全膜法水處理工藝在電廠節(jié)能減排以及脫硫廢水零排放中的應(yīng)用
文章作者: 宏森環(huán)保
基于“超濾(UF)→反滲透(RO)→EDI”的全膜法水處理工藝是將最先進(jìn)的膜分離技術(shù)組合運(yùn)用，應(yīng)用于電廠鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)可以達(dá)到高效去除污染物以及深度脫鹽的目的，滿足后續(xù)工藝水質(zhì)要求。但是全膜法不僅能實(shí)現(xiàn)在燃煤電廠節(jié)能減排，而且在脫硫廢水零排放中也是廣泛運(yùn)用，今天小編給各位詳細(xì)介紹下。
全膜法水處理工藝特點(diǎn)
根據(jù)燃機(jī)機(jī)組參數(shù)、源水水質(zhì)、廠址位置特點(diǎn)、環(huán)保等方面的因素，全膜法水處理系統(tǒng)按“超濾+一級反滲透+二級反滲透+電除鹽”系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)出力按2×140 m3/h考慮。
超濾系統(tǒng)采用西門子Memcor的壓力式超濾膜系統(tǒng)，單套系統(tǒng)采用96支超濾膜，產(chǎn)水流量180 m3/h。超濾膜為外壓式超濾膜，由于外壓式超濾膜的納污空間是內(nèi)壓式超濾膜的4～5倍，所以外壓式超濾膜能承受的進(jìn)水懸浮物可允許比內(nèi)壓超濾膜高4～5倍，外壓式超濾的抗污染性豪無疑問優(yōu)于內(nèi)壓式超濾，對原水的適應(yīng)性也更強(qiáng)。根據(jù)廠家推薦值，進(jìn)水濁度要求在20 NTU以下。
由于EDI進(jìn)水水質(zhì)的要求，反滲透系統(tǒng)采用兩級膜處理。一級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400FR抗污染性膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設(shè)計(jì)水通量23.47 L/(m2˙h) ，出力158m3/h。二級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設(shè)計(jì)水通量26.8l L/(m2˙h)，出力150m3/h。陶氏BW30-400系列膜元件對于進(jìn)水要求如下：pH為2～11，最高運(yùn)行溫度45 ℃，最大運(yùn)行壓力41bar，最高允許污染指數(shù)5，余氯<0.1mg/L。反滲透膜分離技術(shù)利用壓力驅(qū)動，可有效去除水中固體溶解物、有機(jī)物、膠體、微生物以及細(xì)菌等雜質(zhì)，與前置超濾系統(tǒng)配套使用，具有工藝先進(jìn)、操作簡便、運(yùn)行費(fèi)用低、無污染、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
電除鹽裝置選用Ionpure CEDI的LX-45膜堆，共計(jì)28個膜堆，單套出力達(dá)140 m3/h。CEDI系統(tǒng)不需要加鹽，不需要濃水循環(huán)，不需要單獨(dú)極水排放，整套系統(tǒng)簡單可靠;由于濃水和極水全部回用至一級反滲透前，水利用率可達(dá)100%，膜堆兩進(jìn)兩出設(shè)計(jì)(淡水進(jìn)/出，濃水進(jìn)/出)，系統(tǒng)最簡單，運(yùn)行維護(hù)簡單。相對于加鹽型膜堆，系統(tǒng)可以即開即用。
循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行中存在問題：
1)循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水源采用自來水，成本較高，排污水量較大，排污導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性差。
2)循環(huán)水系統(tǒng)原設(shè)計(jì)無底部排放口，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行中在循環(huán)水濃縮倍率超標(biāo)時無法排污，只能通過水泵泵吸或者溢流的方式來控制，這種方式不僅費(fèi)時費(fèi)力耗能，而且無法準(zhǔn)確控制濃縮倍率，系統(tǒng)存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。
3)隨著《水污染防治行動計(jì)劃》的實(shí)行，廢水排放愈加嚴(yán)格，循環(huán)水進(jìn)入雨水系統(tǒng)存在環(huán)保合規(guī)性問題。
4)循環(huán)水經(jīng)過凝汽器冷卻后，回水溫度達(dá)到35 ℃左右，溫水排放導(dǎo)致能量消耗。
由于循環(huán)水系統(tǒng)存在上述問題，迫切需要一種兼顧安全性、經(jīng)濟(jì)性和合規(guī)性的運(yùn)行方式來實(shí)施循環(huán)水回用。
全膜法處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況：
機(jī)組運(yùn)行期間每日回用約500 m3循環(huán)水。項(xiàng)目實(shí)施后超濾系統(tǒng)運(yùn)行正常，產(chǎn)水濁度0.045～0.091 NTU，進(jìn)出口壓差89～93 kPa，壓差上升了約40kPa，上限為150 kPa，產(chǎn)水濁度合格。反滲透系統(tǒng)一段壓差149～161 kPa，二段壓差89～93kPa，壓差正常;產(chǎn)水電導(dǎo)9.1～10.2 μS/cm，脫鹽率及產(chǎn)水量均正常。
