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全膜法脱硫废水零排放的应用与实践

来源:宏森环保 时间:2017-09-14

燃煤电厂脱硫废水属于间断性排水,受煤质和工艺补充水等的影响,水质波动较大,主要表现为成分复杂、高腐蚀性、高含盐量、回用困难等特点,成为制约电厂脱硫废水零排放的关键因素。

国电汉川电厂通过全膜法脱硫废水处理系统建设实施表明,采用“管式超滤膜(TUF)+特殊流道反渗透(SCRO)+碟管式反渗透(DTRO)+MVR蒸发结晶”的工艺可完全满足现行的脱硫废水零排放要求,结晶盐达到工业盐标准可外销,实现循环经济。该工艺对火电厂脱硫废水零排放项目的实施有极大的借鉴意义。

1实施背景

全膜法脱硫废水“零排放”工程是公司根据国家环保政策的发展方向和水污染治理要求而实施的环保科技创新项目,代表着火电厂脱硫废水“零排放”的发展方向,是火电厂加快落实深度节水和“废污水零排放”的必然选择。

全膜法脱硫废水“零排放”工程是解决公司全厂六台机组脱硫废水去向和资源回收利用的的必然选择。

全膜法脱硫废水“零排放”工程是降低当前已投运火电厂脱硫废水“零排放”高额投资与高运行费用的一种新的技术途径。

2技术原理及工程建设的主要做法

2.1技术原理

采用“管式超滤膜软化+纳滤膜分盐+高压反渗透膜浓缩+MVR蒸发结晶”全膜法工艺技术路线,将脱硫废水进行软化、分盐、浓缩减量,最终蒸发结晶制盐,达到“零排放”的目的。

管式超滤膜软化:向废水中投加石灰、氢氧化钠和碳酸钠,经反应后由管式超滤膜过滤,基本去除废水中的硬度,防止后续反渗透膜结垢。

纳滤膜分盐:预处理软化后的废水经纳滤膜处理后,将废水中的一价离子和二价离子进行分离,产水中成分主要为氯化钠,为蒸发结晶高纯度工业盐奠定基础。

高压反渗透膜浓缩:采用高压反渗透膜对纳滤膜产水进行浓缩减量,淡水回用,浓水进蒸发结晶系统,大大降低废水蒸发量,节约能耗。

MVR蒸发结晶:采用机械蒸汽压缩再循环蒸发结晶(MVR)技术将膜浓缩后的废水进行蒸发结晶,生产工业盐。

2.2工程建设的主要做法

2.2.1技术方案的选择

2.2.1.1国内目前投运的技术方案情况

火电厂脱硫废水以前设计均为达标外排或作为煤场、灰场的喷淋用水,近几年随着国家环保政策的日趋严格,零排放逐渐成了必然选择。目前国内在运行的脱硫废水零排放工程有广东河源电厂、华能长兴电厂、广东山水恒益电厂等几家电厂,采用的工艺基本是预处理软化、膜浓缩、蒸发结晶这三个单元当中两个或者三个组合。从各家运行的情况来看,普遍存在建设费用和运行费用高、结晶盐是杂盐等问题。

2.2.1.2本工程的方案选择

我司脱硫废水“零排放”项目于2015年2月启动,为了保证项目工艺路线科学合理,实现科技创新,脱硫废水“零排放”的各项技术指标达到行业新的标准。公司成立了技术攻关领导小组,会同中南电力设计院、北京朗新明公司经过多次调查研究、技术收资、方案论证和方案比选,对设备与工艺系统逐步进行了完善。

在总结国内火电厂现有脱硫废水“零排放”工程优缺点的基础上并结合我司脱硫废水中试结果,最终确定了本工程采用了“预处理软化+膜分盐+膜浓缩+MVR蒸发结晶”的工艺路线,具体流程见“图2-1工艺流程图”。该工艺路线采用了全膜法技术实现了对脱硫废水的软化、分盐、浓缩和蒸发结晶,获得了纯度很高的产品水和工业氯化钠,在降低工程造价和运行费用的同时也解决了杂盐难以处置的问题。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

2.2.2主要设备选型

2.2.2.1设备选型特点

本工程涉及的设备较多,按系统划分主要有预处理软化设备、膜处理设备、蒸发结晶设备、污泥处理设备等。设备选型时遵循成熟可靠、适应性强的原则,结合中试效果,积极稳妥的使用新技术、新产品,主要有以下几个特点:

1)在国内脱硫废水零排放项目中首次使用管式超滤膜作预处理软化设备。管式超滤膜具有通量高、耐磨性能好、耐化学清洗能力强等特点,可充分截留化学反应产生的各类颗粒物,出水SDI和硬度很低,完全满足反渗透膜的进水要求,可取代传统的沉淀池、过滤器和超滤。

