火電廠高鹽廢水深度濃縮技術(shù)

火電廠作為工業(yè)用水大戶，在水污染治理的工作上面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中脫硫廢水、酸堿再生廢水及循環(huán)水濃排水作為高鹽廢水，無法繼續(xù)回用于其他系統(tǒng)。因此，高鹽廢水成為水污染防治的重點及難點。鑒于高鹽廢水水量較大，水量的消耗無法一步到位，在實施零排放之前優(yōu)先對高鹽廢水進行深度濃縮。深度濃縮減量指采用技術(shù)手段把高鹽廢水中的部分水分離出來，剩下更高含鹽量的末端廢水，而末端廢水無法進一步濃縮可直接考慮進行固化處理。深度濃縮減量的目的是減少進入后續(xù)固化處理的廢水量，以減少廢水處理系統(tǒng)的總投資和運行成本。目前，國內(nèi)部分工程案例采用不同深度濃縮工藝。

本文對對DTRO、ED、多效閃蒸及低溫煙氣濃縮的深度濃縮工藝進行技術(shù)經(jīng)濟對比，為同類型廢水改造項目提供參考。

1、深度濃縮工藝技術(shù)介紹

1.1 碟管式反滲透膜（DTRO)

碟管式反滲透（DTRO)是專門用來處理高濃度高含鹽量污水的膜組件，在處理高鹽廢水垃圾滲濾液中己經(jīng)有幾十年的實際工程案例，其核心技術(shù)是DTRO膜片膜柱，把DTRO膜片和水力導(dǎo)流盤疊放在一起，用中心拉桿和端板進行固定，然后置入耐壓套管中，就形成一個膜柱。DTRO獨具專利的開放式流道與傳統(tǒng)的卷式膜組件構(gòu)造截然不同，運行過程中，原水通過膜柱底部下法蘭和套筒之間的通道到達膜柱上法蘭，從上法蘭進入導(dǎo)流盤，原水以極高的速度從安裝在導(dǎo)流盤之間膜片的一面流入到另外一面，然后從下面導(dǎo)流盤中心的草寇流出，進入下一膜片，從剖面看形成一個雙“S”形行進路線，膜柱末端最后的出水就是濃縮液。DTRO在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用較為廣泛，火電廠廢水零排放中應(yīng)用案例較多，運行較為可靠。

1.2 電滲析（ED)

電滲析（ED)是電解滲析擴散過程的組合，它也是膜分離技術(shù)的一種。利用離子交換膜的選擇透過性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極定向移動，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們是相同，則離子被排斥，從而實現(xiàn)對溶液的濃縮和分離的目的。淡水室達到除鹽淡化的目的，濃水室得到濃縮后的濃水，反離子遷移是電滲析除鹽的主要過程。電滲析技術(shù)可將溶液濃縮至TDS的質(zhì)量分數(shù)18%~22%，并能長期穩(wěn)定運行。

1.3 多效閃蒸

多效蒸發(fā)的主要工作原理是通過利用前一級蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一級蒸發(fā)器的熱源來實現(xiàn)蒸汽熱能的多次利用，從而提高熱能利用率。在火電廠，動力蒸汽可取自輔助蒸汽。動力蒸汽對一效蒸發(fā)器進行加熱后冷凝后回用；廢水經(jīng)一效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮并形成二次蒸汽作為二效蒸發(fā)器的熱源；濃縮后的廢水進水二效蒸發(fā)器進一步濃縮，其形成的二次蒸汽又作為三效蒸發(fā)器的熱源；如此類推，濃縮廢水進入下一效蒸發(fā)器繼續(xù)濃縮。最終，末效蒸發(fā)器出來的蒸汽最后進入凝汽器冷凝成水，即為脫鹽后的蒸餾水，水質(zhì)很好，可作為冷卻塔甚至鍋爐補給水；末效濃鹽水則可繼續(xù)進入后續(xù)濃縮系統(tǒng)或直接經(jīng)增稠器和離心機進行固液分離。根據(jù)二次蒸汽和料液的流向，分為并流、平流、逆流和錯流操作，在實際應(yīng)用中，根據(jù)生產(chǎn)要求和各種物料的物化性質(zhì)的不同選擇不同的流程。

1.4 低溫煙氣蒸發(fā)

低溫煙氣蒸發(fā)濃縮處理是引出部分引風(fēng)機后的低溫煙氣作為熱源進入蒸發(fā)濃縮器。將高鹽廢水引至蒸發(fā)濃縮器霧化后與煙氣直接接觸換熱而被蒸發(fā)、濃縮，飽和濕煙氣經(jīng)過蒸發(fā)濃縮器內(nèi)的除霧器處理后進入主煙道。高鹽廢水經(jīng)過低溫煙氣蒸發(fā)處理后形成冷凝水和濃縮液兩部分，冷凝水可以回用作脫硫工藝水，濃縮液進入末端廢水處理工藝單元。在低溫煙氣蒸發(fā)濃縮采用大流量循環(huán)蒸發(fā)方式，工作原理同脫硫吸收塔，使廢水濃縮5~10倍。

2、多種深度濃縮工藝技術(shù)比較

深度濃縮減量效果直接影響末端廢水固化處理方式，是實現(xiàn)零排放的關(guān)鍵單元，因此需選取適合的深度減量濃縮方案。針對國內(nèi)某電廠深度優(yōu)化用水及水污染防治改造工程，全廠裝機容量為4x1000MW，經(jīng)全廠深度優(yōu)化用水后剩余無法回用的高鹽廢水共計66m3/h，主要以脫硫廢水為主，少量酸堿再生廢水，混合后TDS(含鹽量）為42000mg/L，氯離子濃度為8000mg/L多種深度濃縮工藝技術(shù)比較見表2。各工藝流程圖見圖1~圖4。

