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技术|燃煤火电厂高盐废水的处理

北极星电力网新闻中心  来源:《环境工程》  作者:王涛英  2020/3/24 10:09:32  我要投稿  
所属频道: 火力发电   关键词: 火电环保 火力发电 火电

北极星火力发电网讯:摘要:介绍了一种高盐废水零排放工艺,通过对常规废水零排放后期处理流程的重新设计,以方法最优,效益最大化为目的,论证流程中各重要环节,确立实际组合工艺采用化学软化—管式微滤—纳滤—反渗透( RO) —碟管式反渗透( DTRO) —蒸发结晶系统( 盐硝分产) 的处理路线,分别回收 Na2SO4和 NaCl。同时,通过多种检测手段,确定氯化钠质量达 GB/T 5462—2015《工业盐》的优级品等级,实现对外销售,真正达到零排放、零污染。

转载自:《环境工程》

作者:王涛英 徐军锋 胡彦云

时小磊 衡世权 俞旷

华电电力科学研究院有限责任公司

内蒙古华电包头发电有限公司

关键词:高盐废水; 零排放; 梯级利用; 氯化钠

0 引 言

依据国家环境保护局环境影响评价相关文件要求,火力发电厂需要对企业废水进行综合利用,实现全厂废水“零排放”。国内外火电企业对废水“零排放”采取的路线基本上是先进行废水梯级利用,然后对剩余废水进行固化处理。废水处理工艺通常第一步为化学软化,以除去废水中的钙、镁和硅等易结垢物质,COD 较高时还需要增加去除有机物的降解工艺;第二步可以选择直接蒸发结晶,也可以选择浓缩减量后再蒸发结晶。浓缩减量多采用膜处理技术,包括纳滤、反渗透、正渗透等。蒸发结晶采取的形式有蒸发塘、多效蒸发、机械蒸汽再压缩蒸发结晶和烟道蒸发等。2009 年,广东深能合和电力( 河源) 有限公司是国内首家实现脱硫废水“零排放”的发电企业,其采用的工艺为“两级化学软化+多效蒸发结晶”,目前仍在稳定运行。2014 年华能长兴电厂对脱硫废水进行“零排放”处理,其工艺流程为: 化学软化―砂滤―离子交换―反渗透―正渗透―多效蒸发结晶。

本文在上述工艺基础上,从废水梯级利用、高盐废水处理及废水结晶产物分析等方面展开研究,并对全厂剩余废水开展了废水零排放系统改造工程,以实现废水综合处理与利用。

1 废水梯级利用

某燃煤火力发电厂,机组容量为 2×600 MW,冷却系统为自然通风冷却塔。其废水系统主要包括再生水处理系统、循环水排污水深度处理系统、工业废水、生活污水、脱硫废水、凝结水、煤水和化学废水处理系统等。该发电厂废水采用梯度利用处理,主要处理系统有以下几个方面。

1. 1 循环水排污水深度处理

在燃煤湿冷机组火电厂中,循环排污水为废水水量的最大来源,约占全厂废水总量的 65%。循环水经晾水塔浓缩后,排污水进入循环水深度处理系统,废水依次经自清洗过滤器、浸没式超滤和反渗透处理后,出水首先作为锅炉补给水源,一部分出水排入工业废水水池,一部分排入高盐废水池。其具体处理工艺流程如图 1 所示。

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图 1 循环水排污水处理工艺

1. 2 工业废水处理

厂区内工业废水主要包括生活污水、循环水排污处理水及其他机械冷却水等,在废水调节池中加入絮凝剂,通过澄清、气浮等装置进入中间水池,经过水泵抽吸再过滤后出水分为 3 部分,分别可作为循环水补充、厂区绿化,以及进入石灰处理系统。其具体处理工艺流程如图 2 所示。

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图 2 工业废水处理工艺

1. 3 脱硫废水处理

脱 硫 废 水 处 理 采 用 传 统 的 三 联 箱 工 艺( 图 3) ,废水经加碱( 氢氧化钠或氢氧化钙) 中和后,再加入有机硫、硫 酸 氯 化 铁 等 絮 凝 剂 以 及 助凝剂等药品 将 脱 硫 废 水 中 的 悬 浮 物 及 重 金 属 沉淀去除。处理出水目前主要送往捞渣机系统,作为渣冷却系统补充水,剩余部分排往化学循环废水池。

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图 3 脱硫废水处理工艺

1. 4 高含盐废水的回用

高含盐废水中约 30%作为脱硫系统部分用水和煤水系统补充水,以及作为干灰加湿、除尘、道路冲洗用水等。具体流程如图 4 所示。上述废水通过综合梯度利用后,排放废水主要包括部分循环水排污水和反渗透浓水、水处理树脂再生废水以及脱硫废水等高盐废水,外排数量由原有693 t / h显著减少至 214 t / h。

