1、第49卷 第 2 期2023 年 2 月Vol.49 No.2Feb.,2023水处理技术水处理技术TECHNOLOGY OF WATER TREATMENT不同水质特点的脱硫废水对管式微滤运行的影响研究不同水质特点的脱硫废水对管式微滤运行的影响研究卢剑1，袁斌彬2，郝文蛇3，杨杰4，余耀宏1，王礼平1（1.西安西热水务环保有限公司，陕西 西安 710032；2.华能兰州西固热电有限公司，甘肃 兰州 730060；3.内蒙古蒙达发电有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000；4.中国华能集团有限公司，北京 100031）摘摘 要要:本文采用多家电厂不同水质特点的脱硫废水进行化学沉淀与微滤膜一
2、体化试验研究，探究不同水质特点的火电厂脱硫废水对管式微滤运行的影响及适用性，结果表明不同水质特点的火电厂脱硫废水在相同微滤系统运行条件下，经微滤系统处理后的脱硫废水硬度去除效果均较好，水中的Ca2+、Mg2+离子可降至较低水平，TOC去除率相比传统混凝澄清处理效果有所提高；但当脱硫废水中Mg2+离子含量占比超过60%以上时，易造成微滤系统污堵现象，导致产水水量和微滤膜通量衰减严重。关键词关键词:脱硫废水;管式微滤;预处理;有机物;硬度开放科学开放科学（资源服务资源服务）标识码标识码（OSID）:中图分类号中图分类号:X773 文献标识码文献标识码:A 文章编号文章编号:10003770(202
3、3)02-0112-005石灰石石膏法湿法脱硫是我国燃煤电厂采用的主流的烟气脱硫技术。为了维持脱硫系统的正常运行和脱硫效率，不可避免地产生脱硫废水。随着环保政策的不断收紧，燃煤电厂废水零排放势在必行1-5。脱硫废水作为燃煤电厂最复杂和最难处理的废水，是制约火电厂能否实现废水零排放的关键。目前，脱硫废水主要根据水质特征依次通过预处理、浓缩减量及干燥固化在内三个阶段的处理来实现零排放6，其中脱硫废水预处理是实现脱硫废水零排放的基础。为保证预处理的出水水质及后续系统运行稳定，混凝沉淀常需与过滤单元联用。常用的过滤技术有：多介质过滤、微滤、超滤、纳滤等。其中，内压错流式管式微滤，因具有固液分离效率高、
4、性能稳定，占地面积小，适用于高固体含量废水处理等特点，在脱硫废水预处理中具有一定的技术优势，受到越来越多的关注7-9。刘亚鹏、连坤宙、周卫青等10-12研究了脱硫废水预处理采用管式微滤工艺的可行性，但对管式微滤处理脱硫废水的适用性研究较少，脱硫废水水质对管式微滤应用的影响尚不明确。本文章采用多家电厂不同水质特点的脱硫废水进行化学沉淀与微滤膜一体化试验研究，探究不同水质特点的火电厂脱硫废水对管式微滤运行的影响及管式微滤处理脱硫废水的水质适用性，为实际工程设计工艺选择和运行提供理论依据和基础数据。1 材料与方法材料与方法1.1脱硫废水来源脱硫废水来源本次试验所用脱硫废水分别取自不同地域的A电厂、B
5、电厂、C电厂及D电厂四家火电厂。四家电厂烟气脱硫工艺均为石灰石石膏湿法烟气脱硫（FGD）工艺。FGD装置采用湿式强制氧化、石灰石石膏回收工艺，一炉一塔制。脱硫废水处理工艺均为：废水废水缓冲箱三联箱澄清器出水箱。由于各厂所处地域及运行情况的差异，其脱硫系统工艺水来源与脱硫用石灰石的品质也有所不同，具体如表1所示。表1各电厂脱硫系统情况Tab.1The desulfurization systems of the power plants项目脱硫工艺脱硫工艺水来源A电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺工业水（处理后长江水）B电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺工业水（处理后黄河水）C电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫
