電廠濕式電除塵沖洗廢水處理新工藝

王曉玲,閆玉蓮,于忠偉,邵天寶

(1.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所,天津 300192;2.大唐黃島發(fā)電有限責任公司,山東 青島 266599)

1 前言

在火力發(fā)電廠中,濕式電除塵器被廣泛應用于濕法脫硫后的煙氣凈化,主要用來除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)。濕式電除塵器的清灰過程依靠水噴淋將陽極板上附著的灰塵沖刷下來,沖洗水一般循環(huán)使用,以節(jié)約水資源。其沖洗廢水主要含有SS、氯根、硫酸根等污染物。如果不外排換水,污染物和濁度持續(xù)增高,pH值越來越低,極板越來越容易垢沉積,煙氣中帶水含塵量也會增大,導致煙氣排放不合格。沖洗廢水外排和持續(xù)的補水也增加了運行成本,廢水需處理后才能外排。濕式電除塵器沖洗排放廢水存在二次污染、耗水量巨大、內(nèi)部件腐蝕嚴重等問題,嚴重影響了濕式電除塵器在國內(nèi)燃煤電廠上的大型化應用[1]。

2 水質(zhì)特征

濕式電除塵器吸收了煙氣中的酸性氣體CO2和SO2,經(jīng)沖洗水溶解呈酸性,沖洗水循環(huán)使用后,pH值最終可達到2～3。煙氣中的粉塵固體被水流沖刷下來,使得這種沖洗廢水固體懸浮物含量增加,濁度增加,且含有Al3+和Fe3+的膠體,提高pH值以及投加陰離子混凝劑后,膠體易脫穩(wěn)沉積[2]。電廠電除塵廢水中主要的雜質(zhì)和危害如下。

2.1 懸浮物

煙氣中大量的固體顆粒,導致了廢水中懸浮物的大量存在,懸浮物和膠體是造成電除塵器及其循環(huán)沖洗水系統(tǒng)預計堵塞、污垢附著、生物繁殖和腐蝕的重要因素。

2.2 總?cè)芙夤腆w

總?cè)芙夤腆w(TDS)是循環(huán)沖洗水不斷循環(huán)使用過程中,溶解了煙氣中的無機鹽、可溶性有機物的原因。隨著TDS的增加,污垢附著速度也會遞增,電導率增加。

2.3 硬度

電除塵器表面鈣鎂離子的沉積結(jié)垢,不僅影響電除塵器的效率,而且堵塞管道。

2.4 膠體

膠體主要由Al3+和Fe3+組成,膠體物質(zhì)在受熱或pH值≥3.7時,會在電除塵器表面形成污垢層,造成局部腐蝕,且形成的Fe2O3和Fe(OH)3污垢粘性強、密度大,很難清理,還能起到晶種作用,加快碳酸鈣結(jié)晶速度。

3 傳統(tǒng)工藝

目前電廠常用中和沉淀工藝,即經(jīng)過簡單的沉淀,或者沉淀池前進行pH值調(diào)節(jié)、絮凝和軟化投藥,一部分清水流入清水池繼續(xù)循環(huán)使用,另一部分排入灰渣池,清水池必須定期補充新的清水,這種工藝僅能做到部分回用,沉淀池也必須定期清理。某廠[3]采用了一級沉灰池+二級沉渣池+微濾池工藝處理,僅沉灰池的水力停留時間就為2 h,占地面積較大,且僅對懸浮物有比較好的處理效果,pH值、硬度的效果不理想。

有的電廠利用三聯(lián)箱法處理工藝,即中和池、沉淀池、絮凝過濾池,盡管整體較為成熟,但由于配置的設(shè)備較多,前期投入大、運行期的成本支出較多且定期便需進行大規(guī)模維護,故在實際應用時的綜合效率并不高。此外,由于需要添加石灰乳、助凝劑、絮凝劑等多種藥物,導致加藥管道經(jīng)常出現(xiàn)堵塞情況,進一步增加了處理難度。

4 新型工藝

4.1 工藝流程

采用結(jié)晶造粒流化床和扭轉(zhuǎn)式纖維過濾器,替代傳統(tǒng)的加藥軟化、絮凝和沉淀工藝,并將其與反滲透法聯(lián)合處理電廠濕式電除塵沖洗廢水,提供了一種新型解決方案。其工藝流程見圖1。

電除塵沖洗廢水經(jīng)調(diào)節(jié)pH值、投加PAC及PAM后進入循環(huán)造粒流化床系統(tǒng)。經(jīng)循環(huán)造粒流化床的澄清處理,出水帶壓進入纖維過濾器,部分清水進一步進行反滲透脫鹽處理,反滲透產(chǎn)水TDS顯著降低,與纖維過濾器產(chǎn)出的大部分清水混合后循環(huán)回用。排泥水、過濾器沖洗排水和反滲透濃水的量較少,排放至廠區(qū)濃縮池統(tǒng)一處理。

