邵國華，方　棣

（華能長興電廠，浙江長興313105）

電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術的應用

邵國華，方棣

（華能長興電廠，浙江長興313105）

介紹了膜濃縮（MBC）零排放技術在長興電廠脫硫廢水深度處理項目中的應用情況。系統(tǒng)可將22 m3/h含鹽水濃縮至1.5～2 m3/h，鹽分濃縮至200 g/L左右后進入蒸發(fā)結晶系統(tǒng)，最終生成結晶鹽，經過濃縮處理后的清潔產水作為電廠鍋爐補給水回用。運行結果表明，MBC零排放系統(tǒng)運行良好，有效地保證了電廠的穩(wěn)定運行，帶來良好的社會和經濟效益。

燃煤電廠；脫硫廢水；零排放；膜濃縮

燃煤電廠脫硫廢水主要是鍋爐煙氣濕法脫硫（石灰石/石膏法）過程中從吸收塔排放的部分廢水〔1-4〕。為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物質的平衡，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水〔5〕。這些廢水主要來自石膏脫水和清洗系統(tǒng)〔6〕，為含高濃度懸浮物、高氯根、高含鹽、高濃度的重金屬廢水，如將這些物質直接排入自然水系，勢必會對環(huán)境造成嚴重污染。目前脫硫廢水處理一般采用中和—絮凝—沉降—澄清等常規(guī)工藝〔7〕。脫硫廢水經過處理后濁度、重金屬和少量的硬度得到去除，但含鹽量沒有明顯降低〔8〕。隨著各國家對水資源的日益重視，零排放技術在全球范圍內得到廣泛應用。因此，回用燃煤電廠脫硫處理后的廢水如要實現真正的零排放，就需對廢水進行深度處理〔9〕。

華能長興電廠對2×660 MW超超臨界燃煤機組的脫硫廢水及其他廢水的處理，在設計階段即提出了零排放整體要求，采用先進的廢水膜濃縮（MBC）+ TVC蒸發(fā)結晶技術對脫硫廢水進行深度處理。筆者對該零排放工藝進行介紹，旨在提供一種電廠脫硫廢水零排放工藝的成功應用案例。

1　長興電廠廢水水質

華能長興電廠產生的最終廢水主要由2部分組成：一是脫硫廢水，水量為18 t/h；二是混床再生排水，水量為4 t/h。廢水水質如表1所示。

表1　綜合廢水水質

根據水質情況可以看出，該廢水的主要污染因素及其特征為：（1）TDS高，且波動范圍較大，其中氯離子為15 000 mg/L，對金屬設備有較強的腐蝕性；（2）鈣離子及鎂離子含量較高，導致總硬度較高，易在熱力設備表面生成無機垢類，影響設備的正常使用，縮短設備使用年限。

2　脫硫廢水零排放系統(tǒng)

2.1長興電廠脫硫廢水零排放工藝流程

長興電廠廢水零排放處理系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，主要由預處理單元（澄清+過濾+離子交換）、反滲透單元、正滲透MBC系統(tǒng)及蒸發(fā)結晶單元構成。

圖1　華能長興電廠脫硫廢水零排放工藝流程

2.1.1處理工藝描述

（1）預處理軟化除硬。針對進水鈣、鎂離子含量高的特點，向澄清器中投加碳酸鈉和石灰藥劑，分別與水中的鈣、鎂離子反應生成碳酸鈣和氫氧化鎂沉淀，產水進入過濾器和離子交換器進一步去除水中的剩余硬度和懸浮物，保證系統(tǒng)運行過程中不產生無機垢類，同時去除重金屬離子，預處理系統(tǒng)產水進入反滲透（RO）單元。

（2）RO鹽分預濃縮。該單元采用二級RO對廢水鹽分進行預濃縮，同時保證產品水質量，RO產生的濃水進入正滲透MBC單元。RO膜采用美國陶氏SW30系列膜產品。

（3）MBC單元鹽分深度濃縮。正滲透MBC技術特點在于利用自然界的天然滲透原理：以膜兩側溶液的滲透壓差作為驅動力，使得水自發(fā)地從原料液一側透過選擇透過性膜到達驅動液—側。此類技術已在國外的頁巖氣返排液處理中實現工業(yè)化應用。

