高鹽廢水零排放及分鹽技術(shù)的應(yīng)用

李宏秀，范曉鵬，劉志江，李文杰

(1.華電水務(wù)控股股份有限公司，北京 100160； 2.蘇伊士水務(wù)技術(shù)(上海)有限公司，上海 200003； 3.中國(guó)華電集團(tuán)公司天津分公司，天津 300203)

0 引言

當(dāng)今環(huán)保要求日益嚴(yán)格，如何達(dá)到火電廠高鹽廢水零排放成為一個(gè)急需解決的主要問(wèn)題。所謂廢水零排放,是指將廢水中的鹽類經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶，將形成的固體鹽作為化工原料，將分離制得的回用水作為循環(huán)水補(bǔ)充水，從而最大限度地保護(hù)自然水體環(huán)境，實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的全面提升。

1 系統(tǒng)概況

華電包頭公司廢水零排放系統(tǒng)待處理的廢水主要是循環(huán)水排污水經(jīng)深度處理后形成的反滲透濃水(以下簡(jiǎn)稱反滲透濃水)、鍋爐補(bǔ)給水、凝結(jié)水精處理過(guò)程中的樹(shù)脂再生廢水和脫硫廢水三種廢水混合形成的高含鹽廢水。高鹽廢水的主要處理工藝及裝置為：化學(xué)軟化-管式微濾、濃縮減量(納濾NF、多段反滲透RO、碟管式反滲透DTRO)和結(jié)晶器[1]。

2 設(shè)計(jì)水量及水質(zhì)

脫硫廢水、反滲透濃水和樹(shù)脂再生廢水形成的混合廢水合計(jì)約為120 m3/h，高鹽廢水水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。水質(zhì)特點(diǎn)：(1)Ca2+、Mg2+、SO42-濃度高；(2)SiO2的濃度較高。

鈣、鎂及二氧化硅等易結(jié)垢成分的去除反應(yīng)如下：

Mg3Si4O10(OH)2↓ +3CaCO3↓+3CO2

Ca2++2HCO3-+2OH-=CaCO3↓+

2H2O+CO32-。

表1 高鹽廢水水質(zhì)指標(biāo)

3 處理工藝

3.1 化學(xué)軟化-管式微濾

高鹽廢水首先進(jìn)入調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)添加一定量NaClO用于抑制微生物生長(zhǎng)以達(dá)到殺菌效果；調(diào)節(jié)池出水進(jìn)入第一反應(yīng)池，在第一反應(yīng)池內(nèi)投加NaOH；在第二反應(yīng)池內(nèi)投加Na2CO3溶液或NaOH溶液，在反應(yīng)池進(jìn)行攪拌并進(jìn)行pH監(jiān)控，使水中的Ca、Mg、和Si等易結(jié)垢成分形成沉淀；經(jīng)過(guò)反應(yīng)后的水溢流到管式微濾膜的濃縮池內(nèi)，用循環(huán)泵輸送到管式微濾膜進(jìn)行固液分離，此時(shí)大流量廢水在濃縮池和管式膜之間循環(huán)，而部分管式膜透過(guò)水經(jīng)pH調(diào)整后進(jìn)入中間水池，送往后續(xù)處理系統(tǒng)；同時(shí)，為維持濃縮池內(nèi)一定量的污泥濃度，部分濃縮液外排進(jìn)入污泥緩沖池后，進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)脫水，產(chǎn)生的

圖1 高鹽混合廢水化學(xué)軟化-管式微濾處理工藝流程

泥餅委外處理或直接填埋，濾液則回流到系統(tǒng)前端再次處理。工藝流程如圖1所示。

管式微濾膜工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

(1)不需沉淀和預(yù)過(guò)濾去除水中污染物，可直接進(jìn)行過(guò)濾實(shí)現(xiàn)固體顆粒和液體的分離；

(2)在高pH條件下(pH>10)持續(xù)運(yùn)行，有效去除Ca2+，Mg2+，Si2+等離子的沉淀以及有結(jié)垢傾向的Sr2+，Ba2+等離子成分(當(dāng)Ca2+<10 mg/L，Mg2+<10 mg/L)；

(3)回收率高，僅有少量水由污泥帶走；

(4)無(wú)需大流量水反沖洗，自用水率很低。

3.2 濃縮減量

高鹽廢水經(jīng)過(guò)化學(xué)軟化處理后，Ca2+，Mg2+，Si2+等易結(jié)垢成分明顯降低，但是化學(xué)軟化對(duì)廢水中COD(化學(xué)需氧量)去除效果較差。由于納濾膜對(duì)COD具有有較高的耐受性，在化學(xué)軟化工藝后采用納濾-反滲透處理工藝。廢水通過(guò)納濾處理可以截留廢水中的大部分二價(jià)離子和部分一價(jià)離子，起到預(yù)濃縮的作用，同時(shí)明顯降低產(chǎn)水的含鹽量以及Ca2+，Mg2+等易結(jié)垢組分含量，有助于提高后續(xù)反滲透處理工藝的回收率以及運(yùn)行穩(wěn)定性。納濾濃水可以采用碟管式反滲透(DTRO)進(jìn)一步濃縮減量。工藝流程如圖2所示。

