脫硫廢水為濕法煙氣脫硫過程中產(chǎn)生的廢水,其高濁度、高硬度、高含鹽量、污染物品種多、水質(zhì)動搖大、腐蝕性強(qiáng)等特性,成為燃煤電廠中成分最為復(fù)雜、處置難度最大的工業(yè)廢水。
機(jī)械式蒸汽再壓縮技術(shù)(簡稱MVR)固然可將脫硫廢水做到零排放,但該辦法存在易結(jié)垢、易腐蝕、運轉(zhuǎn)本錢和投資本錢高等顯著問題。膜蒸餾(簡稱MD)是一新型工業(yè)廢水處理技術(shù),可應(yīng)用太陽能、工業(yè)廢熱等低品位熱源,處置高濃度原料液,以取得高質(zhì)量的產(chǎn)水。本文就膜蒸餾的原理、組件方式、蒸餾膜材質(zhì)、熱源選擇等方面研討該技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水處置中的應(yīng)用前景。
1、脫硫廢水的來源與特性
在濕法煙氣脫硫工藝中,由于煙氣中的F-和Cl-的溶解,會使?jié){液中2種離子濃度逐步升高,一方面,F(xiàn)-與漿液中的鋁結(jié)合,對石灰石溶解產(chǎn)生屏蔽作用,從而影響脫硫效率;另一方面,漿液中Cl-濃度升高也會影響脫硫效率和石膏質(zhì)量,同時還會惹起管道腐蝕。為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、保證石膏產(chǎn)質(zhì)量量和保證脫硫效率,需求控制漿液中Cl-濃度,通常請求低于20g/L,因而需排出局部漿液,以保證Cl-濃度達(dá)標(biāo)。排出的漿液便是脫硫廢水。
脫硫廢水的典型特征包括:
①水質(zhì)動搖范圍十分大;
②污染物品種多;
③硬度高,Ca2+濃度為476.2mg/L~5206mg/L,Mg2+濃度為204.7mg/L~9037.7mg/L;
④含鹽量很高,特別是Cl-濃度為1127mg/L~14524mg/L,SO42-濃度為1142mg/L~25380mg/L;
⑤腐蝕性強(qiáng);
⑥懸浮物含量高;
⑦重金屬超標(biāo)。
2、膜蒸餾技術(shù)的原理與優(yōu)勢
膜蒸餾是膜技術(shù)與蒸餾過程相分離的別離過程。膜的一側(cè)與熱的待處置溶液直接接觸(稱為熱側(cè)),另一側(cè)直接或間接地與冷的水溶液接觸(稱為冷側(cè)),熱側(cè)溶液中易揮發(fā)的組分在膜面處汽化經(jīng)過膜進(jìn)入冷側(cè)并被冷凝成液相,其他組分則被疏水膜阻撓在熱側(cè),從而完成混合物別離或提純的目的。
膜蒸餾的技術(shù)優(yōu)勢包括:
①可低溫操作,不需求將原料液加熱至沸點;
②常壓操作;
③理論脫鹽率達(dá)100%;
④產(chǎn)水水質(zhì)好;
⑤可處置高濃度原料液,別離性能不受浸透壓限制。
3、膜蒸餾技術(shù)分類
依據(jù)膜冷側(cè)水蒸氣冷凝方式的不同,膜蒸餾過程可分為4種不同方式(見圖1):直接接觸式膜蒸餾(簡稱DC-MD)、氣隙式膜蒸餾(簡稱AMGD)、氣掃式膜蒸餾(簡稱SGMD)和真空膜蒸餾(簡稱VMD)。
DCMD:該組件內(nèi),膜兩側(cè)的液體直接與膜面接觸,其一面是經(jīng)過加熱的原溶液為熱側(cè),另一面是冷卻水為冷側(cè),膜孔內(nèi)為汽相(蒸氣和空氣),在熱側(cè)膜面上生成的水蒸氣透過膜至冷側(cè)凝結(jié)成水,并和冷卻水合而為一。AMGD:該組件內(nèi),膜的冷側(cè)裝有冷卻板,在其間就是氣隙室,當(dāng)熱側(cè)水蒸氣透過膜在的氣隙室擴(kuò)散遇冷凝壁結(jié)成液態(tài)導(dǎo)出,而冷卻水在組件內(nèi)部降溫,凝結(jié)水和冷卻水各有通道,互不混合。SGMD:該組件內(nèi),膜的冷側(cè)通常以惰性氣體(如氮氣等)作載體,將透過膜的水蒸氣帶至組件外冷凝。VMD:該組件內(nèi),膜的一側(cè)與進(jìn)料液體直接接觸,透過側(cè)用真空泵抽真空,另一側(cè)的壓力堅持在低于進(jìn)料均衡的蒸氣壓之下,揮發(fā)組份從冷側(cè)引出后冷凝。
各種膜蒸餾組件的優(yōu)缺陷為(見表1):在四種膜蒸餾方式中,真空膜蒸餾的通量相對較大,傳質(zhì)效率高,熱應(yīng)用效率高,而且操作過程中膜不易損壞,下游側(cè)的阻力也較其他3種要小,配合平板式蒸餾膜組件,便于與其他凈化處置過程耦合與集成,因而,真空膜蒸餾愈加合適用于處置脫硫廢水。
