熱電廠脫硫廢水近零排放改造技術(shù)
西北地區(qū)某熱電廠建有4臺(tái)供熱機(jī)組,分別為一期2×200MW供熱機(jī)組,二期2×350MW供熱機(jī)組。本工程為寧夏電投西夏熱電廠全廠廢水近零排放改造工程,脫硫廢水中含有大量懸浮物、亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物及重金屬等,具有高硬度、高鹽分、高懸浮物、高腐蝕性和含重金屬特征,因此本工程近零排放主要針對(duì)脫硫廢水的近零排放進(jìn)行設(shè)計(jì)。一期接口為現(xiàn)有脫硫廢水處理達(dá)標(biāo)后的排口至后續(xù)深度處理部分,二期脫硫廢水考慮新建,其中一期脫硫廢水排放量約為8m3/h,二期脫硫廢水設(shè)計(jì)排放量為25m3/h,全廠脫硫廢水共為33m3/h。
1、廢水水質(zhì)及設(shè)計(jì)參數(shù)
1.1 廢水水質(zhì)和水量
脫硫廢水近零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)廢水處理量為33m3/h,其中一期脫硫廢水排放量約為8m3/h,一期脫硫廢水經(jīng)過(guò)現(xiàn)有處理系統(tǒng)后,排入后期深度處理系統(tǒng)。二期脫硫廢水設(shè)計(jì)排放量為25m3/h,二期為新建系統(tǒng)。設(shè)計(jì)廢水水質(zhì)見(jiàn)表1。
1.2 出水水質(zhì)
經(jīng)過(guò)近零排放裝置處理后,出水回用到冷卻水系統(tǒng)。產(chǎn)水水質(zhì)優(yōu)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-2007)的再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):pH7~8.5,濁度≤5mg/L,SS≤10mg/L,氨氮≤5mg/L,Cl-≤250mg/L,系統(tǒng)脫鹽率≥95%。系統(tǒng)產(chǎn)鹽的質(zhì)量不低于《工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T5462-2016)中的一級(jí)精制工業(yè)鹽標(biāo)準(zhǔn)且滿足:氯化鈉≥98.51%,硫酸根離子<0.5%,鈣、鎂離子<0.4%。
2、工藝流程
工藝流程如圖1所示。
3、工藝設(shè)計(jì)及主要設(shè)備
本工程主要包括預(yù)處理系統(tǒng)、軟化系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)和蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)五大部分。
3.1 預(yù)處理系統(tǒng)
(1)緩沖池。
主要作用是收集原水,調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,減輕后續(xù)處理單元沖擊負(fù)荷。其中,緩沖池1座,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),尺寸為10m×9m×3.5m。配置2臺(tái)提升泵,超聲波液位計(jì),超聲波流量計(jì),pH計(jì),COD在線監(jiān)測(cè)儀,SS在線監(jiān)測(cè)儀。
(2)三聯(lián)箱。
主要作用是通過(guò)加入石灰、有機(jī)硫、助凝劑、絮凝劑等藥品和廢水中的懸浮物、重金屬進(jìn)行反應(yīng)后進(jìn)入澄清池進(jìn)行沉降,去除。其中,石灰反應(yīng)箱、有機(jī)硫反應(yīng)箱、硫酸亞鐵、PAM反應(yīng)箱各1座,碳鋼防腐,尺寸為3m×2m×3m。每座配置1臺(tái)攪拌機(jī),1套加藥裝置。
(3)澄清池1。
主要作用是有效降低水的濁度,去除較小分子量的膠體,進(jìn)行泥水分離,上清液進(jìn)入后續(xù)處理單元,沉淀污泥去污泥濃縮池。其中,澄清池1座,碳鋼防腐,尺寸為?5.4m×4.5m。配置1臺(tái)刮泥機(jī)。
3.2 軟化系統(tǒng)
(1)反應(yīng)池1。
主要作用是通過(guò)投加氧化劑進(jìn)行反應(yīng),氧化去除原水中有機(jī)物,同時(shí)殺菌滅藻,保證反滲透系統(tǒng)盡量免遭有機(jī)物和生物污染。其中,1座反應(yīng)池1,碳鋼防腐,尺寸為3m×3m×3m。配置1臺(tái)攪拌機(jī),1套次氯酸鈉加藥裝置。
