TMF+DTRO工艺深度处理脱硫废水中试实验研究

王可辉，蒋 芬，徐志清，王 飞，祖坤勇，赵 军，徐 峰

(中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏 南京 210019)

TMF+DTRO工艺深度处理脱硫废水中试实验研究

王可辉，蒋 芬，徐志清，王 飞，祖坤勇，赵 军，徐 峰

(中国国电北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏 南京 210019)

燃煤电厂湿法脱硫废水属于电厂末端最难处理废水，废水水质受煤质和脱硫工艺补充水的影响波动较大，具体表现为废水成分复杂、高含盐量、高腐蚀性、回用困难等特点，成为制约电厂脱硫废水零排放的关键因素。通过TMF+DTRO工艺中试实验研究，即管式微滤膜(TMF)+高压碟片式反渗透(DTRO)预处理和膜浓缩实验，结果表明该工艺可满足现行的脱硫废水零排放要求，可作为脱硫废水处理的工艺方案。

脱硫废水；DTRO；零排放

0 引言

燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水中主要含有悬浮物、硫酸盐、过饱和的亚硫酸盐、以及重金属等杂质[1]，很多是国家标准(GB8978-1996)严格要求控制的第一类污染物[2]，目前电厂普遍采用中和、沉淀、絮凝澄清即三联箱处理法[3-5]很难正常稳定运行，更不用说脱硫废水达标排放。针对脱硫废水处理提出新型的处理方法显得尤为重要，最新颁布的“水十条”，把水环境保护上升到国家战略层面。作为火电厂末端处理难度最大的废水，能否有效深度处理实现火电厂真正意义上“零排放”已经刻不容缓。

为解决常规脱硫废水中存在的技术瓶颈，南京朗新明与国电武汉某电厂合作，对所研发的TMF(管式微滤)+DTRO(碟片式反渗透)膜浓缩高含盐废水处理技术开展工业性中试，以验证该技术在电厂脱硫废水零排放处理方面的可行性和适应性[6]。

1 脱硫废水零排放处理的主要难点

废水污染组分受煤种、脱硫岛工艺补充水水质、排放周期等因素的影响，不同地区的电厂差别很大，同一电厂因排放时段不固定，差别也很大；脱硫废水为间断排放，造成水量波动较大；废水中硬度极高，易造成蒸发系统结垢；废水中氯离子含量非常高，易造成系统腐蚀。

需要深度处理系统的进水虽然经过原有脱硫废水处理系统的处理，悬浮物和钙硬有所降低，但废水中的钙硬及镁硬仍然很高，此外，废水中的氯离子、硫酸根离子、溶解性固体也较高，这些高浓度离子的存在，易造成深度处理系统工艺单元的结垢、腐蚀，影响系统的稳定运行，表1为国电某电厂脱硫废水经过普通三联箱出水水质,出水pH值为6～9。

2 工艺原理及说明

本试验取水为传统三联箱(中和+沉淀+絮凝)预处理后的清水箱出水，脱硫废水经三联箱预处理后基本去除了重金属和悬浮物等杂质，残余部分钙镁离子及悬浮物需要再进一步浓缩前去除。本试验系统由化学加药系统和两级反应池组成，试验流程如图1。

表1 国电某电厂三联箱脱硫废水出水水质 mg/L

在澄清箱及两个反槽内，根据工艺需要添加石灰、氢氧化钠、碳酸钠等药剂，并对反应槽中的pH值进行控制，通过充分的机械搅拌使得药剂和进水完全混合发生反应，经过两级反应后的含沉淀物的水溢流进入到管式微滤的浓缩池。同时两级反应池均配套有机械搅拌装置，避免沉淀物沉入池底。管式微滤(TMF)膜产水送入后端DTRO膜浓缩装置，管式微滤膜集成在集装箱中，试验浓缩装置膜使用的是高压碟片式膜(DTRO)，DTRO膜对管式微滤膜产水进行高倍浓缩，DTRO高压反渗透是专门用来处理高浓度高含盐量污水的膜组件，在处理高难度废水尤其垃圾渗滤液中已经有几十年的实际工程案例。DTRO膜具有抗污染、压力高、回收率高、运行可靠稳定等特点[7]。

