燃煤電廠(chǎng)一般包括循環(huán)水排污水、化學(xué)廢水、脫硫廢水、渣水、含煤廢水和生活污水等。燃煤電廠(chǎng)深度節水思路一般將循環(huán)水排污水、生活污水、化學(xué)廢水作為脫硫的工藝用水，脫硫廢水成為燃煤電廠(chǎng)水質(zhì)最復雜最難處理的一類(lèi)廢水，脫硫廢水零排放是全廠(chǎng)廢水零排放的關(guān)鍵。
目前，脫硫廢水零排放技術(shù)主要包括蒸發(fā)結晶和煙氣蒸發(fā)。為降低蒸發(fā)結晶的投資和運行費用，脫硫廢水水量與煙氣蒸發(fā)水量相匹配，需對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，降低末端廢水水量，因此，濃縮減量是脫硫廢水零排放的基礎。
本研究對某燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水進(jìn)行了分步二級軟化-超濾-反滲透濃縮處理。在膜濃縮前對脫硫廢水軟化預處理，降低致垢性物質(zhì)含量，以保證后續膜系統安全穩定運行。產(chǎn)水可作為鍋爐補給水系統水源，為實(shí)現脫硫廢水零排放工程應用提供技術(shù)支撐。
1、實(shí)驗部分
1．1 材料與儀器
Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3、聚合硫酸鐵(PFS)均為分析純；脫硫廢水，某電廠(chǎng)脫硫系統廢水旋流器出水上清液，主要水質(zhì)指標見(jiàn)表1。
SevenGoDuoTM便攜式多參數水質(zhì)分析儀；multiN/C-3100TOC分析儀；SPECOＲD-210紫外可見(jiàn)分光光度計；XS105分析天平；2100Q濁度儀；DHG9053A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；超濾試驗臺，自制(UEOS-503的超濾膜)；高壓反滲透試驗臺，自制，SW30HＲLE-4040的海水反滲透膜元件。
1．2 實(shí)驗方法
1．2．1 Ca(OH)2、NaOH軟化實(shí)驗
量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實(shí)驗劑量的Ca(OH)2、NaOH，以200r/min的速度攪拌60min，靜沉60min，過(guò)濾上清液分析水質(zhì)。
1．2．2 分步二級軟化實(shí)驗
量取1L脫硫廢水上清液于1L的燒杯中，加入實(shí)驗劑量的Ca(OH)2，以200r/min的轉速攪拌45min。加入實(shí)驗劑量的聚合硫酸鐵(PFS)，繼續反應15min后，靜置30min，取上清液，再加入實(shí)驗劑量的Na2CO3，200r/min的轉速攪拌30min，靜置30min。過(guò)濾上清液分析水質(zhì)。
1．2．3 超濾(UF)實(shí)驗
采用外壓式中空纖維膜元件，運行方式為死端過(guò)濾，運行模式為:過(guò)濾→反洗→沖洗，過(guò)濾周期為30min，進(jìn)水流量2．5L/h，分析產(chǎn)水濁度，并記錄膜兩側壓差。
1．2．4 反滲透(RO)實(shí)驗
采用濃水回流的運行模式，RO設計回收率為45%條件下運行，實(shí)驗過(guò)程中通過(guò)調節濃水回流閥和調壓閥，控制運行過(guò)程中的濃水回流量和系統運行壓力，在實(shí)驗工況運行穩定后，通過(guò)分析膜系統壓差及濃水側致垢離子含量變化來(lái)評價(jià)膜運行的穩定性，同時(shí)對膜產(chǎn)水水質(zhì)進(jìn)行分析。運行過(guò)程中控制RO膜系統的進(jìn)、產(chǎn)水流量恒定。
1．3 分析方法
水質(zhì)分析方法采用標準法測定。
2、結果與討論
2．1 軟化預處理
2．1．1 Ca(OH)2、NaOH劑量?jì)?yōu)化
不同Ca(OH)2和NaOH加藥量條件下出水鈣硬和鎂硬見(jiàn)表2。
由表2可知，隨Ca(OH)2和NaOH加藥量增加，出水鎂硬均逐漸降低，Ca(OH)2和NaOH最佳加藥量分別為28，29g/L，NaOH軟化出水水質(zhì)優(yōu)于Ca(OH)2，在NaOH除Mg2+過(guò)程中，Ca2+被協(xié)同去除，無(wú)需投加Na2CO3。加入NaOH快速生成的Mg(OH)2沉淀是一種絮狀的膠體，極難沉降，SV60約99．5%；加入Ca(OH)2生成Mg(OH)2的反應速度慢，生成Mg(OH)2的沉降效果較好，SV60約25%。因此，后續實(shí)驗采用Ca(OH)2軟化。
2．1．2 二級軟化加藥方式優(yōu)化
脫硫廢水傳統二級軟化模式采用加入Ca(OH)2或NaOH，反應一段時(shí)間后，再加入Na2CO3，繼續反應后靜置澄清。傳統模式可能存在以下兩個(gè)問(wèn)題:①在這個(gè)過(guò)程中，Mg(OH)2膠體的存在會(huì )降低Na2CO3除鈣效率；②生成的固體產(chǎn)物為Mg(OH)2和CaCO3混合物，無(wú)法再利用。傳統二級軟化模式和分步二級軟化模式軟化效果見(jiàn)表3。