2)在国内脱硫废水零排放项目中首次使用盐分离膜将软化系统产水进行一、二价离子分离,经过盐分离膜的处理之后,产水中的盐分基本以氯化钠为主,非常有利于提高蒸发结晶器的稳定运行和提高结晶盐的纯度。

3)废水浓缩膜选用了针对高盐废水开发的新型抗污染反渗透膜,该膜为美国陶氏化学公司开发的最新产品,流道宽,抗污染能力强,操作压力极低、皮实耐用,可以在pH1-13的范围内实施强烈的化学清洗,非常适用于高盐废水的浓缩处理。

4)MVR蒸发结晶系统采用进口品牌Swenson的工艺包,核心设备均为进口产品,性能优越,保证了系统运行工况达到设计要求。

2.2.2.2设备选型注意事项

1)进口设备交货期较长,容易拖延工程建设进度,某些设备若国产性能与进口性能比较接近时可优先考虑国产设备,交货期短,造价便宜。

2)脱硫废水污泥主要以硫酸钙、碳酸钙等化学污泥为主,粘性大,脱水性差。国内现有脱硫废水项目中经常使用的国产板框压滤机占地大、故障率高、泥饼含水率高,难以满足脱硫废水污泥脱水要求。本项目采用了进口安德里茨品牌高压板框机,运行稳定可靠。

2.2.3设计经验教训

2.2.3.1平面布局设计

脱硫废水零排放处理系统比较复杂,涉及到的介质有废水、污泥、蒸汽、盐,运行环境比较恶劣。在平面布置时需根据各子系统功能进行合理布局,尽量减少污泥、浓盐水的长距离输送,降低堵塞和腐蚀的风险。

2.2.3.2管道材质的选择

脱硫废水中氯离子含量很高,腐蚀性较强,输送管材选择非常重要。通常可用于输送脱硫废水的管材主要有三种,即:钢衬塑管道、双相钢管道、塑料管道。钢衬塑管道内壁耐腐蚀,外表面容易锈蚀;双相钢管道虽然耐氯离子性能优越,但材料费和施工费昂贵;塑料管道耐腐蚀能力强,易安装,故本工程中输送低压脱硫废水时大量使用了塑料管道,并根据室内外使用环境状况,分别选用了HDPE管和UPVC管。

2.2.3.3应急预案设计

无论预处理做的如何完善,蒸发器在运行一段时间后仍然会结垢,需要清洗除垢。在此过程中前端浓缩废水和结晶器中料液需妥善储存,不能外排。本工程设置了的事故应急池和高含盐废水贮存池,满足蒸发器检修和事故时应急要求。

2.2.4施工调试经验介绍

2.2.4.1本工程施工场地狭小,施工现场不具备加工条件,工程土建、安装加工全部在规划好的组合场进行,加工好后转运至现场安装,保证了施工现场的安全和文明施工。

2.2.4.2脱硫废水深度处理废水收集池、膜处理车间的梁、柱结构采用了清水混凝土技术,实现了混凝土外观线条齐整、表面光滑、色泽均匀的良好观感。

2.2.4.3为创精品工程,项目部先后编制了“脱硫废水深度处理工程精细化管理实施细则”、“脱硫废水深度处理工程施工防止质量通病”等保质量细则和规定,同时,在质量控制环节和施工工艺上加强管理,推行工程样板引路。设立样板展示厅,陈列管道焊接、电缆敷设等质量标准样板,建立严格的样板引路管理制度,样板经验收合格、并掌握了施工工艺后方可实施,为工程创优提供了的质量保障。

2.2.4.4在膜车间上部结构施工之前和蒸发器钢架吊装之前,零米层形成永临结合的毛地面交付安装,实现了“先地下后地上、先土建后安装”的措施,保证了施工现场的洁净化。

2.2.4.5脱硫废水深度处理系统为高含盐腐蚀区域,为了防止设备及系统管道的腐蚀,本工程采用了大量的防腐材料,如2507、HDPE、UPVC的管道设备和玻璃钢材质的电缆桥架等,为后续设备的健康稳定运行创造了良好的运行条件。

2.2.4.6在工程建设过程中持续开展设计优化,将初步设计的优化成果落实在设备选型和施工图之中,同时实施了施工工艺优化、区域细化设计、电缆及桥架优化设计、小管道布置三维设计等,为工程高标准施工提供了技术保障。

2.2.4.7工程实行P6进度计划管理。通过项目整体资源配置,集中汇总后将作业任务合理分解至每个作业班组。按照节点要求严格考核作业项的完成情况,有效促进了工程整体进度,大大提高了单位作业项的时效性。

