真空低溫濃縮設備及高危廢水處理設備廢水零排放技術進展

１ 零排放技術

國內(nèi)典型的物理化學處理法，能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫廢水的達標排放，但與國外的排放標準還存在不小的距離。在“水十條”和環(huán)保稅法等政策的指導下，鼓勵火電廠實現(xiàn)廢水的循環(huán)使用?，F(xiàn)階段開展廢水零排放技術的應用十分有必要。

國內(nèi)外學者開發(fā)出多種脫硫廢水的深度處理技術，其零排放基本路線總結起來見圖１。脫硫廢水經(jīng)軟化和過濾預處理之后，經(jīng)反滲透和正滲透濃縮清水回用，濃水機械蒸發(fā)結晶處理，另一種方法廢水預處理后直接通過煙道蒸發(fā)處理。

１.１ 預處理

１.１.１ 軟化技術 

在預處理單元中脫硫廢水經(jīng)過曝氣處理后，之后一般通過熟石灰處理＋混凝澄清工藝來去除廢水中的懸浮物、膠質(zhì)物體和一些重金屬離子；另一種是加藥預處理，主要有碳酸鈉＋氫氧化鈉或石灰＋碳酸鈉二級軟化澄清工藝，這類軟化技術能去除水中大部分的Ｃａ^２＋、Ｍｇ^２＋、Ｆ^－、硫酸根、硅等易結垢離子，解決出水水質(zhì)結垢和污堵的問題，其氫氧化鈉＋碳酸鈉軟化工藝成本要比石灰＋碳酸鈉高，但減少了后續(xù)碳酸鈉的加藥量，改善了作業(yè)環(huán)境。目前還有一種新技術是石灰煙道氣軟化，利用煙氣里面的ＣＯ_２代替碳酸鈉形成沉淀，其運行成本相對較低。

１.１.２ 過濾技術 

廢水的過濾方式有很多，主要分為兩類，機械過濾和膜過濾，機械過濾通過絮凝、吸附、沉降等方法實現(xiàn)對原水的過濾；預處理中膜過濾是一種根據(jù)膜孔徑大小選擇透過的過程，膜充當過濾網(wǎng)的作用，原液在一定的壓力下從過濾網(wǎng)流過，只允許水分子及一些極細小的微粒通過形成透過液，而原液中大于過濾膜孔徑的物質(zhì)則被截留，形成濃縮溶液，實現(xiàn)對原液的分離。目前膜分離技術在廢水資源化利用方面產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟和社會效益。表１列出了可以選用的脫硫廢水過濾技術及其特點。

１.２ 濃縮減量

零排放常見的減量濃縮工藝包括：ＤＴＲＯ（或ＳＴＲＯ）高壓反滲透膜濃縮工藝、正滲透膜濃縮工藝、電滲析工藝等技術。表２對這三類膜濃縮技術進行綜合對比。

１.２.１ 反滲透（ＲＯ） 

反滲透是在濃溶液上施加一個大于自然滲透壓的壓力，使得濃溶液中的溶劑通過半透膜到達稀溶液中。為了實現(xiàn)水溶液的反滲透現(xiàn)象，現(xiàn)已開發(fā)出特殊人工合成的半透膜，能夠截留廢水中的無機離子、細菌、懸浮物等，保證出水水質(zhì)的純凈。反滲透技術由于安全可靠、出水穩(wěn)定、除鹽率高，且能耗低，能在常溫下進行，因此在水處理領域有著大范圍的應用，我國從２０世紀初開始掌握反滲透膜技術，可是存在著膜的價格高、運行穩(wěn)定性、受壓磨損等問題亟待解決，國產(chǎn)膜只占不到１０％的市場份額。

１.２.２ 正滲透（ＦＯ）

正滲透技術是目前膜分離領域研究的熱點，它是一個自發(fā)過程，依靠選擇性分離膜兩側的滲透壓差為驅(qū)動力，將原溶液中的水滲透到較高滲透壓側。近年來，正滲透膜的制造技術在不斷提高，設計生產(chǎn)水平有了很大的進步，由于能耗較低、出水水質(zhì)高、污垢輕等優(yōu)點，國內(nèi)外已有商業(yè)應用，但是正滲透膜的研制存在濃差極化大，水通量較低及理想的驅(qū)動溶液制備困難，需要進一步從新的膜材料、膜改性、膜合成方法及驅(qū)動溶液的兼容性，分離回收等方面進一步深入研究。

