全膜法水處理工藝在電廠節(jié)能減排以及脫硫廢水零排放中的應用
文章作者: 宏森環(huán)保
基于“超濾(UF)→反滲透(RO)→EDI”的全膜法水處理工藝是將最先進的膜分離技術組合運用，應用于電廠鍋爐補給水處理系統(tǒng)可以達到高效去除污染物以及深度脫鹽的目的，滿足后續(xù)工藝水質要求。但是全膜法不僅能實現(xiàn)在燃煤電廠節(jié)能減排，而且在脫硫廢水零排放中也是廣泛運用，今天小編給各位詳細介紹下。
全膜法水處理工藝特點
根據燃機機組參數、源水水質、廠址位置特點、環(huán)保等方面的因素，全膜法水處理系統(tǒng)按“超濾+一級反滲透+二級反滲透+電除鹽”系統(tǒng)設計，系統(tǒng)出力按2×140 m3/h考慮。
超濾系統(tǒng)采用西門子Memcor的壓力式超濾膜系統(tǒng)，單套系統(tǒng)采用96支超濾膜，產水流量180 m3/h。超濾膜為外壓式超濾膜，由于外壓式超濾膜的納污空間是內壓式超濾膜的4～5倍，所以外壓式超濾膜能承受的進水懸浮物可允許比內壓超濾膜高4～5倍，外壓式超濾的抗污染性豪無疑問優(yōu)于內壓式超濾，對原水的適應性也更強。根據廠家推薦值，進水濁度要求在20 NTU以下。
由于EDI進水水質的要求，反滲透系統(tǒng)采用兩級膜處理。一級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400FR抗污染性膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設計水通量23.47 L/(m2˙h) ，出力158m3/h。二級反滲透膜組件采用DOW的BW30-400膜元件，排列方式為一級二段，單位膜面積設計水通量26.8l L/(m2˙h)，出力150m3/h。陶氏BW30-400系列膜元件對于進水要求如下：pH為2～11，最高運行溫度45 ℃，最大運行壓力41bar，最高允許污染指數5，余氯<0.1mg/L。反滲透膜分離技術利用壓力驅動，可有效去除水中固體溶解物、有機物、膠體、微生物以及細菌等雜質，與前置超濾系統(tǒng)配套使用，具有工藝先進、操作簡便、運行費用低、無污染、維護方便等優(yōu)點。
電除鹽裝置選用Ionpure CEDI的LX-45膜堆，共計28個膜堆，單套出力達140 m3/h。CEDI系統(tǒng)不需要加鹽，不需要濃水循環(huán)，不需要單獨極水排放，整套系統(tǒng)簡單可靠;由于濃水和極水全部回用至一級反滲透前，水利用率可達100%，膜堆兩進兩出設計(淡水進/出，濃水進/出)，系統(tǒng)最簡單，運行維護簡單。相對于加鹽型膜堆，系統(tǒng)可以即開即用。
循環(huán)水系統(tǒng)運行中存在問題：
1)循環(huán)冷卻水補充水源采用自來水，成本較高，排污水量較大，排污導致水資源浪費，運行經濟性差。
2)循環(huán)水系統(tǒng)原設計無底部排放口，導致實際運行中在循環(huán)水濃縮倍率超標時無法排污，只能通過水泵泵吸或者溢流的方式來控制，這種方式不僅費時費力耗能，而且無法準確控制濃縮倍率，系統(tǒng)存在結垢風險。
3)隨著《水污染防治行動計劃》的實行，廢水排放愈加嚴格，循環(huán)水進入雨水系統(tǒng)存在環(huán)保合規(guī)性問題。
4)循環(huán)水經過凝汽器冷卻后，回水溫度達到35 ℃左右，溫水排放導致能量消耗。
由于循環(huán)水系統(tǒng)存在上述問題，迫切需要一種兼顧安全性、經濟性和合規(guī)性的運行方式來實施循環(huán)水回用。
全膜法處理系統(tǒng)運行狀況：
機組運行期間每日回用約500 m3循環(huán)水。項目實施后超濾系統(tǒng)運行正常，產水濁度0.045～0.091 NTU，進出口壓差89～93 kPa，壓差上升了約40kPa，上限為150 kPa，產水濁度合格。反滲透系統(tǒng)一段壓差149～161 kPa，二段壓差89～93kPa，壓差正常;產水電導9.1～10.2 μS/cm，脫鹽率及產水量均正常。
