膜蒸餾在脫硫廢水零排中的應(yīng)用

膜蒸餾在脫硫廢水零排中的應(yīng)用

1膜蒸餾技術(shù)特點作為一個重要的節(jié)水設(shè)備，火電站占工業(yè)總產(chǎn)值的20%。因此，“零排水”和“近排水”對電氣工具的廢水特別重要。廢水零排放可以提高火電廠用水的復(fù)用率，節(jié)約發(fā)電用水，降低環(huán)境污染，是“保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力，改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力”的有力執(zhí)行還有一種濃縮工藝就是膜蒸餾，在大多數(shù)文章中報道了膜蒸餾技術(shù)獨特的優(yōu)點，比如由于膜是超疏水材料，所以不易被污染；操作壓力低、預(yù)處理簡單；脫鹽率高，產(chǎn)水品質(zhì)高，可直接回用；濃縮極限濃度可至飽和態(tài)等。同時也指出膜蒸餾存在的問題，比如能量利用率低、膜通量小和膜污染與膜潤濕等問題，對膜蒸餾工程化應(yīng)用的報道也極少。本文將對已經(jīng)工程化的膜蒸餾技術(shù)的優(yōu)點和在脫硫廢水零排工藝中的合理性應(yīng)用做詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。2疏水微孔膜蒸發(fā)分離膜蒸餾技術(shù)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的分離技術(shù)，采用疏水微孔膜把液態(tài)和氣態(tài)兩相隔離開，以膜兩側(cè)由溫度引起的飽和蒸汽壓力差作為傳質(zhì)驅(qū)動力，只要膜兩側(cè)有溫度差，此分離過程就可持續(xù)進(jìn)行3板式真空膜蒸餾目前市場上出現(xiàn)的膜蒸餾工藝中使用的膜組件有中空纖維式、卷式和板式，加拿大KMX的中空纖維式膜蒸餾工藝和德國Solarspring的卷式膜蒸餾工藝在國外有少量應(yīng)用報道，但都處于中試階段；板式膜蒸餾工藝近期在國內(nèi)實現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)廢酸、氯化銨廢液、酸洗廢水資源化、含鹽廢水零排等，取得了顯著效果模塊不論并聯(lián)還是串聯(lián)都是通過無管道連接實現(xiàn)，因而降低了熱損失。板式真空膜蒸餾流程如圖1所示。(3）液體過流部件全部采用耐腐蝕的非金屬材質(zhì)（PP,PTFE），耐酸、耐堿、耐鹽腐蝕、耐氧化；(4）潤濕液回流設(shè)計降低因膜潤濕引起的膜清洗恢復(fù)頻率；(5）在線清潔和干燥（CIP&DIP）設(shè)計可以在線恢復(fù)污染或潤濕的膜；(6）此設(shè)備為撬裝設(shè)計，基本不需要配套土建，可節(jié)省空間和大量土建費用。板式真空膜蒸餾在含鹽含鉻廢水零排領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用如圖2所示。此應(yīng)用是目前為止世界上處理量最大的膜蒸餾零排應(yīng)用，膜蒸餾處理量為288t/d，可提升至420t/d；進(jìn)水一次過膜濃縮達(dá)50%回收率，產(chǎn)水電導(dǎo)率為100～150μS/cm，可直接回用，噸水電耗為4.8kW·h，濃縮液進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶工藝段。每噸產(chǎn)水所需要的外部熱量消耗折合成蒸汽用量為0.20～0.23t，相當(dāng)于五效金屬蒸發(fā)設(shè)備的噸水耗汽量，但電耗要比五效金屬蒸發(fā)設(shè)備低一半以上。4膜蒸餾技術(shù)的潛力燃煤火電廠脫硫廢水由于成分復(fù)雜、含氯根高、pH值較低，對管道和設(shè)備有腐蝕性等特點，其零排處理一直是行業(yè)的熱點和難點問題，電廠已建的三聯(lián)箱處理工藝已經(jīng)無法滿足要求，許多電廠都在進(jìn)行升級改造。公開報道的脫硫廢水零排工程主要有采用多效蒸發(fā)的廣東河源電廠（以下簡稱河源電廠）、采用機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)的佛山三水恒益火力發(fā)電廠（以下簡稱恒益火電）、采用正滲透為技術(shù)核心的浙江浙能長興發(fā)電有限公司膜蒸餾作為一種新興技術(shù)，具有用于脫硫廢水濃縮減量的潛力：（1）燃煤電廠有大量余熱可用，比如煙氣回收的余熱、低壓乏汽等，都可以用來驅(qū)動膜蒸餾從而節(jié)省運行成本；（2）膜蒸餾設(shè)備的耐腐蝕和耐氧化性強，可以讓設(shè)備穩(wěn)定運行；（3）撬裝設(shè)備基本不需要土建。