１.２.３ 電滲析技術（ＥＤ）

電滲析技術從離子交換的基礎上發(fā)展而來，其工作原理是依靠電位差。陽離子與陰離子交換膜交替排列在陰極與陽極之間，原液通過特制隔板形成的隔室，兩端電極接通直流電后，在電場力的作用下，利用陽離子交換膜和陰離子交換膜的選擇透過性，一部分水被淡化，另一部分水被濃縮，形成交替排列的淡室與濃室，從而將廢水進行分離與提純。對于脫硫廢水這類高ＣＯＤ廢水，經(jīng)過預處理后可直接用電滲析法。電滲析技術具有低能耗、少藥量、環(huán)境污染小、操作方便、設備規(guī)模和除鹽濃度適應性強等優(yōu)點，但其水耗較大，對難以離解的物質(zhì)難以去除，易結垢，其設備部件多，組裝要求高，若安裝不好會影響配水均勻，需要對電極板的材料，流道的設計加工等方面的改進。

１.３ 末端處理

１.３.１ 蒸發(fā)濃縮結晶

蒸發(fā)濃縮工藝是將與處理單元或者膜法濃縮后的濃水通過蒸發(fā)結晶裝置使清水回收利用和濃水的減量與結晶，現(xiàn)已開發(fā)出多種機械蒸發(fā)工藝，總體上分為三類，多效蒸發(fā)工藝、機械蒸汽再壓縮技術和多級閃蒸工藝。以下列舉出兩種電站適用的濃縮結晶系統(tǒng)。

１.３.１.１ 多效強制循環(huán)蒸發(fā)系統(tǒng)（強制循環(huán)ＭＥＤ）

多效循環(huán)蒸發(fā)工藝是在國內(nèi)應用較為廣泛、技術成熟的機械蒸發(fā)工藝。幾個蒸發(fā)器串聯(lián)在一起，組成多效蒸發(fā)廢水。原液由漿液泵抽進加熱器底部，來自汽機的生蒸汽加熱廢水，產(chǎn)生的蒸汽作為二次蒸汽用作下一效熱源，流體繼續(xù)返回到加熱器，繼續(xù)循環(huán)。這種工藝技術難度低，熱效率高，但能耗大，設備投入高，一般要加裝預處理系統(tǒng)軟化水質(zhì)，才能保證蒸發(fā)結晶系統(tǒng)的安全、高效運行。

１.３.１.２ 降膜機械蒸汽壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)（ＭＶＣ） 

降膜蒸發(fā)器是降膜機械蒸汽壓縮蒸發(fā)系統(tǒng)的核心，原水從上向下加入，依靠重力作用流經(jīng)布膜器，布膜器將廢液以薄膜的型態(tài)均勻布在蒸發(fā)器交叉排列的換熱管表面，由蒸發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽壓縮后，作為二次蒸汽，返回到蒸發(fā)器內(nèi)利用潛熱加熱廢水。由于液膜很薄，不需要熱值很高的蒸汽就能使之蒸發(fā)結晶，

所以系統(tǒng)運行能耗不足多效蒸發(fā)的１０％，進而被廣泛采用。然而國內(nèi)對降膜蒸發(fā)器內(nèi)部復雜多變的流動和傳熱研究較少，如何確定最佳的質(zhì)量流量、噴淋密度、傳熱溫差，使得系統(tǒng)達到最佳的換熱效果，還需要進一步研究。其次，換熱管和蒸發(fā)器外殼均采用鈦材，縮機耗電高，每處理１ｔ廢水耗電達５０度，系統(tǒng)對壓縮機能力要求高，基本需要進口，因此設備投資、運行費用高昂。

１.３.２ 煙道蒸發(fā)工藝 

相對于蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮結晶的高成本、高占地面積、高維護費用，脫硫廢水煙道蒸發(fā)工藝現(xiàn)在成為脫硫廢水零排放的熱門課題，其基本思路是將脫硫廢水送入空預器與電除塵之間的煙道中，經(jīng)過布置在這里的噴嘴將廢水霧化，利用煙氣的余熱使脫硫廢水蒸干，形成的顆粒物跟隨煙氣進入電除塵一起被捕捉去除，從而實現(xiàn)零排放。技術上需要對脫硫廢水的水質(zhì)水量、煙氣的條件、噴嘴布置位置、空預器出口與電除塵之間的煙道尺寸進行詳盡的論證與計算，將蒸干廢水的煙氣控制在露點溫度以上，保證電除塵不受腐蝕。在實驗中，還需要對霧化噴嘴的粒徑、壓縮空氣量進行有效控制，尋求在廢水水量水質(zhì)變化時的最佳工作狀態(tài)。同時考慮到霧化的廢水可能會被煙氣吹到煙道壁上造成腐蝕，需要對這部分煙道進行防腐蝕的措施。

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