0 引言

我國資源總量在全球位居前列，但人均占有量不足，且資源分布極不均勻。隨著社會經濟的高速發(fā)展，資源環(huán)境的約束日趨強烈。資源相對短缺、生態(tài)環(huán)境脆弱、環(huán)境容量不足等逐漸成為阻礙我國發(fā)展的重大問題。構建資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會越來越成為我們的迫切需要。

近期國務院印發(fā)《水污染防治行動計劃》、國家三部委出臺《煤電節(jié)能減排與升級改造行動計劃(2014-2020)年》，充分彰顯了國家全面實施大氣、水、土壤治理三大戰(zhàn)略的決心和信心。積極推進火電廠脫硫廢水“零排放”工作刻不容緩。

火電廠脫硫污染物主要來自燃煤及煙氣，主要表現為高硬度、高懸浮物濃度、高氯離子濃度、高含鹽量以及重金屬含量高，腐蝕性強，對環(huán)境危害大，處理難度高，是電廠實現廢水零排放的重點。

1 脫硫廢水常規(guī)處理工藝

國內脫硫廢水常規(guī)處理工藝如下：一般采用加石灰中和、絮凝、沉降處理后，經澄清、PH調節(jié)達標后回用或排放。

該工藝可去除了懸浮物和大部分重金屬、氟化物。出水水質可達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》(DL/T997-2006)標準。但系統出水仍具有含鹽量高、氯離子及氟離子含量高，以及含有痕量的重金屬的特點。廢水中還可能含有硒、硝酸鹽及有機物等成分不能通過常規(guī)處理工藝去除，高含鹽的廢水排到自然水體也會對水體造成一定污染，不能達到脫硫廢水“零排放”要求。

2 脫硫廢水“零排放”工藝

所謂零排放，是指無限地減少污染物和能源排放直至到零的活動。零排放，就其內容而言，一是要控制生產過程中不得已產生的能源和資源排放，將其減少到零;另 一含義是將那些不得已排放出的能源、資源充分利用，最終消滅不可再生資源和能源的存在。 廢水“零排放”是指工業(yè)水經過重復使用后，將這部分含鹽量和污染物高濃縮成廢水全部回收再利用，無任何廢液排出工廠。

對于脫硫廢水“零排放”，目前主要包括煙道氣蒸發(fā)工藝、晶種法強制循環(huán)工藝及預處理軟化+預濃縮+強制循環(huán)結晶工藝。

2.1 煙道氣蒸發(fā)工藝

煙道氣蒸發(fā)工藝是將脫硫廢水輸送至除塵器前煙道內，霧化后利用煙道內高溫煙氣，在煙道內蒸發(fā)，廢水中不溶物與無機鹽與飛灰一起被除塵器捕捉收集。

煙道氣蒸發(fā)工藝的優(yōu)點是投資及運行費用較低，但其要求除塵器前煙氣溫度較高，存在霧化效果差，運行不穩(wěn)定等問題，對機組和煤種的適應性不足，實際應用性不高。

2.2 晶種法強制循環(huán)工藝

脫硫廢水硬度非常高，廢水中硫酸鈣接近或達到飽和，在蒸發(fā)濃縮過程中結垢傾向較嚴重，晶種法強制循環(huán)工藝是在蒸發(fā)過程中添加晶種，保證在蒸發(fā)濃縮過程中硫酸鈣析出時優(yōu)先附著與晶種上，盡量減少蒸發(fā)蒸發(fā)器的結垢，保障蒸發(fā)器穩(wěn)定運行，該工藝可根據實際情況設計成多效蒸發(fā)(MED)或機械蒸汽壓縮(MVC)工藝，利用機械蒸汽壓縮(MVC)工藝，可盡量降低能耗，降低運行成本。

晶種法強制循環(huán)工藝的優(yōu)點是：

1)脫硫廢水進入蒸發(fā)系統前不需要預處理軟化，減少預處理軟化費用;

2)蒸發(fā)器運行過程中析出結垢物質優(yōu)先附著于晶種上，可盡量減少蒸發(fā)器的結垢情況，保障蒸發(fā)器的穩(wěn)定運行;

3)運行過程在加熱器中廢水不會蒸發(fā)，無濃度變化，也盡量降低了設備的結垢傾向;

