湿式石灰石-石膏法脱硫废水软化浓缩处理工艺比选分析

孙 丹

(宁夏京能宁东发电有限责任公司宁夏，银川 750000)

0 引 言

湿式石灰石-石膏法脱硫废水富集了大量的悬浮物、盐份、重金属等成分，极易造成工艺系统结垢、管道堵塞、腐蚀、重金属中毒及水环境污染等事故发生，成为火电厂最难处理的废水之一[1-2]。软化、浓缩处理技术作为脱硫废水终端固化处理前重要基础，不仅大大降低脱硫废水终端固化处理经济成本，还对节能减排有着重要的经济效益、环境效益。在当前脱硫废水处理工艺中，普遍采用了碳酸钠-氢氧化钠和石灰-碳酸钠的“双碱法”处理工艺，但鉴于“双碱法”处理工艺存在镁硬去除率低、钙镁沉淀产物(氢氧化镁和碳酸钙混合物)不可回收利用等缺陷。其次，脱硫废水经传统的“双碱法”絮凝、沉淀软化处理工艺后，水体中悬浮物、重金属等杂质虽得到有效清除，但仍然残存大量Cl-、F-等溶解性离子，较大地增加了脱硫废水浓缩减量的经济成本与运维负担[3-5]。

脱硫废水终端固化预处理工艺中积存大量Cl-、F-等溶解性离子，造成废水终端固化处理工艺频繁发生结垢、堵塞等问题。因此，脱硫废水电渗析、碟管式反渗透及振动式反渗透等浓缩减量工艺得到广泛的应用示范与研究。本文将分别对石灰-碳酸钠软化-沉淀池-过滤和氢氧化钠-碳酸钠软化-管式微滤膜(TMF)软化处理工艺及电渗析、碟管式反渗透浓缩减量工艺的工艺参数、实施条件、经济性等环节进行详细地理论探究与比选分析，为火电厂环保减排及废水零排放的深度研究及工程示范提供重要理论依据。

1 脱硫废水软化处理工艺分析

鉴于脱硫废水具有暂时硬度含量低、钙、镁离子永久硬度含量高的特点，传统的石灰处理或弱酸离子交换等处理工艺具有软化效率较低、不满足脱硫废水软化处理要求，于是“双碱法”软化、高纤过滤器或强阳离子交换联合处理工艺便得到了广泛性研究。由于阳离子交换工艺产生高盐再生废水难以处置，综合考虑脱硫废水水质特点，选择氢氧化钠(或石灰)-碳酸钠联合处理工艺，具有同时去除永久硬度和暂时硬度、一次性投资低、设备不易堵塞，出水水质稳定等特点[6-7]。根据研究现状，行业内主要有两种组合处理工艺可用于脱硫废水软化处理工艺，具体分析如下：

1.1 石灰-碳酸钠软化-沉淀池-过滤处理工艺

脱硫废水经废水提升泵送至反应沉淀池内，在反应沉淀池中混合器内投加聚铁(PFS)、石灰、碳酸钠、助凝剂等药剂，通过投加水处理药剂来降低废水中镁离子、钙离子和二氧化硅等盐分，沉淀池出水经管道混合器加入浓盐酸调节pH值，pH调整后的废水逐级自流进入清水池，经清水提升泵送入高效纤维过滤器内，继而进一步去除废水中的悬浮物等大颗粒物质，最终的清水产水进入中间水池。石灰-碳酸钠软化-沉淀池-过滤器处理工艺具体流程如图1所示。

图1 石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤处理工艺流程图

1.2 氢氧化钠-碳酸钠软化-管式微滤膜(TMF)处理工艺

脱硫废水经废水提升泵送入调节池内，并添加适量的次氯酸钠用于抑制微生物滋生，必要时还需投加适量酸液降低pH以满足要求的杀菌效果。由图2可见，脱硫废水流经调节池后经配水井均匀送入反应槽1内，并在反应槽1内加入适度浓度的NaOH药剂，从而提升废水碱化程度；在反应槽2内加入Na2CO3溶液，对反应槽进行均匀搅拌，并加强pH监控，促使废水中的钙、镁等硬度成分形成沉淀。经充分沉淀处理后的废水溢流到管式微滤膜的浓缩池内，并经循环泵输送至管式微滤膜进行固液分离处理。经管式微虑膜处理后部分水量送入中和池进行pH调整。同时，为维持浓缩池内一定量污泥浓度，需要将部分浓缩液定期排至污泥缓冲池内，浓缩液经初步静置沉积后，将排泥送入污泥脱水系统，污泥被压缩为泥饼外运，滤液则回流至系统前端再次处理。本设计方案中管式微滤膜是本组合工艺最关键的部分，承担着固液分离和向后端反渗透装置输送合格水的双重功能。氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF处理工艺具体流程如图2所示。

