在水資源匱乏的今天，廢水處理環(huán)節對各行業(yè)顯得尤為重要，作為前沿的廢水處理工藝之一，膜處理技術(shù)在燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理中的應用變得越來(lái)越廣泛。作為應用范圍最廣泛的再生資源，電能不僅關(guān)系到燃煤電廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的效益，亦與國計民生有著(zhù)緊密聯(lián)系，而優(yōu)秀的廢水處理技術(shù)不但能夠保障燃煤電廠(chǎng)的安全生產(chǎn)，也能有效提高水資源的利用率，推動(dòng)我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。目前，國內大多數電廠(chǎng)仍在采用傳統化學(xué)沉淀的方法對脫硫廢水進(jìn)行處理以滿(mǎn)足達標排放的要求，該方法不能去除氯離子等溶解性無(wú)機鹽成分，所以不能滿(mǎn)足日趨嚴格的污水排放要求。盡管?chē)鴥饶し蛛x技術(shù)與國外發(fā)達國家相比依舊存在著(zhù)一定差距，但是在近年來(lái)發(fā)展迅速，膜工藝應用水平顯著(zhù)提升，已經(jīng)出現不少膜分離技術(shù)應用于燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水零排放的工程案例。

1、脫硫廢水特征與傳統處理工藝

燃煤電廠(chǎng)煙氣脫硫產(chǎn)生的脫硫廢水典型水質(zhì)：pH為4～6.5，懸浮物和氯離子濃度高，成分復雜，含有重金屬離子，水量不穩定。對脫硫廢水的有效處理一直是燃煤電廠(chǎng)脫硫系統末端廢水處理環(huán)節的重難點(diǎn)。傳統的三聯(lián)箱處理脫硫廢水主要以中和、沉淀、絮凝等方法為主，脫硫廢水經(jīng)調節池均質(zhì)處理后，分別投加石灰乳、硫化物、絮凝劑和Na2CO3，完成均質(zhì)、中和和混凝沉淀反應去除大部分重金屬離子，同時(shí)從澄清器底部回流部分高密度泥渣，加快反應沉淀速率。廢水從三聯(lián)箱自流進(jìn)入澄清池，向三聯(lián)箱出水中加入助凝劑。廢水中的絮凝物通過(guò)重力作用沉積在澄清池底部并濃縮形成泥渣，由刮泥裝置清除。澄清池出水自流進(jìn)入清水池，投加HCl調節澄清池出水pH至6～9。若清水不滿(mǎn)足排放標準，需回流至前處理單元進(jìn)行二次處理。

該工藝流程主要特征為處理系統龐大、投資高、廢水處理不徹底。圖1為傳統化學(xué)沉淀法處理燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水的工藝流程。

脫硫廢水用于煤場(chǎng)噴灑、水力除灰、干灰調濕、補給爐渣冷卻水時(shí)，一方面由于回用途徑所能消納的脫硫廢水的水量有限，另一方面脫硫廢水中的高濃度SO42-和Cl-會(huì )對回用系統的設備和管道造成腐蝕結垢。因此，脫硫廢水直接回用技術(shù)均受到不同程度的局限。隨著(zhù)我國生態(tài)環(huán)境保護政策、法規體系的逐漸健全，環(huán)境污染治理水平的不斷提高，特別是膜法水處理技術(shù)的應用水平不斷提升，基于膜法水處理的工藝路線(xiàn)已經(jīng)成為脫硫廢水零排放的主流技術(shù)路線(xiàn)。

2、膜技術(shù)在電廠(chǎng)廢水處理工藝的應用

2.1 膜法水處理介紹

膜法水處理和傳統水處理相比，可以大幅度提高產(chǎn)水水質(zhì)，其核心在于選擇性的高分子半滲透膜材料，通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行廢水的分離和處理，能夠有效解決現階段廢水的處理和提純問(wèn)題。膜分離技術(shù)包括主要反滲透、納濾、超濾、微濾和電除鹽(EDI)等，在外加壓力或電驅動(dòng)下實(shí)現分離作用，其可以不需要其他物質(zhì)的中和及化學(xué)反應的支撐，去除水中的無(wú)機物和有機物等，并且出水水質(zhì)良好，且具有一定穩定性。燃煤電廠(chǎng)水處理行業(yè)具有剛性需求屬性，以膜法水處理為主要手段的水資源循環(huán)利用是目前能夠滿(mǎn)足燃煤電廠(chǎng)零排放的優(yōu)選方案。膜法水處理應用于燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水零排放在我國被不斷應用和推廣，在有力地解決了水資源匱乏等問(wèn)題、有效降低電廠(chǎng)成本的同時(shí)，也提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。