該工藝的缺點強制循環(huán)泵的功耗較大，及工藝控制不合理會導致系統結垢加快，影響系統的穩(wěn)定運行。

2.3 預處理軟化-預濃縮-強制循環(huán)結晶工藝

脫硫廢水硬度非常高，結垢傾向嚴重，若不添加晶種運行，則需要進行軟化預處理。

2.3.1 預處理軟化

目前脫硫廢水軟化工藝主要有石灰(或燒堿)-碳酸鈉軟化工藝、離子交換工藝、硫酸鈉-石灰-煙道氣軟化工藝及鈉濾軟化工藝等。

石灰(或燒堿)-碳酸鈉軟化工藝在廢水軟化處理中較多用到，該工藝優(yōu)點為穩(wěn)定可靠，如下圖為河源電廠廢水軟化工藝，其經兩級化學軟化后總硬度可降低至100ppm以內，經調節(jié)PH后進入蒸發(fā)系統，可保障蒸發(fā)系統穩(wěn)定運行，該工藝缺點是需要消耗大量的化學藥劑，且在軟化過程中會有大量污泥產生，需要增加處理污泥的費用。

離子交換軟化較多用于鍋爐給水的軟化工藝中，其優(yōu)點為穩(wěn)定可靠，經離子交換后出水硬度可降低至10ppm以下，但脫硫廢水硬度過高，若直接使用離子交換軟化，可能存在設備投資過大及再生廢水產量過多等問題，因此，在實際應用中可考慮在化學軟化出水增加離子交換軟化，進一步降低廢水的硬度，保障后續(xù)系統的穩(wěn)定運行，產生的少量再生廢水可返回至前段化學軟化系統，保障系統不會產生新的污染物，確保系統“零排放”。

硫酸鈉-石灰-煙道氣軟化工藝的主要原理是在CaSO4-Ca(OH)2-H2O三相體系中， Ca(OH)2的溶解會影響CaSO4的溶解度，該工藝主要分兩步：

第1步：加入硫酸鈉及石灰乳，調整PH至12-13，沉淀出石膏顆粒物;第2步，在第1步處理后的廢水中引入脫硫后的煙道氣，利用煙道氣中的CO2與廢水中OH-反應，生成CO32-，然后與廢水中Ca2+結合生成碳酸鈣沉淀，去除鈣離子，控制PH約11左右。該方法的優(yōu)點是可降低預處理軟化化學藥劑的費用，但軟化過程PH較難控制，不易達到較好的軟化效果。

在海水淡化預處理中，也有利用納濾膜作軟化預處理工藝的，目前，也有不少商品化的軟化納濾膜，但其一般硬度去除率不高于50%，且納濾濃水仍需處理，膜也存在堵塞結垢等情況，因此暫未用于脫硫廢水“零排放”工藝中。

2.3.2 預濃縮

經過預處理軟化后的脫硫廢水，硬度一般降低至100ppm以內，一般預濃縮工藝包括反滲透(RO)、碟管式反滲透(DTRO)、正滲透(FO)、膜蒸餾、立管降膜降膜蒸發(fā)(MVC或MED)、臥管降膜降膜蒸發(fā)(MVC或MED)。

碟管式反滲透(DTRO)進行脫硫廢水預濃縮

金正環(huán)保采用碟管式反滲透膜(DTRO)對經過預處理的脫硫廢水進行預濃縮，可有效的防止膜堵塞，提高系統運行效率和廢水回收率。

眾所周知，反滲透膜技術是一種常用的脫鹽技術。目前，適用于工業(yè)規(guī)模的反滲透膜，主要包括乙酸纖維素和聚酰胺膜，其鹽截留率為 99%以上。廢水通過物化、生物等方法使廢水達到排放標準。碟管式反滲透(DTRO)技術是一種高新反滲透技術，最早始于德國，相對于卷式反滲透其耐高壓、抗污染特點更加明顯，即使在高濁度、高SDI值、高鹽分、高COD的情況下，也能經濟有效穩(wěn)定運行，更加適應高鹽廢水的處理。國內主要應用于垃圾滲濾液與海水淡化、苦咸水淡化工程。DTRO雖然水處理效果卓越，但因DTRO膜組件主要依賴進口，成本相對較高，山東煙臺金正環(huán)保選用美國陶氏原材，采用德國一流加工設備實現了DTRO膜制造，明顯降低該技術運營成本,使該技術得以在國內廣泛推廣。DTRO鹽截留率為 98%～99.8%。其他去除性能如表所示。

碟管式反滲透(DTRO)是一種獨特的膜分離設備。碟管式膜組件采用開放式流道，DT組件兩導流盤直接距離為4mm，盤片表面有一定方式排列的凸點。DTRO凸點導流盤與膜片如圖所示