管式微濾系統(tǒng)產(chǎn)水送入中間水池，通過(guò)泵送入納濾NF處理系統(tǒng)，納濾回收率設(shè)計(jì)為85%，納濾濃水設(shè)計(jì)流速約為18 m3/h，總?cè)芙夤腆wTDS(total dissolved so lids)含量約73 600 mg/L；經(jīng)DTRO(一)進(jìn)行進(jìn)一步濃縮減量，DTRO(一)系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率為55%，剩余8.1 m3/h的高鹽廢水需進(jìn)行后續(xù)處理；納濾產(chǎn)水約102 m3/h進(jìn)入RO系統(tǒng)進(jìn)一步濃縮減量，RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率為85%，系統(tǒng)濃水產(chǎn)量約15.3 m3/h，TDS含量約為72 300 mg/L；經(jīng)過(guò)DTRO(二)系統(tǒng)濃縮減量，系統(tǒng)設(shè)計(jì)回收率為50%，剩余濃水約7.65 m3/h需進(jìn)一步處理。整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)水回用。

3.3 蒸發(fā)結(jié)晶

高鹽廢水經(jīng)DTRO系統(tǒng)處理后，含鹽量約為150～170 g/L。采用機(jī)械蒸汽再壓縮結(jié)晶技術(shù)進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，分別獲得氯化鈉和硫酸鈉。

圖2 減量處理系統(tǒng)(納濾NF-多段式反滲透RO-碟管式反滲透DTRO)工藝流程

在強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱MVR)中，結(jié)晶器閃蒸罐通過(guò)循環(huán)管連接列管式加熱器，循環(huán)泵將濃鹽水從閃蒸罐送至加熱器進(jìn)行熱交換，經(jīng)加熱器加熱后，循環(huán)進(jìn)入到閃蒸罐，發(fā)生閃蒸、析出結(jié)晶鹽。過(guò)飽和濃鹽漿從循環(huán)管道抽出排至離心機(jī)進(jìn)行固液分離。從離心機(jī)排出的固體鹽被回收或銷售(氯堿化工)。

蒸汽在閃蒸罐內(nèi)積聚，經(jīng)除霧分離器，進(jìn)入蒸汽壓縮機(jī)。壓縮后的蒸汽隨后進(jìn)入列管式加熱器的殼程。在此，蒸汽釋放潛熱給管程的濃鹽漿。蒸汽在殼程冷凝后，冷凝液經(jīng)收集后由泵送至蒸餾水罐(工藝流程如圖3所示)。

圖3 蒸發(fā)結(jié)晶工藝流程圖

MVR技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

(1)物料循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)廢水零排放目標(biāo)。結(jié)晶產(chǎn)生的固體鹽分可作為化工原料重復(fù)利用，蒸發(fā)冷凝水可作為循環(huán)水補(bǔ)給水回用。

(2)采用機(jī)械蒸汽再壓縮結(jié)晶技術(shù)，與傳統(tǒng)多效蒸發(fā)結(jié)晶器相比，不需要消耗大量蒸汽，節(jié)能降耗。

(3)通過(guò)預(yù)處理去除結(jié)垢物質(zhì)，根據(jù)濃鹽漿的特性決定采用6%Mo材質(zhì)，可降低設(shè)備的腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

(4)系統(tǒng)布置緊湊、布局合理、易于檢修。

(5)自動(dòng)化程度高，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行。

4 產(chǎn)水與鹽品質(zhì)

(1)經(jīng)過(guò)上述工藝流程產(chǎn)生的回用水質(zhì)(見(jiàn)表2)優(yōu)于GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》要求[2]。

表2 回用水水質(zhì)

(2)經(jīng)過(guò)上述工藝流程的生產(chǎn)的氯化鈉品質(zhì)(見(jiàn)表3)優(yōu)于GB/T 5462—2015精制工業(yè)鹽一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[3]。

表3 氯化鈉結(jié)晶鹽品質(zhì) g/100 g

5 結(jié)論

應(yīng)用高鹽廢水零排放技術(shù)，華電包頭公司每年可減少外排高鹽廢水約66萬(wàn)噸，減少COD排放量約302噸，減少氨氮排放量約5.6噸，電廠廢水實(shí)現(xiàn)零排放，發(fā)電水耗可下降約8%，提高了水利用效率，對(duì)改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量具有積極作用，環(huán)境和社會(huì)效益非常顯著。同時(shí)，本技術(shù)的應(yīng)用為后續(xù)火電廠廢水零排放工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推動(dòng)電廠廢水處理技術(shù)進(jìn)步具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。