6、工艺循环水排污水D电厂石灰石石膏湿法烟气脱硫工艺工业水（处理后长江水）注：Ca（OH）2，分析纯，含量95%；NaOH，分析纯，含量95%；Na2CO3，分析纯，含量95%。DOI:10.16796/ki.10003770.2023.02.022收稿日期：2022-03-09作者简介：卢剑（1989），男，工程师，研究方向为节水与废水处理技术研究；电子邮件：112卢剑等，不同水质特点的脱硫废水对管式微滤运行的影响研究1.2脱硫废水软化试验脱硫废水软化试验脱硫废水两级软化试验：量取1 L脱硫废水上清液于 1 L 的烧杯中，加入试验剂量的 Ca（OH）2/NaOH，以200 r/min的转速搅拌3
7、0 min时，再加入试验剂量的Na2CO3，200 r/min的转速搅拌30 min后，静置 30 min，过滤上清液测定钙硬、镁硬和全硅浓度。1.3管式微滤试验管式微滤试验微滤中试试验流程见图1，试验装置由原水箱、循环水泵、微滤膜组件（微滤膜组件采用 3 支美国Porex管式微滤膜串联组成，内径：25.4 mm；长度：1 829 mm；单只膜面积：0.146 m2，过滤精度 0.1 m）、冷却系统、化学清洗水箱、化学清洗水泵、空压机、清洗柱、管道、阀门、装置支架等组成。微滤装置设有在线化学清洗系统，可实现对微滤膜的在线化学清洗。此外，该装置还配有自动反洗功能，反洗采用压缩空气与水联合反洗。微
8、滤系统采用恒压方式运行，进水压力采用0.2 MPa 运行，进水流量控制在6.5 m3/h，系统产水重新返回原水箱，将原液稀释后重新进入微滤膜系统进行循环。系统运行 30 min水力反洗一次，每次反洗时间60 s。1.4水质分析方法水质分析方法水质分析方法采用标准法测定；总有机碳（TOC）含 量 采 用 multi N/C 3100 TOC 分 析 仪（Analytikjena，德国）测定；电导、pH 采用 SevenGo Duo便携式多参数水质分析仪（梅特勒-托利多，瑞士），浊度采用2100Q浊度仪（Hach，美国）测定。2 结果与讨论结果与讨论2.1脱硫废水水质特性分析脱硫废水水质特性分析4
9、个电厂脱硫废水水质如表2所示。由表2可见，4家电厂脱硫废水均为高含盐量、高硬度废水，属于易结垢性水质，且TOC含量均较高。C电厂和D电厂脱硫废水总硬度分别高达748 mmol/L和659 mmol/L，A 电厂和 B 电厂脱硫废水总硬度也大于100 mmol/L。由图2可知，B电厂、C电厂、D电厂的总硬度中 Mg2+含量比重均高于 A 电厂，分别为74.7%、89.7%和 94.9%，超过总硬度含量的 60%以上。A电厂 Mg2+含量占比仅为13.2%；除A电厂脱硫废水SO42-含量较低外，其余三家电厂脱硫废水中的SO42-含量均超过5 500 mg/L；C电厂和D电厂的脱硫废水Cl-含量均大
10、于15 g/L。为保证后续浓缩减量设备的安全、稳定运行，必须对脱硫废水进行软化ABCD0100200300400500600700800硬度/(mmolL-1)1/2Mg2+1/2Ca2+图24家电厂脱硫废水总硬度组成Fig.2The hardness composition of FGD wastewater from the power plants表2脱硫废水主要水质指标Tab.2The main water quality of FGD wasterwater from ther power plants指标pH电导率/（mS cm-1）1/2Ca2+/（mmol L-1）1/2Mg2
11、+/（mmol L-1）总硬度/（mmol L-1）总碱度/（mmol L-1）（SO42-）/（mg L-1）（Cl-）/（mg L-1）（含盐量）/（mg L-1）（TOC）/（mg L-1）A厂9.4514.18152.0623.24175.305.901 429.55 00012 57615.33B厂6.6221.7029.3086.701161.885 7105 08019 07427.30C厂6.5040.4776717481.6711 13216 70051 65042.23D厂6.8746.7033.60625.406591.9212 01217 18456 947122图1管