正滲透（FO）MBC濃縮單元的主工藝包括：FO膜裝置、產水汲取液回收裝置、濃鹽水汲取液回收裝置、產水精處理系統(tǒng)（RO系統(tǒng)）等。此外還配置了凝結水、循環(huán)冷卻水、阻垢劑加藥、化學清洗等輔助裝置。FO膜采用美國Oasys公司的8英寸膜。該單元將RO系統(tǒng)預濃縮后得到的含鹽水鹽分濃縮至200 g/L左右，隨后進入結晶干燥單元，將結晶干燥單元的處理規(guī)模降至最小。

（4）蒸發(fā)結晶。由圖1可知正滲透產水回到一級反滲透原水箱，其濃水進入蒸發(fā)結晶系統(tǒng)處理，最終形成結晶鹽。結晶器滿足80%～120%的設計負荷。

結晶干燥選擇蒸汽熱法，采用進口熱力蒸汽壓縮強制循環(huán)結晶器，在淡鹽水蒸發(fā)過程使之結晶。選擇真空蒸發(fā)結晶工藝，采用MESSO強制循環(huán)結晶器（德國GEA公司）來實現所需蒸發(fā)量并獲得高品質冷凝液。裝置產生的二次蒸汽通過1臺熱力蒸汽壓縮機（TVC）來壓縮，TVC的使用有效地降低了蒸汽耗量。

2.1.2設備材質的方案選擇

在設備材質選擇上，充分考慮來水的高TDS和高氯離子等因素。（1）泵等設備的轉動部件選用鈦材質，過濾器、離子交換器等靜設備選用FRP或HDPE材質；水箱等靜設備選用FRP或HPDE材質，精餾塔則選用FRP材質。（2）結晶干燥單元與進料液或晶漿接觸的動設備主要選用 1.4529或Alloy926等材質，結晶器主體材質選用1.4529或Alloy926。晶漿循環(huán)管路選用1.4529或Alloy926，二次蒸汽管路選用2205等材質。

2.2零排放處理系統(tǒng)運行情況

長興電廠每小時產生約22 m3綜合廢水，進水TDS為25 000～40 000 mg/L，溫度為20～40℃。經沃特爾水技術股份有限公司的正滲透零排放系統(tǒng)處理后，得到1.5～2 m3/h濃鹽水，再經結晶器處理后實現脫硫廢水的零排放。

2.2.1預處理軟化除硬系統(tǒng)產水量及產水水質

預處理單元的產水水質如表2所示。

表2　預處理系統(tǒng)出水水質

由表2可見，預處理系統(tǒng)出水水質較穩(wěn)定且滿足反滲透系統(tǒng)進水要求。系統(tǒng)產水量為36 m3/h。

2.2.2膜濃縮單元產水量及產水水質

（1）反滲透單元產水量、水質及系統(tǒng)回收率。反滲透單元產水量為20 m3/h，產水水質良好，回用于廠內鍋爐補給水，其水質情況見表3。

二級RO產水的電導率大部分時間在50 μS/cm以下，見圖2。一級RO回收率及濃水電導率分別為60%～80%（圖3）及50 000～70 000 μS/cm（圖4）。

表3　反滲透單元產水水質

圖2　二級RO產水電導率

圖3　一級RO回收率

圖4　一級RO濃水電導率

（2）二級反滲透系統(tǒng)、正滲透系統(tǒng)濃水的水量、水質如表4所示。

由表4可見，二級反滲透濃水含鹽＞60 000 mg/L，正滲透系統(tǒng)濃縮后廢水含鹽＞200 000 mg/L。

表4　二級反滲透及正滲透濃水水量、水質

2.2.3蒸發(fā)結晶系統(tǒng)運行狀況

蒸發(fā)結晶系統(tǒng)主加熱蒸汽壓力約為0.45 MPa、溫度約為157℃、流量為0.5 t/h，蒸發(fā)室相關操作參數如表5所示。

表5　蒸發(fā)系統(tǒng)操作參數

最后結晶析出的固體鹽顆粒經離心機脫水干燥后，由震動輸送機輸送至結晶鹽包裝車間，經自動碼垛打包后外運，實現脫硫廢水的零排放。形成的結晶鹽中NaCl和Na2SO4質量分數＞95%，打包的結晶鹽含水率＜0.5%。

