郭宗林，何志軍，呂 超，何思源

(1.河北建投工程建設(shè)有限公司，河北 石家莊 050001；2.河北建投水務(wù)投資有限公司，河北 石家莊 050001；3.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430010)

隨著國(guó)家環(huán)保政策日趨嚴(yán)格，如何在確保安全生產(chǎn)的前提下，充分利用現(xiàn)有水資源、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和廢水零排放，已成為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中面臨的緊迫任務(wù)。燃煤電廠作為工業(yè)用水、排水大戶，生產(chǎn)過(guò)程中如果大量廢水直接外排，極易對(duì)環(huán)境造成污染。

燃煤電廠廢水存在種類多、成分復(fù)雜、水質(zhì)差異較大等問題，其中脫硫廢水含鹽量、懸浮物、總固體、水量等指標(biāo)都比其他廢水高很多，是電廠廢水零排放的重點(diǎn)和難點(diǎn)，脫硫廢水中主要成分是溶解性的無(wú)機(jī)鹽和少量有機(jī)物，無(wú)機(jī)鹽主要由Ca2+、Mg2+等易結(jié)垢離子組成。

目前實(shí)施的電廠廢水零排放工藝路線可分為膜法和熱法2大類，其中膜法是以預(yù)處理軟化加膜濃縮，后續(xù)接旁路高溫?zé)煔飧稍锘蛘舭l(fā)結(jié)晶制鹽，膜法的預(yù)處理階段一般需采用加入石灰或氫氧化鈉、碳酸鈉，去除鈣、鎂離子，以降低原水硬度后方可進(jìn)入后續(xù)處理，在此期間會(huì)產(chǎn)生大量軟化污泥，需單獨(dú)處理，藥劑費(fèi)及污泥處置費(fèi)較高，加大了系統(tǒng)運(yùn)行成本，且污泥屬于固體廢物，對(duì)環(huán)境造成二次污染。

為解決膜法在預(yù)處理及濃縮方面存在的問題，以多通道電滲析膜為基礎(chǔ)，研發(fā)了一種新型膜處理工藝，應(yīng)用新工藝，高鹽廢水不需進(jìn)行加藥軟化預(yù)處理，縮短了高鹽廢水處理回用及零排放的工藝流程，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)污泥產(chǎn)生，從根本上解決二次污染問題，有效節(jié)約了高鹽廢水零排放系統(tǒng)的工程投資和運(yùn)行成本。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)方法

根據(jù)前期調(diào)研及資料收集，研究采用的試驗(yàn)技術(shù)路線是高鹽廢水通過(guò)介質(zhì)過(guò)濾預(yù)處理裝置，濾除廢水中的懸浮物、膠體等大顆粒物質(zhì)，然后進(jìn)入多通道電滲析中，以氯化鈉為介質(zhì)，進(jìn)行離子交換，使高鹽廢水含鹽量降到系統(tǒng)設(shè)定目標(biāo)值，再進(jìn)入下一單元進(jìn)行脫鹽處理和淡水回用。系統(tǒng)運(yùn)行中形成兩股濃縮液，一股是以氯離子和原水中各種陽(yáng)離子混合的氯化物濃縮溶液，至下一單元通過(guò)煙道噴灑或結(jié)晶制備氯化鎂鹽；另一股是以鈉離子和原水中各種陰離子混合的鈉鹽濃縮溶液，進(jìn)入納濾膜單元進(jìn)行分離，納濾膜淡水側(cè)以氯化鈉為主可補(bǔ)充到氯化鈉濃溶液池中，納濾膜濃水以硫酸鈉為主，通過(guò)煙道噴灑或結(jié)晶制備硫酸鈉鹽。

1.2 試驗(yàn)裝置

1.2.1多通道電滲析裝置

裝置開啟電源后，電滲析單位將形成Z、Y、W、X 4個(gè)通道，其中高鹽廢水從Z通道進(jìn)入，10%濃度的氯化鈉鹽從Y通道進(jìn)入與原水離子結(jié)合，在W和X通道中將分別形成氯鹽濃縮液和鈉鹽濃縮液，最終原水含鹽量不斷下降，達(dá)到目標(biāo)設(shè)定值，試驗(yàn)裝置原理如圖1所示。

