實現(xiàn)脫硫廢水零排放工藝分析

1.燃煤發(fā)電脫硫廢水處置及要求：國家對已建和新建的燃煤發(fā)電站要求廢水實行“零排放”。

2.對于硬度高的問題，采用震動膜的寬進液通道和膜面大剪切力，可防止表面結晶，節(jié)省了投加藥劑去除硬度的單元，大幅減少蒸發(fā)廢水量，降低蒸發(fā)器的投資成本，提高了脫硫廢水“零排放”的經濟可行性。

脫硫廢水處理流程

脫硫廢水是燃煤發(fā)電站最惡劣的廢水。該廢水從處理到循環(huán)回用，通常分為三段：

第一段絮凝沉淀、加藥除硬；

第二段過濾分離懸浮物；

第三段是蒸發(fā)固化，通常采用多效蒸發(fā)或MVR加結晶器。

圖1為脫硫廢水“零排放”主要工段示意。

蒸發(fā)固化階段

1、蒸發(fā)結晶對于硬度的要求

由于脫硫廢水pH一般為微酸性、懸浮物約30000mg/L、含微量重金屬、固含量約30000~40000mg/L。但是蒸發(fā)結晶對進水硬度有嚴格要求，為保結晶順利，硬度越低越好，通常要求低于200mg/L。因此，會加入碳酸鈉把硬度沉淀，以溶解度高的Na+離子交換溶解度低的Ca2+離子，防止蒸發(fā)器結垢。

蒸發(fā)技術一般采用多效蒸發(fā)或機械式蒸汽再壓縮技術（MVR），對硬度指標要求同樣高。

MVR是現(xiàn)時效率最高的蒸發(fā)技術，但投資和營運的費用仍然較高。所以當務之急是要在第三階段提高濃縮比，減少蒸發(fā)量。先來看下成本。

2、蒸發(fā)工段的投資和運行成本

蒸發(fā)回收是整個零排放工藝要求的最終環(huán)節(jié)。為了節(jié)省成本業(yè)界一般采用MVR。具規(guī)模的MVR建造成本在60~70萬元/（h˙t）-1。除此之外，運行費用也需要考慮。MVR使用蒸汽再壓縮技術，提高蒸汽使用率，極具效益的MVR進液蒸發(fā)成本約60~80元/t。

3、目前膜濃縮存在的問題

為降低蒸發(fā)量，有些廠家采用RO膜技術進行濃縮。脫硫廢水硬度達到30000mg/L，會對膜進口和膜表面產生嚴重堵塞。因此必需投加藥劑來除去硬度。去除脫硫廢水的硬度，藥劑費用高達20~30元/t，還會產生大量的含重金屬污泥，增加處置費用。

卷式RO膜不能再提高濃縮比主要有兩個原因：第一是卷式RO膜的進入通道窄；第二是其膜面剪切力不足，而不是高滲透壓。膜進口結垢堵塞狀況照片見圖2。

3.1通道結構 

卷式RO膜組的進口空隙僅約0.5mm。當鈣、鎂鹽進入RO膜，加上膠狀COD，很容易累積在進口，產生堵塞。解決方法較簡單——把膜與膜之間的空隙擴大。市面上采用平板膜設計的一般都可解決通道結構問題。

3.2膜面結晶

膜面結晶是RO膜應用的重要議題。結晶理論通常把結晶狀態(tài)分為粒狀結晶和膜面結晶。晶體是不溶解的粒狀固體。晶體隨水流方向壓到膜面上。粒狀晶體堆在膜面比較松散，或隨著水流沖到濃液出口，因此粒狀結晶不會對膜通量帶來太大影響。

圖3為粒狀結晶。

膜面結晶是鹽水在通過膜面時進行脫鹽。水被壓過膜產生清液，膜面瞬時在高鹽濃度下結晶（見圖4）。

因高鹽分平均分布在膜面，晶體從膜面向外生長，成為一層很堅固的晶體，覆蓋在膜面，而且與膜面相結合。雖然含量相對較低，但幾乎無法在不破壞膜的前提下能清洗掉恢復通量。

震動膜工作原理及特點 

震動膜有兩個主要部分，膜組和使膜組產生往復運動的振動機械。膜組里是圓形的平板膜，膜片可按需求選用不同精度的膜材。膜片與膜片間隙比較大，有3mm，進口通道比較寬，不容易在進口位置產生結垢。進液受到壓力從進口流到濃液口。在進料泵壓力下，清液通過膜片，鹽分被截留。膜組剖面示意見圖5。

整個膜組坐在一組振動機械上。膜面往復振動，在膜面產生強大剪切力，鹽分難以停留在膜面，防止膜面產生表面結晶。在高鹽濃度下，結晶和未結晶的鹽分被推到濃液口外排。

這兩項設計使脫硫廢水可以在不除硬的前提下進行濃縮。按現(xiàn)時的經驗，震動膜濃液TDS可達90000μg/g，甚至出現(xiàn)物理性結晶。濃縮比可以達到60%~65%，即可減少蒸發(fā)量達60%~65%。產水氯離子量為1500~3000mg/L。

1、產水效果與濃縮比 

產水效果與選膜有關。選NF膜可把90%雙價鹽去除，單價鹽去除率較低，只有10%。選RO膜可把99%雙價鹽去除，95%單價鹽去除。在脫鹽率上，震動膜與一般的卷式膜無太大區(qū)別，只是在高通量、高濃縮比和防結垢及污堵上，震動膜比較有優(yōu)勢。

2、固廢量

污水處理混凝沉淀工藝需要大量采用化學品作為前處理除硬，一定要考慮固廢棄置成本。震動膜采用高頻振動提高膜面剪切力，對硬度沒有要求，不外加藥劑，減少固廢量。

3、能耗

能耗是整個提濃工序最關鍵的經濟指標。膜的濃縮成本比蒸發(fā)成本經濟效益顯著，震動膜是膜分離技術，不產生相變，進水平均能耗約為4kW˙h/m3。
 

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