竇曉春， 張婷婷

(1.中國石化長城能源化工有限公司，北京 100120；2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100120)

對華能長興電廠廢水零排放調(diào)研的幾點思考

竇曉春1， 張婷婷2

(1.中國石化長城能源化工有限公司，北京 100120；2.北京化工大學 化學工程學院，北京 100120)

重點介紹了華能長興電廠脫硫廢水“零排放”的應用實例，對運行成本、技術(shù)進行了分析，對該零排放技術(shù)在煤化工上的應用前景進行了歸納總結(jié)，并結(jié)合煤化工項目的零排放提出了相應措施建議。

脫硫；煤化工；污水；零排放

0 引言

基于我國“富煤貧油少氣”的資源賦存背景，煤炭的開發(fā)利用一直是我國關(guān)注的重點。目前全球范圍已探明煤炭資源儲量占化石能源的55%，我國煤炭占化石能源比重高達94%[1-2]。隨著對煤化工認識的不斷加深和環(huán)保技術(shù)的不斷發(fā)展，選擇與煤質(zhì)相匹配的煤氣化技術(shù)以降低環(huán)保處理成本成為行業(yè)的普遍選擇[3-4]，而國家在核準煤化工項目時明確煤化工項目需達到近零排放的要求[5-6]。

1 華能長興電廠零排放項目簡介

1.1 工藝原理及過程

長興電廠廢水處理系統(tǒng)采取清污分流、分類處理，對最終產(chǎn)生的石灰石濕法煙氣脫硫廢水實施零排放整體解決方案。2014年6月確定采用北京沃特爾水技術(shù)股份有限公司石灰去硬+正滲透濃縮+結(jié)晶技術(shù)。項目建設投資約6000萬元，其中設備費和安裝調(diào)試費約5000萬元，其他土建等費用約1000萬元。項目2014年9月土建動工，2015年4月系統(tǒng)建成投產(chǎn)運行。其污水零排放處理工藝主要過程包括混凝澄清過濾軟化預處理單元、膜濃縮單元(RO+MBC)、TVC結(jié)晶三大部分。

1.1.1 反滲透膜濃縮減量工藝

長興電廠的零排放系統(tǒng)，是全國范圍內(nèi)反滲透技術(shù)(膜濃縮)在脫硫廢水及零排放系統(tǒng)上的首次應用，并取得了良好的效果，目前已成為脫硫廢水零排放的標準工藝。反滲透單元在設計時考慮了水量50%～120%的波動，同時通過濃水流量的調(diào)節(jié)，可以適應進水鹽分(TDS)在10000～40000mg/L的范圍內(nèi)的波動；充分適應了脫硫廢水水質(zhì)波動范圍大的特點。

1.1.2 低能耗、低投資的濃縮工藝

本項目是正滲透技術(shù)在國內(nèi)的首次應用，在相同進水條件下與三效蒸發(fā)相比，在能源消耗、投資成本、濃縮倍率方面都更有優(yōu)勢(見表1)。

表1 正滲透VS三效蒸發(fā)對比

項 目三效蒸發(fā)正滲透單位水電耗水/(kW·h)·t-140～453～4單位水蒸汽消耗水/kg·t-1350～400120～200主要設備材質(zhì)超級雙相鋼FRP或UPVC濃縮后濃水的質(zhì)量濃度/%18～2020～25

1.1.3 運行成本低

長興電廠脫硫廢水零排放是目前運行成本最低的混合鹽零排放項目[7]，A電廠、B電廠、長興電廠脫硫廢水運行成本對比見表2。

A廠主要工藝路線為：兩級澄清+過濾+多效蒸發(fā)+結(jié)晶；B廠主要工藝路線是脫硫廢水預沉淀后直接進入低溫多效蒸發(fā)+結(jié)晶。以蒸汽單價60元/m3計算，電價0.5元/(kW·h)計，脫硫廢水均以25m3/h計，與B廠脫硫廢水相比，長興電廠脫硫廢水零排放可節(jié)省513.56萬元/a。與A廠脫硫廢水相比，可節(jié)省201.76萬元/a。

