燃煤電廠脫硫廢水屬于電廠末端最難處理的廢水,廢水水質(zhì)受燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的設(shè)計及運行、脫硫工藝補充水等因素影響,波動較大,表現(xiàn)出水質(zhì)組成復(fù)雜、高含鹽量、高腐蝕性等特點,成為制約電廠脫硫廢水零排放的關(guān)鍵因素。中試實驗結(jié)果表明,電驅(qū)離子膜裝置將經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)+管式膜預(yù)處理的水濃縮,濃水中總?cè)芙夤腆wTDS可濃縮至200000mg/L,產(chǎn)水可回用于循環(huán)水冷卻系統(tǒng),該工藝可滿足脫硫廢水零排放的要求,可為將來的項目提供可行性依據(jù)。
脫硫廢水是在濕式煙氣脫硫過程中產(chǎn)生的一種具有危害性、難處理的工業(yè)廢水,其成分復(fù)雜,水質(zhì)變化波動大,具有高懸浮物含量、高鹽量和硬度、易結(jié)垢和腐蝕性強等特點,同時含有一定量的重金屬。目前采用的常規(guī)三聯(lián)箱—中和、絮凝、沉淀工藝只能去除其中的懸浮物和絕大部分的重金屬離子,對于其中的可溶性鹽并無去除作用。隨著排放標準的日益嚴苛、環(huán)保要求的逐步提高和水資源的持續(xù)短缺,實現(xiàn)脫硫廢水的資源化與零排放刻不容緩。
膜分離技術(shù)是一種高效、低耗且易操作的液體分離技術(shù),與傳統(tǒng)的水處理方法相比,具有處理效果好、可實現(xiàn)廢水的循環(huán)利用及回收高附加值產(chǎn)品等優(yōu)點,是實現(xiàn)廢水資源化利用的有效技術(shù)。電滲析技術(shù)作為一種膜分離濃縮技術(shù),使用特定的離子交換膜,其在直流電場的作用下對溶液中的陰陽離子具有選擇透過性,即陰膜僅允許陰離子透過,陽膜只允許陽離子透過。通過陰陽離子膜交替排布形成濃、淡室,從而實現(xiàn)物料的濃縮與脫鹽。相較于反滲透過程,電滲析濃縮過程為電場驅(qū)動,其進水要求相對較低,僅對進水SS及強氧化物、有機溶劑等有所限制,預(yù)處理過程簡單。在保證進水條件下,可進行拆解離線清洗,使用壽命長。而對于熱法蒸發(fā)過程,電滲析過程在能耗、占地、投資等方面優(yōu)勢明顯。因此近年來,隨著工業(yè)高鹽廢水處理及零排放需求提高,電滲析技術(shù)以其上述獨特優(yōu)勢在此領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到關(guān)注。為此,針對脫硫廢水的水質(zhì)特性,采用均相電驅(qū)離子膜濃縮工藝開展了相關(guān)的研究。
1脫硫廢水零排放處理的難點
脫硫廢水的水質(zhì)主要受燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的設(shè)計及運行、脫硫工藝補充水、脫硫塔前污染物控制設(shè)備以及脫水設(shè)備等的影響。不同地區(qū)的電廠差別很大,同一電廠因排放時間不固定,差別也很大;脫硫廢水間斷性排放,水量波動較大;廢水硬度高,易造成蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢;廢水中氯離子的含量高,易造成系統(tǒng)腐蝕。以某電廠為例,脫硫廢水水質(zhì)見表1。
表1某電廠脫硫廢水水質(zhì)
2工藝原理
電驅(qū)離子膜技術(shù)的原理是利用陰、陽離子交換膜交替排列于正負電極之間,并用特制的隔板將其隔開,組成除鹽(淡化)和濃縮兩個系統(tǒng)。當向隔室通入鹽水后,利用離子交換膜對陰陽離子的選擇透過性能,在直流電場作用下陰、陽離子分別向陽極和陰極移動,達到電解質(zhì)溶液的分離、提純和濃縮。
