连坤宙;胡特立;王永前;焦绪常;王璟;曹红梅;毛进;樊开远
【摘 要】针对火电厂脱硫废水的水质特点,提出"一体式软化澄清-超滤"预处理工艺并在山东某火力发电厂进行了中试研究,研究内容包括一体式软化澄清装置对Ca2+、Mg2+、浊度去除效果,超滤系统运行压力、产水流量、产水浊度及预处理工艺化学药剂费用等.结果表明:利用一体式软化澄清装置处理脱硫废水,出水Ca2+、Mg2+质量浓度可分别由400～660 mg/L和5310～15689 mg/L降至25 mg/L和10 mg/L,浊度小于或等于2.0 NTU;超滤系统运行稳定,产水浊度小于或等于0.1 NTU,SDI值小于3.0,可稳定达到后续反渗透系统进水水质要求.该一体式软化澄清-超滤预处理工艺中试研究成果可为火电厂废水零排放技术研究提供重要的基础数据.%According to the characteristics of desulfurization wastewater in the coal-fired power plant, the desulfurization wastewater pretreatment method of the integrated softening and clarifying-ultrafiltration is proposed in this paper. The pilot project testing is completed in a coal-fired power plant in Shandong province. The study includes the removal efficiency of integrated softening and clarifying on Ca2+, Mg2+ and the turbidity, the operating pressure of the ultrafiltration system, the flow and turbidity of the product water, and the chemical cost of the pretreatment process. The results show that the content of Ca2+ decreases from 400～660 mg/L to 25 mg/L and the content of Mg2+ decreases from 5310～15689 mg/L to 10 mg/L after the treatment of desulphurization wastewater by integrated softening and clarifying-ultrafiltration, respectively, with the turbidity being no more than 2.0 NTU. The ultrafiltration system operates stably and the turbidity of product water is no more than 0.1 NTU, SDI value is less than 3.0, which can meet the required water quality conditions of the reverse osmosis system. The study results of the integrated softening and clarifying-ultrafiltration can provided important data for the research on the zero wastewater discharge technology in the power plant.
【期刊名称】《中国电力》
【年(卷),期】2018(051)006
【总页数】6页(P166-171)
【关键词】火电厂;脱硫废水;预处理;一体式软化澄清;超滤;废水零排放
【作 者】连坤宙;胡特立;王永前;焦绪常;王璟;曹红梅;毛进;樊开远
【作者单位】西安热工研究院有限公司,陕西西安 710054;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710054;华能济宁运河发电有限公司,山东济宁 272057;华能济宁运河发电有限公司,山东济宁 272057;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710054;华能山东发电有限公司,山东济南 250014;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710054;西安热工研究院有限公司,陕西西安 710054
【正文语种】中 文
【中图分类】TM621.8;X77
0 引言
火电厂湿法烟气脱硫废水中含有大量的悬浮物、重金属及Ca2+、Mg2+、SO42- 等离子[1-4]，水质复杂，不易回用。随着环保政策的日趋严格，该部分废水已经成为制约全厂废水零排放的关键因素之一。目前，脱硫废水的主要处置方式包括达标处理和零排放。达标处理法即利用中和-絮凝-沉降-澄清处理工艺去除脱硫废水中的大部分悬浮物和重金属离子。
该工艺成熟稳定，在国内外各电厂已有大量实际工程应用案例，但对脱硫废水中的Ca2+、Mg2+ 等结垢性离子无明显去除作用，且处理后的脱硫废水含盐量仍然很高，对于排放标准中有含盐量要求的地区不适用[5-9]。零排放工艺是近几年随着国家环保要求逐渐提高而兴起的一类末端废水处理工艺，常见的零排放工艺包括蒸发结晶、烟道喷雾、旁路烟气蒸发等[10-15]，其特点是可回收部分脱硫废水并生成固体盐，系统最终无液体排放。
无论哪种零排放工艺对进水水质都有一定的要求[16]。由于脱硫废水中含有大量Ca2+、Mg2+、SO42- 等结垢性离子，在其进入零排放处理系统前必须进行预处理，以降低致垢性离子含量。脱硫废水预处理的主要方法是中和软化，通过投加不同的化学软化药剂，降低水中致垢性离子含量。国内工程实例或其他研究试验[17-19]表明，采用两级软化加混凝澄清作为脱硫废水预处理工艺具有较好的效果，而采用微滤工艺可对软化后的脱硫废水进一步进行水质净化，以满足后续处理工艺的要求。本文针对脱硫废水水质特点，提出“一体式软化澄清-超滤”的预处理工艺设计方案，开发了一体式软化澄清装置，完成了现场中试研究，所得结果可为实际工程应用提供基础数据。
