热电厂脱硫废水近零排放改造技术
热电厂脱硫废水近零排放改造技术
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摘要：西北地区某热电厂脱硫废水近零排放系统采用预处理+软化+超滤+反渗透+MVR结晶工艺。单位水处理成本约为55.21元/m3。系统处理效果稳定、技术先进，实现了超过80%的废水回用。该工艺实现浓水减量，降低了投资及运行成本。
0 引言
西北地区某热电厂建有4台供热机组，分别为一期2×200MW供热机组，二期2×350MW供热机组。本工程为宁夏电投西夏热电厂全厂废水近零排放改造工程，脱硫废水中含有大量悬浮物、亚硫酸盐、硫酸盐、氯化物及重金属等，具有高硬度、高盐分、高悬浮物、高腐蚀性和含重金属特征[1]，因此本工程近零排放主要针对脱硫废水的近零排放进行设计。一期接口为现有脱硫废水处理达标后的排口至后续深度处理部分，二期脱硫废水考虑新建，其中一期脱硫废水排放量约为8m 3 /h，二期脱硫废水设计排放量为25m 3 /h，全厂脱硫废水共为33 m 3 /h。
1 废水水质及设计参数
1.1 废水水质和水量
脱硫废水近零排放系统设计废水处理量为33m 3 /h，其中一期脱硫废水排放量约为8m 3 /h，一期脱硫废水经过现有处理系统后，排入后期深度处理系统。二期脱硫废水设计排放量为25m 3 /h，二期为新建系统。设计废水水质见表1。
1.2 出水水质
经过近零排放装置处理后，出水回用到冷却水系统。产水水质优于《工业循环冷却水处理设计规范》(GB 50050-2007)的再生水水质标准：pH7~8.5，浊度≤5mg/L，SS≤10mg/L，氨氮≤5 mg/L，Cl- ≤250 mg/L，系统脱盐率≥95%。系统产盐的质量不低于《工业盐标准》(GB/T 5462-2016)中的一级精制工业盐标准且满足：氯化钠≥98.51%，硫酸根离子<0.5%，钙、镁离子<0.4%。
2 工艺流程
工艺流程如图1所示。
3 工艺设计及主要设备
本工程主要包括预处理系统、软化系统、超滤系统、反渗透系统和蒸发结晶系统五大部分。
3.1 预处理系统
(1)缓冲池。主要作用是收集原水，调节水质水量，减轻后续处理单元冲击负荷。其中，缓冲池1座，钢筋混凝土结构，尺寸为10m×9m×3.5m。配置2台提升泵，超声波液位计，超声波流量计，pH计，COD在线监测仪，SS在线监测仪。
(2)三联箱。主要作用是通过加入石灰、有机硫、助凝剂、絮凝剂等药品和废水中的悬浮物、重金属进行反应后进入澄清池进行沉降，去除。其中，石灰反应箱、有机硫反应箱、硫酸亚铁、PAM反应箱各1座，碳钢防腐，尺寸为3m×2m×3m。每座配置1台搅拌机，1套加药装置。
(3)澄清池1。主要作用是有效降低水的浊度，去除较小分子量的胶体，进行泥水分离，上清液进入后续处理单元，沉淀污泥去污泥浓缩池。其中，澄清池1座，碳钢防腐，尺寸为⌀5.4 m×4.5m。配置1台刮泥机。
3.2 软化系统
(1)反应池1。主要作用是通过投加氧化剂进行反应，氧化去除原水中有机物，同时杀菌灭藻，保证反渗透系统尽量免遭有机物和生物污染。其中，1座反应池1，碳钢防腐，尺寸为3m×3m×3m。配置1台搅拌机，1套次氯酸钠加药装置。
(2)反应池2。主要作用是通过投加石灰有效去除水中非永久硬度，软化水质。其中，1座反应池2，碳钢防腐，尺寸为8m×7m×3.5m。配置1台搅拌机，1套石灰加药装置。
(3)澄清池2。主要作用是沉降去除前面反应单元产生的固体沉淀，进行泥水分离。上清液进入澄清池产水池，沉淀污泥去污泥浓缩池。其中，澄清池1座，碳钢防腐，尺寸为⌀5.4 m×4.5m。配置1台刮泥机，1台pH计。
(4)反应池3。主要作用是通过投加石灰有效去除水中非永久硬度，软化水质。其中，1座反应池3，碳钢防腐，尺寸为6m×7m×3.5m。配置1台搅拌机，1套纯碱加药装置。