表2 電廠脫硫廢水運行成本對比

項 目結(jié)晶鹽表觀蒸汽消耗/kg·m-3電耗/(kW·h)·m-3A廠脫硫廢水略帶橙色或者綠色89．2126．63B廠脫硫廢水白色30030長興電廠脫硫廢水白色908．3

1.1.4 MBC裝置的原理

與A、B廠相比長興電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)節(jié)能的主要單元MBC(Membrane Brine Concentrator)裝置，是本系統(tǒng)的核心技術(shù)。MBC工藝用于高含鹽廢水的濃縮及零排放處理，膜濃縮單元的核心是正滲透(MBC)技術(shù)。利用滲透的原理進行液體分離即為FO技術(shù)，具體為利用半透膜兩側(cè)的滲透壓差來促使水分子從鹽水進水擴散到專用的汲取液中[8-10]。與現(xiàn)有的除鹽技術(shù)相比，MBC工藝的最大特點是無需高的機械壓力克服高鹽水的滲透壓，系統(tǒng)運行均為低壓；同時能以很低的熱能耗做到很高的濃縮倍率[11]，濃縮終點含鹽量220g/L以上，從而為整個零排放系統(tǒng)節(jié)省運行成本；脫鹽率較高，與反滲透裝置接近，可達97%以上脫鹽率。

1.2 長興項目的運行情況

長興的零排放項目污水來源于脫硫處理后廢水和混床再生排水，最大處理水量26.4m3/h。來水化學需氧量(COD)≤100mg/l，Ca2+、Mg2+濃度在1000～3000mg/L，TDS在20～25g/L左右。

混凝澄清過濾軟化單元，通過加入石灰、碳酸鈉除去鈣、鎂離子，停留時間一般控制在2～3h以上，通過控制較高的pH值，及混凝沉降設計保證了絮凝效果和出水水質(zhì)的濁度，同時該系統(tǒng)對COD具有一定的吸附去除功能。現(xiàn)實際運行過程其出水的鈣鎂硬度基本為零，保證了后續(xù)膜系統(tǒng)特別是反滲透系統(tǒng)的高回收率和長期穩(wěn)定運行。

膜濃縮單元主要由反滲透，正滲透裝置等組成。長興的零排放系統(tǒng)設置了兩級RO和三套并列的7m3/h的MBC膜系統(tǒng)組成(兩用一備)，經(jīng)過MBC膜處理后的TDS達200g/L濃鹽水進入TVC結(jié)晶系統(tǒng)；正滲透膜濃縮單元出水中TDS小于5g/L，進入汲取液回收系統(tǒng)經(jīng)過分離回收汲取液有效成分后，產(chǎn)水返回第一級RO系統(tǒng)，經(jīng)RO系統(tǒng)去除水中TDS后，可達到回用水要求。本套裝置設計了二級RO系統(tǒng),保證出水TDS≤50mg/L，回用至電廠化學除鹽水系統(tǒng)。實際回用水水質(zhì)情況見表3。

表3 實際回用水水質(zhì)情況

項 目數(shù) 值項 目數(shù) 值電導率(25℃)/μs·cm-1≤100Ca2+/mg·L-10氨氮/mg·L-1≤2Mg2+/mg·L-10Cl-/mg·L-1≤25TDS/mg·L-1≤50SO42-/mg·L-1≤0．6TOC≤2Na+/mg·L-1≤10

TVC結(jié)晶單元：MBC濃縮系統(tǒng)產(chǎn)生的TDS達200000mg/L的濃鹽水進入結(jié)晶器處理單元，結(jié)晶器采用蒸汽驅(qū)動方式并配有熱力蒸汽壓縮機以減少新鮮蒸汽用量。結(jié)晶器排出的濃液通過離心機進行固液分離，最終生成結(jié)晶鹽，經(jīng)自動封袋打包碼垛。

