顯去除作用，且處理后的脫硫廢水含鹽量仍然很高，對于排放標準中有含鹽量要求的地區不適用。零排放工藝是近幾年隨著(zhù)國家環(huán)保要求逐漸提高而興起的一類(lèi)末端廢水處理工藝，常見(jiàn)的零排放工藝包括蒸發(fā)結晶、煙道噴霧、旁路煙氣蒸發(fā)等，其特點(diǎn)是可回收部分脫硫廢水并生成固體鹽，系統最終無(wú)液體排放。

　　無(wú)論哪種零排放工藝對進(jìn)水水質(zhì)都有一定的要求。由于脫硫廢水中含有大量Ca2+、Mg2+、SO42-等結垢性離子，在其進(jìn)入零排放處理系統前必須進(jìn)行預處理，以降低致垢性離子含量。脫硫廢水預處理的主要方法是中和軟化，通過(guò)投加不同的化學(xué)軟化藥劑，降低水中致垢性離子含量。國內工程實(shí)例或其他研究試驗表明，采用兩級軟化加混凝澄清作為脫硫廢水預處理工藝具有較好的效果，而采用微濾工藝可對軟化后的脫硫廢水進(jìn)一步進(jìn)行水質(zhì)凈化，以滿(mǎn)足后續處理工藝的要求。本文針對脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)，提出“一體式軟化澄清-超濾”的預處理工藝設計方案，開(kāi)發(fā)了一體式軟化澄清裝置，完成了現場(chǎng)中試研究，所得結果可為實(shí)際工程應用提供基礎數據。

　　1、預處理工藝設計

　　1.1 設計概況

　　脫硫廢水預處理采用“一體式軟化澄清-超濾”工藝，設計最大處理量為7m3/h，中試試驗在山東省某火力發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)行，進(jìn)水取自該電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統出水，其水質(zhì)如表1所示。

　　由表1可知，該電廠(chǎng)脫硫廢水具有低鈣高鎂的特點(diǎn)，SO42-含量也相對較高，且可溶解固形物質(zhì)量濃度為40000~70000mg/L，高于常規脫硫廢水含鹽量水平。為保證后續膜處理系統的穩定運行，對其進(jìn)行預處理非常必要。

　　1.2 工藝流程

　　脫硫廢水預處理“一體式軟化澄清-超濾”工藝包括一體式軟化澄清裝置、石英砂過(guò)濾器和超濾裝置，流程如圖1所示。電廠(chǎng)脫硫廢水首先通過(guò)廢水提升水泵輸送至一體式軟化澄清裝置中，該裝置設一、二級反應區和澄清區，試驗過(guò)程中在一、二級反應區分別投加液堿和碳酸鈉溶液進(jìn)行中和軟化反應，反應后的廢水進(jìn)入澄清區進(jìn)行固液分離，分離后的上清液經(jīng)回調pH值后進(jìn)入緩沖水箱，然后通過(guò)石英砂過(guò)濾器進(jìn)一步除去脫硫廢水中的部分懸浮物后進(jìn)入超濾系統，超濾產(chǎn)水則進(jìn)入后續膜濃縮系統進(jìn)行濃縮減量處理。試驗期間澄清器底部污泥排至電廠(chǎng)污泥脫水系統進(jìn)行處理，石英砂過(guò)濾器和超濾的沖洗水排至脫硫廢水緩沖池。

　　1.3 設計參數

　　1.3.1 一體式軟化澄清裝置

　　一體式軟化澄清裝置為專(zhuān)利設備，主要用于脫硫廢水的軟化澄清處理，設計最大處理量為7m3/h，澄清區上升流速0.28mm/s，頂部為軟化反應區，下部為澄清區，裝置直徑3.0m，高度11m。

　　利用該裝置可以同步實(shí)現脫硫廢水的兩級軟化和固液分離。該裝置與傳統三聯(lián)箱+澄清池工藝相比，具有占地面積小、操作簡(jiǎn)單、出水濁度低等特點(diǎn)。

　　1.3.2 超濾系統

　　超濾系統設計最大出力為6m3/h，系統配置4支某品牌外壓式膜元件，膜元件面積為50m2/支，每支膜元件可單獨運行，系統回收率≥90%，產(chǎn)水濁度≤0.1NTU。超濾系統采用PLC控制，系統全自動(dòng)運行，主要步序分為開(kāi)機正沖、過(guò)濾、反洗/氣洗、反沖。

