王曉玲,閆玉蓮,于忠偉,邵天寶

(1.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所,天津 300192;2.大唐黃島發(fā)電有限責(zé)任公司,山東 青島 266599)

1 前言

在火力發(fā)電廠(chǎng)中,濕式電除塵器被廣泛應(yīng)用于濕法脫硫后的煙氣凈化,主要用來(lái)除去含濕氣體中的塵、酸霧、水滴、氣溶膠、臭味、PM2.5等有害物質(zhì)。濕式電除塵器的清灰過(guò)程依靠水噴淋將陽(yáng)極板上附著的灰塵沖刷下來(lái),沖洗水一般循環(huán)使用,以節(jié)約水資源。其沖洗廢水主要含有SS、氯根、硫酸根等污染物。如果不外排換水,污染物和濁度持續(xù)增高,pH值越來(lái)越低,極板越來(lái)越容易垢沉積,煙氣中帶水含塵量也會(huì)增大,導(dǎo)致煙氣排放不合格。沖洗廢水外排和持續(xù)的補(bǔ)水也增加了運(yùn)行成本,廢水需處理后才能外排。濕式電除塵器沖洗排放廢水存在二次污染、耗水量巨大、內(nèi)部件腐蝕嚴(yán)重等問(wèn)題,嚴(yán)重影響了濕式電除塵器在國(guó)內(nèi)燃煤電廠(chǎng)上的大型化應(yīng)用[1]。

2 水質(zhì)特征

濕式電除塵器吸收了煙氣中的酸性氣體CO2和SO2,經(jīng)沖洗水溶解呈酸性,沖洗水循環(huán)使用后,pH值最終可達(dá)到2～3。煙氣中的粉塵固體被水流沖刷下來(lái),使得這種沖洗廢水固體懸浮物含量增加,濁度增加,且含有Al3+和Fe3+的膠體,提高pH值以及投加陰離子混凝劑后,膠體易脫穩(wěn)沉積[2]。電廠(chǎng)電除塵廢水中主要的雜質(zhì)和危害如下。

2.1 懸浮物

煙氣中大量的固體顆粒,導(dǎo)致了廢水中懸浮物的大量存在,懸浮物和膠體是造成電除塵器及其循環(huán)沖洗水系統(tǒng)預(yù)計(jì)堵塞、污垢附著、生物繁殖和腐蝕的重要因素。

2.2 總?cè)芙夤腆w

總?cè)芙夤腆w(TDS)是循環(huán)沖洗水不斷循環(huán)使用過(guò)程中,溶解了煙氣中的無(wú)機(jī)鹽、可溶性有機(jī)物的原因。隨著TDS的增加,污垢附著速度也會(huì)遞增,電導(dǎo)率增加。

2.3 硬度

電除塵器表面鈣鎂離子的沉積結(jié)垢,不僅影響電除塵器的效率,而且堵塞管道。

2.4 膠體

膠體主要由Al3+和Fe3+組成,膠體物質(zhì)在受熱或pH值≥3.7時(shí),會(huì)在電除塵器表面形成污垢層,造成局部腐蝕,且形成的Fe2O3和Fe(OH)3污垢粘性強(qiáng)、密度大,很難清理,還能起到晶種作用,加快碳酸鈣結(jié)晶速度。

3 傳統(tǒng)工藝

目前電廠(chǎng)常用中和沉淀工藝,即經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的沉淀,或者沉淀池前進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)、絮凝和軟化投藥,一部分清水流入清水池繼續(xù)循環(huán)使用,另一部分排入灰渣池,清水池必須定期補(bǔ)充新的清水,這種工藝僅能做到部分回用,沉淀池也必須定期清理。某廠(chǎng)[3]采用了一級(jí)沉灰池+二級(jí)沉渣池+微濾池工藝處理,僅沉灰池的水力停留時(shí)間就為2 h,占地面積較大,且僅對(duì)懸浮物有比較好的處理效果,pH值、硬度的效果不理想。

有的電廠(chǎng)利用三聯(lián)箱法處理工藝,即中和池、沉淀池、絮凝過(guò)濾池,盡管整體較為成熟,但由于配置的設(shè)備較多,前期投入大、運(yùn)行期的成本支出較多且定期便需進(jìn)行大規(guī)模維護(hù),故在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的綜合效率并不高。此外,由于需要添加石灰乳、助凝劑、絮凝劑等多種藥物,導(dǎo)致加藥管道經(jīng)常出現(xiàn)堵塞情況,進(jìn)一步增加了處理難度。

4 新型工藝

4.1 工藝流程

采用結(jié)晶造粒流化床和扭轉(zhuǎn)式纖維過(guò)濾器,替代傳統(tǒng)的加藥軟化、絮凝和沉淀工藝,并將其與反滲透法聯(lián)合處理電廠(chǎng)濕式電除塵沖洗廢水,提供了一種新型解決方案。其工藝流程見(jiàn)圖1。

電除塵沖洗廢水經(jīng)調(diào)節(jié)pH值、投加PAC及PAM后進(jìn)入循環(huán)造粒流化床系統(tǒng)。經(jīng)循環(huán)造粒流化床的澄清處理,出水帶壓進(jìn)入纖維過(guò)濾器,部分清水進(jìn)一步進(jìn)行反滲透脫鹽處理,反滲透產(chǎn)水TDS顯著降低,與纖維過(guò)濾器產(chǎn)出的大部分清水混合后循環(huán)回用。排泥水、過(guò)濾器沖洗排水和反滲透濃水的量較少,排放至廠(chǎng)區(qū)濃縮池統(tǒng)一處理。