圖1 多通道電滲析裝置原理示意圖

1.2.2高鹽廢水處理試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置見表1。

表1 試驗(yàn)裝置

1.3 試驗(yàn)原水水質(zhì)

試驗(yàn)采用的高鹽廢水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

表2 高鹽廢水水質(zhì)

1.4 試驗(yàn)所需藥劑

(1)電極液的制備(20L)：3% NaNO3(600g)，需定期更換。

(2)濃水的制備(6L)：1%～3% NaCl(60～180g)。

(3)補(bǔ)充液的制備(100L)：10%～15% NaCl(10～15Kg)。

1.5 試驗(yàn)水質(zhì)檢測(cè)儀器

各個(gè)工藝段水樣的分析檢測(cè)在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)室所包含的分析檢測(cè)設(shè)備：電導(dǎo)率計(jì)、燒杯、量筒、電子稱等。

2 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)運(yùn)行水量

試驗(yàn)期間，系統(tǒng)運(yùn)行水量數(shù)據(jù)見表3。

表3 試驗(yàn)運(yùn)行水量表

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.1濃、淡水電導(dǎo)變化數(shù)據(jù)圖表

試驗(yàn)期間，淡水及X液、Y液電導(dǎo)率變化曲線如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)期間水質(zhì)電導(dǎo)率變化曲線圖

2.2.2試驗(yàn)測(cè)量水質(zhì)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)期間各通道出水水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表4。

表4 試驗(yàn)檢測(cè)水質(zhì)

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

由系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和電導(dǎo)率可知，脫鹽濃縮過(guò)程穩(wěn)定，Z液(淡水)電導(dǎo)率在11～15ms/cm之間，TDS平均值約12000mg/L；W液(鈉鹽濃水)電導(dǎo)率約185ms/cm，TDS約220000mg/L；X液(氯化物濃水)電導(dǎo)率約157ms/cm，TDS約290000mg/L。實(shí)驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果。

2.4 與傳統(tǒng)膜法經(jīng)濟(jì)性比較

傳統(tǒng)膜法工藝路線需兩級(jí)澄清池、石灰加藥裝置、碳酸鈉加藥裝置、固廢污泥處置設(shè)備、工藝管道等，以300MW機(jī)組為例計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組廢水量約5m3/h，按年運(yùn)行5000h計(jì)算，每年產(chǎn)生污泥(含水率70%)約850t。每年消耗藥劑量：當(dāng)采用NaOH+Na2CO3組合加藥方式時(shí)，約需380t/年；當(dāng)采用Ca(OH)2+Na2CO3組合加藥方式時(shí)，約需1030t/年，新技術(shù)路線與傳統(tǒng)膜法處理工藝經(jīng)濟(jì)性比較見表5。

表5 工藝運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表 單位：萬(wàn)元

3 結(jié)論

(1)傳統(tǒng)高鹽廢水膜法處理工藝中需在預(yù)處理階段加入大量藥劑降低硬度后方可進(jìn)入后續(xù)處理，針對(duì)此過(guò)程中存在污泥產(chǎn)生量大、藥劑費(fèi)及污泥處置費(fèi)高等難題，基于對(duì)多通道電滲析裝置的研究，提出了一種新型高鹽廢水處理工藝并開展了試驗(yàn)研究。

(2)在不進(jìn)行加藥軟化預(yù)處理情況下，新型多通道電滲析處理工藝可將高鹽廢水中鈣、鎂離子和硫酸根離子分別遷移至氯化物濃水和鈉鹽濃水中。試驗(yàn)結(jié)果證明采用該工藝流程，高鹽廢水不經(jīng)加藥軟化直接進(jìn)行處理是可行的，系統(tǒng)處理效果良好，同時(shí)減少了固體廢物的排放，避免了對(duì)環(huán)境造成二次污染。

(3)新工藝路線與傳統(tǒng)膜法相比，節(jié)省了藥劑投加和污泥處置費(fèi)用，以300MW發(fā)電機(jī)組為例，每年可節(jié)約生產(chǎn)成本約168萬(wàn)元。