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脫硫廢水零排放預處理技術

 隨著國家、地方對水資源嚴格調控政策的密集出臺,完全零排放已成為廢水治理的必然發展方向,電廠節水、零排放工作已經開始全面啟動。為實現完全零排放,目前普遍接受的主體思路是采用預處理→濃縮減量→結晶→固體結晶物處理來達到這一目標。具體采用的技術工藝如:傳統的混凝沉淀、微濾;超濾、納濾、反滲透、高壓反滲透;自然蒸發結晶、蒸發塘、機械噴霧蒸發、煙道噴霧蒸發、旁路煙氣蒸發等改良工藝或者其組合工藝。

  這些技術都各具優勢,但存在的問題是:不管是膜濃縮、熱法濃縮或者末端結晶階段,污垢、鹽垢、腐蝕問題刻不容緩,設備維護成本高,因此如何做好廢水的預處理,減少廢水中污染因子,保證末端進水水質顯得尤為重要。本文針對脫硫廢水的零排放,結合目前理論研究及電廠實際應用,探討了一種應用于實踐工程的脫硫廢水預處理方法,以期為將來零排放技術的研究開發及工程應用提供參考。

  1、脫硫廢水預處理技術現狀分析

  脫硫廢水的水質受石灰石的品質、煤種的不同、吸收塔內漿液的濃縮倍率等影響很大,但普遍呈現出水質偏酸性、懸浮物含量高、微量重金屬及氟化物、過飽和的亞硫酸鹽和硫酸鹽、含硅、硬度大、氯離子濃度高的特點。目前應用廣泛的預處理方法主要是化學加藥混凝沉淀法、微濾、平板/卷式納濾、電滲析、晶種軟化法等,目的是在廢水蒸餾前,先盡可能多的去除水中易結垢的Ca2+、Mg2+或SO42-,降低廢水濃縮蒸發過程中的易結垢傾向,常規的處理工藝流程如圖1所示。

電廠普遍采用的石灰澄清池/高密池單元即是傳統的化學沉淀-混凝澄清工藝,它自身有著不可替代的優勢。在長期的應用過程中,我們對藥劑的投加種類、投加方式、數量、比例、攪拌時間等參數把握的更加準確,隨著工藝設備的不斷改進以及運行經驗的積累,該工藝可以去除大部分的懸浮物、重金屬及有機物,出水水質較好。其缺點:一是處理效果不穩定,容易受到來水水質水量波動、水溫變化等因素的影響;二是加入的消石灰、絮凝劑、助凝劑等一系列藥劑去除的是水中大部分的暫硬,對永硬成分并未去除,這部分溶解性固體仍會在后續處理過程中濃縮結晶出來引起設備嚴重結垢;三是出水水質中一些離子濃度不能滿足膜濃縮減量系統進水要求。而且從圖1中可以看到,澄清池出水還需要經過多介質過濾器、陽床、超濾、保安過濾器等工藝設備后才可進入反滲透膜濃縮階段,操作流程復雜,運行管理不方便。

  2、改良的預處理工藝路線

  針對預處理階段及現有工藝流程中存在的問題,通過實驗摸索,我們提出采用傳統的化學混凝-澄清+軟化-管式微濾為預處理方法的工藝流程,具體見圖2所示。

圖2中我們保留有效的傳統混凝沉淀工藝,同時結合化學軟化-管式微濾膜過濾取代現有的多介質過濾器、陽床、超濾等工藝,縮短了工藝流程、減少了占地面積。

  2.1 軟化去除鈣、鎂、硅

  前端石灰的投加起到了提供氫氧根的作用,但是會帶入鈣離子,這些帶入的鈣離子和水中已有的鈣離子都需要碳酸氫根與之反應形成沉淀,水中現有的碳酸氫根多數情況下其當量濃度高于現有鈣離子濃度,但又不足以在投加石灰的情況下沉淀所有的鈣離子,這樣的話就要同時投加純堿。在傳統沉淀分離的軟化工藝中,由于固液分離效果相對不可靠,石灰投加的另一重要目的在于充當混凝劑,起到增加污泥量、促進沉淀的作用。在管式膜進行固液分離的軟化工藝中,可以更潔凈且減少純堿需要量。另一方面,水中二氧化硅被軟化反應所生成的氫氧化鎂沉淀物所吸附,或者說發生了共沉淀反應,通過管式膜的高效固液分離被除去,而在傳統沉淀工藝中,限于固液分離的效果,二氧化硅很少能被同時除去。這樣后續的反滲透可取得更高的回收率。