2.2 膜技術(shù)應用優(yōu)勢

2.2.1 解決污水回收問(wèn)題

我國淡水資源較匱乏，很多地區面臨著(zhù)嚴重的缺水問(wèn)題，制約我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。而對于燃煤電廠(chǎng)來(lái)說(shuō)，在其運行過(guò)程中需要大量的水資源以滿(mǎn)足實(shí)際供電需求，但是往往也會(huì )帶來(lái)嚴重的水資源污染。膜分離技術(shù)工藝操作維護簡(jiǎn)單，易于實(shí)現自動(dòng)化控制管理，尤其具有分離效率高，濃縮倍數高，采用合適的膜技術(shù)濃縮電廠(chǎng)脫硫廢水處理的尾水，能實(shí)現脫硫廢水大幅減量，生產(chǎn)滿(mǎn)足回用要求的淡水，大大降低了脫硫廢水零排放技術(shù)末端處理的規模和成本，從而使得水資源得到再利用。因此，電廠(chǎng)采用膜分離技術(shù)對脫硫廢水進(jìn)行濃縮減量具有重要的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

2.2.2 支持電廠(chǎng)節能運行

不同的膜分離技術(shù)對于懸浮物、難降解有機物、細菌、病毒、重金屬、無(wú)機鹽等物質(zhì)能夠實(shí)現較高的截留率，出水水質(zhì)好。將膜分離技術(shù)應用于電廠(chǎng)循環(huán)冷卻水，也能大幅提高水的脫鹽率(達97%以上)，有效改善循環(huán)冷卻水水質(zhì)并補充循環(huán)冷卻水以滿(mǎn)足運行需要。與此同時(shí)，能大大增強電廠(chǎng)鍋爐的安全性能，降低系統的運行壓力以及運營(yíng)成本，提高蒸汽鍋爐的使用周期。

2.2.3 節約電廠(chǎng)水資源

在實(shí)際的電廠(chǎng)運行過(guò)程中，所需要的水資源能耗非常大，其不僅需要對冷卻水進(jìn)行循環(huán)往復的使用，更重要的是需要建立水塔儲備充足的冷卻水。通過(guò)對于膜分離技術(shù)在廢水處理的推廣和應用，能夠有效改善水質(zhì)的同時(shí)，能大大降低冷卻水的濃縮倍率，有效提升電廠(chǎng)對水的利用率。根據不完全統計，通過(guò)使用膜分離技術(shù)，能夠節約40%左右的用水量。

2.3 膜處理技術(shù)分類(lèi)

不同種類(lèi)的膜技術(shù)分別應用于不同的細分領(lǐng)域，在燃煤電廠(chǎng)行業(yè)中，主要為燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理和電廠(chǎng)給水凈化。對于燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理，針對不同水質(zhì)，實(shí)際應用中需要應用多種膜技術(shù)，一般進(jìn)水需進(jìn)行前處理，如：三聯(lián)箱工藝、軟化、澄清、過(guò)濾等，以滿(mǎn)足膜工藝處理進(jìn)水水質(zhì)要求，出水水質(zhì)要求根據用途為回用還是排放，膜工藝使用原則遵循前段預處理為微濾和超濾，后端濃縮段為納濾和反滲透。

2.3.1 膜預處技術(shù)

脫硫廢水經(jīng)化學(xué)沉淀預處理后去除絕大多數重金屬和懸浮物等雜質(zhì)，殘余的部分鈣鎂離子及懸浮物需要在濃縮前去除。微濾、超濾主要起到固液分離作用，可用于去除脫硫廢水深度軟化生成的沉淀物，降低廢水濁度，從而滿(mǎn)足后續單元水質(zhì)條件。

王可輝等利用TMF+DTRO工藝中試實(shí)驗研究深度處理脫硫廢水三聯(lián)箱出水，為去除殘余的鈣鎂離子，繼續投加石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉等藥劑進(jìn)行混合反應，產(chǎn)生的含微量沉淀物的水去TMF膜過(guò)濾處理。所采用的TMF膜結構使膜被澆鑄在多孔材料管的內部，廢水從膜內部流過(guò)，多孔材料作為支撐層，過(guò)濾產(chǎn)水到達支撐層外側，廢水得到凈化。由于水流在膜表面起到一定的沖刷作用，被截留的懸浮顆粒不會(huì )停留在膜的表面，從而避免污染物沉積在膜表面。研究結果表明：錯流式管式超濾可以作為過(guò)濾，對沉淀物的粒徑和比重要求低，能夠代替傳統的沉降或澄清工藝。劉亞鵬等研究錯流微濾中水樣固體顆粒粒徑的變化情況及其對出水水質(zhì)的影響，利用NaOH+Na2CO3聯(lián)合工藝預處理脫硫廢水并進(jìn)行了全循環(huán)微濾試驗。研究結果表明：在所設計的試驗條件下，懸浮物顆粒的平均粒徑從14.5μm降至5.1μm，微濾產(chǎn)水通量及出水水質(zhì)均較為穩定，微濾產(chǎn)水經(jīng)進(jìn)一步脫鹽后可以回用，說(shuō)明在合理的預處理工藝條件下，微濾技術(shù)是一種穩定、有效的固液分離處理技術(shù)。