3　經濟效益分析

3.1系統(tǒng)主要藥劑費用

該工藝藥劑使用情況及費用如表6所示。噸水藥劑消耗費用為14.5元/m3。

表6　藥劑費用統(tǒng)計

3.2系統(tǒng)耗電費用

系統(tǒng)實際噸水耗電量為10.4 kW·h，電價以0.5 元/（kW·h）計，電費為5.2元/m3。

3.3系統(tǒng)蒸汽費用

系統(tǒng)實際噸水耗蒸汽量為0.203 t，蒸汽費以118元/t計，則蒸汽費用為24元/m3。

3.4系統(tǒng)成本及經濟效益分析

系統(tǒng)處理成本為藥劑費、電費及蒸汽費，噸水處理成本為14.5+5.2+24=43.7元/m3。

傳統(tǒng)的預處理+多級預熱+多效蒸發(fā)+結晶工藝的實際噸水耗蒸汽量約為該工藝的2.3倍〔10〕，而該工藝實際噸水耗電量為10.4 kW·h，低于蒸發(fā)結晶法的能耗（20～40 kW·h）。

4　結語

華能長興電廠1#、2#機組分別于2014年12月17、29日完成168 h滿負荷試運后轉入商業(yè)運行，2015年4月5日華能長興電廠廢水零排放系統(tǒng)調試完畢投產，順利產出結晶鹽，淡水分離后全部回用。

該系統(tǒng)對脫硫廢水的零排放處理達到預期效果：（1）系統(tǒng)設備安全穩(wěn)定。總處理水量22 t/h，MBC及預處理系統(tǒng)按照近零排放系統(tǒng)水質最小TDS進行建設，結晶器按照近零排放系統(tǒng)水質最大TDS進行建設，保證系統(tǒng)在最小TDS和最大TDS時均能滿足80%～120%的設計負荷，最大處理量可達26.4 m3/h。（2）產品技術節(jié)能環(huán)保。廢水處理后兩大產品全部回用，一是形成的結晶鹽，其中NaCl和Na2SO4＞95%，含水率＜0.5%，外運結晶鹽產量418～711 kg/h；二是產出的純凈水全部回用于電廠鍋爐補給水系統(tǒng)，每年節(jié)省淡水使用量約10萬t。（3）響應落實國家政策。通過膜濃縮結晶技術在電廠廢水處理中的運用，避免了電廠高濃度脫硫廢水的外排，做到真正的脫硫廢水“零排放”。

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Application of MBC zero liquid discharge technology to desulfurization wastewater treatment in a power plant

Shao Guohua，Fang Dai
（Huaneng Changxing Power Plant，Changxing 313105，China）

The application of membrane brine concentrator（MBC）zero liquid discharge technology to the advanced treatment project for desulfurization wastewater in Changxing Power Plant is introduced.22 m3/h of wastewater containing salt is concentrated to 1.5-2 m3/h.After the salinity is concentrated to about 200 g/L，it goes to evaporative crystal system，and finally forms crystal salt.After the concentration treatment，the produced clean water can be reused as boiler make-up water for the power plant.The results show that the MBC zero discharge system runs well，and guarentees stable running of Changxing Power Plant，bringing good social and economic benefits.

coal-fired power plant；desulfurization wastewater；zero discharge；membrane brine concentrator

TM628

A

1005-829X（2016）08-0109-04

邵國華（1971—），工程師。E-mail：shao9919@163. com。

2016-07-21（修改稿）