系統(tǒng)出水水質(zhì)為：鍋爐補(bǔ)給水電導(dǎo)率0.18 μS/cm，鈉離子1～2 μg/L，硅酸根10 μg/L左右。
2017年循環(huán)水指標(biāo)年報(bào)表表明，循環(huán)水回用項(xiàng)目實(shí)施后，不影響全膜法水處理系統(tǒng)運(yùn)行及出水水質(zhì)。循環(huán)水濁度全年平均值從2016年的6.7 NTU降低到2017年的3.8 NTU，其它指標(biāo)均有所下降，全年超標(biāo)次數(shù)大幅度下降。
循環(huán)水回用項(xiàng)目效果評估：
1)機(jī)組運(yùn)行時，每日回用循環(huán)水500m3，基本上可完全通過回用循環(huán)冷卻水把濃縮倍率控制在6倍以內(nèi)，有效的避免凝汽器結(jié)垢，減少公司自來水用量，且規(guī)避了循環(huán)冷水系統(tǒng)排污水進(jìn)入雨水系統(tǒng)的環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。
2)從2017年3月開始，機(jī)組運(yùn)行日歷天數(shù)130 d，減少循環(huán)水排污量65 000 m3，按自來水水費(fèi)4.8元/m3計(jì)，全年節(jié)約自來水費(fèi)292500元。
3)如冬季運(yùn)行機(jī)組運(yùn)行，通過循環(huán)水回用加熱鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)，可不投用原水蒸汽加熱系統(tǒng)，每日可節(jié)約蒸汽10 t。
4)循環(huán)水回用后，起到旁流過濾的作用，可以降低循環(huán)水濁度，減少凝汽器的污堵，降低凝汽器清洗頻率。
5、由于循環(huán)水采用氧化性殺菌處理，回用循環(huán)水后可保證膜系統(tǒng)安全的同時更好地控制全膜法處理系統(tǒng)的微生物污染。
隨著社會的發(fā)展，火電企業(yè)面臨著日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢，尤其天然氣發(fā)電企業(yè)，普遍存在占地面積小和無煤場等原因，無法具備傳統(tǒng)燃煤火電企業(yè)的廢水處理能力，針對上述原因，本技術(shù)較為徹底地解決了循環(huán)水排污問題，同時兼顧了經(jīng)濟(jì)性與安全性，在采用全膜法水處理系統(tǒng)的天然氣發(fā)電企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。那么它又是怎樣運(yùn)用到脫硫廢水零排放呢？（簡要介紹）
通過全膜法脫硫廢水處理系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施表明，采用“管式超濾膜(TUF)+特殊流道反滲透(SCRO)+碟管式反滲透(DTRO)+MVR蒸發(fā)結(jié)晶”的工藝可完全滿足現(xiàn)行的脫硫廢水零排放要求，結(jié)晶鹽達(dá)到工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)可外銷，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。該工藝對火電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目的實(shí)施有極大的借鑒意義。
技術(shù)原理：
采用“管式超濾膜軟化+納濾膜分鹽+高壓反滲透膜濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶”全膜法工藝技術(shù)路線，將脫硫廢水進(jìn)行軟化、分鹽、濃縮減量，最終蒸發(fā)結(jié)晶制鹽，達(dá)到“零排放”的目的。
管式超濾膜軟化：向廢水中投加石灰、氫氧化鈉和碳酸鈉，經(jīng)反應(yīng)后由管式超濾膜過濾，基本去除廢水中的硬度，防止后續(xù)反滲透膜結(jié)垢。
納濾膜分鹽：預(yù)處理軟化后的廢水經(jīng)納濾膜處理后，將廢水中的一價離子和二價離子進(jìn)行分離，產(chǎn)水中成分主要為氯化鈉，為蒸發(fā)結(jié)晶高純度工業(yè)鹽奠定基礎(chǔ)。
高壓反滲透膜濃縮：采用高壓反滲透膜對納濾膜產(chǎn)水進(jìn)行濃縮減量，淡水回用，濃水進(jìn)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，大大降低廢水蒸發(fā)量，節(jié)約能耗。
MVR蒸發(fā)結(jié)晶：采用機(jī)械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶(MVR)技術(shù)將膜濃縮后的廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，生產(chǎn)工業(yè)鹽。
工藝流程圖
“預(yù)處理軟化+膜分鹽+膜濃縮+MVR蒸發(fā)結(jié)晶”工藝路線采用了全膜法技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對脫硫廢水的軟化、分鹽、濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶，獲得了純度很高的產(chǎn)品水和工業(yè)氯化鈉，在降低工程造價和運(yùn)行費(fèi)用的同時也解決了雜鹽難以處置的問題。
