濕式石灰石-石膏法脫硫廢水軟化濃縮處理工藝比選分析

孫 丹

(寧夏京能寧東發電有限責任公司寧夏，銀川 750000)

0 引 言

濕式石灰石-石膏法脫硫廢水富集了大量的懸浮物、鹽份、重金屬等成分，極易造成工藝系統結垢、管道堵塞、腐蝕、重金屬中毒及水環境污染等事故發生，成為火電廠最難處理的廢水之一[1-2]。軟化、濃縮處理技術作為脫硫廢水終端固化處理前重要基礎，不僅大大降低脫硫廢水終端固化處理經濟成本，還對節能減排有著重要的經濟效益、環境效益。在當前脫硫廢水處理工藝中，普遍采用了碳酸鈉-氫氧化鈉和石灰-碳酸鈉的“雙堿法”處理工藝，但鑒于“雙堿法”處理工藝存在鎂硬去除率低、鈣鎂沉淀產物(氫氧化鎂和碳酸鈣混合物)不可回收利用等缺陷。其次，脫硫廢水經傳統的“雙堿法”絮凝、沉淀軟化處理工藝后，水體中懸浮物、重金屬等雜質雖得到有效清除，但仍然殘存大量Cl-、F-等溶解性離子，較大地增加了脫硫廢水濃縮減量的經濟成本與運維負擔[3-5]。

脫硫廢水終端固化預處理工藝中積存大量Cl-、F-等溶解性離子，造成廢水終端固化處理工藝頻繁發生結垢、堵塞等問題。因此，脫硫廢水電滲析、碟管式反滲透及振動式反滲透等濃縮減量工藝得到廣泛的應用示范與研究。本文將分別對石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾和氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式微濾膜(TMF)軟化處理工藝及電滲析、碟管式反滲透濃縮減量工藝的工藝參數、實施條件、經濟性等環節進行詳細地理論探究與比選分析，為火電廠環保減排及廢水零排放的深度研究及工程示范提供重要理論依據。

1 脫硫廢水軟化處理工藝分析

鑒于脫硫廢水具有暫時硬度含量低、鈣、鎂離子永久硬度含量高的特點，傳統的石灰處理或弱酸離子交換等處理工藝具有軟化效率較低、不滿足脫硫廢水軟化處理要求，于是“雙堿法”軟化、高纖過濾器或強陽離子交換聯合處理工藝便得到了廣泛性研究。由于陽離子交換工藝產生高鹽再生廢水難以處置，綜合考慮脫硫廢水水質特點，選擇氫氧化鈉(或石灰)-碳酸鈉聯合處理工藝，具有同時去除永久硬度和暫時硬度、一次性投資低、設備不易堵塞，出水水質穩定等特點[6-7]。根據研究現狀，行業內主要有兩種組合處理工藝可用于脫硫廢水軟化處理工藝，具體分析如下：

1.1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾處理工藝

脫硫廢水經廢水提升泵送至反應沉淀池內，在反應沉淀池中混合器內投加聚鐵(PFS)、石灰、碳酸鈉、助凝劑等藥劑，通過投加水處理藥劑來降低廢水中鎂離子、鈣離子和二氧化硅等鹽分，沉淀池出水經管道混合器加入濃鹽酸調節pH值，pH調整后的廢水逐級自流進入清水池，經清水提升泵送入高效纖維過濾器內，繼而進一步去除廢水中的懸浮物等大顆粒物質，最終的清水產水進入中間水池。石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾器處理工藝具體流程如圖1所示。

圖1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝流程圖

1.2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式微濾膜(TMF)處理工藝

脫硫廢水經廢水提升泵送入調節池內，并添加適量的次氯酸鈉用于抑制微生物滋生，必要時還需投加適量酸液降低pH以滿足要求的殺菌效果。由圖2可見，脫硫廢水流經調節池后經配水井均勻送入反應槽1內，并在反應槽1內加入適度濃度的NaOH藥劑，從而提升廢水堿化程度；在反應槽2內加入Na2CO3溶液，對反應槽進行均勻攪拌，并加強pH監控，促使廢水中的鈣、鎂等硬度成分形成沉淀。經充分沉淀處理后的廢水溢流到管式微濾膜的濃縮池內，并經循環泵輸送至管式微濾膜進行固液分離處理。經管式微慮膜處理后部分水量送入中和池進行pH調整。同時，為維持濃縮池內一定量污泥濃度，需要將部分濃縮液定期排至污泥緩沖池內，濃縮液經初步靜置沉積后，將排泥送入污泥脫水系統，污泥被壓縮為泥餅外運，濾液則回流至系統前端再次處理。本設計方案中管式微濾膜是本組合工藝最關鍵的部分，承擔著固液分離和向后端反滲透裝置輸送合格水的雙重功能。氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝具體流程如圖2所示。