2.1 原水水質(zhì)條件

DTRO工藝和ED工藝均為膜法濃縮工藝，其特點利用膜技術(shù)進行除鹽與分鹽，因此其應(yīng)用不受廢水水量限制。但膜法濃縮系統(tǒng)對進水水質(zhì)要求較高，為保證膜處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行，膜法濃縮減量前宜進行必要的預(yù)處理（包括除濁、除硬等）。多效閃蒸工藝發(fā)工藝對進水水質(zhì)濁度、硬度要求較低，可不進行預(yù)處理，但從長期穩(wěn)定運行角度考慮，控制含固量低于1%。低溫煙氣蒸發(fā)工藝運行原理與脫硫吸收塔相似，通過噴嘴霧化后與低溫煙氣充分接觸，為保障噴嘴不堵塞，控制懸浮物低于500mg/L。

2.2 占地空間

相對于DTRO工藝、ED工藝和多效閃蒸工藝，低溫煙氣蒸發(fā)工藝無需配套新增濃縮車間，單套低溫煙氣蒸發(fā)工藝占地面積較小，直接布置于脫硫吸收塔周邊，控制系統(tǒng)可直接納入脫硫系統(tǒng)，占地空間最低。DTRO工藝及ED工藝濃縮車間除新增軟化系統(tǒng)之外，配套新建膜系統(tǒng)沖洗、反洗、加藥等設(shè)施，占地面積最大，需整體考慮布置場地。多效閃蒸工藝無需軟化系統(tǒng)，占地空間相對適中。

2.3 適用性比較

DTRO工藝和ED工藝系統(tǒng)具有技術(shù)成熟度較高、適用范圍廣、系統(tǒng)相對獨立的優(yōu)點，不過系統(tǒng)較為復(fù)雜、高鹽廢水處理投資費用相對較高，適用于大水量末端廢水的零排放的濃縮減量處理。但進水水質(zhì)需軟化，總體運行費用最高。多效閃蒸工藝系統(tǒng)相對獨立，自動化程度較高，無需預(yù)處理過程，火電廠中有一定的應(yīng)用業(yè)績，但其性能及防垢防堵情況還需要進一步驗證。低溫煙氣蒸發(fā)工藝利用電廠尾部煙氣余熱，能效較少，蒸發(fā)濃縮減量受機組負荷影響較大，適用于水量較少的末端廢水濃縮減量工程。

3、多種深度濃縮工藝經(jīng)濟指標分析

國內(nèi)某電廠4x1000MW機組高鹽廢水多種深度濃縮工藝經(jīng)濟指標分析。從表3可知，針對高鹽廢水深度濃縮階段，DTRO工藝及ED工藝配套新增預(yù)處理軟化單元投資占比近四成，運行費用中主要成本來自預(yù)處理軟化單元藥劑運行費用，運行費用最高，因此，原水預(yù)處理軟化制約膜濃縮工藝的發(fā)展。

多效閃蒸工藝主要投資費用集中在閃蒸設(shè)備中，運行費用主要為蒸汽消耗成本。低溫煙氣蒸發(fā)濃縮工藝，運行成本最低，利用脫硫入口煙氣余熱，且新增低溫煙氣蒸發(fā)塔并入脫硫系統(tǒng)運行，可避免新增車間運行人員，減少運行成本。

4、結(jié)論

根據(jù)對4種高鹽廢水深度濃縮工藝進行技術(shù)經(jīng)濟對比，4種工藝方案均能滿足深度濃縮的要求，實現(xiàn)末端廢水量最少化。但不同工藝路線各有優(yōu)缺點。

(1)DTRO工藝應(yīng)用業(yè)績最多，工藝成熟，出水水質(zhì)較好。但單只膜出水水量小，運行壓力高，受水質(zhì)含鹽量的制約等問題，需配套NF+SWRO進行一級預(yù)濃縮。原水需進行預(yù)處理軟化，運行維護成本較高。

(2)ED工藝流程簡單，進水不受含鹽量的限制，濃縮倍率較高，但出水水質(zhì)較差，可配套新增一級反滲透，進一步提升產(chǎn)水水質(zhì)。同樣原水需進行預(yù)處理軟化，運行維護成本較高。

(3)多效閃蒸工藝系統(tǒng)獨立，產(chǎn)水水質(zhì)較好，無需預(yù)處理，但蒸汽耗量較高，相關(guān)應(yīng)用業(yè)績較少，時間較短，長期運行可靠性仍需進一步確認。

(4)低溫煙氣蒸發(fā)工藝，利用脫硫入口低溫煙氣，能效最低，改造投資成本最低，在本項目技術(shù)經(jīng)濟比較中體現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。但應(yīng)用較少，時間較短，長期運行可靠性仍需進一步確認。

(5)高鹽廢水深度濃縮工藝的選取對廢水零排放的實現(xiàn)至關(guān)重要，新技術(shù)層出不窮，在實際項目中根據(jù)不同的外部條件、廢水水質(zhì)條件等因素進行綜合比較，選取合適的改造工藝，以便達到最佳的濃縮效果。（來源：華電章丘發(fā)電有限公司）