　　2、預處理中試

　　2.1 一體式軟化澄清裝置試驗結果

　　2.1.1 Ca2+、Mg2+去除效果

　　脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+是影響后續膜處理系統的主要結垢性離子，為保證后續膜濃縮系統的正常運行，在預處理過(guò)程中必須去除大部分致垢離子。試驗期間，控制一體式軟化澄清裝置的進(jìn)水流量為3m3/h，并分別在一級反應區投加質(zhì)量分數為32%的液堿(NaOH)，控制一級反應區pH值=10.5~11.0;在二級反應區投加質(zhì)量分數為10%的Na2CO3溶液，經(jīng)過(guò)兩級軟化反應后的脫硫廢水進(jìn)入澄清區進(jìn)行固液分離，分離后的上清液中Ca2+、Mg2+含量變化如圖2所示。由圖2可知，裝置啟動(dòng)初期，由于加藥量、水量等存在波動(dòng)，出水的Ca2+、Mg2+含量較高，且波動(dòng)性較大。運行過(guò)程中通過(guò)不斷調整堿液和Na2CO3溶液加入量，裝置出水的Ca2+、Mg2+含量開(kāi)始逐漸降低并趨于穩定，最終出水的Ca2+、Mg2+質(zhì)量濃度分別降至25mg/L、10mg/L左右，此時(shí)對應的NaOH和Na2CO3質(zhì)量濃度分別為30g/L、3.5g/L。

　　2.1.2 濁度去除效果

　　濁度是檢驗澄清裝置出水水質(zhì)的一個(gè)重要指標，試驗期間定時(shí)測定該裝置的出水濁度，結果如圖3所示。由圖3可知，運行初期，由于需要不斷調節進(jìn)水流量和加藥量，使得裝置的出水濁度較高，最高時(shí)可達28.6NTU，當進(jìn)水量和加藥量穩定后，出水濁度逐漸降低并趨于穩定，最終保持在2.0NTU以?xún)取?/p>

　　2.1.3 排泥周期

　　由表1數據可知，脫硫廢水原水中Ca2+、Mg2+含量很高，尤其是Mg2+含量，最高時(shí)質(zhì)量濃度可達15689mg/L，因此在軟化過(guò)程中會(huì )生成大量Mg(OH)2沉淀，澄清器在連續運行過(guò)程中需要不斷排泥，以保證澄清器出水水質(zhì)。根據現場(chǎng)試驗結果，最終確定澄清器的排泥方式及周期為每小時(shí)排泥1次，每次排泥時(shí)間30s。試驗過(guò)程中測定澄清器底部污泥固體質(zhì)量分數約為3.7%，其主要成分為Mg(OH)2和CaCO3。

　　2.2 超濾試驗結果

　　中試期間，超濾裝置進(jìn)水水質(zhì)如表2所示。

　　2.2.1 運行壓力

　　超濾系統運行期間通過(guò)監測系統運行壓力變化情況可以判斷系統運行的穩定性及判斷膜是否產(chǎn)生污堵現象，試驗期間超濾系統的運行壓力變化如圖4所示。由圖4可知，超濾系統運行期間，進(jìn)水壓力在0.02~0.05MPa之間波動(dòng)，產(chǎn)水壓力基本保持在0.008MPa左右。因超濾系統每運行30min會(huì )自動(dòng)進(jìn)行反洗，每次反洗結束后系統重新開(kāi)始運行，故進(jìn)水側壓力波動(dòng)相對較明顯。另外，溫度的變化也會(huì )引起運行壓力的波動(dòng)。超濾系統運行過(guò)程中，一般跨膜壓差大于100kPa時(shí)即說(shuō)明膜元件存在污堵現象，需要進(jìn)行恢復性化學(xué)清洗。試驗期間超濾膜跨膜壓差在18~40kPa之間波動(dòng)，說(shuō)明未發(fā)生明顯的污堵或結垢現象。