系統(tǒng)出水水質為：鍋爐補給水電導率0.18 μS/cm，鈉離子1～2 μg/L，硅酸根10 μg/L左右。
2017年循環(huán)水指標年報表表明，循環(huán)水回用項目實施后，不影響全膜法水處理系統(tǒng)運行及出水水質。循環(huán)水濁度全年平均值從2016年的6.7 NTU降低到2017年的3.8 NTU，其它指標均有所下降，全年超標次數大幅度下降。
循環(huán)水回用項目效果評估：
1)機組運行時，每日回用循環(huán)水500m3，基本上可完全通過回用循環(huán)冷卻水把濃縮倍率控制在6倍以內，有效的避免凝汽器結垢，減少公司自來水用量，且規(guī)避了循環(huán)冷水系統(tǒng)排污水進入雨水系統(tǒng)的環(huán)保風險。
2)從2017年3月開始，機組運行日歷天數130 d，減少循環(huán)水排污量65 000 m3，按自來水水費4.8元/m3計，全年節(jié)約自來水費292500元。
3)如冬季運行機組運行，通過循環(huán)水回用加熱鍋爐補給水處理系統(tǒng)，可不投用原水蒸汽加熱系統(tǒng)，每日可節(jié)約蒸汽10 t。
4)循環(huán)水回用后，起到旁流過濾的作用，可以降低循環(huán)水濁度，減少凝汽器的污堵，降低凝汽器清洗頻率。
5、由于循環(huán)水采用氧化性殺菌處理，回用循環(huán)水后可保證膜系統(tǒng)安全的同時更好地控制全膜法處理系統(tǒng)的微生物污染。
隨著社會的發(fā)展，火電企業(yè)面臨著日益嚴峻的環(huán)保形勢，尤其天然氣發(fā)電企業(yè)，普遍存在占地面積小和無煤場等原因，無法具備傳統(tǒng)燃煤火電企業(yè)的廢水處理能力，針對上述原因，本技術較為徹底地解決了循環(huán)水排污問題，同時兼顧了經濟性與安全性，在采用全膜法水處理系統(tǒng)的天然氣發(fā)電企業(yè)中有著廣泛的應用前景。那么它又是怎樣運用到脫硫廢水零排放呢？（簡要介紹）
通過全膜法脫硫廢水處理系統(tǒng)建設實施表明，采用“管式超濾膜(TUF)+特殊流道反滲透(SCRO)+碟管式反滲透(DTRO)+MVR蒸發(fā)結晶”的工藝可完全滿足現(xiàn)行的脫硫廢水零排放要求，結晶鹽達到工業(yè)鹽標準可外銷，實現(xiàn)循環(huán)經濟。該工藝對火電廠脫硫廢水零排放項目的實施有極大的借鑒意義。
技術原理：
采用“管式超濾膜軟化+納濾膜分鹽+高壓反滲透膜濃縮+MVR蒸發(fā)結晶”全膜法工藝技術路線，將脫硫廢水進行軟化、分鹽、濃縮減量，最終蒸發(fā)結晶制鹽，達到“零排放”的目的。
管式超濾膜軟化：向廢水中投加石灰、氫氧化鈉和碳酸鈉，經反應后由管式超濾膜過濾，基本去除廢水中的硬度，防止后續(xù)反滲透膜結垢。
納濾膜分鹽：預處理軟化后的廢水經納濾膜處理后，將廢水中的一價離子和二價離子進行分離，產水中成分主要為氯化鈉，為蒸發(fā)結晶高純度工業(yè)鹽奠定基礎。
高壓反滲透膜濃縮：采用高壓反滲透膜對納濾膜產水進行濃縮減量，淡水回用，濃水進蒸發(fā)結晶系統(tǒng)，大大降低廢水蒸發(fā)量，節(jié)約能耗。
MVR蒸發(fā)結晶：采用機械蒸汽壓縮再循環(huán)蒸發(fā)結晶(MVR)技術將膜濃縮后的廢水進行蒸發(fā)結晶，生產工業(yè)鹽。
工藝流程圖
“預處理軟化+膜分鹽+膜濃縮+MVR蒸發(fā)結晶”工藝路線采用了全膜法技術實現(xiàn)了對脫硫廢水的軟化、分鹽、濃縮和蒸發(fā)結晶，獲得了純度很高的產品水和工業(yè)氯化鈉，在降低工程造價和運行費用的同時也解決了雜鹽難以處置的問題。