图2 氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF处理工艺流程图

1.3 软化处理工艺比选分析

经上述脱硫废水联合软化处理工艺详细分析，可见，采用传统的石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤处理系统工艺流程较长，涉及的处理设施较多，运行较为复杂。采用氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF处理工艺时，经过氢氧化钠-碳酸钠联合软化处理的废水无需沉淀池、多介质过滤等大型过滤设备处理便可以直接进入微滤系统。管式微滤系统主要采用内压式固液分离的方式，具有管内流速较高、颗粒不易沉积、自动化程度高等优点，但依然存在微滤膜污堵严重、有机物含量高的缺陷。石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤处理工艺和氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF处理工艺的具体分析见表1。

表1 脱硫废水软化沉淀处理工艺比较分析

石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤处理工艺具有水质适应性广、出水水质佳等优点，已经在河源电厂等得到成功应用，系统运行较为稳定。氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF处理工艺具有占地面积小、自动化程度高、操作简便等优点，在兰溪电厂、北京热电厂脱硫废水处理的中试试验中得到示范性应用，但仍然存在微滤膜膜通量衰减严重、运行稳定性较差等缺陷，主要是因为脱硫废水中有机物含量较高，造成微滤膜污堵较严重。根据脱硫废水水质分析结论，脱硫废水中有机物含量(COD高达350 mg/L)较高，不宜选用管式微滤进行脱硫废水软化处理。

2 脱硫废水浓缩减量工艺技术分析

2.1 电渗析浓缩处理工艺

脱硫废水经软化、沉淀处理后泵入电渗析装置，在直流电场的引力作用下，通过直流电使水中阴阳离子在电场作用下分别向正负两极迁移，利用离子交换膜选择透过性的特点，即阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，从而促进阴阳离子高效分离，继而实现了水体与盐分的分离。电渗析装置主要采用贵金属涂敷复合材料作为两端电极，该装置具有电极使用寿命长、耐氧化、耐酸碱、抗腐蚀、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性强的优点。目前电渗析处理技术仍然处于示范研究阶段，未进行广泛推广。电渗析工艺原理如图3所示。

图3 电渗析工作原理图

2.2 叠管式反渗透(DTRO)浓缩处理工艺

叠管式反渗透(DTRO)装置是专门用来处理高浓度废水的膜组件设备，其核心技术是碟管式膜片、膜柱高压渗透处理工艺。叠管式反渗透装置一般由多支膜柱、膜片、高压泵、循环泵及配套的管道阀门电控系统组成，其中膜片、导流盘和O型橡胶垫圈是叠管式反渗透装置三个重要组成元件。叠管式反渗透装置克服了一般反渗透装置在处理渗滤液时容易堵塞的缺点，具有抗污染能力强、使用寿命长、膜污染较轻、清洗周期长、易于清洗和维护等优点，同时具有投资成本高、脱盐效率相对较低，产生淡水含盐量高的缺陷。

2.3 浓缩处理工艺比选分析

经上述脱硫废水电渗析及叠管式反渗透浓缩减量处理工艺的理论探究，电渗析装置具有电极使用寿命长、耐氧化、耐酸碱、抗腐蚀、抗污染、抗水解、不易堵塞，抗污染性强的优点，得到广泛的应用研究[8]。相反，叠管式反渗透装置具有抗污染能力强、使用寿命长、膜污染较轻、清洗周期长、易于清洗和维护等优点，同时具有投资成本高、脱盐效率相对较低的缺陷，在应用推广中的局限性较大。电渗析和叠管式反渗透技术比较分析见表2。

表2 电渗析和DTRO处理技术比较分析

3 结束语

综上所述，通过对脱硫废水石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤、氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF联合软化处理工艺及电渗析、叠管式反渗透浓缩减量处理技术的工艺原理、工艺流程进行详细归纳，并分别从处理效果、运行要求、投资及经济成本等因素进行了比较与分析。可见，脱硫废水氢氧化钠-碳酸钠软化-TMF软化处理技术相对石灰-碳酸钠软化-沉淀-过滤技术较成熟、投资成本及运维成本相对较低。脱硫废水电渗析浓缩减量技术相对叠管式反渗透浓缩减量技术优点更为突出，但尚未在行业内取得应用业绩，值得进一步深入研究与推广示范。