基于電廠實(shí)踐的電廠廢水零排放技術(shù)研究

基于電廠實(shí)踐的電廠廢水零排放技術(shù)研究

2019年，國家節(jié)水措施提出“大規(guī)模工業(yè)用水重復(fù)利用率高于91%以上”。廢水的深度處理和資源利用已成為趨勢。電廠環(huán)保從業(yè)人員積極推進(jìn)全廠廢水零排放工藝研究，目前國內(nèi)已有多個(gè)燃煤電廠實(shí)施了脫硫廢水零排放改造項(xiàng)目燃?xì)怆姀S的獨(dú)特性決定了其廢水處理不能直接照搬燃煤電廠的零排放技術(shù)，主要原因有三點(diǎn)：一、燃?xì)怆姀S最大的廢水來源是反滲透濃水，與燃煤電廠廢水中占比最大的脫硫廢水相比，反滲透濃水水質(zhì)好，回用空間大1廢水水質(zhì)與水量某電廠有2臺(tái)400MW燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，日常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢水歸納為兩類：（1）經(jīng)常性廢水，包括鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)一級(jí)反滲透濃水、超濾反洗排水、實(shí)驗(yàn)室排水；（2）非經(jīng)常性廢水，主要由膜清洗排水、鍋爐化學(xué)清洗排水、設(shè)備和場地雜排水等組成。具體廢水水量情況見表1?；瘜W(xué)制水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，一級(jí)反滲透濃水同步產(chǎn)生，超濾反洗排水間歇產(chǎn)生，目前電廠直接將超濾反洗排水回用至機(jī)加澄清池進(jìn)口。鍋爐化學(xué)清洗排水等非經(jīng)常性廢水一般pH不合格，且含有大量的懸浮物和金屬離子，電廠將該部分廢水委托給有資質(zhì)單位回收處理。因此，全廠廢水零排放的處理對象主要是一級(jí)反滲透濃水兼其他非經(jīng)常性廢水，其中反滲透濃水占總水量的90%以上。參照日常運(yùn)行水量數(shù)據(jù)，零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理水量為10t/h。全廠待處理的混合廢水水質(zhì)情況見表2。全廠待處理混合廢水幾乎不含有懸浮物，濁度小于1NTU，處理對象主要是水中的溶解鹽類。這樣的水質(zhì)條件表征了燃?xì)怆姀S廢水的普遍情況，即水質(zhì)澄清、含鹽量為原水的4倍左右，在處理時(shí)無需考慮懸浮物，重點(diǎn)關(guān)注溶解鹽的去除。2項(xiàng)目設(shè)計(jì)2.1次氯酸鈉殺菌（1）目前廣泛應(yīng)用的廢水零排放處理工藝可概括為預(yù)處理、膜濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶三個(gè)工藝段（2）次氯酸鈉是電廠普遍使用的殺菌劑，在循環(huán)冷卻水、膜清洗等方面廣泛使用。目前電廠主要通過外購的方式獲取次氯酸鈉，而次氯酸鈉較易分解，長途運(yùn)輸或長時(shí)間放置后其有效氯成分會(huì)有所降低。而通過電解氯化鈉溶液的方式可以制得次氯酸鈉，此法不僅可以消耗掉全廠廢水，還可以將制得的副產(chǎn)品應(yīng)用于廠內(nèi)殺菌。當(dāng)然，電解廢水制次氯酸鈉的前提是將廢水處理成純度較高且濃度大于3%的氯化鈉溶液。2.2廢水回用系統(tǒng)基于以上考慮，本工程采用化學(xué)處理和膜濃縮相結(jié)合的處理方法將廢水制成氯化鈉溶液，并進(jìn)一步電解生成次氯酸鈉，具體工藝流程見圖1。廢水零排放處理系統(tǒng)如下：全廠混合廢水→苦咸水反滲透膜濃縮→一體化澄清器→納濾→電滲析/海水反滲透→次氯酸鈉發(fā)生器。