多通道电渗析应用于高盐废水处理的试验研究

2022-07-11郭宗林何志军何思源

水利技术监督 2022年7期

郭宗林，何志军，吕超，何思源

(1.河北建投工程建设有限公司，河北石家庄 050001；2.河北建投水务投资有限公司，河北石家庄 050001；3.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010)

随着国家环保政策日趋严格，如何在确保安全生产的前提下，充分利用现有水资源、实现节能减排和废水零排放，已成为我国工业生产过程中面临的紧迫任务。燃煤电厂作为工业用水、排水大户，生产过程中如果大量废水直接外排，极易对环境造成污染。

燃煤电厂废水存在种类多、成分复杂、水质差异较大等问题，其中脱硫废水含盐量、悬浮物、总固体、水量等指标都比其他废水高很多，是电厂废水零排放的重点和难点，脱硫废水中主要成分是溶解性的无机盐和少量有机物，无机盐主要由Ca2+、Mg2+等易结垢离子组成。

目前实施的电厂废水零排放工艺路线可分为膜法和热法2大类，其中膜法是以预处理软化加膜浓缩，后续接旁路高温烟气干燥或蒸发结晶制盐，膜法的预处理阶段一般需采用加入石灰或氢氧化钠、碳酸钠，去除钙、镁离子，以降低原水硬度后方可进入后续处理，在此期间会产生大量软化污泥，需单独处理，药剂费及污泥处置费较高，加大了系统运行成本，且污泥属于固体废物，对环境造成二次污染。

为解决膜法在预处理及浓缩方面存在的问题，以多通道电渗析膜为基础，研发了一种新型膜处理工艺，应用新工艺，高盐废水不需进行加药软化预处理，缩短了高盐废水处理回用及零排放的工艺流程，系统运行过程中无污泥产生，从根本上解决二次污染问题，有效节约了高盐废水零排放系统的工程投资和运行成本。

1 试验材料及方法

1.1 试验方法

根据前期调研及资料收集，研究采用的试验技术路线是高盐废水通过介质过滤预处理装置，滤除废水中的悬浮物、胶体等大颗粒物质，然后进入多通道电渗析中，以氯化钠为介质，进行离子交换，使高盐废水含盐量降到系统设定目标值，再进入下一单元进行脱盐处理和淡水回用。系统运行中形成两股浓缩液，一股是以氯离子和原水中各种阳离子混合的氯化物浓缩溶液，至下一单元通过烟道喷洒或结晶制备氯化镁盐；另一股是以钠离子和原水中各种阴离子混合的钠盐浓缩溶液，进入纳滤膜单元进行分离，纳滤膜淡水侧以氯化钠为主可补充到氯化钠浓溶液池中，纳滤膜浓水以硫酸钠为主，通过烟道喷洒或结晶制备硫酸钠盐。

1.2 试验装置

1.2.1多通道电渗析装置

装置开启电源后，电渗析单位将形成Z、Y、W、X 4个通道，其中高盐废水从Z通道进入，10%浓度的氯化钠盐从Y通道进入与原水离子结合，在W和X通道中将分别形成氯盐浓缩液和钠盐浓缩液，最终原水含盐量不断下降，达到目标设定值，试验装置原理如图1所示。

图1 多通道电渗析装置原理示意图

1.2.2高盐废水处理试验装置

试验装置见表1。

表1 试验装置

1.3 试验原水水质

试验采用的高盐废水水质指标见表2。

表2 高盐废水水质

1.4 试验所需药剂

(1)电极液的制备(20L)：3% NaNO3(600g)，需定期更换。

(2)浓水的制备(6L)：1%～3% NaCl(60～180g)。

(3)补充液的制备(100L)：10%～15% NaCl(10～15Kg)。

1.5 试验水质检测仪器

各个工艺段水样的分析检测在现场实验室进行，实验室所包含的分析检测设备：电导率计、烧杯、量筒、电子称等。

2 试验过程及结果

2.1 试验运行水量

试验期间，系统运行水量数据见表3。

表3 试验运行水量表

2.2 试验数据

2.2.1浓、淡水电导变化数据图表

试验期间，淡水及X液、Y液电导率变化曲线如图2所示。

图2 试验期间水质电导率变化曲线图

2.2.2试验测量水质数据

试验期间各通道出水水质检测数据见表4。

表4 试验检测水质

2.3 试验结果

由系统运行数据和电导率可知，脱盐浓缩过程稳定，Z液(淡水)电导率在11～15ms/cm之间，TDS平均值约12000mg/L；W液(钠盐浓水)电导率约185ms/cm，TDS约220000mg/L；X液(氯化物浓水)电导率约157ms/cm，TDS约290000mg/L。实验达到了预期效果。

2.4 与传统膜法经济性比较

传统膜法工艺路线需两级澄清池、石灰加药装置、碳酸钠加药装置、固废污泥处置设备、工艺管道等，以300MW机组为例计算，每台机组废水量约5m3/h，按年运行5000h计算，每年产生污泥(含水率70%)约850t。每年消耗药剂量：当采用NaOH+Na2CO3组合加药方式时，约需380t/年；当采用Ca(OH)2+Na2CO3组合加药方式时，约需1030t/年，新技术路线与传统膜法处理工艺经济性比较见表5。