燃煤电厂脱硫废水零排放现状分析

http://www.water.hc360.com2020年07月28日08:42 来源:《环境保护科学》作者:王焕伟 等T|T

    慧聪水工业网 摘要:文章综述了脱硫废水的水质特点及脱硫废水零排放的处理工艺;介绍了预处理单元、浓缩减量单元和固化单元的成熟技术;并对5个燃煤电厂脱硫废水零排放应用成功的典型案例进行了分析。结果表明,各电厂要从自身实际出发,选取适合本企业的技术路线。

    关键词:脱硫废水零排放;预处理单元;浓缩减量单元;固化单元

    美国电力研究中心将火电厂全厂废水零排放定义为“电厂不向地面水域排放任何形式的水,离开电厂的所有水都是以水蒸汽或在灰或渣中固化。”2017年1月10日生态环境部在《火电厂污染防治技术政策》中提出,脱硫废水宜经石灰处理、混凝、澄清和中和等工艺处理后回用,鼓励采用蒸发干燥或蒸发结晶等处理工艺,实现脱硫废水零排放。

    火力发电厂耗水量大,废水排量大。尤其北方地区,水资源短缺,燃煤电厂利用各种技术对各类废水进行回用,最大程度的从源头上减少废水产生量。对各类废水按照水质高低分类,不用处理或简单处理即可实现梯级回用,不但减少处理费用,而且节约水资源。燃煤电厂废水分为以下4个阶梯。第一阶梯:城市中水、地表水和工业用水等;第二阶梯:城市中水和部分再利用的中水(工业废水和生活污水可用水处理)循环冷却水;第三阶梯:循环污水、再生水、反渗透浓水、冲煤废水、渣水和脱硫工艺用水;第四阶梯:脱硫废水。其中,第四阶段剩余的脱硫废水是实现燃煤电厂废水零排放的关键。

    1脱硫废水零排放技术

    1.1脱硫废水的水质特点

    第四阶梯的脱硫废水在烟道内被浓缩,成分复杂,污染物浓度高,具有以下特点。

    1)高含盐:溶解固体含量10000~40000mg/L,以SO42−,F−、Cl−、Mg2+和Ca2+为主;

    2)高浊度:悬浮物含量10000~30000mg/L,以飞灰、石膏晶粒、氟化钙和酸不溶物为主;

    3)高硬度:钙、镁离子浓度高,易结垢;

    4)腐蚀性:氯含量20000mg/L左右,腐蚀性较强;

    5)重金属:包含铅、铬、镉、铜、锌、锰和汞等,污染性强;

    6)不稳定:发电厂负荷波动、季节、煤质对脱硫废水成分影响大。

    脱硫废水零排放工艺可以分为预处理单元、浓缩减量单元和固化单元。每个单元都有多种成熟技术可供比选。电厂可根据当地气候条件,经济预算,技术论证选取适合电厂本身的技术路线。

    1.2预处理单元

    预处理过程是实现脱硫废水零排放的第一步,用于去除废水中的部分悬浮物及硬度、重金属离子。脱硫废水常规预处理:中和/反应/絮凝三联箱+澄清池。深度预处理:碳酸钠/氢氧化钠澄清池或管式微滤、纳滤、电驱动膜。常规预处理方法操作相对简单,费用低,处理能力有限,预处理出水硬度及重金属离子浓度大,对后续设备运行不利。深度预处理出水水质效果良好,减少后续设备结垢,但是用于去除硬度使用的碳酸钠用量大,费用高,有工艺用价格便宜的硫酸钠代替碳酸钠去除硬度,可以有效降低费用成本。

    1.3浓缩减量单元

    浓缩减量单元中的各种水处理技术现已应用广泛,浓缩减量单元工艺的选取要依据固化单元可处理的水量。目前,脱硫废水处理方法主要是膜浓缩工艺。常用的膜浓缩处理方法包括反渗透、正渗透、电渗析和蒸馏法,其中反渗透技术应用最为广泛。

    1.3.1反渗透

    反渗透是自然渗透的逆过程。近几十年来,该技术已经发展地较为成熟,并广泛应用于纯水和超纯水制备,工业水、生活污水处理以及海水淡盐水淡化领域。其缺点是废水中杂质的沉积易导致膜污染,膜氧化后设备的处理能力降低,维护成本高。近年来,出现了几种处理高盐废水的反渗透膜技术,如碟式反渗透(DTRO)技术,国电汉川电厂和华电包头电厂正在应用此项技术。DTRO是一种特殊的反渗透形式,专门用于处理高盐废水,可以处理SDI值高达20的高污染水源,膜污染程度较轻。

    1.3.2正渗透

    正渗透方法与反渗透原理相反,属于膜分离过程。正渗透利用溶液不同的化学势,使脱硫废水中的水分子自发的通过膜进入汲取液。脱硫废水在不需要外部压力的情况下被浓缩。汲取液吸收水分后,再通过加热将水分蒸发分离出来。正渗透法的回收率可达85%~90%。正渗透技术具有节能、产水量大和回收率高、不易污染、难结垢等优点。技术难点在于选择具有高水通量、耐酸碱性和良好机械性能的渗透膜,以及如何选择能够产生更高渗透压的汲取液。

    1.3.3电渗析

    通过半透膜的选择渗透性分离不同溶质颗粒(如离子)的方法称为渗析。在电场作用下进行渗析时,溶液中带电溶质颗粒(如离子)通过膜迁移的现象称为电渗析。通过电渗析纯化和分离物质的技术称为电渗析法,这是20世纪50年代开发的新技术。它最初用于海水淡化,现已广泛应用于化工、轻工、冶金、造纸和制药等行业,特别是纯净水的制备和环保三废的处理。电渗析技术对进水要求高,脱盐率低,电渗析交换过程中产生的钙镁离子会堵塞交换膜,限制了电渗析的发展。

    1.3.4蒸馏法

    蒸馏法是利用厂内热源,在蒸馏装置内与脱硫废水进行热交换,使水蒸发冷凝后再利用,废水浓缩。蒸馏装置有多种类型,如多效蒸发器、卧式喷淋蒸发器和立式降膜蒸发器等多种型式。蒸馏法回收率较高,能回收80%~85%的废水,该技术投资大,能耗高,必须特别注意高温下的结垢和腐蚀。蒸馏法的设备材质多采用钛材,防止腐蚀。

    1.4固化单元

    减量处理后的废水进行固化处理,主要包括蒸发结晶法、蒸发塘及尾部烟气蒸发法。

    1.4.1多效强制循环蒸发系统(强制循环MED)

    多效蒸发技术(MED)可多次重复使用蒸汽的热量进行热交换,以减少热能消耗并降低成本。脱硫废水在蒸发器中串联加热蒸发,前效蒸发产生的二次蒸汽作为后效蒸发器的热源,重复利用热能加热,在结晶器内蒸发结晶实现固液分离,此技术比较成熟,但是能耗比较高。

    1.4.2蒸汽浓缩蒸发(MVR蒸发系统)

    MVR蒸发器是一种新型节能蒸发设备,主要用于制药行业,采用低温与低压汽蒸技术产生蒸汽,蒸汽将脱硫废水加热后使水分离出来,是目前国际先进的蒸发技术。

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