ROWER技术在火电厂脱硫废水脱盐回用处理中的应用

【中国环保在线 应用方案】目前，大多数火电厂末端废水中，脱硫废水具有含盐量高、腐蚀性强、重金属超标、悬浮物浓度高等特点，因此脱硫废水的处理回收利用成为火电厂实现废水零排放的关键。
我国是个水资源相对匮乏的国家，人均水资源量约为世界平均水平的28%，是全球13个人均水资源贫乏的国家之一。随着我国经济的迅速发展，社会用水量持续增长，水资源的有效利用直接影响到社会经济的可持续发展.火电厂是我国工业用水大户，随着水资源的日益紧张和国家对环保的重视，火电厂的节水减污和废水零排放势在必行。
目前，大多数火电厂末端废水主要有脱硫废水、循环水排污水及少量再生废水.脱硫废水具有含盐量高、腐蚀性强、重金属超标、悬浮物浓度高等特点，是火电厂中水质恶劣的废水，因此脱硫废水的处理回收利用是火电厂实现废水零排放的关键，也是火电厂规划设计、环保升级改造工作面临的新挑战。
一、火力发电行业基本概况
在我国电力行业发展过程中，由于各种能源发电技术的起点不同，各子行业处于不同的发展阶段。火力发电技术起步较早，发展技术较为成熟，在丰富的煤炭资源支持下，火电行业已经步入成熟期。由于我国以煤为主的能源结构决定了我国火力发电行业在电力行业中占据主导地位，目前我国约有70%的发电量来自于火力发电。
截至2015年底，我国的总发电量已经达到57399亿kW•h，其中燃煤电厂的发电量为38977亿kW•h，占总发电量的68%。截至2016年3月，京津冀地区投产或在建单机100MW及以上等级机组的火电厂中，北京共13家，投产及在建机组总功率约9040MW；北京共21家，投产及在建机组总功率约15582MW；河北省共74家，投产及在建机组总功率约43659MW。
虽然燃煤电厂具有布局灵活，一次性建造投资少，发电设备年利用小时数高等特点，但是受燃煤品质和发电工艺条件的限制，产生的燃烧副产物多，不加控制排放对环境污染巨大。因而，自2012年1月起，在全国范围内实施《火电厂大气污染物排放标准》，要求火电厂的燃煤机组排放废气须经脱硫设备处理后，再排放入大气中。
二、火电厂脱硫废水产生及处理工艺
自该标准实施以来，电厂的烟气净化技术得到广泛实施。目前，我国绝大多数电厂采用了石灰石-石膏湿法脱硫技术脱除烟气中的二氧化硫。在湿法烟气脱硫工艺中，为了维持系统稳定运行和保证石膏产品质量，需要控制浆液中氯离子浓度不能过高，因此需要产生一部分浆液，从而产生脱硫废水。脱硫废水是近十多年来湿法脱硫带来的新问题。脱硫废水成因复杂、污染物种类也比较多，含盐量很高，如果直接排放，很容易造成二次污染，是脱硫电厂难处理的废水之一。
目前，我国火电厂脱硫废水零排放处理技术主要包括两种。一种是膜浓缩+蒸发结晶法，一种是烟气蒸发处理法。膜浓缩+蒸发结晶法将脱硫废水经膜浓缩减量后进入蒸发器加热至沸腾，废水中水逐级蒸发成水蒸气经冷却后凝结成水循环利用，废水中的溶解性固体被截留在蒸残夜中，终以晶体的形式析出。此方法可以回收水资源和结晶盐，且膜系统对废水的高倍浓缩大大降低了零排放成本。因此，为了确保蒸发结晶器正常运行和保证结晶盐品质，需要对脱硫废水进行严格的预处理，如去除废水中的硬度、有机物和重金属等。烟气蒸发处理法是利用烟气余热对废水进行喷雾蒸发处理，操作简单，运行成本低，但是烟道处理法不能回收水资源，而且尚有大量潜在影响不能确定，包括对后续除尘等工艺的影响、固废综合利用及可能引起的烟道腐蚀问题等。因此，在烟气蒸发处理脱硫废水方面，应加强相关影响研究。
三、火电厂脱硫废水水质特点
脱硫废水通常的产量为，每1000MW装机容量产生的废水在7——10 m³/h左右，仅占电厂废水总量的5%以下。据此此计算，京津冀地区每天约排放11471 m³，每年排放约418万m³脱硫废水。
但是由于其成分复杂，含盐量高，相较电厂其他废水来说处理难度高，成为电厂废水零排放的一个关键点。
燃煤电厂脱硫废水根据所用燃煤不同，水质有一定的波动，但是通常具有以下特点：
1)脱硫废水悬浮物(TSS)浓度高，通常会达到10000mg/L以上。
2)溶液呈酸性，pH值在4——6.5之间。
3)含盐量(TDS)较高，通常在25000——40000mg/L之间。
4)Ca2+、Mg2+硬度高[3]，特别是Mg2+，通常接近5000mg/L左右。此外，硫酸根的浓度大，CaSO4处于饱和状态。
5)Cl-离子含量较高，通常在10000——15000mg/L之间。
常规处理采用三联箱工艺，通过加药中和、硫化物除重金属以及混凝沉淀等步骤，去除废水中的悬浮物、重金属、部分钙镁，然后调节pH值，使排水达到火电厂石灰石石膏湿法脱硫废水水质控制指标DL/T997—2006及污水综合排放标准GB8978—1996标准，排入市政污水管网或厂区回用。
四、火电厂废水排放的相关政策法规
近年来，随着《新环保法》、《国务院办公厅关于推行环境污染第三方治理的意见》、《水污染行动计划》等一系列法规政策的出台和实施，提高用水效率，实现节水和废水的有效再利用已成为必然的选择。寻求处理效果更好、工艺稳定性更强、运行费用更低的水处理工艺，实现废水零排放的目标，已成为产业发展的内在需求。
燃煤火电厂是我国工业用水的大户，其用水量和排水量十分巨大，在工业用水中约40%用于燃煤火电厂，燃煤火电厂每年排水约占全国工业企业排放量的10%。由于湿法脱硫后产生的废水对环境影响大，因此需要对其进行深度处理。我国早在2006年就已颁布《火力发电厂废水治理设计技术规程》，明确提出：火电厂的脱硫废水处理设施要单独设置，优先考虑处理回用，不设排放口，必须实现废水零排放。2015年4月16日，国务院印发了《水污染防治行动计划》，实行废水“零排放”将势在必行，未来火电厂将面临着更加严峻的废水治理压力。 2016年11月7日，国家发改委、国家能源局召开新闻发布会，对外正式发布的《电力发展“十三五”规划》里明确提到：火电厂废水排放达标率实现。2017年1月环境保护部发布《火电厂污染防治技术政策》的公告，里明确提到：防治火电厂排放废水造成的污染，明确火电厂水污染防治应遵循分类处理、一水多用的原则。鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排。
然而现实情况下，因脱硫废水水质具有重金属含量高、PH值偏酸性、氯离子含量超高、浊度大、腐蚀性强等特点，处理难度大，目前国内真正实现废水“零排放”的电厂。随着环保意识的逐步加强及相关法律法规的实施，电厂废水零排放是必然趋势。
五、脱硫废水脱盐回用处理工艺
脱硫废水首先通过调节池，再调节池内调节脱硫废水水量水质，之后进入到一级预处理工艺，在该工艺阶段投加石灰、硫化物、PAC、PAM，将脱硫废水中的Mg2+以及其他金属离子进行去除。在二级预处理工艺中投加Na2CO3、PAC、PAM等药剂，去除水中的硬度(Ca2+)，在经过相应的预处理后进入到ROWER设备内，进行脱盐浓缩，浓水进入到下一步处理工艺，产水达到相关设计要求，进行回用或者其他处理工艺。
ROWER设备简介
ROWER反渗透浓水及高盐废水再生处理设备作为绿邦膜院士团队的科研成果输出，在标准化、模块化、系列化设计理念的指导下，经过对传统离子交换膜组器结构和性能的改造升级而研发出的创新系列设备。该设备分为A、B、C、三种型号，分别用于反渗透浓水再生利用，高盐废水浓缩以及物料脱盐等方面的应用，适用于电力、化工、能源、食品、医药等工业领域，同时根据特定需求，亦可用于物料浓缩、提纯、分离等过程。
ROWER设备可将反渗透浓水或高盐废水进行再浓缩减量化处理。应用该设备后，整个回用水系统的回收率可提高到90%以上，极大地减少了浓缩液的排放量和后续蒸发系统的处理量。ROWER设备运行稳定，使用寿命长，吨水运行费用低，可大幅降低企业在实现污水“零排放”过程中的工程实施难度以及投资和运行成本。