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图 4 高盐废水处理流程

2 高盐废水零排放处理

循环水排污水深度处理过程中产生的排放废水等无法进一步利用,需进一步“零排放”处理。

2. 1 高盐废水水质指标

循环水排污水总硬度较大,为 1601~3503 mg /L,平均约为 2642 mg /L,其中钙硬度为 560 ~ 840 mg /L,平均约为 660 mg /L; 但是排污水全碱度较小,为2~6 mmol / L; ρ ( SO42-) 为 860 ~ 3110 mg /L,平 均 约 为1966 mg / L,循环水排污水存在永久性硬度。循环水排污水电导率、Cl-含量和 SiO2含量分别为 5600 ~10000 μS / cm、1290 ~ 2250 mg / L 和 20 ~ 30 mg / L。此外,循 环 水 排 污 水 中 ρ ( COD) 也 较 高,平 均 约 为147. 2 mg / L。

与循环水排污水相比,超滤反洗排水水质除悬浮物、COD 等具有较大差别外,其他指标差别较小,反渗透浓水水质按照回收率约 66% 估算其浓水含盐量、硬度、SiO2含量等指标。

脱硫废水 c( Ca2+) 约为 25 mmol/L,c( Mg2+) 约为110 mmol / L,总硬度较高,此外脱硫废水中 SO42-、Cl-、SiO2、Sr2+含量也均较高。

以上废水排放至高盐废水池,其综合水质指标如表 1 所示。

2. 2 高盐废水水量

脱硫废水主要作为捞渣机冲渣水,部分渣冷却水经捞渣机溢流水管排至渣水回用水池。脱硫废水中Cl-含量较高,回用作为渣冷却水会造成捞渣机链条腐蚀等问题,影响机组的安全运行。因此,脱硫废水必须零排放处理,水量约为 30 m3/ h。

循环水排污水处理的反渗透浓水排放量约为198 m3/ h。树脂再生废水为间断式排放,平均水量约为 10 m3/ h。反渗透浓水和树脂再生废水排至高盐废水池混合后,部分废水回用作为脱硫系统工艺补充水,回用量约 66 m3/ h; 部分废水回用至煤水系统及煤场喷淋,回用量约 12 m3/ h; 同时,拟将部分高盐废水池废水代替脱硫废水回用作为捞渣机补充水,回用量约 40 m3/ h; 待处理反渗透和树脂再生混合废水约90 m3/ h。待处理脱硫废水、反渗透浓水和树脂再生废水混合废水合计量约为 120 m3/ h,系统设计以 150 m3/ h 计。

表 1 高盐混合废水水质

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2. 3 高盐废水处理工艺

由于高盐废水具有水量大、盐含量高、ρ( COD)高、硬度高、硅含量较高等特点,如果将废水直接进行蒸发结晶处理,则投资和运行成本较高,同时废水中的易结垢离子也使得蒸发结晶设备难以正常运行。为达到废水“零排放”的要求,工艺路线采用废水预处理 + 减 量 处 理 + 蒸 发 结 晶。其 工 艺 流 程 如 图 5所示。

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图 5 高盐混合废水零排放工艺流程

1) 高盐废水预处理。

高盐混 合 废 水 预 处 理 主 要 是 降 低 ρ ( Ca2+) 、ρ( Mg2+) 、ρ( SiO2) 及 ρ( COD) 等,减轻对后续减量及蒸发结晶处理单元的影响。按照高盐废水的水质情况,预处理工艺采用化学软化-管式微滤处理工艺。一般投加碱( NaOH 或 CaCO3) +Na2CO3进行软化,去除水中的 Ca2+、Mg2+,防止结垢。其次,采用管式微滤系统,经过化学软化处理后的污水无需经沉淀池、多介质过滤,砂滤等处理设施就可直接进入管式微滤系统。管式微滤系统采用内压式固液分离,管内流速较高,颗粒物不易积存在膜表面,清洗后通量基本可恢复到 100%,并且膜寿命较长,出水水质满足直接进入反渗透系统的要求,可以取代传统的沉淀-过滤-超滤系统。除此之外,和传统的沉淀-过滤-超滤预处理相比,采用管式微滤系统可以自动随时开 /停机,瞬时完成过滤,并且不需要投加 PAM 等助凝剂,减少了化学药剂的费用,大大缩短简化了工艺流程,运行维护方便、简单。