這種特殊的力學設計使處理液在壓力作用下流經濾膜表面遇凸點碰撞時形成湍流，增加透過速率和自清洗功能，從而有效的避免了膜堵塞和濃差極化現象，成功的延長了膜片的使用壽命;清洗時也容易將膜片上的積垢洗凈，保證碟管式膜組適用于處理高渾濁度和高含沙系數的廢水，適應惡劣的進水條件。

DTRO膜組件具有特殊的流道設計形式，采用開放式流道，料液通過增壓泵經進料口打入DTRO膜柱內，從導流盤與外殼之間的通道流到組件的另一端，在另一端法蘭處，料液通過8個通道進入導流盤中被處理的液體以最短的距離快速流經過濾膜，然后180度逆轉到另一膜面，再從導流盤中心的槽口流入到下一個導流盤，從而在膜表面形成由導流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙”S”形路線，濃縮液最后從進料端法蘭處流出。

經過碟管式反滲透(DTRO)處理后的高倍濃縮濃鹽水結合蒸發(fā)結晶方式，實現資源回收。

DTRO膜技術優(yōu)勢

1、簡單預處理，占地面積小，可移動性強

DTRO系統進水要求低，因此只需要簡單的預處理，無需復雜的土建工程，而且DTRO系統模塊單元靈活緊湊，因此占地面積小，可移動性強。

2、避免物理堵塞現象

DT組件采用開放式流道設計，料液有效流道寬，避免了物理堵塞。

3、最低程度的結垢和污染現象

采用帶凸點支撐的導流盤，料液在過濾過程中形成湍流狀態(tài)，最大程度上減少了膜表面結垢、污染及濃差極化現象的產生，允許SDI值高達20的高污染水源，仍無被污染的風險。

4、膜使用壽命長

DT膜組件有效減少膜的結垢，膜污染減輕，清洗周期長，同時DT的特點結構及水力學設計使膜組易于清洗，清洗后通量恢復性非常好，從而延長了膜片壽命。實踐工程表明，即使在滲液原液的直接處理中，DT膜片壽命可長達3年以上，這對一般的膜處理系統是無法達到的。

5、組件易于維護

DT膜組件采用標準化設計，組件易于拆卸維護，打開DT組件可以輕松檢查維護任何一片過濾膜片及其它部件，維修簡單，當零部件數量不夠時，組件允許少裝一些膜片及導流盤而不影響DT膜組件的使用，所有這些維護工作均在現場即可完成。

6、回收率高，能耗低

DTRO系統對于高鹽及復雜的垃圾滲濾液處理，能產生高達85%的回收率，同時裝機功率低，運行能耗低。

7、過濾膜片更換費用低

DT組件內部任何單個部件均允許單獨更換。過濾部分由多個過濾膜片及導流盤裝配而成，當過濾膜片需更換時可進行單個更換，對于過濾性能好的膜片仍可繼續(xù)使用，這最大程序減少了換膜成本。

8、濃縮倍數高

DT組件是目前水處理行業(yè)應用壓力等級最高的膜組件，在一些濃縮倍數高的應用中，其含固量可以達到25%以上，濃縮倍數高。

2.3.3 強制循環(huán)結晶系統(MVC或MED)

當預濃縮濃縮到一定程度后，廢水進入強制循環(huán)結晶系統蒸發(fā)結晶，強制循環(huán)結晶系統的優(yōu)點為循環(huán)量大，物料在換熱器內不會蒸發(fā)，不易在換熱壁面結晶或結垢，比較適合高粘度或易結晶或結垢物料處理。軟化后所產雜鹽有可能作為工業(yè)鹽回收利用。

3 結論

1)采用蒸發(fā)結晶處理，可實現脫硫廢水的“零排放”;

2)若對“零排放”所產雜鹽無要求，可考慮采用晶種法強制循環(huán)工藝實現“零排放”;

3)從目前所掌握技術來看，預處理軟化+預濃縮(DTRO)+強制循環(huán)結晶工藝是最為可靠的工藝路線;

4)預處理軟化采用化學軟化在操作上較為可靠，采用化學軟化+離子交換軟化可實現更佳的軟化效果;

5)蒸發(fā)系統的結垢，一般為硫酸鈣類型結垢，硫酸鈣在低溫時溶解度較高，因此，可借鑒海水淡化系統經驗，采用低溫蒸發(fā)模式，更進一步降低系統結垢的風險;

6)預濃縮系統采用降膜濃縮系統，運行較可靠，且采用臥管降膜系統維護更為容易。

 來源:煙臺金正環(huán)保  作者:譚潤宇等

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