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虽然多效蒸发把前效产生的二次蒸汽作为后效的加热蒸汽,但第一 效仍然需要不断补充大量新鲜蒸汽。多效蒸发过程需要消耗大量的蒸汽, 蒸发处理 1t 水大约需要消耗 0.5~1.5 t 蒸汽
蒸汽机械再压缩蒸发(MVR)系统在高盐废水的浓缩处理中有较多的应用。常用的降膜式蒸汽机械再压缩蒸发结晶系统,由蒸发器和结晶器两单元组成。废水首先送到机械蒸汽再压缩蒸发器(BC)中进行浓缩,经蒸发器浓缩之后,浓盐水再送到 MVR 强制循环结晶器系统进行进一步浓缩结晶,将水中高含量的盐分结晶成固体。其工作原理是物料经分配装置均匀分配于蒸发器各加热管内,物料在重力和真空诱导及气流作用下,成膜状自上而下流动,运动过程中与加热管外壁加热蒸汽 发生热交换而蒸发。降膜蒸发器是液膜传热 ,其传热系数高于其他形 式的蒸发器。
低温常压蒸发结晶技术(NED)是蒸发结晶一体化系统,是将废水加热到 40 ~ 80℃后,利用大流量循环风将水蒸发,然后在冷凝室将水汽凝结,废水在蒸发室不断浓缩直至结晶。经蒸发后的废水浓度不断升高,并达到饱和,达到饱和溶解度的盐从溶液中析出形成固体颗粒, 并通过固液分离器实现固体与溶液的最终分离。系统中采用热泵压缩机组在制备冷凝系统所需冷水的同时,将水中的热量转移用来加热原废水, 从而实现了系统内部能量的循环利用。低温常压蒸发结晶的设备不需要 将水加热至沸腾,在低温、常压的环境下运行。
3.3 膜系统与热法浓缩系统小结
如何选择浓缩系统成为零排放处理的关键,热法由于其静态投资较多而使其应用受到了限制,膜法作为废水的浓缩环节是目前水处理零排放的主要技术路线,经预处理、膜法深度浓缩处理后的浓缩废液含盐量 达 150000 mg/L 后进入后续蒸发结晶系统。但是,不可回避的问题是, 膜法(尤其是反渗透膜)由于其对进水的要求苛刻,不仅需去除结垢性 物质如钙、镁、硅等,还需去除有机物、悬浮物等,因而所需要的预处 理流程长,且加药量较大,会导致运行费用增加,且会增加污泥排放量; 另外,膜系统由于其特有的结构,正常使用寿命约为 5 年左右,处理高含盐废水的膜运行寿命可能会更短,使用 3 年左右可能会出现膜元件的无法恢复而更换,那么,在寿命期膜的更换费用也会相当可观。热法浓 缩根据现已有废水零排放的运行成果来看(神华榆林能源化工废水零排 放),浓缩可以达将近 30 倍,在进水含盐量约为 20000mg/L 左右的情况下, 浓缩废液含盐量可高 150000mg/L,目前运行效果较好;据有关资料介绍, 热法浓缩进水含盐量在高于 50000mg/L 时,可直接进蒸发系统,无须进 行预浓缩,蒸发浓缩倍率 10 倍以上效果较好,而结晶系统的浓缩倍率 不宜太大,宜为 2-3 倍。
4 脱硫废水处理经济性分析
4.1 预处理及预浓缩系统经济性分析
通过前述对脱硫废水处理技术的分析,预处理的主要目地是为去除结垢性离子,以满足后续系统的稳定运行,目前火电厂脱硫废水的预处理因石灰 - 碳酸钠软化 - 沉淀池 - 过滤器处理工艺较为成熟,应用较多; 预浓缩系统采用反渗透工艺较多,为防止反渗透膜有机物污染因素和结垢因素,在反渗透前设置纳滤膜或投加大量的阻垢剂及消除有机物药剂, 以去除和高倍率浓缩 COD 及其他有机污染物及易于形成结垢的二价阴离子和阳离子,由于投机药剂阻垢及消除有机物的影响需要精确的运行控制,对系统的稳定运行影响较大,故以纳滤 + 反渗透工艺作为预浓缩系统应用较多,本文以石灰 - 碳酸钠软化 - 沉淀池 - 过滤器(预处理) + 纳滤 + 反渗透工艺(工艺)为例进行经济性分析。
表 1 为一典型脱硫废水水质,以该水质为例分析预处理及与浓缩的设备如下:
预处理加预浓缩系统主要设备为:三联箱、反应池搅拌器、澄清器、 污泥浓缩池、原水箱、原水泵、污泥浓缩池搅拌风机、清水泵、废水提升泵、污泥循环泵、污泥排放泵、污泥脱水机、变孔隙滤池、纳滤混合水箱、纳滤原水箱、NF 原水泵、NF 保安过滤器、NF 高压泵、NF 装置、 反渗透低压给水泵、反渗透保安过滤器、反渗透高压泵、反渗透装置、 加药装置及仪表等。
预处理系统吨水建安工程费:4.13 万元,预浓缩系统吨水建安工程 费:18 万元,合计:22.13 万元。
吨水土建工程费:10.8 万元。 吨水静态投资合计 32.93 万元。
吨水年折旧额(按 15 年直线法折旧,不考虑残值):2.2 万元,年 利息(按 80% 贷款,年利率 4.9%):862 元。
吨水运行成本:20.08 元。
吨水完全成本:22.7 元。
4.2 深度浓缩 + 结晶系统经济性分析
浓缩分别以热法及膜法为例分析系统运行费用及投资。
4.2.1 以膜法深度浓缩
以膜法深度浓缩的主要系统工艺组合有:DTRO+ 强制蒸发结晶系 统工艺、FO+ 强制蒸发结晶系统等,DTRO 是专门针对高浓度料液的 过滤分离而开发的工艺,而 FO 正渗透工艺由于浓缩液的分离影响运行 的稳定性,系统还不是很成熟,故本文以 DTRO+ 强制蒸发结晶系统工 艺进行经济性分析。