王懷林等采用“化學(xué)除硬＋外置式有機管式超濾膜+OCRO管網(wǎng)式反滲透”組合膜工藝處理電廠(chǎng)脫硫廢水。試驗采用江蘇凱米公司高裝填密度超濾膜組件，型號KMTB0803，膜面6.4m2。進(jìn)水SS、COD平均值為27、150mg/L，出水的SS、COD平均值分別為1、110mg/L，SS的去除率在95%以上，COD去除率僅為23%.實(shí)驗中經(jīng)調酸后的水質(zhì)pH為6～8，超濾膜能截住大部分的硅化合物，截留率為90%左右。將超濾膜作為反滲透的前處理工藝，保證后續反滲透膜系統的連續穩定運行。

2.3.2 納濾反滲透技術(shù)

經(jīng)前處理的脫硫廢水溶解性無(wú)機鹽含量很高，氯離子、硫酸根離子、硅離子和殘留的少量鈣鎂離子等溶解性無(wú)機鹽采用傳統的化學(xué)沉淀工藝不易去除，需要結合其他工藝進(jìn)行處理，其中納濾、電滲析和反滲透等工藝適宜對高濃度的溶解性無(wú)機鹽廢水進(jìn)行深度處理，達到提升水質(zhì)和減量的效果。膜濃縮過(guò)程產(chǎn)生的淡水可作為脫硫系統工藝補水，濃水則進(jìn)入后續固化處理系統。

王可輝等對現階段可用于膜濃縮的主要工藝：特殊流道反滲透、碟管式反滲透、正滲透、高效反滲透進(jìn)行了工藝比選，從壓力等級、適用水質(zhì)、抗污堵性、技術(shù)成熟度、操作流程、運行維護、工程造價(jià)和運行能耗等方面進(jìn)行綜合分析考慮，推薦使用“低壓較抗污染特殊流道反滲透膜+高壓高抗污染特殊流道反滲透膜”2段膜濃縮工藝，將系統回收率提升至80%，從而大大降低蒸發(fā)結晶運行費用。

張波采用陶氏膜元件SPF-2860開(kāi)展“多介質(zhì)過(guò)濾+超濾+弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂吸附+納濾”的工藝流程處理電廠(chǎng)脫硫廢水，開(kāi)展納濾脫鹽中試試驗，考察不同納濾回收率下的運行工況，研究納濾膜的清洗方案，以?xún)?yōu)化脫硫廢水近零排放的工藝運行參數。試驗表明，當納濾回收率在68.94%～80.83%時(shí)，高壓泵出口壓力為2.26～2.39MPa，產(chǎn)水電導為8.14～14.33mS/cm。當納濾中試系統回收率在70%時(shí)，脫硫廢水中COD和硫酸鹽的去除率分別為92.2%和98.5%；當納濾中試系統回收率在80%時(shí)，脫硫廢水中COD和硫酸鹽的去除率分別為45.2%和95.1%。在脫硫廢水處理系統應用納濾膜深度處理工程中，提出納濾的回收率設計參數宜為70%。納濾膜污堵后，經(jīng)過(guò)酸堿清洗，納濾膜通量可以穩定恢復到清洗前的水平。

邵國華等通過(guò)中試對工藝中的核心系統納濾－蒸發(fā)結晶系統進(jìn)行可行性研究，試驗結果表明，NF能有效分離脫硫廢水中一價(jià)離子和二價(jià)離子，前者進(jìn)入NF產(chǎn)水，后者被截留于NF濃水中；一價(jià)離子透過(guò)率在50%～60%，一價(jià)鹽回收率在88%以上；二價(jià)離子透過(guò)率<4%。NF產(chǎn)水直接蒸發(fā)結晶，NF濃水作為預處理的反應池軟化劑，將其回流至預處理單元加以利用，降低石灰和碳酸鈣的加藥量，降低預處理軟化運行成本，實(shí)現脫硫廢水的資源化利用及近零排放。