1 预处理工艺设计
1.1 设计概况
脱硫废水预处理采用“一体式软化澄清-超滤”工艺，设计最大处理量为7 m3/h，中试试验在山东省某火力发电厂进行，进水取自该电厂脱硫废水处理系统出水，其水质如表1所示。
由表1可知，该电厂脱硫废水具有低钙高镁的特点，SO42- 含量也相对较高，且可溶解固形物质量浓度为40 000～70 000 mg/L，高于常规脱硫废水含盐量水平。为保证后续膜处理系统的稳定运行，对其进行预处理非常必要。
表 1 预处理系统进水水质Table 1 The inflow water quality of pretreatment system
1.2 工艺流程
脱硫废水预处理“一体式软化澄清-超滤”工艺包括一体式软化澄清装置、石英砂过滤器和超滤装置，流程如图1所示。电厂脱硫废水首先通过废水提升水泵输送至一体式软化澄清装置中，该装置设一、二级反应区和澄清区，试验过程中在一、二级反应区分别投加液碱和碳酸钠溶液进行中和软化反应，反应后的废水进入澄清区进行固液分离，分离后的上清液经回调pH值后进入缓冲水箱，然后通过石英砂过滤器进一步除去脱硫废水中的部分悬浮物后
进入超滤系统，超滤产水则进入后续膜浓缩系统进行浓缩减量处理。试验期间澄清器底部污泥排至电厂污泥脱水系统进行处理，石英砂过滤器和超滤的冲洗水排至脱硫废水缓冲池。
1.3 设计参数
1.3.1 一体式软化澄清装置
一体式软化澄清装置为专利设备，主要用于脱硫废水的软化澄清处理，设计最大处理量为7 m3/h，澄清区上升流速0.28 mm/s，顶部为软化反应区，下部为澄清区，装置直径3.0 m，高度11 m。利用该装置可以同步实现脱硫废水的两级软化和固液分离。该装置与传统三联箱+澄清池工艺相比，具有占地面积小、操作简单、出水浊度低等特点。
1.3.2 超滤系统
超滤系统设计最大出力为6 m3/h，系统配置4支某品牌外压式膜元件，膜元件面积为50 m2/支，每支膜元件可单独运行，系统回收率≥90%，产水浊度≤0.1 NTU。超滤系统采用PLC控制，系统全自动运行，主要步序分为开机正冲、过滤、反洗/气洗、反冲。
2 预处理中试
2.1 一体式软化澄清装置试验结果
2.1.1 Ca2+、Mg2+ 去除效果
脱硫废水中的Ca2+、Mg2+ 是影响后续膜处理系统的主要结垢性离子，为保证后续膜浓缩系统的正常运行，在预处理过程中必须去除大部分致垢离子。试验期间，控制一体式软化澄清装置的进水流量为3 m3/h，并分别在一级反应区投加质量分数为32%的液碱（NaOH），控制一级反应区pH值=10.5～11.0；在二级反应区投加质量分数为10%的Na2CO3溶液，经过两级软化反应后的脱硫废水进入澄清区进行固液分离，分离后的上清液中Ca2+、Mg2+ 含量变化如图2所示。由图2可知，装置启动初期，由于加药量、水量等存在波动，出水的Ca2+、Mg2+ 含量较高，且波动性较大。运行过程中通过不断调整碱液和Na2CO3溶液加入量，装置出水的Ca2+、Mg2+ 含量开始逐渐降低并趋于稳定，最终出水的Ca2+、Mg2+ 质量浓度分别降至25 mg/L、10 mg/L左右，此时对应的NaOH和Na2CO3质量浓度分别为30 g/L、3.5 g/L。
图 1 “一体式软化澄清-超滤”工艺流程Fig. 1 The flow chart of the integrated softening and clarifying-ultrafiltration
图 2 一体式软化澄清装置出水Ca2+、Mg2+ 离子质量浓度的变化Fig. 2 The variation of Ca2+，Mg2+ concentration in the effluents of the integrated softening and clarifyingultrafiltration
2.1.2 浊度去除效果
浊度是检验澄清装置出水水质的一个重要指标，试验期间定时测定该装置的出水浊度，结果如图3所示。由图3可知，运行初期，由于需要不断调节进水流量和加药量，使得装置的出水浊度较高，最高时可达28.6 NTU，当进水量和加药量稳定后，出水浊度逐渐降低并趋于稳定，最终保持在2.0 NTU以内。
图 3 澄清器出水浊度的变化Fig. 3 The turbidity variation of effluents from the integrated softening and clarifying-ultrafiltration
2.1.3 排泥周期
由表1数据可知，脱硫废水原水中Ca2+、Mg2+含量很高，尤其是Mg2+含量，最高时质量浓度可达15 689 mg/L，因此在软化过程中会生成大量Mg(OH)2沉淀，澄清器在连续运行过程中需要不断排泥，以保证澄清器出水水质。根据现场试验结果，最终确定澄清器的排泥方式及周期为每小时排泥1次，每次排泥时间30 s。试验过程中测定澄清器底部污泥固体质量分数约为3.7%，其主要成分为Mg(OH)2和CaCO3。
2.2 超滤试验结果
中试期间，超滤装置进水水质如表2所示。
表 2 超滤装置进水水质Table 2 The inflow water quality of ultrafiltration system
2.2.1 运行压力
超滤系统运行期间通过监测系统运行压力变化情况可以判断系统运行的稳定性及判断膜是否产生污堵现象，试验期间超滤系统的运行压力变化如图4所示。由图4可知，超滤系统运行期间，进水压力在0.02～0.05 MPa之间波动，产水压力基本保持在0.008 MPa左右。因超滤系统每运行30 min会自动进行反洗，每次反洗结束后系统重新开始运行，故进水侧压
力波动相对较明显。另外，温度的变化也会引起运行压力的波动。超滤系统运行过程中，一般跨膜压差大于100 kPa时即说明膜元件存在污堵现象，需要进行恢复性化学清洗。试验期间超滤膜跨膜压差在18～40 kPa之间波动，说明未发生明显的污堵或结垢现象。
图 4 超滤系统运行压力的变化Fig. 4 The operational pressure variation of ultrafiltration system
>含盐废水处理
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