(5)澄清池3。主要作用是沉降去除前面反应单元产生的固体沉淀，进行泥水分离。上清液进入澄清池产水池，沉淀污泥去污泥浓缩池。其中，澄清池1座，碳钢防腐，尺寸为⌀5.4m×4.5m。配置1台刮泥机，1台pH计。
3.3 超滤系统
(1)澄清池产水池。主要作用是收集澄清池2的来水，进行水量调节与贮存，并通过投加盐酸调节水中pH。其中，澄清池产水池1座，碳钢防腐，尺寸为5.5m×5m×3.5m。配置2台提升泵，1套盐酸加药装置，1台搅拌机，1台pH计。
(2)快滤池。主要作用是去除澄清池未能去除的微细颗粒和胶体物质，提高出水水质，使后续反渗透装置免于经常堵塞，并提高它们的处理效率。其中，快滤池2座，碳钢防腐，尺寸为3m×2m×5.5m。每座配置1台浊度仪，1台pH计。
(3)滤后水池。主要作用是贮存快滤池来水，为后续工艺提供稳定的水量，同时为快滤池提供反冲洗水。其中，滤后水池1座，碳钢防腐，尺寸为5.5m×5m×3.5m。配置2台滤池反冲洗泵。
(4)超滤装置。主要作用是作为反渗透工艺的预处理手段，截留相对分子质量在1 000~500 000道尔顿的物质，包括颗粒、悬浮物、细菌、病毒、原生动物、胶体物质、高分子有机物等。其中，超滤装置1套，每套设备的净产水量30m3/h。采用压力式中空纤维超滤膜，系统膜通量≤50L/(m2·h)，系统回收率≥90%，反洗频率为30min，化学加强反洗(CEB)酸洗频率为72h，CEB碱洗频率为12 h，出水SDI和浊度分别在3 NTU和1 NTU以下。配置超滤膜组件，超滤给水泵，循环泵，自清洗过滤器，超滤清洗泵，清洗罐，清洗剂投加桶泵，化学剂加药系统。
(5)超滤产水箱。主要作用是贮存超滤产水，为超滤反洗、维护性清洗及后级反渗透系统提供充足、稳定的水量，作为运行及冲洗时的调节水箱。并通过水箱的液位信号控制超滤产水泵、一级反渗透增压泵的启、停运行。其中，超滤产水箱1座，碳钢防腐，尺寸为4m×3.5m×2.5m。
3.4 反渗透系统
(1)一级反渗透系统。主要作用是利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，有机物及微生物。其中，2套DTRO 反渗透装置：一级反渗透系统1座，单套设备净产水量≥10m 3 /h，反渗透装置化学清洗周期为2~3个月。RO 系统运行参数：回收率 ≥60%;脱盐率 ≥95%。配置一级DTRO膜组件，化学剂加药系统，芯滤进水泵，芯式过滤器，高压柱塞泵，高压循环泵，高压泵蓄能器，清洗罐，清洗剂桶泵。
(2)一级反渗透浓水箱。主要作用是储存一级反渗透浓水，并为二级反渗透系统提供稳定的水量，通过水箱的液位控制一级反渗透系统、浓水纳滤、反渗透系统的启、停、运行。其中，一级反渗透浓水箱1座，碳钢防腐，尺寸为3m×2m×2.5m。
(2)二级反渗透系统。主要作用是进一步对来自一级反渗透系统的高浓度、高盐分浓水的浓缩、回收处理和达标排放。其中，1套DTRO反渗透装置：二级反渗透系统1座，单套设备的净产水量≥4.8m3/h，反渗透装置化学清洗周期为2~3个月。RO系统运行参数：回收率≥40%;脱盐率≥95%。配置二级DTRO膜组件，化学剂加药系统，芯滤进水泵，芯式过滤器，高压柱塞泵，高压循环泵，高压泵蓄能器，清洗罐，清洗剂桶泵，能量回收装置。
(2)盐水箱。主要作用是贮存二级提浓RO的浓水，经过盐水泵增压后送往蒸发装置进行蒸发。其中，盐水箱1座，碳钢防腐，尺寸为2m×1.8m×2.5m。配置2台盐水泵。
3.5 蒸发结晶系统