從水處理車間來的一級(jí)反滲透濃水、實(shí)驗(yàn)室排水等廢水貯存于集水箱內(nèi)，經(jīng)提升泵送至苦咸水反滲透裝置，產(chǎn)水收集于回用水箱進(jìn)一步回用。經(jīng)初步濃縮的廢水，送至一體化澄清器，通過化學(xué)藥劑處理的方式去除廢水中90%以上的硬度、硅以及重金屬和70%以上的硫酸根。一體化澄清器出水經(jīng)過濾器進(jìn)行深層過濾，去除可能產(chǎn)生的膠硅、懸浮物等雜質(zhì)。向中和箱投加鹽酸將工藝水調(diào)至酸性，保障后續(xù)納濾的正常運(yùn)行。在納濾模塊，實(shí)現(xiàn)水中一、二價(jià)離子的分離，濃水循環(huán)至一體化澄清器再次處理，而產(chǎn)水則幾乎是純氯化鈉溶液，送入電滲析裝置進(jìn)行濃縮。額外增加一套海水反滲透裝置對氯化鈉溶液進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，產(chǎn)水回用，濃水回流至電滲析裝置。當(dāng)氯化鈉溶液的濃度達(dá)到3%~4%時(shí)，將其送至次氯酸鈉發(fā)生器，通過電解制備次氯酸鈉溶液。本處理系統(tǒng)中苦咸水反滲透和海水反滲透產(chǎn)水均回用，回用水水質(zhì)優(yōu)良，電導(dǎo)率＜120μS/cm，回用水占廢水總量90%以上，無廢水排放，僅輸出固體污泥和副產(chǎn)品次氯酸鈉。其中，污泥的主要成分是石灰、硫酸鈣、碳酸鈣、鈣礬石等礦物。2.3主要設(shè)備介紹2.3.1反滲透膜及回收率零排放系統(tǒng)裝配1套一級(jí)兩段苦咸水反滲透裝置，反滲透膜元件采用12支陶氏BW30FR-400/34抗污染苦咸水反滲透膜，設(shè)計(jì)進(jìn)水流量10t/h，淡水回收率50%以上，脫鹽率大于98%。2.3.2碳酸鈉的處理一體化澄清器容積50m6Ca補(bǔ)加碳酸鈉使殘留的鈣離子生成碳酸鈣沉淀而去除。通過一體化澄清器，重點(diǎn)去除廢水中的硬度、硅、重金屬和硫酸根。2.3.3gedurafoolnf脫鹽工藝零排放系統(tǒng)裝配1套一級(jí)兩段納濾裝置，納濾膜元件采用9支GEDurafoulNF8040F膜，設(shè)計(jì)進(jìn)水流量5t/h左右，淡水回收率70%以上，脫鹽率為23%左右，其中硫酸根脫除率大于98%。2.3.4水電導(dǎo)率、ed淡水電導(dǎo)率經(jīng)電滲析裝置濃縮處理，料液中NaCl濃縮至約40g/L，ED濃水電導(dǎo)率≥60mS/cm，ED淡水電導(dǎo)率≤5mS/cm。海水反滲透裝置按照一級(jí)兩段設(shè)計(jì)，膜元件采用6支東麗TM820V-400海水反滲透膜，設(shè)計(jì)進(jìn)水流量5t/h，淡水回收率50%以上，脫鹽率大于97%。2.3.5氯酸鈉二級(jí)制造零排放系統(tǒng)裝配2臺(tái)次氯酸鈉發(fā)生器，一用一備，電解電流設(shè)定為300A，進(jìn)水壓力0.2~0.4MPa，單臺(tái)次氯酸鈉產(chǎn)率6kg/h。2.4膜元件進(jìn)口壓力不穩(wěn)定零排放處理系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后投入運(yùn)行，主要工藝段出水水質(zhì)見表3。運(yùn)行期間未出現(xiàn)海水倒灌等問題，混合廢水水質(zhì)較平穩(wěn)，因此出水水質(zhì)波動(dòng)較小。從各工藝段出水水質(zhì)情況可以看出，一體化澄清器和納濾裝置的良好運(yùn)行是保證氯化鈉溶液純度的主導(dǎo)因素，廢水中的大部分雜質(zhì)在澄清器去除，納濾在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分鹽，從而達(dá)到徹底去除硬度、硫酸根、重金屬等雜質(zhì)的目的。