2.2.4.8针对脱硫废水深度处理系统高含盐水的腐蚀特性,为了防止系统调试阶段的跑冒滴漏给设备造成腐蚀,开始阶段采用工业水对系统试机、单系统缺陷消除、跑冒滴漏处理等步骤,对整套系统分专业分步骤的进行了分部试运,在整套系统分部试运全部正常后,启动整系统的连锁调试。进一步验证整套系统的逻辑步序的完整性和可靠性。

2.2.4.9执行文件包制度是本工程中作为试运管理中非常成功的一项创新举措。在本工程的质量控制过程中执行“分部试运、整套启动试运调试文件包管理制度”。通过此制度的执行,规范了文件包责任单位的行为,明确了责任,强调了过程控制;使建立文件包的系统试运完整性大大得到加强;文件包中所需要的各项材料在实际试运中都得到了逐一落实;缺陷率降至最低;文件资料齐全。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

3建设成效

系统投用以来,设备系统运行正常,膜浓缩系统回收率效果良好,废水总体回收率稳定在82%以上,处理36t/h脱硫废水,进入蒸发器的浓缩液5-6t/h,减少了废水蒸发量,节能效果明显。澄清池产生的污泥主要成份为硫酸钙为主,性质同原有脱硫石膏,经污泥脱水后混入石膏。管式超滤所产生的污泥主要成分为碳酸钙,含固率5%左右,这部分污泥回收利用,作为脱硫系统的脱硫剂。结晶盐达到精制工业盐一级标准,用于盐化工企业原料,实现了循环经济,变废为宝。

3.1运行效果

工程投运后达到了预期效果。脱硫实际水质情况如下表,在这种水质情况下,预处理软化效果、膜浓缩系统回收率、蒸发结晶盐品质均达到了设计值。系统处理能力达到了36t/h。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

3.1.1预处理软化效果

经过近几个月稳定运行后,管式超滤原水和产水对比如图3-1所示。可以看出右边原水水质浊度较高,水中悬浮物也高,经过加药沉淀,管式超滤膜过滤过后,水质清澈,产水水质经分析如下表,回脱硫系统使用。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践
全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

经预处理后的出水水质分析如下表所示。脱硫废水经过预处理软化系统处理后,关键性硬度指标钙、镁硬度控制在10mg/L以内,出水硬度降到了非常低的水平,完全满足膜处理的进水要求,大大降低了膜结垢风险。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

经过高盐水反渗透膜(SCRO)初步浓缩过后,浓水和产水水质如下表所示,经过初步浓缩后,浓水TDS接近6万mg/L,浓水和产水中的钙镁硬度指标在正常范围内,没有见明显异常,产水完全回收利用。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

高盐反渗透(SCRO)的浓水送往高压反渗透DTRO进行进一步浓缩,投运6个多月来,两种膜系统压差未见明显异常,膜系统污染较小,DTRO的产水TDS在500mg/L以内。

全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

3.1.3蒸发结晶盐品质良好。结晶盐经干燥处理后,氯化钠含量大于99%,含水率小于0.5%,详见下表:

序号化学成分含量(%)
全膜法脱硫废水零 排放的应用与实践

结晶盐优于《GB/T5462-2003工业盐》标准所规定的精制工业盐一级标准,现已销往孝感市应城县的一家盐化工企业,实现了循环经济,变废为宝。

3.2经济效益和社会效益

3.2.1经济效益

年发电时间按5000h计算,各产品经济效益如下:

预脱盐淡水产量34t/h,单价按10元/吨计,年产值170万元

结晶盐产量0.8t/h,单价按300元/吨计,年产值120万元

污泥石膏产量10t/d,单价按80元/吨计,年产值16.7万元

减少外排污水量36t/h,排污费单价按1.2元/吨计,年减少排污费支出21.6万元

减少外排固废量0.8t/h,固废单价按500元/吨计,年减少固废处理费200万元

合计:528.3万元

3.2.2社会效益:

脱硫废水是火电厂废水的末端,污染性非常大,根据国家相关环保法规和新建机组环评要求禁止外排。国电汉川电厂脱硫废水深度处理工程的建设突显了央企社会责任感,该项目的建成投运杜绝了电厂脱硫废水外排造成的环境污染,保护了当地的生态环境和水资源,具有重大的示范意义。

4结论

通过国电汉川电厂脱硫废水零排放工程的实施,我们得出如下结论:

(1)充分验证了“预处理软化+膜浓缩+蒸发结晶”的工艺路线是切实可行的;

(2)基本解决了火电厂生产过程中产生的废水对周围环境造成的不利影响;

(3)将废水中的氯化钠蒸发结晶成一级工业盐,对外销售,实现循环经济综合利用;

(4)降低了投资成本,运行成本较低。