3試驗過程
3.1試驗材料及分析方法
中試設(shè)備主要組成為:膜堆(含120對膜片,每片膜面積0.5m2)、整流器、原水箱、濃縮水箱、加酸泵、陰極液槽和陽極液槽。
試驗分析儀器:DR6000紫外可見分光光度計、ME分析天平、電熱恒溫烘箱、滴定裝置、原子吸收、電導(dǎo)率儀、pH計。水質(zhì)檢測項目主要有:總硬度、電導(dǎo)率、TDS、Cl-、F-、SO42-、pH等,檢測依據(jù)標準參照《鍋爐用水和冷卻水分析方法通則》(GB/T6903-2005)。
本次試驗所用藥劑為：30%氫氧化鈉、30%鹽酸、固體碳酸鈉、固體硫酸鈉、亞硫酸氫鈉。
試驗主要目的是取通過加藥軟化預(yù)處理和管式膜固液分離后的產(chǎn)水,測試電驅(qū)離子膜設(shè)備對脫硫廢水的濃縮情況,最大限度的減少進入后續(xù)蒸發(fā)裝置的濃水量。
3.2工藝流程
試驗工藝流程見圖1。
圖1試驗工藝流程圖
經(jīng)常規(guī)處理后的脫硫廢水進入廢水收集池,進行重力沉淀,經(jīng)提升進入反應(yīng)槽1,加氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值,控制pH大于11,使氫氧化鎂沉淀;反應(yīng)槽1出水進入反應(yīng)槽2,加入碳酸鈉溶液,與水中的鈣離子生成碳酸鈣沉淀,混合液進入濃縮槽,由循環(huán)泵輸送至管式膜進行固液分離,此時大流量的水回流至濃縮槽,保持濃縮槽中的混合狀態(tài);部分透過水經(jīng)投加氫氧化鈉回調(diào)pH值后進入ED原水箱。
電驅(qū)離子膜整流器運行為穩(wěn)壓運行,運行電壓為60V;極液:5%Na2SO4(陰極液pH<2.5,陽極液pH<7);系統(tǒng)進水1m3/h,陰極液循環(huán)流量2m3/h,陽極液循環(huán)流量2m3/h,濃水循環(huán)量4.5m3/h,脫鹽水循環(huán)量7.5m3/h,保證膜面流速。
4試驗結(jié)果與討論
4.1進水TDS變化對脫鹽水和濃縮水TDS的影響
由于脫硫廢水水質(zhì)波動較大,試驗收集了不同濃度的廢水,研究了不同脫硫廢水濃度條件下的電驅(qū)離子膜運行工況(圖2)。其中,下述所列圖中,橫坐標數(shù)據(jù)取樣時間不同,橫坐標數(shù)據(jù)1~5代表進水TDS4000mg/L,7~12代表進水TDS10000mg/L,14~20代表進水TDS30000mg/L,三組圖2~圖5內(nèi)橫坐標代表意義相同。
圖2TDS關(guān)系曲線圖
ED進水原水取自管式膜產(chǎn)水,ED裝置出水口產(chǎn)生兩種水,一種是濃縮水,一種是脫鹽水。進水TDS為4000mg/L左右時,ED膜出口濃縮水TDS約為50000mg/L;隨著進水濃度梯度增加;當進水TDS為10000mg/L,ED膜出口濃縮水TDS約為150000~170000mg/L;進水TDS為30000mg/L,ED膜出口濃縮水TDS約為200000mg/L;進水TDS濃度增加,ED膜出口濃縮水TDS濃度與進水TDS呈正相關(guān)升高。
通過比較,在進水TDS約為30000mg/L時為ED裝置運行最優(yōu)狀態(tài);ED膜出口濃縮水TDS基本大于200000mg/L(含鹽量>20%),濃縮水濃度達到最高,減少了濃水量;該濃縮水進入后續(xù)蒸發(fā)后,可縮短結(jié)晶周期。隨進水TDS濃度增高,ED裝置出口脫鹽水TDS濃度稍微增加,但總體低于5000mg/L,ED裝置可與RO耦合使用,RO將脫鹽水進一步處理回收利用。
4.2進水TDS變化對電流效率的影響