12、式微滤试验台流程Fig.1The process of MF treatment of desulfurization wastewater113第 49 卷 第 2 期水处理技术水处理技术预处理。2.2软化结果分析软化结果分析根据各厂脱硫废水水质特点，分别进行药剂软化预处理预处理试验研究，筛选出最佳药剂组合及药剂投加量。各电厂脱硫废水软化后水质主要指标如表3所示。通过比较最佳工况下的主要水质指标可知，A电厂和 B电厂的脱硫废水采用 NaOH-Na2CO3作为预处理药剂时软化处理效果较好，而C电厂和D电厂的脱硫废水宜采用 Ca（OH）2-Na2CO3药剂组合。在最佳加投加量条件下，四个电厂的脱
13、硫废水软化后出水硬度均小于1 mmol/L，水中的Ca2+、Mg2+离子也降至较低水平；硅的去除率均大于 90%，TOC去除率分别24.98%、24.91%、33.69%和14.75%；由于C电厂和D电厂脱硫废水中的SO42-较高，在进行软化预处理时SO42-与投加的Ca（OH）2进行反应，产生大量CaSO4沉淀，因此，脱硫废水经软化处理后水中的SO42-含量大幅下降，去除率为分别为 86.36%和74.95%，造成脱硫废水含盐量也有略有降低，含盐量分别降低19.28%和36.60%，A电厂和B电厂脱硫废水由于NaOH的增加引入大量Na+离子，所以软化后脱硫废水的含盐量少量增加。2.3管式微滤
14、结果分析管式微滤结果分析2.3.1产水通量分析产水通量分析将四个电厂的脱硫废水分别根据各自水质条件优选出的软化药剂投加量条件下，进行微滤试验，微滤系统进水压力0.20 MPa，循环流量6.50 m3/h，结果如图3所示。为避免固含量波动对管式微滤产水通量的影响，本试验是稳定固含量在一定范围的条件下开展产水通量的长时间运行监测。试验运行结果表明，在072 h的运行过程中，产水通量随时间小幅度下降，运行超过 7 小时后，产水通量均趋于平稳。因此，特意选取了07小时段的运行数据，并且提高了数据采样频次，缩短了时间间隔，重点监测微滤膜反洗前后的产水通量，主要目的是为了详细研究不同水质的脱硫废水在微滤膜
15、反洗前后的产水通量变化。微滤系统进水压力0.20 MPa，产水通量曲线分别如图4所示。从图3中可以看出，四个电厂脱硫废水在进水压力0.2 MPa，在试验模拟的7 h内，四条产水通量曲线均出现了锯齿状波动，但是A厂和B厂的产水通量曲线总体始终保持在一个较为稳定的区间内，并在一个反洗周期内，微滤膜产水通量均能恢复，产水通量基本稳定。然而C厂和D厂的产水通量整体呈下降趋势，一个反洗周期内，微滤膜产水通量不能完全恢复，产水通量衰减显著。2.3.2产水水质分析产水水质分析对四个电厂的脱硫废水在上述工况条件下运行的微滤系统产水水质进行水质分析，结果如表4所示。根据微滤系统产水水质数据可知，四个厂的脱硫废水
16、经过微滤系统处理后出水水质结果均较好，脱硫废水软化后出水硬度均小于1 mmol/L，水中的Ca2+、Mg2+离子也降至较低水平，与预处理结果基本相同；TOC去除率分别提高了24.1%、5.01%、21.2%表3软化后脱硫废水主要水质指标Tab.3The water quality of FGD wastewater after softening treatment项目加药量出水水质指标Ca（OH）2/（g L-1）NaOH/（g L-1）Na2CO3/（g L-1）pH1/2Ca2+/（mmol L-1）1/2Mg2+/（mmol L-1）总硬度/（mmol L-1）电导率/（mS cm-1）（含盐量）/（mg L-1）（SO42-）/（mg L-1）（TOC）/（mg L-1）A厂-1.1811.340.150.360.5118.014 6401 42011.5B厂-91.711.540.260.010.2727.519 7505 65920.50C厂29-2410.210.530.430.9638.141 6911 51828D厂28-2610.280.320.400.7247.
