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急需解決的主要問題。所謂廢水零排放,是指將廢水中的鹽類經(jīng)過濃縮結(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(以下簡稱反滲透濃水)、鍋爐補(bǔ)給水、凝結(jié)水精處理過程中的樹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)計水量及水質(zhì)

脫硫廢水、反滲透濃水和樹脂再生廢水形成的混合廢水合計約為120 m3/h，高鹽廢水水質(zhì)指標(biāo)見表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，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：

(1)不需沉淀和預(yù)過濾去除水中污染物，可直接進(jìn)行過濾實(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)軟化對廢水中COD(化學(xué)需氧量)去除效果較差。由于納濾膜對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。廢水通過納濾處理可以截留廢水中的大部分二價離子和部分一價離子，起到預(yù)濃縮的作用，同時明顯降低產(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，通過泵送入納濾NF處理系統(tǒng)，納濾回收率設(shè)計為85%，納濾濃水設(shè)計流速約為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DTRO(二)系統(tǒng)濃縮減量，系統(tǒng)設(shè)計回收率為50%，剩余濃水約7.65 m3/h需進(jìn)一步處理。整個系統(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)(簡稱MVR)中，結(jié)晶器閃蒸罐通過循環(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：

(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)自動化程度高，基本實(shí)現(xiàn)全自動運(yùn)行。

4 產(chǎn)水與鹽品質(zhì)

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

表2 回用水水質(zhì)

(2)經(jīng)過上述工藝流程的生產(chǎn)的氯化鈉品質(zhì)(見表3)優(yōu)于GB/T 5462—2015精制工業(yè)鹽一級標(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，對改善區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量具有積極作用，環(huán)境和社會效益非常顯著。同時，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)，對推動電廠廢水處理技術(shù)進(jìn)步具有鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。