電流效率表示電滲析過程中電流利用程度,為單位時間內(nèi)實際脫鹽率與理論脫鹽率的百分比,對不同進水TDS濃度下的電流效率進行比較(圖3)。電流效率在進水TDS為4000mg/L和30000mg/L時高于進水TDS10000mg/L。當進水TDS為4000mg/L時,運行電壓60V,電流由水中離子的遷移量決定;進水TDS為30000mg/L時,運行電壓60V,水中離子濃度高,離子的遷移量由電流決定;而進水TDS為10000mg/L時,在相同電壓下,離子濃度相對較低,在膜界面上產(chǎn)生了濃差極化,所以電流效率相對較低。運行全過程中,總的電流效率約為80%。
圖3TDS與電流效率關(guān)系曲線圖
4.3進水TDS變化對離子遷移通量和噸水能耗的影響
隨著原水TDS的升高,離子遷移通量以及噸水電耗逐步升高(圖4)。進水TDS4000mg/L時,離子遷移通量小于1eq/(m2˙h),噸水能耗小于1kw˙h;進水TDS10000mg/L時,離子遷移通量約2eq/(m2˙h),噸水能耗2~3kw˙h;進水TDS30000mg/L時,離子遷移通量約6eq/(m2˙h),噸水能耗6~7kw˙h。噸水能耗隨著離子遷移通量的增加而增大。
圖4TDS對離子遷移通量和噸水能耗的關(guān)系曲線圖
4.4進水TDS變化對脫鹽率的影響
試驗考察了不同進水TDS濃度(4000mg/L、10000mg/L、30000mg/L)下的脫鹽率的變化(圖5),通過分析,脫鹽率隨著進水濃度的升高在脫鹽率80%左右波動,脫鹽率受水質(zhì)波動影響不大,不同試驗條件下的脫鹽率總體不低于80%。
圖5TDS與脫鹽率關(guān)系曲線圖
4.5水質(zhì)檢測結(jié)果
產(chǎn)水水質(zhì)檢測結(jié)果見表2。
表2產(chǎn)水水質(zhì)分析
由表2可知,進水TDS5300mg/L時,ED膜對水的濃縮倍數(shù)為11;進水TDS10253mg/L時,濃縮倍數(shù)為13.6倍;進水濃度TDS30000mg/L時,其濃縮倍數(shù)將近7倍,濃水TDS達到上限(200000mg/L)。隨著進水濃度的升高,電驅(qū)離子膜濃縮達到的濃水濃度進一步提升200000mg/L,濃縮倍數(shù)與進水濃度無明顯相關(guān)性,但電驅(qū)離子膜裝置的濃縮效率受進水濃度的影響較大;進水濃度TDS30000mg/L時,電驅(qū)離子膜裝置可利用其最大效率。
5結(jié)論
與傳統(tǒng)軟化預(yù)處理相比,脫硫廢水經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和管式膜過濾的軟化預(yù)處理工藝后,流程大大縮短。管式膜產(chǎn)水進入電驅(qū)離子膜裝置進行濃縮,進水水質(zhì)波動對電驅(qū)離子膜膜元件的電流效率、產(chǎn)水率、脫鹽率有不同程度的影響。通過實驗得知,在進水濃度增高時,電流效率較大,產(chǎn)水率和脫鹽率均能保持穩(wěn)定水平,電驅(qū)離子膜裝置的濃縮倍率受進水濃度影響較大,進水TDS約30000mg/L時,濃水TDS可以達到200000mg/L,將濃水減量,減輕后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶裝置的運行壓力,產(chǎn)水可回用于循環(huán)水冷卻系統(tǒng),實現(xiàn)廢水零排放處理。相比熱法濃縮,電驅(qū)離子膜濃縮廢水所需電耗較低,不需要其他能耗,并且不會造成熱損失,也不需要新鮮水源。因此采用電驅(qū)離子膜技術(shù)對高鹽水或者脫硫廢水進行濃縮處理具有更大的推廣價值和意義。
作者:陳文婷 |
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