圖2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝流程圖

1.3 軟化處理工藝比選分析

經上述脫硫廢水聯合軟化處理工藝詳細分析，可見，采用傳統的石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理系統工藝流程較長，涉及的處理設施較多，運行較為復雜。采用氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝時，經過氫氧化鈉-碳酸鈉聯合軟化處理的廢水無需沉淀池、多介質過濾等大型過濾設備處理便可以直接進入微濾系統。管式微濾系統主要采用內壓式固液分離的方式，具有管內流速較高、顆粒不易沉積、自動化程度高等優點，但依然存在微濾膜污堵嚴重、有機物含量高的缺陷。石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝和氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝的具體分析見表1。

表1 脫硫廢水軟化沉淀處理工藝比較分析

石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾處理工藝具有水質適應性廣、出水水質佳等優點，已經在河源電廠等得到成功應用，系統運行較為穩定。氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF處理工藝具有占地面積小、自動化程度高、操作簡便等優點，在蘭溪電廠、北京熱電廠脫硫廢水處理的中試試驗中得到示范性應用，但仍然存在微濾膜膜通量衰減嚴重、運行穩定性較差等缺陷，主要是因為脫硫廢水中有機物含量較高，造成微濾膜污堵較嚴重。根據脫硫廢水水質分析結論，脫硫廢水中有機物含量(COD高達350 mg/L)較高，不宜選用管式微濾進行脫硫廢水軟化處理。

2 脫硫廢水濃縮減量工藝技術分析

2.1 電滲析濃縮處理工藝

脫硫廢水經軟化、沉淀處理后泵入電滲析裝置，在直流電場的引力作用下，通過直流電使水中陰陽離子在電場作用下分別向正負兩極遷移，利用離子交換膜選擇透過性的特點，即陽離子交換膜只允許陽離子通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過，從而促進陰陽離子高效分離，繼而實現了水體與鹽分的分離。電滲析裝置主要采用貴金屬涂敷復合材料作為兩端電極，該裝置具有電極使用壽命長、耐氧化、耐酸堿、抗腐蝕、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性強的優點。目前電滲析處理技術仍然處于示范研究階段，未進行廣泛推廣。電滲析工藝原理如圖3所示。

圖3 電滲析工作原理圖

2.2 疊管式反滲透(DTRO)濃縮處理工藝

疊管式反滲透(DTRO)裝置是專門用來處理高濃度廢水的膜組件設備，其核心技術是碟管式膜片、膜柱高壓滲透處理工藝。疊管式反滲透裝置一般由多支膜柱、膜片、高壓泵、循環泵及配套的管道閥門電控系統組成，其中膜片、導流盤和O型橡膠墊圈是疊管式反滲透裝置三個重要組成元件。疊管式反滲透裝置克服了一般反滲透裝置在處理滲濾液時容易堵塞的缺點，具有抗污染能力強、使用壽命長、膜污染較輕、清洗周期長、易于清洗和維護等優點，同時具有投資成本高、脫鹽效率相對較低，產生淡水含鹽量高的缺陷。

2.3 濃縮處理工藝比選分析

經上述脫硫廢水電滲析及疊管式反滲透濃縮減量處理工藝的理論探究，電滲析裝置具有電極使用壽命長、耐氧化、耐酸堿、抗腐蝕、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性強的優點，得到廣泛的應用研究[8]。相反，疊管式反滲透裝置具有抗污染能力強、使用壽命長、膜污染較輕、清洗周期長、易于清洗和維護等優點，同時具有投資成本高、脫鹽效率相對較低的缺陷，在應用推廣中的局限性較大。電滲析和疊管式反滲透技術比較分析見表2。

表2 電滲析和DTRO處理技術比較分析

3 結束語

綜上所述，通過對脫硫廢水石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾、氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF聯合軟化處理工藝及電滲析、疊管式反滲透濃縮減量處理技術的工藝原理、工藝流程進行詳細歸納，并分別從處理效果、運行要求、投資及經濟成本等因素進行了比較與分析。可見，脫硫廢水氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-TMF軟化處理技術相對石灰-碳酸鈉軟化-沉淀-過濾技術較成熟、投資成本及運維成本相對較低。脫硫廢水電滲析濃縮減量技術相對疊管式反滲透濃縮減量技術優點更為突出，但尚未在行業內取得應用業績，值得進一步深入研究與推廣示范。