1.3 鹽和石灰污泥再利用

目前裝置結(jié)晶系統(tǒng)運轉(zhuǎn)正常，結(jié)晶鹽外觀潔白，主要成分為NaCl+Na2SO4gt;95%[12]。對于預處理系統(tǒng)產(chǎn)生的污泥，其主要成分CaCO3+Mg(OH)2，經(jīng)板框壓濾后含水率小于50%。結(jié)晶系統(tǒng)進水為上游脫硫廢水三聯(lián)箱處理后的產(chǎn)水，因此含有重金屬的污泥會在上游系統(tǒng)沉淀完畢，因此本系統(tǒng)的污泥主要為碳酸鈣和氫氧化鎂，不含重金屬，也不屬于危廢。

1.4 運行消耗和成本

長興電廠脫硫廢水處理規(guī)模為22m3/h，根據(jù)藥品、電、蒸汽等消耗折算廢水處理運行成本約為15～30元/t。由于實際運行中，處理廢水的硬度比設計最大值要高，軟化藥劑的使用量略有增加；設計時采用95℃熱水做為正滲透MBC系統(tǒng)的熱源，實際上現(xiàn)場無法引入95℃熱水，改用蒸汽做為正滲透MBC系統(tǒng)熱源，蒸汽消耗成本增加。

2 煤化工項目廢水零排放

2.1 煤化工項目水技術(shù)的特點

煤化工項目核心在于煤質(zhì)特點選擇合適的煤氣化技術(shù)，結(jié)合環(huán)保處理成本綜合考慮。從現(xiàn)有技術(shù)看，氣流床、流化床氣化工藝的污水處理技術(shù)以及較為成熟，難度較大的是固定床氣化污水處理，處理難度最大的為碎煤加壓氣化裝置產(chǎn)生的酚氨污水，其污水水量大，污染物濃度高。該污水在裝置內(nèi)經(jīng)過酚氨回收預處理后，出水中仍含有高濃度污染物如COD、氨氮、酚類物質(zhì)，且水質(zhì)波動大，是典型的含有毒、難降解有機物的高濃度工業(yè)污水[13-14]。

處理好碎煤氣化污水，后續(xù)系統(tǒng)才可以穩(wěn)定運行，現(xiàn)碎煤氣化污水污水生化工藝根據(jù)煤化工項目污水處理的組成、水質(zhì)特點，借鑒國內(nèi)同類煤化工行業(yè)相關(guān)污水處理的成功經(jīng)驗。在污水預處理的基礎上，采用以下組合工藝：進水→調(diào)節(jié)罐→氮氣氣浮除油→EC厭氧塔→生物增濃→改良A/O + BMR氧化池→高密度沉淀池→高級氧化系統(tǒng)→曝氣生物濾池(BAF)→出水。

該污水處理主體工藝單元在類似碎煤氣化污水處理工程中得以應用，取得較好地處理效果。預處理后廢水繼續(xù)進后續(xù)超濾、反滲透系統(tǒng)進行中水回用，含鹽量較高的濃鹽水則進入零排放處理模式。

2.2 綜合思考

煤化工廢水的主要特點是廢水的組分復雜，COD含量高，水質(zhì)波動性大，因此零排放處理的重點及系統(tǒng)運行穩(wěn)點的關(guān)鍵單元是預處理單元：軟化除硬效果的好壞直接決定了濃縮的倍率和濃縮單元的運行穩(wěn)定性；難點是濃縮單元的設計：既要使?jié)饪s單元保持高濃縮倍數(shù)以降低結(jié)晶單元的處理量和整體運行能耗，又要保證在高濃縮比的情況下系統(tǒng)能穩(wěn)定運行，不污堵不結(jié)垢；同時，在運行成本和投資成本上也要具有一定的優(yōu)勢。結(jié)晶單元目前絕大部分項目都采用強制循環(huán)型結(jié)晶器，這也是目前最適合工業(yè)高含鹽廢水的結(jié)晶器類型，可以通過大流量的循環(huán)，有效的延緩系統(tǒng)的結(jié)垢和延長結(jié)晶器化學清洗周期。

