目前我国火电厂烟气脱硫主要采用石灰石—石膏湿法脱硫工艺,当烟气逆向经过脱硫塔实施气液接触时,大量二氧化硫被吸收并最终去除,烟气中的少量氯离子和氟离子也被吸收。为了维持脱硫安装浆液循环系统的物质均衡,避免烟气中的可溶局部(氯)超出规则值和保证石膏质量,必需从系统中排放一定量废水。该废水主要来自石膏脱水和清洗单元,盐、氯化物、悬浮物的含量高,硬度高,易结垢,腐蚀性强,水质变化大。
传统的脱硫废水处置工序包括中和、沉降、絮凝、浓缩廓清等,但目前很多地域污水排放规范对盐或氯化物含量有较严厉的请求,采用传统工艺处置的脱硫废水仍存在盐和氯化物超标的问题,因而脱硫废水零排放非常必要。笔者以山东某电厂的脱硫废水零排放处置工程为例,提供一种脱硫废水零排放处理计划。
1、脱硫废水水量与水质
脱硫工业废水处理工程分2期建立,一期设计范围10m3/h,二期扩展到20m3/h,预处置段按二期设计范围建立,处置量20m3/h,膜浓缩段按一期设计范围建立,处置量10m3/h,蒸发结晶段按一期设计范围建立,处置量5m3/h(蒸发结晶安装1用1备),处置后的废水全部回用,其水质优于《循环冷却水用再生水水质规范》(HG/T3923—2007)请求,详细设计进、出水水质见表1。从水质状况能够看出,该废水的硬度和氯离子含量较高。
2、工艺流程及参数
2.1 工艺流程
脱硫废水进入调节池实施水质水量调理,随后经提升泵加压后进入两级混凝沉淀系统,向软化池和絮凝池中投加氢氧化钠、碳酸钠、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺,软化去除水中硬度。二级沉淀池出水经调理pH后提升至多介质过滤器。多介质过滤器出水经高压泵增压后进入DTRO安装浓缩,产水进入回用水池,经提升泵送往回用水点,浓水进入DTRO浓水池。DTRO浓水经泵提升进入多效蒸发系统实施蒸发处置,多效蒸发系统的冷凝水进入回用水池,结晶盐经脱水处置后打包外售。详细工艺流程见图1。
2.2 主要单元参数
(1)调节池。
用于搜集脱硫废水,对水质、水量实施调理,使来水水质平均,防止水质水量动摇对后续设备运转负荷产生过大冲击,保证设备的平安及稳定运转。设计1座,停留时间10h,尺寸6.7m×6.0m,有效水深5.0m。
(2)混凝反响沉淀池。
包括配水渠、软化池、絮凝池、一级沉淀池、二级沉淀池及pH调节池,集上述单元于一体,每个池体均设有排空管。设计流量20m3/h,软化池和絮凝池停留时间2.3h,一级沉淀池负荷0.7m3/(m2?h),二级沉淀池负荷0.7m3/(m2?h),控制pH在10~11。
(3)多介质过滤器。
经过过滤器内填料截留去除水中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、微生物等。设计流量20m3/h×2套,1用1备,单套直径2m,过滤流速6.4m/h。
(4)DTRO安装。
主要用于去除水中的溶解盐类、小分子有机物及二氧化硅等,可去除水中95%以上的电解质(盐分)和粒径>0.0005μm的杂质。设计流量5m3/h×2套,水温20~40℃,系统回收率≥50%,DTRO膜通量≤15L/(m2?h)。
(5)三效蒸发器及吨袋包装机。
工艺采用三效蒸发器处置来料,蒸发器采用抗盐析、抗结垢、适用性能强的强迫循环蒸发器。原料液首先经预热器预热后进入蒸发器实施蒸发浓缩,蒸兴旺到一定浓度后呈现大量晶体,出料后进入稠厚器增浓,然后进离心机实施固液别离,母液返回蒸发重视新蒸发,结晶盐进入吨袋包装机包装外运。进料流量5000kg/h,进料TDS约为50000mg/L,出料含水率≤5%,蒸发量4750kg/h。
(6)加药系统。
加药安装放置在加药间,1座,尺寸14.0m×13.0m×5.9m。放置氢氧化钠、碳酸钠、絮凝剂和助凝剂等药剂。
(7)污泥脱水系统。
主要处置来自混凝反响沉淀池的化学污泥,设计2套自动液压箱式压滤机,每套处置绝干污泥量7.2t/d,出泥含水率≤60%。
3、系统运转状况
该系统完成调试并已运转1年多,系统运转顺畅,出水水质稳定,期间实践进出水水质如表2所示。
由表2可见,产水水质优于HG/T3923—2007《循环冷却水用再生水水质规范》的请求。当进水硬度在4000~8000mg/L时,软化后水的硬度在80mg/L以下,多介质过滤器产水浊度≤1.0NTU,DTRO回收率≥50%。由于废水中含有一定量的氨氮,在加碱除硬时有氨氮溢出,拟增设废气搜集和酸洗设备,防止有害气体排放。每天产生化学污泥约8m3(含水率95%),以碳酸钙为主,经过箱式压滤机处置后污泥量为1.0m3(含水率≤60%),外运处置。
蒸发结晶系统主加热蒸汽压力约为0.8MPa、温度约为170℃、流量约为1.5t/h,蒸发室相关操作参数如表3所示。
最后结晶析出的固体盐颗粒经离心机脱水后,经自动码垛打包后外运,完成脱硫废水的零排放。构成的混合结晶盐中NaCl和Na2SO4质量分数>92%,含水率<5%,外运出卖。
4、运转费用
该工程运转费用主要包括电费、药剂费和蒸汽费。工程耗电为14kW?h/m3,按电价0.5元/(kW?h)计,电费为7.0元kW?h/m3;吨程度均耗费2.5kgNaOH(质量分数30%)、17.8kgNa2CO3(质量分数>96%)、0.04kg聚合硫酸铁(一等品)、0.0053kgPAM(工业级阴离子型)、0.82kgHCl(质量分数30%),各药剂价钱分别为800、1000、1380、16000、700元/t,则药剂费为27.28元/m3;吨水耗费蒸汽150kg,蒸汽按120元/t计,则蒸汽费为18元/m3;运转费用合计52.28元/m3。
除硬费用占总本钱的50%,运转费用受水质影响较大。
5、结论
该电厂脱硫废水零排放处置系统已顺利投产,软化系统、膜系统及蒸发结晶系统运转正常,产水水质优于HG/T3923—2007《循环冷却水用再生水水质规范》请求,采用混凝沉淀+多介质过滤+DTRO+蒸发结晶工艺可完整完成脱硫废水的零排放请求,构成的结晶盐中NaCl和Na2SO4质量分数>92%,含水率<5%,外运出卖。