某發(fā)電集團(tuán)下屬公司采用板式膜蒸餾設(shè)備用于脫硫廢水濃縮減量的中試研究，結(jié)果表明脫硫廢水TDS可從40000mg/L濃縮至200000mg/L以上，濃縮液的量少于原液量的1/5，大大降低了蒸發(fā)固化工藝段的蒸發(fā)量，從而減少了蒸發(fā)固化設(shè)備的投資和運行成本。膜蒸餾技術(shù)可以與現(xiàn)有濃縮和終端處理技術(shù)耦合集成使用，從經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性上完善和提高脫硫廢水零排工藝路線。4.1機械蒸汽再壓縮技術(shù)含鹽量低于3%的脫硫廢水，在用膜蒸餾濃縮減量前可以用反滲透工藝進(jìn)行預(yù)濃縮，把鹽濃度提高至5%～6%，這樣可以整體降低投資成本和運行成本，零排處理方案如圖3所示，圖中MVR表示機械式蒸汽再壓縮技術(shù)。經(jīng)過預(yù)處理的脫硫廢水先用反滲透提濃至5%左右，反滲透產(chǎn)水回用，反滲透濃水進(jìn)入膜蒸餾提濃至20%以上，膜蒸餾產(chǎn)水回用，濃縮液進(jìn)入結(jié)晶或霧化工藝段進(jìn)行終端處理。4.2高壓反滲透法含鹽量介于3%～6%的脫硫廢水可采用高壓反滲透工藝進(jìn)行預(yù)濃縮，把鹽濃度提高至8%左右，然后再接膜蒸餾和終端蒸發(fā)工藝。處理方案如圖4所示。4.3含鹽量超過6%的脫鹽廢水含鹽量高于6%的脫硫廢水可直接采用膜蒸餾進(jìn)行濃縮，提濃至20%以上，濃縮液進(jìn)入終端處理工藝段。處理方案如圖5所示。5技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的可行性在經(jīng)過膜蒸餾的濃縮減量之后，進(jìn)入結(jié)晶或噴霧干燥終端處理的濃縮液的量大大降低，那么終端處理設(shè)備的投資和運行成本也會隨之降低。以某發(fā)電集團(tuán)下屬一燃煤電廠的8t/h脫硫廢水為例，采用綜合初步經(jīng)濟(jì)分析與設(shè)計法（integratedPreliminaryEconomicAnalysisandDesign,iPEAD)從計算結(jié)果可以看出，如果終端處理采用旋轉(zhuǎn)噴霧干燥，“預(yù)處理+膜蒸餾+噴霧干燥”的零排工藝比其他3個工藝路線（“旋轉(zhuǎn)噴霧干燥”“預(yù)處理+4效蒸發(fā)+噴霧干燥”“預(yù)處理+MVR蒸發(fā)+噴霧干燥”）從設(shè)備投資成本和運行成本上有不同程度的降低，最少可節(jié)省240多萬元的投資成本和每年90多萬元的運行成本；當(dāng)終端處理采用結(jié)晶器，“預(yù)處理+膜蒸餾+MVR結(jié)晶器”的零排工藝與其他2個工藝路線（“預(yù)處理+4效蒸發(fā)+MVR結(jié)晶器”“預(yù)處理+MVR蒸發(fā)+MVR結(jié)晶器”）相比，設(shè)備投資成本至少節(jié)省230多萬元，運行成本1年至少可節(jié)省90多萬元。因此采用有膜蒸餾的工藝路線可以節(jié)省總成本，在經(jīng)濟(jì)上是可行的。雖然電滲析技術(shù)也可作為濃縮減量的手段，但其脫鹽率低，單級只有45%～90%，產(chǎn)水TDS高，需要疊加多級膜堆或與反滲透耦合才能提高脫鹽率和降低產(chǎn)水TDS，設(shè)備投資成本和運行成本會隨脫鹽率的提高而線性增加，并且造成管路和安裝復(fù)雜，維護(hù)成本提高。據(jù)加拿大SaltworksTechnologies公司報道，采用電滲析把2%含鹽廢水濃縮至15%，并且產(chǎn)水TDS要低于1000mg/L的話，設(shè)備噸水造價達(dá)到150萬元以上，高于膜蒸餾的噸水造價，并且產(chǎn)水TDS是膜蒸餾產(chǎn)水的10倍。近期有報道某電廠采用電滲析進(jìn)行濃縮減量中試，但目前無法得到詳細(xì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，所以電滲析暫且沒有包括在此經(jīng)濟(jì)分析的濃縮技術(shù)工藝中6膜蒸餾技術(shù)在脫硫廢水零排工藝中的優(yōu)勢(1）從膜蒸餾的技術(shù)特點、膜蒸餾工藝在脫硫廢水濃縮減量的中試研究結(jié)果以及板式膜蒸餾工藝成功的工業(yè)化應(yīng)用看，膜蒸餾工藝完全適用于燃煤電廠脫硫廢水的零排工藝路線。(2）以某發(fā)電集團(tuán)下屬一燃煤電廠的脫硫廢水為例，通過對多種零排工藝路線的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可以看出，膜蒸餾技術(shù)參與脫硫廢水零排工藝路線可以為電廠節(jié)省可觀的投資與運行成本，也符合節(jié)能減排大方向。(3）由于脫硫廢水成分復(fù)雜，不同電廠的脫硫廢水成分和濃度都不同，所以膜蒸餾工藝在不同電廠脫硫廢水零排