(2)反應(yīng)池2。
主要作用是通過(guò)投加石灰有效去除水中非永久硬度,軟化水質(zhì)。其中,1座反應(yīng)池2,碳鋼防腐,尺寸為8m×7m×3.5m。配置1臺(tái)攪拌機(jī),1套石灰加藥裝置。
(3)澄清池2。
主要作用是沉降去除前面反應(yīng)單元產(chǎn)生的固體沉淀,進(jìn)行泥水分離。上清液進(jìn)入澄清池產(chǎn)水池,沉淀污泥去污泥濃縮池。其中,澄清池1座,碳鋼防腐,尺寸為?5.4m×4.5m。配置1臺(tái)刮泥機(jī),1臺(tái)pH計(jì)。
(4)反應(yīng)池3。
主要作用是通過(guò)投加石灰有效去除水中非永久硬度,軟化水質(zhì)。其中,1座反應(yīng)池3,碳鋼防腐,尺寸為6m×7m×3.5m。配置1臺(tái)攪拌機(jī),1套純堿加藥裝置。
(5)澄清池3。
主要作用是沉降去除前面反應(yīng)單元產(chǎn)生的固體沉淀,進(jìn)行泥水分離。上清液進(jìn)入澄清池產(chǎn)水池,沉淀污泥去污泥濃縮池。其中,澄清池1座,碳鋼防腐,尺寸為?5.4m×4.5m。配置1臺(tái)刮泥機(jī),1臺(tái)pH計(jì)。
3.3 超濾系統(tǒng)
(1)澄清池產(chǎn)水池。
主要作用是收集澄清池2的來(lái)水,進(jìn)行水量調(diào)節(jié)與貯存,并通過(guò)投加鹽酸調(diào)節(jié)水中pH。其中,澄清池產(chǎn)水池1座,碳鋼防腐,尺寸為5.5m×5m×3.5m。配置2臺(tái)提升泵,1套鹽酸加藥裝置,1臺(tái)攪拌機(jī),1臺(tái)pH計(jì)。
(2)快濾池。
主要作用是去除澄清池未能去除的微細(xì)顆粒和膠體物質(zhì),提高出水水質(zhì),使后續(xù)反滲透裝置免于經(jīng)常堵塞,并提高它們的處理效率。其中,快濾池2座,碳鋼防腐,尺寸為3m×2m×5.5m。每座配置1臺(tái)濁度儀,1臺(tái)pH計(jì)。
(3)濾后水池。
主要作用是貯存快濾池來(lái)水,為后續(xù)工藝提供穩(wěn)定的水量,同時(shí)為快濾池提供反沖洗水。其中,濾后水池1座,碳鋼防腐,尺寸為5.5m×5m×3.5m。配置2臺(tái)濾池反沖洗泵。
(4)超濾裝置。
主要作用是作為反滲透工藝的預(yù)處理手段,截留相對(duì)分子質(zhì)量在1000~500000道爾頓的物質(zhì),包括顆粒、懸浮物、細(xì)菌、病毒、原生動(dòng)物、膠體物質(zhì)、高分子有機(jī)物等。其中,超濾裝置1套,每套設(shè)備的凈產(chǎn)水量30m3/h。采用壓力式中空纖維超濾膜,系統(tǒng)膜通量≤50L/(m2?h),系統(tǒng)回收率≥90%,反洗頻率為30min,化學(xué)加強(qiáng)反洗(CEB)酸洗頻率為72h,CEB堿洗頻率為12h,出水SDI和濁度分別在3NTU和1NTU以下。配置超濾膜組件,超濾給水泵,循環(huán)泵,自清洗過(guò)濾器,超濾清洗泵,清洗罐,清洗劑投加桶泵,化學(xué)劑加藥系統(tǒng)。
(5)超濾產(chǎn)水箱。
主要作用是貯存超濾產(chǎn)水,為超濾反洗、維護(hù)性清洗及后級(jí)反滲透系統(tǒng)提供充足、穩(wěn)定的水量,作為運(yùn)行及沖洗時(shí)的調(diào)節(jié)水箱。并通過(guò)水箱的液位信號(hào)控制超濾產(chǎn)水泵、一級(jí)反滲透增壓泵的啟、停運(yùn)行。其中,超濾產(chǎn)水箱1座,碳鋼防腐,尺寸為4m×3.5m×2.5m。
3.4 反滲透系統(tǒng)
(1)一級(jí)反滲透系統(tǒng)。
主要作用是利用反滲透膜的特性來(lái)除去水中絕大部分可溶性鹽分,膠體,有機(jī)物及微生物。其中,2套DTRO反滲透裝置:一級(jí)反滲透系統(tǒng)1座,單套設(shè)備凈產(chǎn)水量≥10m3/h,反滲透裝置化學(xué)清洗周期為2~3個(gè)月。RO系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù):回收率≥60%;脫鹽率≥95%。配置一級(jí)DTRO膜組件,化學(xué)劑加藥系統(tǒng),芯濾進(jìn)水泵,芯式過(guò)濾器,高壓柱塞泵,高壓循環(huán)泵,高壓泵蓄能器,清洗罐,清洗劑桶泵。
(2)一級(jí)反滲透濃水箱。