王懷林等采用科氏管網(wǎng)式反滲透膜(OCRO)組件處理電廠(chǎng)脫硫廢水。某燃煤發(fā)電廠(chǎng)石灰石-石膏濕法脫硫產(chǎn)生的脫硫廢水，經(jīng)“NaOH+Na2CO3”兩級澄清軟化和超濾預處理后，在進(jìn)膜壓力為7～7.2MPa，回收率為75%，膜通量為10L/(m2?h)的條件下，TDS、COD和Cl-去除率分別達到97.4%，63%～71%，98.3%～98.7%，出水水質(zhì)滿(mǎn)足GBT19923―2005中的鍋爐補給水水質(zhì)標準，濃水可滿(mǎn)足MVR蒸發(fā)的要求。

2.3.3 電滲析技術(shù)

電滲析所使用的半滲透膜屬于離子交換膜的，離子交換膜按離子的電荷性質(zhì)可分為陽(yáng)離子交換膜(陽(yáng)膜)和陰離子交換膜(陰膜)兩種。電滲析技術(shù)可以同時(shí)對電解質(zhì)水溶液起淡化、濃縮、分離作用；可以用于非電解質(zhì)的提純，以除去其中的電解質(zhì)。

陳玉姿等利用電滲析技術(shù)對山東魏橋某電廠(chǎng)脫硫廢水進(jìn)行處理，分別對脫硫廢水進(jìn)行1級1段以及多級電滲析和多段電滲析濃縮規律進(jìn)行研究。結果表明：7段電滲析和4級電滲析濃縮均能得到含鹽質(zhì)量分數15%的濃縮液，膜對電壓對電滲析濃縮過(guò)程的影響較大，而電滲析過(guò)程的驅動(dòng)力大小取決于膜對電壓大小，最終導致濃縮過(guò)程的電流增大，增大了電滲析過(guò)程的能耗。

李恩超分別通過(guò)碟管式反滲透(DTRO)膜處理法和電滲析處理法對寶鋼電廠(chǎng)脫硫廢水反滲透濃水進(jìn)行進(jìn)一步濃縮，并對比分析了DTRO膜與電滲析處理法的優(yōu)缺點(diǎn)。結果顯示，電滲析工藝單位功耗為27.65kW，明顯高于DTRO單位功耗，另外DTRO產(chǎn)水水質(zhì)更好且可以實(shí)現連續運行。因此，相較于電滲析法，DTRO更具優(yōu)勢。

3、國內燃煤電廠(chǎng)廢水零排放應用實(shí)例

國內外脫硫廢水零排放工藝路線(xiàn)主要包括脫硫廢水預處理、濃縮減量和固化處理3個(gè)部分?；凇邦A處理+濃縮+煙道蒸發(fā)/蒸發(fā)結晶”的工藝路線(xiàn)已經(jīng)成為脫硫廢水零排放的主流，其中預處理和濃縮技術(shù)需按照蒸發(fā)固化、廢水水質(zhì)、水量和電廠(chǎng)運行狀況等因素進(jìn)行綜合考慮。

應從電廠(chǎng)脫硫廢水水質(zhì)、水量及后續濃縮、固化工藝對水質(zhì)的要求出發(fā)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，確定脫硫廢水處理預處理工藝。當末端廢水量大，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后，后續直接蒸發(fā)固化能耗成本過(guò)高時(shí)，宜采用濃縮工藝，實(shí)現廢水減量。當廢水水量較小，并且蒸發(fā)固化技術(shù)對水質(zhì)要求不高時(shí)，可酌情不對其進(jìn)行濃縮，采用常規預處理即可滿(mǎn)足要求。燃煤電廠(chǎng)應結合自身用排水現狀和環(huán)保要求，選擇合適的廢水末端治理技術(shù)路線(xiàn)。

4、結論與展望

從目前發(fā)展方向與進(jìn)程來(lái)看，膜分離處理技術(shù)在未來(lái)主要側重于對水的微濾和超濾等環(huán)節，在大大降低膜污染的基礎上，有效降低清洗的次數，且可以更好地降低更換頻率和保養成本(提高膜的使用壽命)，實(shí)現系統長(cháng)周期連續穩定運行。電廠(chǎng)在處理脫硫廢水的同時(shí)，可考慮協(xié)同處理其他高鹽廢水，如循環(huán)排污水、化學(xué)再生水等，優(yōu)化膜分離技術(shù)工藝流程，如膜前處理采用離子交換樹(shù)脂進(jìn)行深度軟化以改善膜進(jìn)水水質(zhì)，避免產(chǎn)生嚴重的膜污染，最終提高膜系統廢水處理能力，在現有基礎上通過(guò)多種途徑實(shí)現零排放技術(shù)進(jìn)一步推廣和應用。（來(lái)源：內蒙古電力科學(xué)研究院）