常温结晶分盐零排放脱硫废水处理技术

4.1 总体工艺流程

常温结晶分盐零排放脱硫废水处理工艺由石灰软化、常温结晶-纳滤 (ATC-NF) 分盐与二价盐回收、电渗析-反渗透 (ED-RO) 极限膜浓缩、蒸发结晶一价盐回收等四个主要单元和加药、脱水等辅助单元组成, 其总体工艺流程如图7所示。

图7 常温结晶分盐零排放脱硫废水处理工艺

脱硫废水首先进入石灰软化单元, 通过投加石灰、有机硫、絮凝剂等, 去除悬浮物、镁离子、重金属等。石灰软化出水送入特殊设计的常温结晶器 (ATC) , 与纳滤浓水混合并根据需要补充硫酸钠后, 在常温下结晶析出硫酸钙, 固液分离后得到高品质石膏产品。ATC出水在特殊阻垢剂的保护下超滤处理后加压进入纳滤单元, 实现以氯化钠为主的一价盐和以硫酸钙为主的二价盐的分离, 纳滤浓水返回ATC循环处理。

主要含氯化钠的纳滤产水则进入ED-RO极限膜浓缩单元, 得到可以回用的RO产水和浓缩至盐的质量分数为18%～20%的ED浓水。ED浓水送入蒸发结晶单元, 结晶后得到高纯度氯化钠产品。为了保证氯化钠的纯度, 极少量母液从蒸发结晶单元排出, 单独拌灰或固化处理。

4.2 工艺特点与技术优势

相较于现有工艺, 常温结晶分盐零排放工艺最主要的特点是首次采用了ATC-NF单元和ED-RO单元

ATC-NF单元的引入, 同步实现了1、2价盐的分离与2价盐回收的目的, 氯化钠进入NF产水, 硫酸钙被NF浓缩并在ATC中结晶[24]。ATC-NF单元为系统提供了稳定的钙离子出口, 消除了碳酸钠软化深度除钙的必要性, 从而在典型水质条件下, 可在石灰-硫酸钠-碳酸钠软化的基础上将药耗成本进一步降低40%～50%。ATC-NF单元还降低了预处理化学污泥产量, 实现了硫酸钙的回收, 从而大幅提高了整个系统结晶盐的资源化率。

ED-RO单元结合了均相膜ED在高盐度下优异的浓缩性能和RO在低浓度下杰出的脱盐性能。与RO不同, ED的浓缩极限不受渗透压限制, 采用合适的均相膜可以达到20%。相较于浓缩极限为12%的DTRO, ED-RO以更低的投资和大致相当的能耗, 将蒸发水量减少了40%, 这也使得零排放系统的整体投资与运行能耗进一步显著降低。

4.3 中试主要结果

北京某研究院于2016年初立项研究脱硫废水零排放技术, 并在前期技术积累和充分调研的基础上形成了常温结晶分盐零排放工艺。通过基础实验验证工作原理并在小试系统上验证初步可行后, 于2017年在福建某电厂进行了现场中试验证。中试系统包括石灰软化、ATC-NF、ED-RO等3个单元, 原水处理规模约为1.1 m3/h, NF产水约为1.0 m3/h。中试采用的脱硫废水中镁、钙和硫酸根的质量浓度分别在3～5、1.3～2.5、5～10 g/L波动。

在经历前期安装调试和必要的运行优化后, 该中试系统通过了720 h的性能考核测试。ATC-NF与ED-RO单元的综合水回收率达到了90%。中试系统生产的石膏副产品的质量分数约为95.8%, 优于JC/T 2074-2011的一级标准[25];而对电渗析浓水进一步进行蒸发结晶获得的副产品氯化钠的质量分数约为99.0%, 满足GB/T 5462-2015的一级标准[26]。

经过核算, 该中试系统水处理药剂成本为14.1元/t, 电耗成本为6.8元/t。由于蒸发结晶段的水量只有原水水量的10%, 按30元/t的能耗成本估算, 折合到原水能耗成本约为3.0元/t。因此, 整个常温结晶分盐零排放工艺的直接运行成本, 也即药耗和能耗成本, 约为23.9元/t。现场中试有效验证了该工艺的技术可行性和成本优势, 相应的示范工程正在设计和建设过程中。

5 结论

日益趋严的环保法规、政策、环评要求等促使燃煤电厂脱硫废水零排放越来越受到重视。脱硫废水零排放有烟气蒸发和蒸发结晶2条途径。烟气蒸发需要考虑综合能效、粉煤灰利用等潜在影响。现有蒸发结晶零排放工艺在降低软化药耗、减少蒸发水量、降低投资与运行成本等方面取得了显著的技术进步。

常温结晶分盐零排放工艺采用ATC-NF分盐与2价盐回收和ED-RO极限膜浓缩单元, 使得软化药耗进一步降低40%以上, 蒸发水量减少至原水水量的10%以下, 综合运行成本和系统投资具有显著优势。随着示范工程的建设、运行和后续优化, 常温结晶分盐零排放工艺有望成为一种具有较强市场竞争力的脱硫废水零排放技术方案

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