重點介紹了華能長興電廠脫硫廢水“零排放”的應用實例，對運行成本、技術進行了分析，對該零排放技術在煤化工上的應用前景進行了歸納總結，并結合煤化工項口的零排放提出了相應措施建議。
關鍵詞：脫硫;煤化工;污水;零排放
0 引言
基于我國“富煤貧油少氣”的資源賦存背景，煤炭的開發(fā)利用一直是我國關注的重點。目前全球范圍己探明煤炭資源儲量占化石能源的55%，我國煤炭占化石能源比重高達94%。隨著對煤化工認識的不斷加深和環(huán)保技術的不斷發(fā)展，選擇與煤質相匹配的煤氣化技術以降低環(huán)保處理成本成為行業(yè)的普遍選擇，而國家在核準煤化工項目時明確煤化工項目需達到近零排放的要求。
1 華能長興電廠零排放項目簡介
1.1 工藝原理及過程
長興電廠廢水處理系統(tǒng)采取清污分流、分類處理，對最終產(chǎn)生的石灰石濕法煙氣脫硫廢水實施零排放整體解決方案。2014年6月確定采用北京沃特爾水技術股份有限公司石灰去硬+正滲透濃縮+結晶技術。項目建設投資約6000萬元，其中設備費和安裝調試費約5000萬元，其他土建等費用約1000萬元。項目2014年9月土建動工，2015年4月系統(tǒng)建成投產(chǎn)運行。其污水零排放處理工藝主要過程包括混凝澄清過濾軟化預處理單元、膜濃縮單元(RO + MBC)、TVC結晶三大部分。
1.1.1 反滲透膜濃縮減量工藝
長興電廠的零排放系統(tǒng)，是全國范圍內(nèi)反滲透技術(膜濃縮)在脫硫廢水及零排放系統(tǒng)上的首次應用，并取得了良好的效果，目前己成為脫硫廢水零排放的標準工藝。反滲透單元在設計時考慮了水量50%-120%的波動，同時通過濃水流量的調節(jié)，可以適應進水鹽分(TDS)在10000- 40000mg/L的范圍內(nèi)的波動;充分適應了脫硫廢水水質波動范圍大的特點。
1.1.2 低能耗、低投資的濃縮工藝
本項目是正滲透技術在國內(nèi)的首次應用，在相同進水條件下與三效蒸發(fā)相比，在能源消耗、投資成本、濃縮倍率方面都更有優(yōu)勢(見表1)。
表1 正滲透VS三效蒸發(fā)對比
1.1.3 運行成本低
長興電廠脫硫廢水零排放是目前運行成本最低的混合鹽零排放項目，A電廠、B電廠、長興電廠脫硫廢水運行成本對比見表2。
A廠主要工藝路線為：兩級澄清+過濾+多效蒸發(fā)+結晶;
B廠主要工藝路線是脫硫廢水預沉淀后直接進入低溫多效蒸發(fā)+結晶。
以蒸汽單價60元/m3計算，電價0.5元/(kW˙h)計，脫硫廢水均以25 m3/h計，與B廠脫硫廢水相比，長興電廠脫硫廢水零排放可節(jié)省513. 56萬元/a。與A廠脫硫廢水相比，可節(jié)省201.76萬元/a。
1.1.4 MBC裝置的原理
與A、B廠相比長興電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)節(jié)能的主要單元MBC (Membrane Brine Concentrator)裝置，是本系統(tǒng)的核心技術。MBC工藝用于高含鹽廢水的濃縮及零排放處理，膜濃縮單元的核心是正滲透(MBC)技術。利用滲透的原理進行液體分離即為FO技術，具體為利用半透膜兩側的滲透壓差來促使水分子從鹽水進水擴散到專用的汲取液中。與現(xiàn)有的除鹽技術相比，MBC工藝的最大特點是無需高的機械壓力克服高鹽水的滲透壓，系統(tǒng)運行均為低壓;同時能以很低的熱能耗做到很高的濃縮倍率，濃縮終點含鹽量2208/L以上，從而為整個零排放系統(tǒng)節(jié)省運行成本;脫鹽率較高，與反滲透裝置接近，可達97%以上脫鹽率。
1.2 長興項目的運行情況
長興的零排放項目污水來源于脫硫處理后廢水和混床再生排水，最大處理水量26.4m3/h。來水化學需氧量(COD)≤100mg/l， Ca2+、Mg2+濃度在1000-3000mg/L，TDS在20-25g/L左右。
混凝澄清過濾軟化單元，通過加入石灰、碳酸鈉除去鈣、鎂離子，停留時間一般控制在2-3h以上，通過控制較高的pH值，及混凝沉降設計保證了絮凝效果和出水水質的濁度，同時該系統(tǒng)對COD具有一定的吸附去除功能?，F(xiàn)實際運行過程其出水的鈣鎂硬度基本為零，保證了后續(xù)膜系統(tǒng)特別是反滲透系統(tǒng)的高回收率和長期穩(wěn)定運行。
膜濃縮單元主要由反滲透，正滲透裝置等組成。長興的零排放系統(tǒng)設置了兩級RO和三套并列的7m3/h的MBC膜系統(tǒng)組成(兩用一備)，經(jīng)過MBC膜處理后的TDS達200g/L濃鹽水進入TVC結晶系統(tǒng);正滲透膜濃縮單元出水中TDS小于5g/L，進入汲取液回收系統(tǒng)經(jīng)過分離回收汲取液有效成分后，產(chǎn)水返回第一級RO系統(tǒng)，經(jīng)RO系統(tǒng)去除水中TDS后，可達到回用水要求。本套裝置設計了二級RO系統(tǒng)，保證出水TDS≤50 mg/L，回用至電廠化學除鹽水系統(tǒng)。實際回用水水質情況見表3。