图1 试验系统流程

3 试验材料及方法

3.1 试验材料及分析仪器

试验机上装有1芯装的管式超滤膜10支，每只膜面积0.14m2，单只膜通量120～500L/(m2·h)，配套有中间水箱、反应水箱和搅拌水箱。高压反渗透(DTRO)装置上装有2只DTRO膜，测试膜压力等级12MPa，装填在9MPa的测试膜柱中，膜面积9.405m2，膜通量5～30L/(m2·h)，2只膜串联运行，配套设备有过滤器、高压泵、增压泵、高压膜壳。试验分析仪器：DR5000 紫外分光光度计、T-70自动滴定仪、PE optima8000等离子体发射光谱仪、AC120S电子天平、LC-223 电热恒温烘箱。

水质检测项目：总硬度、电导率、TDS、Cl-、F-、SO42-、pH等，检测依据标准参照《工业循环冷却水及锅炉用水中pH的测定》( GB /T6904-2008)、《工业循环冷却水、总碱及酚酞碱度的测定》( GB /T15451-2006)、水和废水监测分析方法[8]。

3.2 试验过程

经常规预处理后的脱硫废水进入废水收集箱进行收集和均质处理，废水收集箱安装空气搅拌器，池内废水经充分搅拌均质后，经提升泵提升至澄清箱内添加石灰进行初步软化处理；沉淀池出水自流进入反应槽1，继续补充添氢氧化钠，对pH进行精调，pH值控制在11.5左右，使氢氧化镁沉淀更加完全。反应槽1出水进入反应槽2，加入碳酸钠溶液，与沉淀池出水中残余的钙离子反形成碳酸钙沉淀，混合液进入浓缩槽，由循环泵输送至管式膜进行固液分离，此时大流量的水在浓缩槽和管式微滤膜之间循环，部分膜透过水则经投加盐酸进行pH调整后送至膜浓缩原水箱短期贮存，两级反应槽均设置机械搅拌和pH监控。澄清池产生的污泥经脱水后作为一般固废处理。管式超滤所产生的污泥可回收作为脱硫系统的脱硫剂，也可与前段污泥一起经脱水处理后作为一般固废处置。

4 结果分析

4.1 9MPa级DTRO膜试验结果分析

DTRO高压反渗透系统从2015年10月26日开始进水。测试采用两支标准12MPa高压反渗透膜柱，运行压力设定在9MPa级别，膜柱为串联运行方式。经过预处理加药去除一定量的Ca、Mg后，经过TMF系统去除细小颗粒物后，投加盐酸将来水pH降至6.5以下后进入DTRO系统。DTRO系统回收率设定为50%，进水流量为900L/h，产水流量为450L/h。单支膜产水量225L/h。系统连续运行累积时间超过200h，系统运行情况如图2所示。

图2 DTRO膜系统实际运行情况

DTRO膜系统的高压泵出水压力随着进水电导率的变化基本保持一致的趋势，系统运行稳定。系统压力没有明显上升。最重要的反映膜运行污染的参数是TMP(膜柱的过膜压差)，在连续的几周运行期间，膜柱压差波动范围很小。在整个系统连续运行期间，未经过任何化学清洗，系统的运行压力和膜柱过膜压差都比较稳定，没见明显异常。

4.2 产水水质分析

试验现场每隔30min时候同时对产水电导率、温度、pH、OPR(氧化还原电位)进行测量，所测结果如图3所示，试验结果表明，当进水pH比较稳定时，产水电导率最高830μS/cm左右，正常情况下稳定在800μS/cm以内，产水水质受到水温的影响，理论上，水温越高，产水电导率越高，此次由于pH的波动影响较大，因此温度对产水水质的影响不明显。