(1)MVR蒸发系统。主要作用利用蒸发器中产生的二次蒸汽，经压缩机压缩，压力、温度升高，热焓增加，然后送到蒸发器的加热室作为加热蒸汽使用，使料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身则冷凝成水。高含盐废水经预处理后送至蒸发器系统的进料罐，调节至酸性后，再由进料泵从进料罐送至蒸馏水换热器。进料废水经换热后温度升至接近沸点，被送入除氧器。在除氧器内，进料废水经喷嘴喷洒在第一级塔上，并逐级向下流动与逆流而上的蒸汽相接触，脱除难凝气体。经脱气后的进料废水以重力流，从除气器底部排出进入到蒸发器底槽与循环的浓盐水混合。在底槽内，蒸汽经过除雾器进入到蒸汽压缩机，除雾器的作用是除去蒸汽中的液滴与颗粒。为控制蒸发器内浓盐水的TDS，浓缩器底槽内的部分浓盐水被排放至结晶系统的结晶罐当中进行结晶处理。原有要废弃的蒸汽得到充分的利用，回收潜热，提高热效率，减少对外部加热及冷却资源的需求，降低能耗，减少污染。其中，1套主体设备，1套固液分离系统，1套单效蒸发系统，系统额定出力水量10m3/h。配置MVR蒸发主体设备，其他设备。
(2)结晶系统。结晶器进水与系统内循环的浓盐浆混合，经加加热器加热后，再次进入到闪蒸罐，发生闪蒸，析出盐份结晶。从2台换热器出来的浓盐浆分别以相反的方向从闪蒸罐中部切线进入，在罐内产生涡流。蒸汽在闪蒸罐内积聚，经除雾分离器，进入结晶器蒸汽压缩机。结晶器产生的蒸汽经蒸汽压缩机后被压缩与升温，然后进入结晶器换热器壳程，蒸汽在壳程冷凝，为浓盐浆的蒸发提供动力。蒸汽冷凝液在冷凝液罐内收集，后由泵送至结晶器预热器对结晶进水进行预热，回收热能。氯化钠晶体在浓盐浆进入循环泵之前不断在闪蒸罐内形成。随着后续的加热和闪蒸，水份不断蒸发。当浓盐浆继续浓缩，浓度达到饱和的盐分不断析出。为保证盐纯度的，需要结晶器排放一定的浓盐水。在结晶过程中，溶解度高的盐分会不断在结晶器内累积，并导致TDS升高超过设计值，这样会影响到盐结晶纯度。排放浓盐水能部分清除高溶解度的盐分，使结晶器运行在最佳操作点上。
4 工艺创新点
针对脱硫废水水质特点，选择预处理-超滤-反渗透-蒸发结晶器组合工艺，使浓盐水减量，并能分盐结晶，既降低了蒸发结晶的规模节省了投资成本，又减少了运行费用。
废水的硬度会在膜浓缩过程中结垢，从而使膜失去浓缩能力[2]。采用三联箱-软化处理的工艺，确保对Ca2+、Mg2+、SO24-等离子的去除效果，保障后续超滤系统和反渗透系统的稳定运行。预处理工艺路线较长，但考虑周全，确保了出水水质，同时可根据来水水质具体情况进行灵活调整[3]。
DTRO开放式的宽流道，膜片与支撑导流盘空间高度达到2.5mm，有效避免堵塞，进水水质要求相对不高，出水稳定可靠，DTRO对COD、无机盐的截留率可达99%，有效保证出水水质，减少最终的浓盐水，组件内部任何单个部件均允许单独更换，最大程度降低膜片更换成本。
蒸发器利用蒸发器中产生的二次蒸汽，原有要废弃的蒸汽得到充分的利用，回收潜热，提高热效率，减少对外部加热及冷却资源的需求，降低能耗，减少污染。强制循环结晶系统即结晶器的闪蒸罐通过循环管连接两台对称的管壳式换热器，循环泵将浓盐水闪蒸罐送至换热器进行热交换[4]。相对其他结晶工艺，强制循环结晶系统具有操作过程简单、反应物易得、费用低、盐纯度高、对后续的处理无毒害作用且对环境友好等优点。
5 运行费用
本工程直接运行成本主要包括药剂费、电费、蒸汽费[5]，其中设备总功率为11139.26 kW，电费单价为0.36元/(kW·h)(根据《西北地区电网2021-2022年输配及销售电价有关事项的通知》)，折合成单位水费用为5.89元/m3;蒸汽费折合成单位水费用为5元/m3;石灰、有机硫、凝聚剂、助凝剂、氧化剂、纯碱、HCl、碱性清洗剂、酸性清洗剂、阻垢剂、还原剂、非氧化性杀菌剂等化学药剂费用合计约20.29元/m3，则直接运行费用30.01元/m3。加上设备折旧和人工等费用，综合费用约为56.38元/m3。
6 结论
本工程采用预处理+软化+超滤+反渗透+MVR结晶工艺处理热电厂脱硫废水，达到近零排放要求。系统回收率高，回收水量30m3/h，可用于冷却循环水补水，大大降低了排污量和新鲜水取水量，具有明显的环境效益。该工艺具有技术可靠、运行稳定等特点，为供热电厂脱硫废水近零排放处理起到了很好的示范作用。