由表3可知，在Ca(OH)2和Na2CO3加藥量分別為28g/L和26g/L條件下，分步二級軟化模式可顯著(zhù)提高鈣硬和硅的去除率，鈣硬和全硅分別下降了53．02mmol/L和11．09mg/L。而且，第1步反應沉淀物主要為Mg(OH)2，可作為制Mg(OH)2原料；第2步反應沉淀物主要為CaCO3，可直接廠(chǎng)內回用作為脫硫劑使用。
2．1．3 Na2CO3劑量?jì)?yōu)化
Ca(OH)2加藥量28g/L條件下，不同Na2CO3加藥量下出水硬度見(jiàn)表4。
由表4可知，隨Na2CO3加藥量增加，出水鈣硬和總硬降低，在Na2CO3加藥量26g/L時(shí)，出水總硬小于1．0mmol/L，繼續加大Na2CO3加藥量，硬度基本不變。因此，Na2CO3加藥量選擇26g/L。Ca(OH)2-Na2CO3二級軟化對鈣硬和總硬去除率均高于99%。
2．2 UF實(shí)驗研究
UF實(shí)驗水源采用Ca(OH)2-Na2CO3軟化澄清出水，調節pH為7．5左右。在UF膜元件實(shí)驗連續運行的700min內，運行壓力穩定在47～58kPa范圍內，總體較為穩定，表明UF膜未發(fā)生污堵。UF進(jìn)出水濁度見(jiàn)圖1。
由圖1可知，原水濁度為7．23～7．55NTU，UF產(chǎn)水濁度在0．37～0．48NTU，小于1．0NTU；UF產(chǎn)水SDI為2．80(表5)，小于3．0，達到RO膜進(jìn)水水質(zhì)要求。
2．3 RO實(shí)驗研究
將軟化-UF產(chǎn)水作為RO進(jìn)水，在RO產(chǎn)水通量為17L/(m2•h)條件下進(jìn)行實(shí)驗，回收率為45%。2．3．1 RO運行性能在RO系統回收率45%的運行條件下，對RO運行壓力、壓差進(jìn)行監測，結果見(jiàn)圖2。
由圖2可知，RO系統進(jìn)水壓力穩定在6．6～6．8MPa，實(shí)驗運行期間系統壓差在18．7～22．2kPa之間波動(dòng)，無(wú)明顯升高現象，說(shuō)明運行期間RO系統運行狀況較為穩定。RO系統脫鹽率十分穩定，均在99．20%以上。
2．3．2 RO產(chǎn)水和濃水水質(zhì)
RO系統連續運行72h內，不同時(shí)間段24，48h和72h濃水、產(chǎn)水水質(zhì)見(jiàn)表6。
由表6可知，RO產(chǎn)水含鹽量為414mg/L(平均值)，Cl-含量200～240mg/L，產(chǎn)水側鈣、鎂基本上被完全去除，產(chǎn)水TOC含量很低。由此可見(jiàn)，RO產(chǎn)水品質(zhì)較高，可以滿(mǎn)足鍋爐補給水系統對水源水質(zhì)的要求。
由表6可知，回收率45%時(shí)，RO濃水含鹽量達到68595mg/L(平均值)。由于脫硫廢水經(jīng)過(guò)二級軟化處理，硬度離子和全硅以及硫酸鹽大部分被去除，所以濃水側的總硬≤3mmol/L，SO42-≤3300mg/L，全硅≤22mg/L；但Cl-含量達到36000～39000mg/L。由此可見(jiàn)，RO濃水中的鹽分主要為NaCl，此外還有少量的Na2SO4。
連續運行期間濃水側的鈣硬、SO42-含量穩定，說(shuō)明無(wú)明顯CaSO4結垢。TOC的變化情況通�？梢杂脕�(lái)判斷膜表面的有機物污堵情況，連續運行期間濃水側TOC含量在173～170mg/L之間波動(dòng)，產(chǎn)水側TOC含量在1．68～1．84mg/L之間小幅波動(dòng)，產(chǎn)水和濃水側TOC含量比較穩定，并且兩者總量與進(jìn)水TOC總量相當，說(shuō)明膜表面未發(fā)生明顯的有機物污堵現象。
2．4 脫硫廢水濃縮工藝路線(xiàn)
根據實(shí)驗研究，提出脫硫廢水濃縮工藝路線(xiàn)如圖3所示。主要包括反應沉淀池、UF系統和RO系統。該工藝方案采用分步二級軟化工藝去除脫硫廢水中致垢離子以提高后續膜回用工藝的穩定性；預處理后脫硫廢水采用RO進(jìn)行脫鹽回用，RO產(chǎn)水作為鍋爐補給水系統水源，RO濃水進(jìn)后續固化系統。整套工藝方案中各系統自用水均完全回收，系統排水僅為RO濃水。并且通過(guò)分步二級軟化提高了軟化效率，同時(shí)可實(shí)現軟化污泥的資源化利用。該電廠(chǎng)脫硫廢水水量最大10m3/h，整套方案系統回收率45%，RO濃水5．5m3/h。通過(guò)電滲析或疊管式反滲透(DTRO)濃縮進(jìn)一步降低末端廢水水量，對蒸發(fā)結晶和煙氣蒸發(fā)意義不大，但是會(huì )增加膜濃縮的投資和運行成本。
3、結論
(1)采用Ca(OH)2-Na2CO3分步二級軟化可提高軟化效率。Ca(OH)2和Na2CO3最佳加藥量分別為28，26g/L，噸水軟化藥劑費用約58元。
(2)采用RO工藝對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，濃縮后末端廢水量降至5．5m3/h；RO產(chǎn)水水質(zhì)可滿(mǎn)足鍋爐補給水補水要求，可作為鍋爐補給水系統水源。膜系統運行穩定，無(wú)明顯的污堵現象。（來(lái)源：西安熱工研究院有限公司，上海電力學(xué)院環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院）
