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脱硫废水零排放的关键问题

北极星环保网来源:流程工业 Greg Mandigo2017/8/25 10:27:40我要投稿

脱硫废水的水质分析

脱硫废水零排放处理与其它废水零排放是不一样,如冷却塔排污废水(CTBD)零排放处理,零排放技术已被证实在电厂冷却塔排污水处理上非常成熟,但应用在脱硫废水零排放上,仍需面对一些挑战,需要深入研究脱硫废水的水质特点。以下当对比两种废水——冷却塔排污水和脱硫废水,因为两种水的水质不同,这使得处理工艺也不尽相同。

氯化物

冷却塔排污水(CTBD)与脱硫废水(FGD)之间的核心差异,是后者含更大浓度的钙、镁和氯离子。烟气脱硫废水中的氯离子浓度约为15 000 mg/L,有时超过20 000 mg/L。常规的冷却塔废水氯离子浓度只有烟气脱硫废水的5%~8%(见表3)。

脱硫废水零排放

高温下高浓度的氯离子可导致多种类型的腐蚀,包括点腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及开裂等。选择适合的材质对蒸发器来说变得至关重要,为了避免容器本身的腐蚀,材质的选择主要取决于氯离子的浓度。

对蒸发器设计来说,另一种重要的考虑因素是浓盐水沸点升高值(BPE)。在一定的压力下,当离子溶于水中形成盐溶液,溶液的沸点会升高,一般高于纯水沸点,不同的盐溶液沸点不同。这点至关重要,蒸汽在壳侧的温度使管侧盐水得到热量,并使之蒸发出水蒸气。

随着浓盐水浓度增加,其沸点升高值也相应增加,因此加热蒸汽的温度亦需要提升。如果BPE值过高,可能会超过蒸汽压缩机负荷,使得蒸发量降低,破坏平衡。非常高的BPE将使得蒸汽压缩机无法实现蒸发工艺。

对于脱硫废水,含大量钙、镁、氯离子,当设计结晶器来处理典型的含氯化钙和氯化镁的脱硫废水时,遇到的两个问题比较突出。首先,这两种盐在系统中有非常高的溶解度,可以浓缩到42%,甚至浓缩到76%,在到达饱和状态前就开始产生沉淀。高度浓缩的废水含极高浓度的氯离子,这使得在该结晶器的材质选择上,不适合用氯化钠结晶器的常规材料,这就需要更昂贵的进口合金以抵御在该结晶条件下的腐蚀。

另一个含氯化钙和氯化镁盐结晶系统的问题是,这些高可溶性盐的沸点升高很多,对于常规的采用机械蒸汽压缩的结晶器,这种沸点温度升高过多。因此只有选择在蒸发结晶前,在上游将废水软化处理;或将结晶器中的一股母液排出,以控制氯离子浓度,排出的母液用喷雾干燥器处理或其它合适的方式。

所以废水首先软化,再进入零排放系统。在预处理阶段改变水的化学组成,使盐主要转化为氯化钠,这使得水最终在结晶器中被浓缩成饱和氯化钠溶液,结晶盐溶液脱水后实现液体零排放。

硬度

接下来我们将探讨水化学中的水硬度。如以上表3所示,冷却塔排污水和脱硫废水水质有巨大的差异,冷却塔排污水硬度测量值在几百mg/L,脱硫废水的硬度是几千mg/L。相比于氯离子浓度无法控制,硬度在进入蒸发器之前是可以降低的,以减少氯化钙和氯化镁的存在。但是在预处理步骤中的硬度去除,是需要消耗化学药剂的,这产生了运行成本。

已经明确的是,硬度必须降低到一定程度以促进氯化钠结晶,但是过度软化会增加运行成本,所以如何在预处理阶段控制合适的软化量,达到最优的运行费用是关键之处。而实际上,减少硬度软化的化学消耗目的是降低运行成本,并控制进水中含有合适的硬度。

镁硬度通常采用石灰产生Mg(OH)2去除沉淀,而这个过程也可以沉淀金属离子,50%以上的硼随Mg(OH)2一起形成氢氧化物共沉淀。还有投加硫化钠(Na2S),使不与氢氧化镁共沉淀的金属沉淀去除。由此产生的污泥,进入脱水装置处理。在许多情况下,这种污泥是由于重金属的存在,填埋处理时需要受到一定管控。

蒸发器运行影响因素

烟气脱硫废水化学组分

在系统设计阶段,除了硬度和氯离子的影响,需要对其他几个影响蒸发器运行的因素进行分析,包括硫酸钙在预热器内结垢分析、蒸发器中钙芒硝生成、足量的硫酸钙以支持晶种法蒸发器内晶种床、以及硬氯化物盐的最终浓度(MgCl,CaCl2)在结晶器中的浓度。

虽然这些因素背后的科学理论超出了本文讨论的范围,但是必须注意的是,在设计和在操作过程中,要给予这些因素足够的重视,以控制硬度在可接受的范围内。在减少运行成本方面,进入蒸发器的硬度限值影响着运行成本。

蒸发器最大含盐量

相对于强制循环结晶器,蒸发器是非常节能的,这是由于低的沸点升高值,为了整体降低能耗,它所产生的蒸馏水量应该最大化。蒸发器生产的蒸馏水量受盐水浓度限制,盐水可以达到的最大浓度约为25%TDS,这只是保守的氯化钠饱和浓度,通常的浓度将被控制在远低于氯化钠的饱和点。

最终影响浓度的因素,是蒸发器可以达到的最大的盐水沸点升高。机械蒸汽压缩机可用来增加饱和蒸汽温度,以使盐水温度上升到沸腾温度。如果沸点升高太多,当它接近蒸汽压缩机可以处理的最大饱和温度,蒸发量将减少。TDS必须控制到对应的沸点升高可以接受的浓度。

另一个因素,卤水中的钙芒硝双盐的形成限制蒸发器运行。钙芒硝Na2Ca(S04)2,是一种硫酸钠和硫酸钙共沉淀形成的盐(图2)。钙芒硝形成的影响在于,硫酸钙不再作为晶种,而是以双盐的形式凝聚成大块。避免形成钙芒硝是操作晶种法蒸发器的关键。

脱硫废水零排放

延伸阅读:

低运行成本的脱硫废水零排放工艺研究

中小型电厂脱硫废水烟道蒸发零排放处理技术

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