电厂脱硫废水正渗透膜浓缩零排放技术的应用

邵国华，方　棣

（华能长兴电厂，浙江长兴313105）

电厂脱硫废水正渗透膜浓缩零排放技术的应用

邵国华，方棣

（华能长兴电厂，浙江长兴313105）

介绍了膜浓缩（MBC）零排放技术在长兴电厂脱硫废水深度处理项目中的应用情况。系统可将22 m3/h含盐水浓缩至1.5～2 m3/h，盐分浓缩至200 g/L左右后进入蒸发结晶系统，最终生成结晶盐，经过浓缩处理后的清洁产水作为电厂锅炉补给水回用。运行结果表明，MBC零排放系统运行良好，有效地保证了电厂的稳定运行，带来良好的社会和经济效益。

燃煤电厂；脱硫废水；零排放；膜浓缩

燃煤电厂脱硫废水主要是锅炉烟气湿法脱硫（石灰石/石膏法）过程中从吸收塔排放的部分废水〔1-4〕。为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡，必须从系统中排放一定量的废水〔5〕。这些废水主要来自石膏脱水和清洗系统〔6〕，为含高浓度悬浮物、高氯根、高含盐、高浓度的重金属废水，如将这些物质直接排入自然水系，势必会对环境造成严重污染。目前脱硫废水处理一般采用中和—絮凝—沉降—澄清等常规工艺〔7〕。脱硫废水经过处理后浊度、重金属和少量的硬度得到去除，但含盐量没有明显降低〔8〕。随着各国家对水资源的日益重视，零排放技术在全球范围内得到广泛应用。因此，回用燃煤电厂脱硫处理后的废水如要实现真正的零排放，就需对废水进行深度处理〔9〕。

华能长兴电厂对2×660 MW超超临界燃煤机组的脱硫废水及其他废水的处理，在设计阶段即提出了零排放整体要求，采用先进的废水膜浓缩（MBC）+ TVC蒸发结晶技术对脱硫废水进行深度处理。笔者对该零排放工艺进行介绍，旨在提供一种电厂脱硫废水零排放工艺的成功应用案例。

1　长兴电厂废水水质

华能长兴电厂产生的最终废水主要由2部分组成：一是脱硫废水，水量为18 t/h；二是混床再生排水，水量为4 t/h。废水水质如表1所示。

表1　综合废水水质

根据水质情况可以看出，该废水的主要污染因素及其特征为：（1）TDS高，且波动范围较大，其中氯离子为15 000 mg/L，对金属设备有较强的腐蚀性；（2）钙离子及镁离子含量较高，导致总硬度较高，易在热力设备表面生成无机垢类，影响设备的正常使用，缩短设备使用年限。

2　脱硫废水零排放系统

2.1长兴电厂脱硫废水零排放工艺流程

长兴电厂废水零排放处理系统工艺流程如图1所示，主要由预处理单元（澄清+过滤+离子交换）、反渗透单元、正渗透MBC系统及蒸发结晶单元构成。

图1　华能长兴电厂脱硫废水零排放工艺流程

2.1.1处理工艺描述

（1）预处理软化除硬。针对进水钙、镁离子含量高的特点，向澄清器中投加碳酸钠和石灰药剂，分别与水中的钙、镁离子反应生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，产水进入过滤器和离子交换器进一步去除水中的剩余硬度和悬浮物，保证系统运行过程中不产生无机垢类，同时去除重金属离子，预处理系统产水进入反渗透（RO）单元。

（2）RO盐分预浓缩。该单元采用二级RO对废水盐分进行预浓缩，同时保证产品水质量，RO产生的浓水进入正渗透MBC单元。RO膜采用美国陶氏SW30系列膜产品。

（3）MBC单元盐分深度浓缩。正渗透MBC技术特点在于利用自然界的天然渗透原理：以膜两侧溶液的渗透压差作为驱动力，使得水自发地从原料液一侧透过选择透过性膜到达驱动液—侧。此类技术已在国外的页岩气返排液处理中实现工业化应用。

正渗透（FO）MBC浓缩单元的主工艺包括：FO膜装置、产水汲取液回收装置、浓盐水汲取液回收装置、产水精处理系统（RO系统）等。此外还配置了凝结水、循环冷却水、阻垢剂加药、化学清洗等辅助装置。FO膜采用美国Oasys公司的8英寸膜。该单元将RO系统预浓缩后得到的含盐水盐分浓缩至200 g/L左右，随后进入结晶干燥单元，将结晶干燥单元的处理规模降至最小。

（4）蒸发结晶。由图1可知正渗透产水回到一级反渗透原水箱，其浓水进入蒸发结晶系统处理，最终形成结晶盐。结晶器满足80%～120%的设计负荷。

结晶干燥选择蒸汽热法，采用进口热力蒸汽压缩强制循环结晶器，在淡盐水蒸发过程使之结晶。选择真空蒸发结晶工艺，采用MESSO强制循环结晶器（德国GEA公司）来实现所需蒸发量并获得高品质冷凝液。装置产生的二次蒸汽通过1台热力蒸汽压缩机（TVC）来压缩，TVC的使用有效地降低了蒸汽耗量。