4.2 工藝原理

(1)結(jié)晶造粒流化床。結(jié)晶造粒流化床[4]是一種新型的固液分離技術(shù),通過(guò)向水中投加堿性藥劑(NaOH、Na2CO3),在內(nèi)筒底部進(jìn)水區(qū)倒錐形漸擴(kuò)形的水力條件和攪拌器的攪拌作用下達(dá)到充分混合,使原水中的硬度離子形成晶種。在頂部造粒區(qū),這些晶體互相附著,絮體粒徑隨水流生長(zhǎng),逐一附著,生成密度高、粒度大的球形顆粒狀絮凝體。較大顆粒在重力作用下與水流自然分離,進(jìn)入集泥區(qū);細(xì)小顆粒隨高速水流產(chǎn)生強(qiáng)垂向渦流,強(qiáng)化固液分離。

(2)扭轉(zhuǎn)式纖維過(guò)濾器。過(guò)濾器[5]由微細(xì)且多束的柔軟纖維絲,施以回轉(zhuǎn)機(jī)具壓榨,使其孔隙變小,水中的懸浮物均被擋住留在過(guò)濾纖維絲外,經(jīng)過(guò)濾后得到清潔的產(chǎn)水。當(dāng)過(guò)濾器內(nèi)被截留的懸浮污物增多,處理水量下降,壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí),自動(dòng)進(jìn)入反沖洗過(guò)程,讓過(guò)濾器的壓榨機(jī)具放松,使過(guò)濾纖維的孔隙在舒張的狀態(tài)下,進(jìn)行反沖洗,將污物通過(guò)排放管排除,然后又自動(dòng)進(jìn)入過(guò)濾程序,從而實(shí)現(xiàn)自清洗。

(3)反滲透脫鹽。

在滲透壓力驅(qū)動(dòng)下,水通過(guò)半透膜進(jìn)入膜的低壓側(cè),其它鹽分被阻擋在膜的高壓側(cè),并隨濃縮水排出,從而達(dá)到純化水質(zhì)和濃縮廢水的目的。

4.3 工藝特點(diǎn)

電除塵沖洗廢水循環(huán)再利用需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題有三點(diǎn),一是水中懸浮物含量的控制;二是水對(duì)設(shè)備管道的腐蝕和結(jié)垢;三是提高用水效率。與傳統(tǒng)工藝對(duì)比,新工藝具有以下特點(diǎn)。

(1)工藝先進(jìn),循環(huán)再利用效率高。該工藝是一種先進(jìn)的固液分離技術(shù),并結(jié)合了反滲透脫鹽處理,有效控制了水的含鹽量,降低腐蝕結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。流化床自用水率約2%～3%,在流化床出水水質(zhì)保證的前提下,纖維過(guò)濾器預(yù)計(jì)最高自用水率能達(dá)到0.5%,反滲透的回收率如果按照80%計(jì)算,新工藝總回用水率可達(dá)到77%以上。濃鹽水和其他排水還可進(jìn)入電廠(chǎng)已有處理系統(tǒng)進(jìn)行濃縮處理,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

(2)水質(zhì)使用范圍廣,過(guò)濾性能高。電廠(chǎng)電除塵沖洗廢水隨著運(yùn)行周期的增長(zhǎng),水中懸浮物和其他離子含量均逐漸升高,新工藝適應(yīng)這種不穩(wěn)定的水質(zhì),對(duì)于低濁和高濁水的處理效果均能達(dá)到5 NTU,出水波動(dòng)小,并且產(chǎn)生的絮體密度高、粒度大,有利于沉降,結(jié)晶造粒流化床懸浮物去除率95%以上,總硬度去除率62%左右,而藥劑法的總硬度去除率在54%左右[6],產(chǎn)生的污泥含水率可達(dá)到95%,節(jié)省了水資源。后續(xù)扭轉(zhuǎn)式纖維過(guò)濾器強(qiáng)化了流化床的出水,過(guò)濾效果較好,過(guò)濾精度達(dá)到2 μm～5 μm,高于傳統(tǒng)的砂濾和濾池的過(guò)濾性能,能夠保證反滲透進(jìn)水小于2 NTU。而反滲透脫鹽又進(jìn)一步保證了循環(huán)回用水的TDS含量,可有效降低設(shè)備管道的腐蝕和結(jié)垢。

(3)占地面積小,水力負(fù)荷高。電除塵廢水處理一般是電廠(chǎng)的改造工程,可利用空間有限。根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB 50014-2021》,沉淀池水力負(fù)荷一般1.5 m3/m2·h～4.5 m3/m2·h,經(jīng)驗(yàn)一般取3 m3/m2·h。流化床水力負(fù)荷可達(dá)到12 m3/m2·h～15 m3/m2·h,扭轉(zhuǎn)式纖維過(guò)濾器約60 m3/m2·h～100 m3/m2·h,占地面積可降低約75%,有效節(jié)約了電廠(chǎng)土地資源,有利于電廠(chǎng)改造工程的實(shí)施。

(4)無(wú)需專(zhuān)人管理、運(yùn)維,運(yùn)行費(fèi)用低。將傳統(tǒng)的多個(gè)處理單元集成為一體,實(shí)現(xiàn)了處理過(guò)程的小型化、一體化,施工周期明顯縮短。相比傳統(tǒng)處理方法,可自動(dòng)設(shè)定排污、反洗和產(chǎn)水調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化、無(wú)人值守,也無(wú)需專(zhuān)人進(jìn)行清淤,大大減少了運(yùn)行費(fèi)用。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)晶造粒流化床+扭轉(zhuǎn)式纖維過(guò)濾器+反滲透聯(lián)合工藝適合電廠(chǎng)濕式電除塵沖洗廢水的處理,對(duì)懸浮物、硬度的去除率高,水力負(fù)荷均高于傳統(tǒng)方法,占地面積小,自動(dòng)化程度高,有效節(jié)能減排,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,節(jié)省了水資源。