主要作用是儲(chǔ)存一級(jí)反滲透濃水,并為二級(jí)反滲透系統(tǒng)提供穩(wěn)定的水量,通過(guò)水箱的液位控制一級(jí)反滲透系統(tǒng)、濃水納濾、反滲透系統(tǒng)的啟、停、運(yùn)行。其中,一級(jí)反滲透濃水箱1座,碳鋼防腐,尺寸為3m×2m×2.5m。
(3)二級(jí)反滲透系統(tǒng)。
主要作用是進(jìn)一步對(duì)來(lái)自一級(jí)反滲透系統(tǒng)的高濃度、高鹽分濃水的濃縮、回收處理和達(dá)標(biāo)排放。其中,1套DTRO反滲透裝置:二級(jí)反滲透系統(tǒng)1座,單套設(shè)備的凈產(chǎn)水量≥4.8m3/h,反滲透裝置化學(xué)清洗周期為2~3個(gè)月。RO系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù):回收率≥40%;脫鹽率≥95%。配置二級(jí)DTRO膜組件,化學(xué)劑加藥系統(tǒng),芯濾進(jìn)水泵,芯式過(guò)濾器,高壓柱塞泵,高壓循環(huán)泵,高壓泵蓄能器,清洗罐,清洗劑桶泵,能量回收裝置。
(4)鹽水箱。
主要作用是貯存二級(jí)提濃RO的濃水,經(jīng)過(guò)鹽水泵增壓后送往蒸發(fā)裝置進(jìn)行蒸發(fā)。其中,鹽水箱1座,碳鋼防腐,尺寸為2m×1.8m×2.5m。配置2臺(tái)鹽水泵。
3.5 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)
(1)MVR蒸發(fā)系統(tǒng)。
主要作用利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽,經(jīng)壓縮機(jī)壓縮,壓力、溫度升高,熱焓增加,然后送到蒸發(fā)器的加熱室作為加熱蒸汽使用,使料液維持沸騰狀態(tài),而加熱蒸汽本身則冷凝成水。高含鹽廢水經(jīng)預(yù)處理后送至蒸發(fā)器系統(tǒng)的進(jìn)料罐,調(diào)節(jié)至酸性后,再由進(jìn)料泵從進(jìn)料罐送至蒸餾水換熱器。進(jìn)料廢水經(jīng)換熱后溫度升至接近沸點(diǎn),被送入除氧器。在除氧器內(nèi),進(jìn)料廢水經(jīng)噴嘴噴灑在第一級(jí)塔上,并逐級(jí)向下流動(dòng)與逆流而上的蒸汽相接觸,脫除難凝氣體。經(jīng)脫氣后的進(jìn)料廢水以重力流,從除氣器底部排出進(jìn)入到蒸發(fā)器底槽與循環(huán)的濃鹽水混合。在底槽內(nèi),蒸汽經(jīng)過(guò)除霧器進(jìn)入到蒸汽壓縮機(jī),除霧器的作用是除去蒸汽中的液滴與顆粒。為控制蒸發(fā)器內(nèi)濃鹽水的TDS,濃縮器底槽內(nèi)的部分濃鹽水被排放至結(jié)晶系統(tǒng)的結(jié)晶罐當(dāng)中進(jìn)行結(jié)晶處理。原有要廢棄的蒸汽得到充分的利用,回收潛熱,提高熱效率,減少對(duì)外部加熱及冷卻資源的需求,降低能耗,減少污染。其中,1套主體設(shè)備,1套固液分離系統(tǒng),1套單效蒸發(fā)系統(tǒng),系統(tǒng)額定出力水量10m3/h。配置MVR蒸發(fā)主體設(shè)備,其他設(shè)備。
(2)結(jié)晶系統(tǒng)。
結(jié)晶器進(jìn)水與系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的濃鹽漿混合,經(jīng)加加熱器加熱后,再次進(jìn)入到閃蒸罐,發(fā)生閃蒸,析出鹽份結(jié)晶。從2臺(tái)換熱器出來(lái)的濃鹽漿分別以相反的方向從閃蒸罐中部切線進(jìn)入,在罐內(nèi)產(chǎn)生渦流。蒸汽在閃蒸罐內(nèi)積聚,經(jīng)除霧分離器,進(jìn)入結(jié)晶器蒸汽壓縮機(jī)。結(jié)晶器產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)后被壓縮與升溫,然后進(jìn)入結(jié)晶器換熱器殼程,蒸汽在殼程冷凝,為濃鹽漿的蒸發(fā)提供動(dòng)力。蒸汽冷凝液在冷凝液罐內(nèi)收集,后由泵送至結(jié)晶器預(yù)熱器對(duì)結(jié)晶進(jìn)水進(jìn)行預(yù)熱,回收熱能。氯化鈉晶體在濃鹽漿進(jìn)入循環(huán)泵之前不斷在閃蒸罐內(nèi)形成。隨著后續(xù)的加熱和閃蒸,水份不斷蒸發(fā)。當(dāng)濃鹽漿繼續(xù)濃縮,濃度達(dá)到飽和的鹽分不斷析出。為保證鹽純度的,需要結(jié)晶器排放一定的濃鹽水。在結(jié)晶過(guò)程中,溶解度高的鹽分會(huì)不斷在結(jié)晶器內(nèi)累積,并導(dǎo)致TDS升高超過(guò)設(shè)計(jì)值,這樣會(huì)影響到鹽結(jié)晶純度。排放濃鹽水能部分清除高溶解度的鹽分,使結(jié)晶器運(yùn)行在最佳操作點(diǎn)上。