TVC結晶單元：MBC濃縮系統(tǒng)產(chǎn)生的TDS達200000mg/L的濃鹽水進入結晶器處理單元，結晶器采用蒸汽驅動方式并配有熱力蒸汽壓縮機以減少新鮮蒸汽用量。結晶器排出的濃液通過離心機進行固液分離，最終生成結晶鹽，經(jīng)自動封袋打包碼垛。
1.3 鹽和石灰污泥再利用
目前裝置結晶系統(tǒng)運轉正常，結晶鹽外觀潔白，主要成分為NaCl+Na2SO4>95%。對于預處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，其主要成分CaC03+Mg(OH)2，經(jīng)板框壓濾后含水率小于50%。結晶系統(tǒng)進水為上游脫硫廢水三聯(lián)箱處理后的產(chǎn)水，因此含有重金屬的污泥會在上游系統(tǒng)沉淀完畢，因此本系統(tǒng)的污泥主要為碳酸鈣和氫氧化鎂，不含重金屬，也不屬于危廢。
1.4 運行消耗和成本
長興電廠脫硫廢水處理規(guī)模為22m3/h，根據(jù)藥品、電、蒸汽等消耗折算廢水處理運行成本約為巧15-30元/t。由于實際運行中，處理廢水的硬度比設計最大值要高，軟化藥劑的使用量略有增加;設計時采用95℃熱水做為正滲透MBC系統(tǒng)的熱源，實際上現(xiàn)場無法引入95℃熱水，改用蒸汽做為正滲透MBC系統(tǒng)熱源，蒸汽消耗成本增加。
2煤化工項目廢水零排放
2.1 煤化工項目水技術的特點
煤化工項目核心在于煤質特點選擇合適的煤氣化技術，結合環(huán)保處理成本綜合考慮。從現(xiàn)有技術看，氣流床、流化床氣化工藝的污水處理技術以及較為成熟，難度較大的是固定床氣化污水處理，處理難度最大的為碎煤加壓氣化裝置產(chǎn)生的酚氨污水，其污水水量大，污染物濃度高。該污水在裝置內(nèi)經(jīng)過酚氨回收預處理后，出水中仍含有高濃度污染物如COD、氨氮、酚類物質，且水質波動大，是典型的含有毒、難降解有機物的高濃度工業(yè)污水。
處理好碎煤氣化污水，后續(xù)系統(tǒng)才可以穩(wěn)定運行，現(xiàn)碎煤氣化污水污水生化工藝根據(jù)煤化工項目污水處理的組成、水質特點，借鑒國內(nèi)同類煤化工行業(yè)相關污水處理的成功經(jīng)驗。在污水預處理的基礎上，采用以下組合工藝：進水→調節(jié)罐→氮氣氣浮除油→EC厭氧塔→生物增濃→改良A/O+BMR氧化池→高密度沉淀池→高級氧化系統(tǒng)→曝氣生物濾池(BAF) →出水。
該污水處理主體工藝單元在類似碎煤氣化污水處理工程中得以應用，取得較好地處理效果。預處理后廢水繼續(xù)進后續(xù)超濾、反滲透系統(tǒng)進行中水回用，含鹽量較高的濃鹽水則進入零排放處理模式。
2.2 綜合思考
煤化工廢水的主要特點是廢水的組分復雜，COD含量高，水質波動性大，
因此零排放處理的重點及系統(tǒng)運行穩(wěn)點的關鍵單元是預處理單元：軟化除硬效果的好壞直接決定了濃縮的倍率和濃縮單元的運行穩(wěn)定性;
難點是濃縮單元的設計：既要使?jié)饪s單元保持高濃縮倍數(shù)以降低結晶單元的處理量和整體運行能耗，又要保證在高濃縮比的情況下系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，不污堵不結垢;同時，在運行成本和投資成本上也要具有一定的優(yōu)勢。
結晶單元目前絕大部分項目都采用強制循環(huán)型結晶器，這也是目前最適合工業(yè)高含鹽廢水的結晶器類型，可以通過大流量的循環(huán)，有效的延緩系統(tǒng)的結垢和延長結晶器化學清洗周期。
3 結論與建議
(1)長興電廠脫硫廢水水質硬度高，有一定COD含量。采用石灰系統(tǒng)脫硬、正滲透MBC系統(tǒng)進行深度濃縮+TVC結晶，可以產(chǎn)出很好的結晶混鹽，副產(chǎn)結晶鹽和泥渣可以全部綜合利用。
裝置運行表明：
一是其石灰澄清脫硬效果極好，硬度為零的預處理水保證了后續(xù)反滲透系統(tǒng)和結晶系統(tǒng)的穩(wěn)定運行;
二是正滲透MBC系統(tǒng)利用非金屬材質(FRP+ UPVC)取代采用昂貴欽材的MVR蒸發(fā)器工藝，投資成本較低，可以利用低品位的廢熱作為能源，運行能耗可降低30%-70%，正滲透膜具有良好的抗污染性能和耐沖擊性，維護簡單;
三是結晶鹽雖未分質分級利用，但可以外銷作為鹽硝聯(lián)產(chǎn)的原料，沒有二次污染，大大減少固廢的處理費用。
(2)雖然此廢水與煤化工廢水有一定差異，但其主要成分均為氯化鈉和硫酸鈉鹽，TDS范圍20-50 g/L，主要成分接近，因此用該技術稍加完善可以處理煤化工項目含鹽廢水，達到零排放的目標。
(3)實現(xiàn)結晶鹽的綜合利用，不僅可以回收結晶鹽的價值，還可大大減少廢物填埋費用。
來源:《電力科技與環(huán)?！? 作者:竇曉春
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