脱硫废水零排放工艺

脱硫废水零排放工艺- 震动膜+烟道蒸发

何守昭1、王强2（正昌资源及科技有限公司，香港）

摘要：国家对燃煤发电站开始要求“零排放”，燃煤发电脱硫废水硬度高，震

动膜的宽进液通道和膜面大剪切力可防止表面结晶，省却加药除硬，大幅减少蒸发量

和蒸发器投资，使“零排放”达到经济可行。

关键词：震动膜；脱硫废水浓缩；除硬；蒸发；零排放

1燃煤发电脱硫废水处置要求

现时国家对已建和新建的燃煤发电站有要求废水“零排放”。脱硫废水是燃煤发电

站最恶劣的废水，废水从处理到循环回用，通常分为三段。首先沉淀、加药除硬。第

二段过滤分离悬浮物。第三阶段是蒸发固化，通常采用多效蒸发或MVR加结晶器。图1为脱硫废水“零排放”主要阶段示意。

图1：脱硫废水“零排放”主要阶段

烟气脱硫一般采用石灰石-石膏湿法，效率高、可靠性高，被燃煤电厂普遍采用。一般脱硫废水pH为微酸性、悬浮物约30 000mg.L-1、含微量重金属、固含量约30 000~40 000mg.L-1。蒸发结晶对进水硬度有严格要求，为保结晶顺利，硬度越低越好，通常要求低于200mg.L-1。因此会加入碳酸钠把硬度沉淀，以溶解度高的Na+离子交换溶解度低的Ca++离子，防止蒸发器结垢。

蒸发技术一般采用多效蒸发或机械式蒸汽再压缩技术（MVR），对硬度要求同样高。MVR是现时效率最高的蒸发技术，但在投资和营运的费用仍高。如何能在第三阶

段提高浓缩比减少蒸发量成为当务之急。

2蒸发的投资和运行成本

蒸发回收是整个零排放要求的最终环节。因氯离子含量高，一般钢材腐蚀严重，

需使用钛金属或其它特殊合金，制造成本高昂。近期业界多采用MVR，具规模的MVR建造成本约100万元/h∙t-1。除了建造成本，运行成本也是重要考虑因素。MVR使用蒸汽再压缩技术，提高蒸汽使用率，极具效益的MVR每吨进液蒸发成本约60至80元/t。

3 RO浓缩的困境

为降低蒸发量，有些厂家采用RO膜技术进行浓缩。脱硫废水硬度达到30 000mg.L-1，对膜进口和膜面产生严重堵塞。因此必需投药除硬，以脱硫废水的硬度，投药费用达到20~30元.吨-1，还有产生更大量含重金属污泥，增加外置费用。

为何卷式RO膜不能再提高浓缩比？在细心分析中主要有两个原因，第一是卷式RO膜的

进入通道窄，第二是膜面剪切力不足，而不是高渗透压。见膜进口结垢堵塞见图2。

图2：膜进口结垢堵塞

3.1通道结构

卷式RO膜组的进口空隙是膜层间隔离层的厚度，距离约只有0.5 mm。有些RO膜组采用较大厚度的隔离层，但在高硬度的应用上效果不是很明显。不同盐的溶解度各有不同，单价盐，如纳、钾、氯盐的溶解度很高，双价盐如钙、镁盐的溶解度却非常低。当钙、镁盐进入RO膜，加上胶状COD，很容易累积在进口，产生堵塞。解决方法较简单，把膜与膜之间的空隙扩大。市面上一般采用平板膜设计的都可解决通道结构问题。

3.2膜面结晶

膜面结晶是RO膜的重要议题。结晶理论通常把结晶状态分为粒状结晶和膜面结晶。当溶

液达到溶解度极限范围，份子相互碰撞产生晶体，晶体是不溶解的粒状固体，晶体随水流方向

压到膜面。粒状晶体堆在膜面比较松散，或随著水流冲到浓液出口，因此粒状结晶不会对膜通

量带来太大影响。粒状结晶见图3。

图3：粒状结晶

膜面结晶是盐水在通过膜面时进行脱盐，水被压过膜产生清液，膜面瞬时在高盐浓度下结晶（见图4）。因高盐份平均分布在膜面，晶体在膜面向外生长，成为一层很坚固的晶体，覆盖在膜面，而且与膜面结合。通常结晶先从低溶解性的盐份开始，如钙、镁离子。钙、镁盐溶解度非常低，虽然含量相对较低，但几乎无法在不破坏膜的前提下能清洗恢复通量。

图4表面结晶

4 震动膜工作原理

震动膜的原理就是针对这两个成因来设计。震动膜主要有两个主要部分，膜组和使膜组产生往复运动的震动机械。膜组里是圆形的平板膜，膜片可按需求使用不同精度的膜材。膜片与膜片间隙比较大，有3 mm，进口通道比较宽，不容易在进口位置产生结垢。进液通过压力从进口流到浓液口。在进料泵压力下，清液通过膜片，盐份被截留。膜组解剖示意见图5。

图5 膜组解剖图示意

整个膜组座在一组震动机械上。震动机械是采用马达和偏心轴承，产生约每秒50 Hz的频率传到整个膜组。在膜面来回往复震动，在膜面产生强大剪切力，盐分难以停留在膜面，防止

膜面产生表面结晶。在高盐浓度下，结晶和未结晶的盐分被推到浓液口外排。震动机械示意见图6。

图6 震动机械

有了这两项设计，脱硫废水可以在不除硬进行浓缩。按现时的经验，震动膜浓液TDS可达60,000 µg/g，甚至出现物理性结晶（见图7）。浓缩比可以达到60%至65%，即可减少蒸发量达60% 至65%。产水约TDS 1 000~2000 mg.L-1。

图7 浓缩液出现物理性结晶

4.1产水效果与浓缩比

产水效果与选膜有相关，选NF膜可把90%双价盐去除，单价盐去除率较低，只有10%。选RO膜可把99% 双价盐去除，95%单价盐去除。在脱盐率上，震动膜与一般的卷式无大区别，只是在高浓缩比上，震动膜比较有优势。

4.2固废量

化工项目的固废弃置受严密监控，处置费用高昂。因此污水处理混凝沉淀工艺需要大量采用化学品作为前处理除硬，一定要考虑固废弃置成本。震动膜采用高频震动提高膜面剪切力，对除硬没有太大要求，而且可采用NF膜把单价和双价盐分开蒸发，使单价盐再有效利用。

4.3能耗

能耗是整个提浓工序最关键的经济指标。膜的浓缩成本比蒸发成本经济效益显著，震动膜是膜分离技术，不产生相变，平均能耗约为每方进水7 kW∙h/m3。

4.4快速模拟

正昌资源及科技有限公司为浓盐水分离做了大量实验，收集数据，制成模拟软件（见图8）。通过实际操作，证实该软件模拟结果非常接近实际情况。如能提供水质报告，便可在短时间内模拟出浓缩情况，让设计人员、业主调整策略，大量缩短设计周期。

图8 震动膜模拟软件

5检测数据

某燃煤发电厂对未有除硬的脱硫废水进行二级震动膜纳滤浓缩，纳滤清液再进行震动膜反

渗透膜脱盐（见图9）。

图9 震动膜流程

5.1 第一批中试在2015年8月进行，数据如下：