4、工藝創(chuàng)新點(diǎn)
針對(duì)脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn),選擇預(yù)處理-超濾反滲透-蒸發(fā)結(jié)晶器組合工藝,使?jié)恹}水減量,并能分鹽結(jié)晶,既降低了蒸發(fā)結(jié)晶的規(guī)模節(jié)省了投資成本,又減少了運(yùn)行費(fèi)用。
廢水的硬度會(huì)在膜濃縮過(guò)程中結(jié)垢,從而使膜失去濃縮能力。采用三聯(lián)箱-軟化處理的工藝,確保對(duì)Ca2+、Mg2+、SO2-4等離子的去除效果,保障后續(xù)超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。預(yù)處理工藝路線較長(zhǎng),但考慮周全,確保了出水水質(zhì),同時(shí)可根據(jù)來(lái)水水質(zhì)具體情況進(jìn)行靈活調(diào)整。
DTRO開(kāi)放式的寬流道,膜片與支撐導(dǎo)流盤空間高度達(dá)到2.5mm,有效避免堵塞,進(jìn)水水質(zhì)要求相對(duì)不高,出水穩(wěn)定可靠,DTRO對(duì)COD、無(wú)機(jī)鹽的截留率可達(dá)99%,有效保證出水水質(zhì),減少最終的濃鹽水,組件內(nèi)部任何單個(gè)部件均允許單獨(dú)更換,最大程度降低膜片更換成本。
蒸發(fā)器利用蒸發(fā)器中產(chǎn)生的二次蒸汽,原有要廢棄的蒸汽得到充分的利用,回收潛熱,提高熱效率,減少對(duì)外部加熱及冷卻資源的需求,降低能耗,減少污染。強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)即結(jié)晶器的閃蒸罐通過(guò)循環(huán)管連接兩臺(tái)對(duì)稱的管殼式換熱器,循環(huán)泵將濃鹽水閃蒸罐送至換熱器進(jìn)行熱交換。相對(duì)其他結(jié)晶工藝,強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶系統(tǒng)具有操作過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)物易得、費(fèi)用低、鹽純度高、對(duì)后續(xù)的處理無(wú)毒害作用且對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。
5、運(yùn)行費(fèi)用
本工程直接運(yùn)行成本主要包括藥劑費(fèi)、電費(fèi)、蒸汽費(fèi),其中設(shè)備總功率為11139.26kW,電費(fèi)單價(jià)為0.36元/(kW?h)(根據(jù)《西北地區(qū)電網(wǎng)2021-2022年輸配及銷售電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知》),折合成單位水費(fèi)用為5.89元/m3;蒸汽費(fèi)折合成單位水費(fèi)用為5元/m3;石灰、有機(jī)硫、凝聚劑、助凝劑、氧化劑、純堿、HCl、堿性清洗劑、酸性清洗劑、阻垢劑、還原劑、非氧化性殺菌劑等化學(xué)藥劑費(fèi)用合計(jì)約20.29元/m3,則直接運(yùn)行費(fèi)用30.01元/m3。加上設(shè)備折舊和人工等費(fèi)用,綜合費(fèi)用約為56.38元/m3。
6、結(jié)論
本工程采用預(yù)處理+軟化+超濾+反滲透+MVR結(jié)晶工藝處理熱電廠脫硫廢水,達(dá)到近零排放要求。系統(tǒng)回收率高,回收水量30m3/h,可用于冷卻循環(huán)水補(bǔ)水,大大降低了排污量和新鮮水取水量,具有明顯的環(huán)境效益。該工藝具有技術(shù)可靠、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn),為供熱電廠脫硫廢水近零排放處理起到了很好的示范作用。(來(lái)源:永清環(huán)保股份有限公司)