DTRO+ 强制蒸发结晶系统工艺主要设备为:DTRO 低压泵、安过滤器、DTRO 电加热器、膜柱、加药装置、各类水箱、蒸发系统、结晶 系统、辅助系统等。
系统吨水建安工程费:分盐 310 万元,不分盐 244 万元。
吨水土建工程费:17 万元。
吨水静态投资合计分盐 327 万元,不分盐 261 万元。
吨水年折旧额(按 15 年直线法折旧,不考虑残值):分盐 21.8 万元, 不分盐 17.4 万元,年利息(按 80% 贷款,年利率 4.9%):分盐 1.07 万元, 不分盐 0.86 万元。
吨水运行成本:膜更换费用(每 3 年更换一次膜)7.6 元,蒸汽耗 量 5 元,电费 15 元,清洗费用 0.2 元,维护费用 1.7 元,药品耗量 0.2 元, 合计 29.4 元。
吨水完全成本:分盐 55.5 元,不分盐 50.2 元。
4.2.2 以热法浓缩
2016 年 11 月实地考察了陕西某化工项目的实际运行情况,介绍如下:系统流程为热法浓缩 + 结晶系统,来水水源为高效反渗透浓水 + 两级钠离子交换器的再生废水;原水系统流程为:两级高密度澄清池(石 灰、碳酸钠双碱法)—变孔隙滤池—超率装置—两级钠离子软化—高效 反渗透—清水至循环水系统,反渗透浓水及钠离子交换器的再生废水进入蒸发结晶系统,其中反渗透浓水浓缩倍率约为 10 倍,进入蒸发系统的水质如下:
蒸发系统采用的是垂直降膜蒸发器 +FC 强制循环结晶器,系统处理水量设计值为 40t/h,连续稳定运行 1 年多,运行中消耗的主要药剂为阻垢剂及消泡剂,运行费用 32.19 元 / 吨,完全成本:44.57 元(其中每吨水的消耗包括:电耗:25.54KWh, 蒸汽:89.17kg,药剂:7.87 元, 人工成本:2.64 元,设备折旧:12.38 元)。
系统静态投资折算为吨水为 245 万元。
吨水年折旧额(按 15 年直线法折旧,不考虑残值):16.3 万元, 年利息(按 80% 贷款,年利率 4.9%):0.8 万元。
吨水运行成本:32.19 元。 吨水完全成本:51.7 元。
5 关于固废
因水污染的日趋严重及水资源的匮乏,目前国家各部门均对废水的 处理及水源的合理利用均非常重视,就如同十几年前对废气的重视一样, 截至到目前,废气的处理已经比较成熟且得到了有效的治理,而水的处理(零排放)现在刚处于起步阶段,对固废的处理还没引起各级部门的重视,但是可以预见的是,随着废水零排放的大面积实施与应用,固废的产生量也会成为又一环境污染源,如何处理固废会成为又一环保课题。 脱硫废水作为电厂废水的末端处理系统,其废水水质成分复杂,且常含有重金属,有些重金属是第一类污染物,经处理可以固化到固废中,因 而如何界定固废的属性及如何处理成为固废处理的关键,一般固废处理 成本较低,约 2000~3000 元 / 吨,危废的处理成本会非常高,约 4500 元 / 吨左右,根据危废的定义,含有第一类污染物离子的化合物属于危废, 那么脱硫废水产生的固废将很大程度上会被定义为危废,危废的处理进 而又引发一系列的问题,如预防地下水的污染、渗滤液的处理,填埋场的处置等等问题,会对发电成本产生较大的影响。
吨水污泥产生量:预处理 + 预浓缩系统的污泥产生量为:0.006t, 按危废界定,浓缩结晶系统污泥产生量为:0.01t, 按一般工业固废界定。
6 废水处理系统对发电成本的影响
通过上述分析,废水处理主要按 3 大块分析,即废水预处理 + 预 浓缩单元,废水深度浓缩单元,蒸发结晶单元,针对不同的电厂水质不同, 废水来源不同,系统选择会有差别,本文以火电厂典型的脱硫废水水质作为分析,预处理系统采用双碱软化 + 过滤,预浓缩系统采用纳滤 + 反渗透工艺,深度浓缩系统分别按热法及膜法工艺进行分析,最后是蒸发结晶系统。
(1)各系统单元吨水静态投资合计为:采用膜法浓缩系统:分盐 360 万元,不分盐 294 万元;采用热法浓缩 245 万元。(2)吨水运行费 用为:膜法浓缩分盐 49.48 元,热法 32.19 元;(3)吨水年折旧及利息额: 采用膜法浓缩系统:分盐 24.1 万元,不分盐 19.7 万元;采用热法浓缩 19.4 万元。(4)固体废物吨水处理费用:47 元(危废处理费按 4500 元 / 吨,一般工业固废处理费按 2000 元 / 吨)。(5)加上固废的处理费用, 吨水运行费用膜法 96 元,热法 79 元;(6)废水处理对发电成本的影响。
按处理量 10t 考虑 , 以 2 台 350MW 机组为例,机组年运行小时按 7000h, 年利用小时数按 5000h 计 , 膜法对发电成本的影响约为 2.6 元 / MWh;热法对发电成本的影响约为 2.13 元 /MWh。
参考文献
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