而當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)發(fā)生較大波動(dòng)時(shí)，需及時(shí)調(diào)整澄清器內(nèi)各藥劑的投加量，以保證出水的水質(zhì)情況。本系統(tǒng)選取的苦咸水反滲透膜和海水反滲透膜均為性能較好的耐高鹽膜，在運(yùn)行過程中添加5mg/L阻垢劑防止膜元件結(jié)垢。在系統(tǒng)運(yùn)行的一年多時(shí)間里，主要膜元件苦咸水反滲透、納濾和海水反滲透的進(jìn)口壓力情況見圖2，三種膜元件的進(jìn)口壓力存在一定波動(dòng)，但未見明顯上升。同時(shí)，運(yùn)行期間未發(fā)生設(shè)備故障、膜污堵等問題，膜清洗周期為6個(gè)月/次，發(fā)生器清洗周期為一年/次，維護(hù)工作和清洗頻率均符合預(yù)期要求。2.5氯酸鈉有效氯含量取電廠外購次氯酸鈉與本工程電解制備的次氯酸鈉進(jìn)行檢測，結(jié)果見表4。兩者相較，除有效氯外其他指標(biāo)，如游離堿、鐵、重金屬、砷等，均是工程制備的次氯酸鈉優(yōu)于外購的次氯酸鈉。外購工業(yè)次氯酸鈉有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.14%，次氯酸鈉發(fā)生器電解制備的次氯酸鈉有效氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.09%。同時(shí)，工程制備的次氯酸鈉各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《GB19106-2013次氯酸鈉》中的要求。根據(jù)次氯酸鈉成分，將次氯酸鈉加入循環(huán)冷卻水后，主要會(huì)引起氯離子、鈉離子上升，特論證這兩種離子對循環(huán)水成分的影響。測試所得，在有效氯含量同為0.8mg/L時(shí)，加入外購工業(yè)次氯酸鈉后，循環(huán)水氯離子增加約1.17mg/L、鈉離子增加約0.78mg/L；加入工程制備的次氯酸鈉后，循環(huán)水氯離子增加約1.20mg/L、鈉離子增加約0.85mg/L。而本工程中，電廠循環(huán)冷卻水取自長江，氯離子一般在23.4~360mg/L，鈉離子一般在18.1~175.6mg/L；均未超出冷卻水水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)。因此，兩種藥品對水質(zhì)的影響幾乎無差別，電廠可以將電解法制備的次氯酸鈉溶液作為循環(huán)水殺菌劑使用。3直接經(jīng)濟(jì)效益分析靜態(tài)投資780萬元，設(shè)備折舊以產(chǎn)值率5%、20年均化計(jì)算，折舊費(fèi)為37萬元/a。以廢水處理系統(tǒng)年運(yùn)行2000h、年處理廢水20000t計(jì)算，成本和收益如下：運(yùn)行成本：噸水藥劑費(fèi)1.9元，噸水電耗8.7元，人工費(fèi)4.9元，無雜鹽處置費(fèi)，污泥處置費(fèi)1.8元，合計(jì)噸水處理成本17.3元，年運(yùn)行成本34.6萬元。經(jīng)濟(jì)收益：預(yù)脫鹽淡水產(chǎn)量9.0t/h，單價(jià)按10元/t計(jì)，年產(chǎn)值18萬元；次氯酸鈉產(chǎn)量0.5t/h，單價(jià)按100元/t計(jì)，年產(chǎn)值10萬元；兩項(xiàng)合計(jì)年產(chǎn)值28萬元。4系統(tǒng)正常運(yùn)行維護(hù)（1）提出并工程實(shí)踐適用于燃?xì)怆姀S的廢水零排放工藝“苦咸水反滲透+一體化澄清器+納濾+電滲析/海水反滲透+次氯酸鈉發(fā)生器”。在一年多的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，未發(fā)生設(shè)備故障、膜污堵等問題，膜正常清洗周