3 結(jié)論與建議

(1)長興電廠脫硫廢水水質(zhì)硬度高，有一定COD含量。采用石灰系統(tǒng)脫硬、正滲透MBC系統(tǒng)進行深度濃縮+TVC結(jié)晶，可以產(chǎn)出很好的結(jié)晶混鹽，副產(chǎn)結(jié)晶鹽和泥渣可以全部綜合利用。裝置運行表明：一是其石灰澄清脫硬效果極好，硬度為零的預處理水保證了后續(xù)反滲透系統(tǒng)和結(jié)晶系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；二是正滲透MBC系統(tǒng)利用非金屬材質(zhì)(FRP+UPVC)取代采用昂貴鈦材的MVR蒸發(fā)器工藝，投資成本較低，可以利用低品位的廢熱作為能源，運行能耗可降低30%～70%，正滲透膜具有良好的抗污染性能和耐沖擊性，維護簡單。三是結(jié)晶鹽雖未分質(zhì)分級利用，但可以外銷作為鹽硝聯(lián)產(chǎn)的原料，沒有二次污染，大大減少固廢的處理費用。

(2)雖然此廢水與煤化工廢水有一定差異，但其主要成分均為氯化鈉和硫酸鈉鹽，TDS范圍20～50g/L，主要成分接近，因此用該技術(shù)稍加完善可以處理煤化工項目含鹽廢水，達到零排放的目標。

(3)實現(xiàn)結(jié)晶鹽的綜合利用，不僅可以回收結(jié)晶鹽的價值，還可大大減少廢物填埋費用。

[1]王 震.新常態(tài)下煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略思考[J].中國能源, 2015,37(3):30-33.

[2]孫 平,左玉輝,陸勝藍.中國能源消費與污染物排放的相關(guān)性研究[J].環(huán)境保護, 2007 (12) :55-59.

[3]于遵宏,王輔臣.煤炭氣化技術(shù)[M]. 北京:化學工業(yè)出版社,2010:26-43.

[4]趙錦波,王玉慶.煤氣化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油化工,2014,43(2):125-131.

[5]童 莉,郭 森,周學雙.煤化工廢水零排放的制約性問題[J].化工環(huán)保,2010,30(5):371-375.

[6]國家發(fā)展和改革委員會.關(guān)于加強煤化工項目建設管理促進產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的通知.(發(fā)改工業(yè)[2006]1350號).

[7]王治安,林 衛(wèi),李 冰.脫硫廢水零排放處理工藝[J].電力科技與環(huán)保,2012,28(6):37-38.

[8]解一君,馬 睿.正滲透水處理技術(shù)研究進展[J].給水排水,2012(增刊):109-112.

[9]高從堦,鄭根江,汪 錳,等. 正滲透-水純化和脫鹽的新途徑[J]. 水處理技術(shù),2008,34(2):1-8.

[10]佘乾洪, 遲莉娜, 周偉麗,等.正滲透膜分離技術(shù)及其在水處理中的應用與研究[J].環(huán)境科學與技術(shù),2010,33(3):117-122.

[11]李 剛,李雪梅,王 鐸,等.正滲透膜技術(shù)及其應用[J].化工進展,2010,29(8):1388-1398.

[12]邵國華,方 埭.電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術(shù)的應用[J].工業(yè)水處理.2016 08,36(8),110-112.

[13]曲風臣.煤化工廢水“零排放”技術(shù)要點及存在問題[J].化學工程,2013(31):2-3.

[14]魯 佳,康 勇,郭 婧.燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理技術(shù)研究進展[J].電力科技與環(huán)保,2015,31(4):31-34.

Some thoughts on the zero emission research of Huaneng Changxing Power Plant

ItintroducedanzeroemissionsexampleofHuanengChangxingPowerPlantdesulfurizationwastewater,analyzedtheoperationcostandtechnology,andsummarizedtheapplicationprospectsofthistechnologyincoalchemicalindustry.Combinedwiththezeroemissionrequirementsofcoalchemicalprojects,italsoproposedseveralmeasuresandsuggestions.

desulfuration;coalchemicalindustry;wastewater;zeroemission

X703.1

B

1674-8069(2017)06-031-03

2017-09-22；

2017-10-16

竇曉春(1977-)，女，江蘇人，高級工程師，主要從事煤化工發(fā)展項目管理、水處理、熱電等公用工程工作。E-mail：douxc123@126.com