  2.2 管式膜系統

  錯流式管式微濾膜利用微孔的膜把廢水中的沉淀物分離出來,不需要沉淀物粒徑足夠大和比重足夠大,是一種更有效的分離方法,能自動隨時開/停機,瞬時完成過濾過程。技術優勢:微濾膜采用堅固的管式結構和燒結法成膜,從原理上杜絕了斷絲泄漏現象的發生,具有出色的耐化學性和耐磨擦性;可以承受2%~5%的高污泥濃度;適用pH范圍廣泛;0.05~0.1μm的絕對過濾孔徑,產水濁度<1NTU,可以有效的保護反滲透。

  3、應用實例

  根據邯鄲某電廠實際進水水質分析數據顯示,該進水的碳酸氫根遠低于鈣離子的當量,液堿加純堿是唯一可行的選擇。確定工藝后,在電廠進行現場中試試驗,重點考察水中的二價陽離子鈣、鎂、鋇、鍶等和SiO2的去除率和膜通量范圍,經過為期6個月的試驗,摸索出合適的參數,然后應用到滎陽煤電一體化公司脫硫廢水的處理工程中去。

  該工程脫硫廢水系統處理水量20m3/h,采用預處理+納濾+DTRO+蒸發結晶工藝對廢水進行處理,預處理主要去除廢水中的懸浮物、鈣鎂離子,確保后續膜濃縮系統的正常穩定運行,濃縮處理段主要實現脫硫廢水濃縮減量處理,利用反滲透膜的高效脫鹽作用,將脫硫廢水中的鹽截留在濃鹽水中,最大限度的減小蒸發系統處理規模。系統最終產生14t/h水可以回用,5.8m3/h的濃鹽水進入蒸發結晶系統。軟化加藥產生的沉淀污泥經板框壓濾機脫水至固含量大于40%后作為一般固廢處置。

  3.1 運行費用核算

  本工程脫硫廢水零排放預處理系統直接運行成本的核算包括能耗費、藥劑費、主要設備耗材費、人工費等幾部分。脫硫廢水系統年滿負荷設計時間為7200h,電價0.52元/(kW·h),藥劑按市價計算,經核算耗電量22kW/t,水運行費用11.5元/t,水藥劑費104.6元/t,再加耗材管式膜的更換費用及人工費,廢水預處理系統運行費用117.6元/t。

  4、結語

  脫硫廢水作為燃煤電廠終極高鹽廢水,減量處理的關鍵是防止結垢。零排放工藝在后續的蒸發濃縮段多采用的是進口設備,投資造價很高,既然電廠決定做零排放就要保證其的正常運行,如果預處理不穩定可靠,可能會造成高價設備無法運行的情況,帶來巨大的損失。改良后的預處理工藝流程,是完全依據工程實際可行性提出的,將傳統的混沉工藝與化學軟化-管式微濾結合起來,從實際應用來看雖然歩序繁瑣,但考慮更周全,更具實際應用價值。它可以有效分離脫硫廢水中的一、二價離子,達到軟化脫硫廢水的效果,同時減少脫硫廢水處理過程中的污泥產生量,保證了后續設備的運行。該工藝經過現場反復的中試試驗,參考其他工程應用情況,摸索出合適的參數進而應用到實際工程中去,工程施工正在進行中??梢詾槊摿驈U水的處理提供依據,對廢水回用及零排放具有實際的指導意義。

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