2) 高盐废水减量处理。

高盐混合废水经过预处理后,废水中的 Ca2+、Mg2+、Si4+浓度分别低于20,20,10 mg /L,易结垢物质得到明显去除,可以采用膜法对预处理后的废水进行进一步减量处理。根据预处理的水质特点,化学软化对废水中 COD 去除效果较差,由于纳滤膜对 COD 具有较高的耐受性,可以在化学软化工艺后采用“NF-( RO) -DTRO”处理工艺。废水通过纳滤处理可以截留废水中的大部分二价离子,纳滤浓水采用抗污染能力强的 DTRO 进行浓缩减量,而产水中主要以一价离子为主,Ca2+、Mg2+等易结垢物质含量明显降低,有助于提高后续反渗透处理工艺的回收率以及运行稳定性。此外,纳滤产水中 NaCl 含量较高,既可以回收NaCl,作为工业产品进行外售,又可以充分利用反渗透浓水中的 NaCl 生产 NaClO,有助于提高系统的经济性。

3) 高盐废水蒸发结晶。

高盐混合废水经 DTRO 系统处理后,含盐量为150000 ~ 170000 mg / L,废水中的主要离子为 Na+、Cl-和 SO42-等。根据 DTRO 浓水水质情况,DTRO 浓水采取蒸发浓缩-结晶工艺。依据蒸发结晶的原理和运行方式,综合考虑各方面因素,选择机械蒸汽再压缩蒸发结晶技术。降膜式机械蒸汽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中进行浓缩,经蒸发器浓缩之后,浓盐水再送到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,经离心分离、干燥后外运回用或其他处置,出水可回用。

4) 结晶物的处置方法。

高盐混合废水经过化学软化后,废水中的主要离子为 Na+、Cl-和 SO42-,如果采用单一结晶的方法,则产生大量混盐,经估算 Na2SO4占 45% ~ 50%,其余主要为 NaCl,经济价值低,难以处理。为减少废物的排放量,在高盐混合废水蒸发结晶段亦可采用盐硝联产工艺,以回收部分物质,提高废物利用率,从而实现废物的综合利用。盐硝联产就是将原料中的氯化钠和硝酸盐在生产过程中分离出来,分别制成氯化钠、硝酸盐产品的生产方法,其原理是根据 NaCl-Na2SO4-H2O 三相体系中,在不同温度下 NaCl 与 Na2SO4溶解度不同的特点将其分离。

3 废水结晶产物 NaCl 分析

3. 1 元素分析

通过采用 波 长 色 散 全 自 动 顺 序 扫 描 型 X 荧光光谱仪 扫 描 废 水 结 晶 NaCl 产 物,经 过 软 件 分析,结果如 表 2 所 示。分 析 检 测 数 据,废 水 结 晶产物中 NaCl 主 要 元 素 有 Na、Cl,占 99. 42%,还有其 他 微 量 金 属,如 Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Fe、Br。

表 2 X 射线荧光光谱 NaCl 扫描分析结果

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3. 2 电镜扫描分析

NaCl 属立方晶系 ,结构中 Cl-作面心,呈立方最紧密堆积,Na+填充八面体空隙,两离子配位数均为 6,配位多面体为钠氯八面体。其 中晶体结构见图 6。图 7 为 NaCl 不 同 放 大 倍 数 下 的 电 镜扫描图。

通过图 7 电镜扫描图片观察分析可知: 废水结晶NaCl 产物中晶体结构与 NaCl 晶体结构一致。

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图 6 NaCl 的晶体结构

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图 7 不同放大倍数的 NaCl 晶体扫描电镜图像

3. 3 X 射线衍射分析

图 8 为废水晶体 NaCl 产物 X 射线衍射图谱分析结果。可以看出: 废水晶体 NaCl 产物中 NaCl 成分占比最高。

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图 8 数据谱分析

3. 4 废水结晶 NaCl 产物理化分析

依据 GB /T 5462—2015《工业盐》中精制工业盐相关定义、分类、检测方法对废水结晶物 NaCl 进行检测分析,对比工业湿盐的理化指标,结果如表 3 所示。

表 3 NaCl 产物理化分析结果

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由表 3 可知: 废水结晶物中的氯化钠品质达到优级品质标准,可实现市场销售。

4 结 论

机组容量为 2×600 MW 的某燃煤火力发电厂,冷却系统采用自然通风冷却塔。全厂废水“零排放”方案 采 用 化 学 软 化—管 式 微 滤—纳 滤—( RO ) —DTRO—蒸发结晶系统( 盐硝分产) 工艺流程,利用纳滤技术,将废水中的 SO42-、Ca2+和 Mg2+等 2 价离子与Cl-进行有效分离,实现对 Na2SO4和 NaCl 的分别回收,然后蒸发结晶成盐。结晶氯化钠产物的品质达到GB / T 5462—2015 优级品等级,可以外售。实施零排放工艺后,全厂每年可减少外排高盐废水约 117. 70 万 t,减少 COD 排放量约 353. 10 t,减少氨氮排放量约 9. 95 t,发电水耗可下降约 8%,新鲜水取水量由目前的 2479 m3/ h 降低到 2267 m3/ h,废水实现完全处理与回用,无需外排。

//////////

本文发表于:《环境工程》

作者简介:王涛英,高级工程师。

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