4、膜蒸餾過程用膜
膜的疏水性和微孔性是膜蒸餾用膜的選擇關(guān)鍵。而足夠的機(jī)械強(qiáng)度、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性以及較低的導(dǎo)熱系數(shù)也是膜蒸餾用膜資料所必需的。通常以為孔隙率為60%~80%,均勻孔徑為0.1μm~0.5μm的膜最適于膜蒸餾。
目前,膜蒸餾過程膜資料的研討開發(fā)主要集中于3種膜資料,即聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)。聚四氟乙烯膜是以聚四氟乙烯為原料,采用特殊工藝,經(jīng)壓延、擠出和雙向拉伸等辦法制成的微孔膜。聚偏氟乙烯膜是PVDF溶液在支撐層經(jīng)過先進(jìn)生產(chǎn)工藝制造而成的微孔濾膜。雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)普通為多層共濟(jì)薄膜,是由聚丙烯顆粒經(jīng)共擠構(gòu)成片材后,再經(jīng)縱橫兩個方向的拉伸而制得。
各種蒸餾膜材質(zhì)的優(yōu)缺陷為(見表2):針對電廠脫硫廢水含鹽量高、懸浮物含量高、硬度高造成易結(jié)垢、腐蝕性強(qiáng)等特性,綜合思索資料性能與經(jīng)濟(jì)性,PTFE材質(zhì)的蒸餾膜愈加合適用于處置脫硫廢水。
5、膜蒸餾過程熱源選擇
限制膜蒸餾商業(yè)化應(yīng)用的主要緣由是該技術(shù)能耗及產(chǎn)水本錢過高。在膜蒸餾過程中,90%的能耗來自于對原水的加熱,這造成膜蒸餾所需的熱量到達(dá)628kW/m3,產(chǎn)水價錢高于2.2美圓/t。另外,由于碳排放稅和能源價錢的逐年上升,以熄滅化石燃料(煤、石油等)提供的電能/熱量驅(qū)動膜蒸餾過程顯得沒有適用意義,其產(chǎn)水本錢也會進(jìn)一步提升。但是,隨著太陽能技術(shù)的開展和低品位熱源(煙氣廢熱、低品位蒸汽及循環(huán)冷卻水潛熱等)的回收應(yīng)用,使得膜蒸餾技術(shù)處置脫硫廢水的商業(yè)化前景再一次變得光明起來。依據(jù)KESIEME提供的計算公式,合理應(yīng)用低品位熱源(<50℃),能夠使膜蒸餾的產(chǎn)水價錢降落至0.57美圓/t,低于目前反浸透技術(shù)的產(chǎn)水價錢。
因而,充沛應(yīng)用電廠的低溫廢熱(50℃~70℃的低品位蒸汽均可作為理想的熱源),可大大降低膜蒸餾系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)本錢。
6、完畢語
隨著環(huán)保政策日益嚴(yán)厲,燃煤電廠脫硫廢水零排放處置已是大勢所趨。真空膜蒸餾技術(shù)+PTFE蒸餾膜+廢熱回收技術(shù)所具有的脫鹽率高、產(chǎn)水水質(zhì)好,水回收率高、抗污染、低運轉(zhuǎn)本錢等優(yōu)勢,已成為一項極具開展?jié)摿Φ拿摿驈U水零排放技術(shù)。但是,目前,針對膜蒸餾技術(shù)的機(jī)理性研討、過程強(qiáng)化、組件開發(fā)及新型膜資料研發(fā)等工作展開嚴(yán)重缺乏,在一定水平上限制了該技術(shù)在脫硫廢水零排放處置中的推行應(yīng)用。為加強(qiáng)膜蒸餾技術(shù)的適用性,今后,可在以下幾個方面展開研討工作。
①增強(qiáng)膜蒸餾技術(shù)的機(jī)理性研討,特別針對嚴(yán)重影響傳質(zhì)過程的兩個重要要素—溫度極化和濃度極化。
②開發(fā)新組件方式,提升傳質(zhì)效率。
③研發(fā)或改性膜資料,加強(qiáng)抗污染性,提升膜通量。
④研發(fā)低本錢膜資料制造工藝,降低投資本錢,提升市場競爭力。
⑤增強(qiáng)運轉(zhuǎn)過程研討,累計運轉(zhuǎn)經(jīng)歷,優(yōu)化工藝參數(shù)。
⑥研發(fā)高效低溫?zé)嵩椿厥占夹g(shù),如煙氣廢熱、低品位蒸汽及循環(huán)冷卻水潛熱等。
⑦將膜蒸餾技術(shù)與其他水處置技術(shù)實施耦合,降低能耗,拓展市場范圍。