图3 DTRO膜系统产水水质

测量上述数据的同时对DTRO的浓水和产水同时进行检测，结果说明在进水TDS提高的同时浓水TDS相对应的提高，在9MPa膜柱压力等级下，浓水TDS最高可达到11万mg/L左右，运行稳定。

5 结语

利用TMF+DTRO对脱硫废水进行软化预处理和膜浓缩是切实可行的工艺。预处理段的管式超滤膜(TMF)膜的特殊结构是膜被浇铸在多孔材料管的内部。含被过滤物质(固体)的水流透过膜后，再透过多孔支撑材料，进入产水侧(水被净化)。被膜截留的固体颗粒在水流的推动下，不会停留在膜的表面，而是在膜表面起到一定的冲刷作用，避免污染物在膜表面停留。错流式管式超滤作为过滤是为了达到非常好的出水水质，代替传统的沉降或澄清工艺。利用微孔膜把废水中的沉淀物分离出来。不需要沉淀物粒径足够大和比重足够大，所以当把物质从溶解状态转化为不溶状态后，它是一种更有效的分离方法。DTRO膜对软化预处理后的脱硫废水浓缩试验表明，9MPa压力等级下可将脱硫废水的含盐量浓缩至11%以上，高压反渗透的产水电导率在800μS/cm左右，系统运行期间膜柱压差没有明显变化，系统膜污染较小，高压膜浓缩的浓水可以进入后端更高压力等级的膜进行浓缩或者直接进入后续的蒸发结晶系统进行零排放处理。

[1]杨明杰.脱硫废水设计方案及经济性分析[C].山东电机工程学会2011年学术年会论文集.2011.

[2]杨明杰.脱硫废水设计方案及经济性分析[J].给水排水,2012,38(1): 54-55.

[3]王冬梅,夏春雷,崔伟强,等.脱硫废水处理系统设计问题和运行难点对策分析[J].水处理技术,2015,41(12):126-128.

[4]张世山,徐志清,顾小红,等.两级过渡膜生物反应技术在中水深度处理中的应用[J].电力环境保护,2009,25(5):43-45.

[5]王治安,林 卫,李 冰.脱硫废水零排放处理工艺[J].电力科技与环保,2012,28(6):37-38.

[6]王可辉,蒋 芬,徐志清,等.利用火电厂废热对脱硫废水蒸发工业性中试零排放试验研究[J].电力科技与环保,2016,(2):15-17.

[7]程峻峰,郑启萍,徐得潜,等.二级DTRO工艺在垃圾渗滤液处理中的应用[J].工业用水与废水，201,45(4):63-65.

[8]国家环保总局.水和废水监测分析方法(第4版)[M].北京:国环科学出版社,2002.

Experimental study on TMF + DTRO advanced treatment of desulphurization wastewater from coal-fired power plant

The wet desulfurization wastewater is the most difficult to deal with drainage in coal-fired power plants. The desulfurization wastewater quality has a big fluctuation and is affected by type of coal and quality of desulfurization process supplement water. The specific performance of wastewater includes complex, high salinity, high corrosion resistance, recycling difficult. The features which has become a key factor restricting the power plant desulfurization wastewater zero emission. Through the TMF + DTRO technology pilot experimental study, namely tube decay membrane filter (TMF) + disc type high pressure reverse osmosis (DTRO) pretreatment and membrane enrichment experimental, the results show that the technique can completely meet the existing desulfurization wastewater zero emission requirements. It provides a desulfurization wastewater treatment process for similar project in cood-fired power plant.

desulfurization wastewater;DTRO;zero emissions

X703.1

B

1674-8069(2017)03-015-03

2016-12-03；

2017-02-19

王可辉 (19875-)，男，江苏盐城人，硕士研究生，研究方向为火电厂新型水处理技术研发。E-mail:15996315590@163.com