ROWER设备的核心技术为离子交换膜技术。离子交换膜是一种含离子基团、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜。根据对选择透过的离子类型分为阳离子交换膜和阴离子交换膜。阳离子交换膜中含有固定的负电荷基团，在直流电场力作用下选择透过阳离子，而阴离子交换膜含有固定的正电荷基团，利用相反的作用选择透过阴离子。离子交换膜的选择透过性是依靠直流电场力和膜的特性来实现的，所以也称为离子选择透过性膜。ROWER设备的主要技术原理为在直流电场的作用下，通过离子交换膜的选择透过性，将原水中的盐份以阴阳离子的形式浓缩，排出的淡化液可直接用于前段生产工艺，实现水资源的再生利用。
与其他压力驱动设备相比，ROWER设备在处理高盐废水上具有以下特点：
1)高盐废水如果采用压力驱动的运行工艺，运行压力非常高，对配套的水泵、管阀件要求也随之提高。
2)压力驱动工艺出水，淡水水质电导率一般为固定脱盐率，而ROWER设备应用灵活，工艺可调节，操作维修方便。
3)ROWER设备运行压力低(ROWER≤0.15MPa， 12%浓度时，反渗透需要12MPa的运行压力)，耗能低，使用寿命长，经济效益显著。
4)ROWER设备为标准化、模块化的设备，单个设备的尺寸为L*B*H=1350*850*1450mm。
六、应用案例

ROWER脱硫废水脱盐回用处理工艺流程图

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