　　2.2.2 產(chǎn)水流量

　　試驗期間，超濾系統每支膜元件單獨運行，通過(guò)超濾系統產(chǎn)水管路的在線(xiàn)流量計監測超濾系統產(chǎn)水流量變化情況，結果如圖5所示。由圖5可知，超濾系統運行期間，產(chǎn)水流量基本保持在1.2~1.4m3/h，僅有小幅波動(dòng)，除去超濾系統運行過(guò)程中的反洗及沖洗用水，經(jīng)計算可知，超濾膜系統回收率平均值為92%，滿(mǎn)足超濾膜出廠(chǎng)的回收率性能指標。

　　2.2.3 產(chǎn)水水質(zhì)

　　超濾系統運行期間通過(guò)產(chǎn)水管路在線(xiàn)濁度儀監測產(chǎn)水濁度變化情況，其結果如圖6所示。由圖6可知，超濾系統運行期間，產(chǎn)水濁度十分穩定，基本保持在0.1NTU左右，滿(mǎn)足后續膜元件性能要求。

　　SDI(污染指數)值不但可以反映超濾系統的運行性能，同時(shí)也可以根據該指標來(lái)判斷超濾產(chǎn)水是否滿(mǎn)足后續膜濃縮系統進(jìn)水要求。試驗期間分次測定超濾產(chǎn)水SDI值，結果如表3所示。由表3可知，超濾系統產(chǎn)水SDI值較穩定，基本保持在2.6~3.0之間。

　　3、藥劑費用

　　中試期間，預處理過(guò)程中使用的化學(xué)藥劑主要有NaOH、Na2CO3和HCl，其藥品使用數量及費用清單如表4所示。由表4可知，水處理的藥劑費用合計75.02元/t，其中液堿費用占到總費用的91%。其原因在于脫硫廢水中Mg2+含量較高，為了去除脫硫廢水中的Ca2+，必須先降低Mg2+含量，即會(huì )消耗大量液堿。

　　4、問(wèn)題討論

　　4.1 水質(zhì)軟化問(wèn)題

　　通常脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+含量較高，且部分電廠(chǎng)會(huì )出現Mg2+濃度高Ca2+濃度低的現象，若要降低脫硫廢水中的Ca2+含量，必須首先去除其中的大部分Mg2+。另外，本試驗中通過(guò)投加NaOH和Na2CO3軟化藥劑來(lái)去除脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+離子，由于軟化比較徹底，藥品的消耗量較大，實(shí)際工程應用時(shí)，若可保證后續膜濃縮系統不出現明顯的污堵和結垢現象，可考慮適當降低Ca2+、Mg2+軟化程度，以節約藥劑費用。

　　4.2 澄清裝置排泥周期

　　中試過(guò)程中，由于一體式軟化澄清裝置未安裝泥位計，其排泥周期和排泥量根據進(jìn)水量及理論的污泥生成量確定，實(shí)際工程應用時(shí)可在澄清裝置內安裝泥位計，通過(guò)泥位計的監測和理論計算值來(lái)確定最佳的排泥周期和排泥量。

　　4.3 污泥的處置

　　脫硫廢水在預處理過(guò)程中投加NaOH和Na2CO3所產(chǎn)生的沉淀主要為Mg(OH)2、Ca2CO3和多種重金屬沉淀物等，固體質(zhì)量分數通�？梢赃_到5%~8%。為方便處置，應進(jìn)一步減少污泥體積，對污泥進(jìn)行脫水處理。中試過(guò)程中產(chǎn)生的污泥量較少，直接排至電廠(chǎng)原有污泥脫水處理系統進(jìn)行處理，實(shí)際工程中可選擇板框式壓濾機進(jìn)行污泥脫水，該方法濾餅含固率高，分離效果好。

　　5、結語(yǔ)

　　通過(guò)預處理工藝的設計和中試研究，確認“一體式軟化澄清-超濾”處理工藝能夠有效去除脫硫廢水中大量的懸浮物及致垢離子，且設備運行穩定，可以保證后續膜處理系統的正常運行，最大限度地降低后續膜處理系統和蒸發(fā)系統的投資和運行費用。本文研究成果對實(shí)際工程應用具有重要的參考價(jià)值。(來(lái)源：西安熱工研究院有限公司，華能濟寧運河發(fā)電有限公司，華能山東發(fā)電有限公司)