4.2 工藝原理

(1)結(jié)晶造粒流化床。結(jié)晶造粒流化床[4]是一種新型的固液分離技術(shù),通過向水中投加堿性藥劑(NaOH、Na2CO3),在內(nèi)筒底部進水區(qū)倒錐形漸擴形的水力條件和攪拌器的攪拌作用下達到充分混合,使原水中的硬度離子形成晶種。在頂部造粒區(qū),這些晶體互相附著,絮體粒徑隨水流生長,逐一附著,生成密度高、粒度大的球形顆粒狀絮凝體。較大顆粒在重力作用下與水流自然分離,進入集泥區(qū);細小顆粒隨高速水流產(chǎn)生強垂向渦流,強化固液分離。

(2)扭轉(zhuǎn)式纖維過濾器。過濾器[5]由微細且多束的柔軟纖維絲,施以回轉(zhuǎn)機具壓榨,使其孔隙變小,水中的懸浮物均被擋住留在過濾纖維絲外,經(jīng)過濾后得到清潔的產(chǎn)水。當過濾器內(nèi)被截留的懸浮污物增多,處理水量下降,壓力達到設(shè)定值時,自動進入反沖洗過程,讓過濾器的壓榨機具放松,使過濾纖維的孔隙在舒張的狀態(tài)下,進行反沖洗,將污物通過排放管排除,然后又自動進入過濾程序,從而實現(xiàn)自清洗。

(3)反滲透脫鹽。

在滲透壓力驅(qū)動下,水通過半透膜進入膜的低壓側(cè),其它鹽分被阻擋在膜的高壓側(cè),并隨濃縮水排出,從而達到純化水質(zhì)和濃縮廢水的目的。

4.3 工藝特點

電除塵沖洗廢水循環(huán)再利用需要重點解決的問題有三點,一是水中懸浮物含量的控制;二是水對設(shè)備管道的腐蝕和結(jié)垢;三是提高用水效率。與傳統(tǒng)工藝對比,新工藝具有以下特點。

(1)工藝先進,循環(huán)再利用效率高。該工藝是一種先進的固液分離技術(shù),并結(jié)合了反滲透脫鹽處理,有效控制了水的含鹽量,降低腐蝕結(jié)垢的風險。流化床自用水率約2%～3%,在流化床出水水質(zhì)保證的前提下,纖維過濾器預計最高自用水率能達到0.5%,反滲透的回收率如果按照80%計算,新工藝總回用水率可達到77%以上。濃鹽水和其他排水還可進入電廠已有處理系統(tǒng)進行濃縮處理,實現(xiàn)了節(jié)能減排。

(2)水質(zhì)使用范圍廣,過濾性能高。電廠電除塵沖洗廢水隨著運行周期的增長,水中懸浮物和其他離子含量均逐漸升高,新工藝適應這種不穩(wěn)定的水質(zhì),對于低濁和高濁水的處理效果均能達到5 NTU,出水波動小,并且產(chǎn)生的絮體密度高、粒度大,有利于沉降,結(jié)晶造粒流化床懸浮物去除率95%以上,總硬度去除率62%左右,而藥劑法的總硬度去除率在54%左右[6],產(chǎn)生的污泥含水率可達到95%,節(jié)省了水資源。后續(xù)扭轉(zhuǎn)式纖維過濾器強化了流化床的出水,過濾效果較好,過濾精度達到2 μm～5 μm,高于傳統(tǒng)的砂濾和濾池的過濾性能,能夠保證反滲透進水小于2 NTU。而反滲透脫鹽又進一步保證了循環(huán)回用水的TDS含量,可有效降低設(shè)備管道的腐蝕和結(jié)垢。

(3)占地面積小,水力負荷高。電除塵廢水處理一般是電廠的改造工程,可利用空間有限。根據(jù)《室外排水設(shè)計標準GB 50014-2021》,沉淀池水力負荷一般1.5 m3/m2·h～4.5 m3/m2·h,經(jīng)驗一般取3 m3/m2·h。流化床水力負荷可達到12 m3/m2·h～15 m3/m2·h,扭轉(zhuǎn)式纖維過濾器約60 m3/m2·h～100 m3/m2·h,占地面積可降低約75%,有效節(jié)約了電廠土地資源,有利于電廠改造工程的實施。

(4)無需專人管理、運維,運行費用低。將傳統(tǒng)的多個處理單元集成為一體,實現(xiàn)了處理過程的小型化、一體化,施工周期明顯縮短。相比傳統(tǒng)處理方法,可自動設(shè)定排污、反洗和產(chǎn)水調(diào)節(jié),實現(xiàn)了全自動化、無人值守,也無需專人進行清淤,大大減少了運行費用。

5 結(jié)語

結(jié)晶造粒流化床+扭轉(zhuǎn)式纖維過濾器+反滲透聯(lián)合工藝適合電廠濕式電除塵沖洗廢水的處理,對懸浮物、硬度的去除率高,水力負荷均高于傳統(tǒng)方法,占地面積小,自動化程度高,有效節(jié)能減排,實現(xiàn)循環(huán)利用,節(jié)省了水資源。