2.1.2设备材质的方案选择

在设备材质选择上，充分考虑来水的高TDS和高氯离子等因素。（1）泵等设备的转动部件选用钛材质，过滤器、离子交换器等静设备选用FRP或HDPE材质；水箱等静设备选用FRP或HPDE材质，精馏塔则选用FRP材质。（2）结晶干燥单元与进料液或晶浆接触的动设备主要选用 1.4529或Alloy926等材质，结晶器主体材质选用1.4529或Alloy926。晶浆循环管路选用1.4529或Alloy926，二次蒸汽管路选用2205等材质。

2.2零排放处理系统运行情况

长兴电厂每小时产生约22 m3综合废水，进水TDS为25 000～40 000 mg/L，温度为20～40℃。经沃特尔水技术股份有限公司的正渗透零排放系统处理后，得到1.5～2 m3/h浓盐水，再经结晶器处理后实现脱硫废水的零排放。

2.2.1预处理软化除硬系统产水量及产水水质

预处理单元的产水水质如表2所示。

表2　预处理系统出水水质

由表2可见，预处理系统出水水质较稳定且满足反渗透系统进水要求。系统产水量为36 m3/h。

2.2.2膜浓缩单元产水量及产水水质

（1）反渗透单元产水量、水质及系统回收率。反渗透单元产水量为20 m3/h，产水水质良好，回用于厂内锅炉补给水，其水质情况见表3。

二级RO产水的电导率大部分时间在50 μS/cm以下，见图2。一级RO回收率及浓水电导率分别为60%～80%（图3）及50 000～70 000 μS/cm（图4）。

表3　反渗透单元产水水质

图2　二级RO产水电导率

图3　一级RO回收率

图4　一级RO浓水电导率

（2）二级反渗透系统、正渗透系统浓水的水量、水质如表4所示。

由表4可见，二级反渗透浓水含盐＞60 000 mg/L，正渗透系统浓缩后废水含盐＞200 000 mg/L。

表4　二级反渗透及正渗透浓水水量、水质

2.2.3蒸发结晶系统运行状况

蒸发结晶系统主加热蒸汽压力约为0.45 MPa、温度约为157℃、流量为0.5 t/h，蒸发室相关操作参数如表5所示。

表5　蒸发系统操作参数

最后结晶析出的固体盐颗粒经离心机脱水干燥后，由震动输送机输送至结晶盐包装车间，经自动码垛打包后外运，实现脱硫废水的零排放。形成的结晶盐中NaCl和Na2SO4质量分数＞95%，打包的结晶盐含水率＜0.5%。

3　经济效益分析

3.1系统主要药剂费用

该工艺药剂使用情况及费用如表6所示。吨水药剂消耗费用为14.5元/m3。

表6　药剂费用统计

3.2系统耗电费用

系统实际吨水耗电量为10.4 kW·h，电价以0.5 元/（kW·h）计，电费为5.2元/m3。

3.3系统蒸汽费用

系统实际吨水耗蒸汽量为0.203 t，蒸汽费以118元/t计，则蒸汽费用为24元/m3。

3.4系统成本及经济效益分析

系统处理成本为药剂费、电费及蒸汽费，吨水处理成本为14.5+5.2+24=43.7元/m3。

传统的预处理+多级预热+多效蒸发+结晶工艺的实际吨水耗蒸汽量约为该工艺的2.3倍〔10〕，而该工艺实际吨水耗电量为10.4 kW·h，低于蒸发结晶法的能耗（20～40 kW·h）。

4　结语

华能长兴电厂1#、2#机组分别于2014年12月17、29日完成168 h满负荷试运后转入商业运行，2015年4月5日华能长兴电厂废水零排放系统调试完毕投产，顺利产出结晶盐，淡水分离后全部回用。

该系统对脱硫废水的零排放处理达到预期效果：（1）系统设备安全稳定。总处理水量22 t/h，MBC及预处理系统按照近零排放系统水质最小TDS进行建设，结晶器按照近零排放系统水质最大TDS进行建设，保证系统在最小TDS和最大TDS时均能满足80%～120%的设计负荷，最大处理量可达26.4 m3/h。（2）产品技术节能环保。废水处理后两大产品全部回用，一是形成的结晶盐，其中NaCl和Na2SO4＞95%，含水率＜0.5%，外运结晶盐产量418～711 kg/h；二是产出的纯净水全部回用于电厂锅炉补给水系统，每年节省淡水使用量约10万t。（3）响应落实国家政策。通过膜浓缩结晶技术在电厂废水处理中的运用，避免了电厂高浓度脱硫废水的外排，做到真正的脱硫废水“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

邵国华（1971—），工程师。E-mail：shao9919@163. com。

2016-07-21（修改稿）