The End
脱硫废水处理设备增容换型改造技术应用
系统优势
1. 多效水处理： 多种水处理技术高度集成，可实现重金属，氟化物污染物深度去除达标排放。
2. 投资成本低： 模块化设计，布置灵活，占地面积小，处理量 20 m³/h 占地 ≤ 15 ㎡。
3. 运行成本低： 全自动化控制，运维方便，单一药剂制度，投加量仅为 100 ~ 400 /m³。
4. 有效改善浆液颗粒细化： 采用变间距变角度旋流布料技术，提升絮团沉降速度的同时，保证细微颗粒沉降效果。
DM一体化脱硫废水高效处理系统 - 设备布置
摘 要： 现阶段，燃煤电厂湿法脱硫这种工艺会产生一定量的含重金属废水。文章介绍了脱硫废水的水质特性和处理流程，并针对废水达标排放工艺等主流技术进行技术可行性分析以及经济性对比进行了展望。
一、 方案背景
目前国内普遍采用的三联箱（物化法）废水处理工艺，具有配置设备较多、投资较大、运行成本高和设备的检修维护量较大的缺点，导致许多装置虽安装了上述废水处理装置，但在实际运行过程中存在运维成本高、故障率高、实际投运率低的状况。本公司通过对国内多个脱硫废水系统进行分析，结果表明：多数矿山在设计的系统上配置了废水处理装置，且处理模式相同，采用中和、絮凝、澄清工艺，调整pH值，去除悬浮物、重金属等污染因子。这些系统运行一段时间后普遍因含固态量较高，使澄清器、污泥泵、压滤等设施负担加重，石灰乳加药系统堵塞，导致设备故障率较高，以致只能停用废水处理系统，转而寻求别的排放方式。
为了解决上述问题，我公司经多年研发，成功推出了基于DM一体化处理装置及DBS药剂的废水预处理工艺。本处理工艺已成功应用在株冶、大唐、华电、中色及宝武集团等多家单位废水处理项目中。DBS药剂也在国内含重金属废水中使用。可靠性，有效性及经济性效果得到业主方充分肯定。该技术最大特点是简单、高效。主要体现在：
（1）安装工作量少，施工简便，模块化设计，高度集成。DM一体化设备将脱硫废水的给药、中和、絮凝、澄清，搅拌等高度集成在一套装置中。
（2）物化反应时间短。使用DM一体化处理系统（用于完全取代原有三联箱及其相应的、有机硫、复合铁盐以絮凝剂等药剂贮存、配制与投加系统），并提供所要求的搅拌器设备。DM一体化处理系统自带投药箱，自动加入。DBS药剂拥有较强大的絮凝能力，能够轻松捕捉废水中极细小颗粒及胶体物质，达到去除脱硫废水中重金属、悬浮物及部分COD、氟化物的效果。
（3）沉降速度快。因DBS药剂本身难溶于水，且比重比水大，加之具有较强大的絮凝能力，形成的矾花具有较高的沉降速度，有利于后续的泥水分离。
（4）固液分离效果好。由于对悬浮物（包括极细小的悬浮物及胶体物质）絮凝吸附去除彻底，且形成的矾花只需一次泥水分离，上清液浊度即达到排放标准或回用要求。
（5）操作简便，自动化程度高。DM一体化处理系统自带有投药机，药剂加料阀通过电机控制，变速可调，控制加药速度及加药量。
（6）抗冲击能力强。脱硫废水成分复杂，水质与煤质、工艺水水质、氧化空气量、石灰石品质以及整个系统的运行工况等诸多参数、因素密切相关，波动较大。DBS复合处理药剂正是针对废水的这一特点研发。
强大科研及技术支持。DBS药剂的研发基于中组部国家级专家、中南大学博士生导师王平山领导的科研平台，投入重金属废水治理领域使用多年来，根据实际运行状况和多数业主提出的共同要求，例如更好的处置污泥，更高的重金属脱除率等，已历经多次配方升级。
同时由于各家企业废水水质不尽相同，对于处理后的出水要求也有侧重点等原因，单一的药剂配方无法满足所有要求。复合药剂配方的灵活性能够非常完美的解决这个问题，通过实地取样，再经过多次有针对性的验证试验，根据结果对药剂中各组分的成分比例做微调，最终形成“一厂一方”的药剂特点。DM一体化处理设备是西林环保公司在整合有色冶炼、氟化工等多个特殊行业的废水治理领域大量工程经验和运行数据基础上开发的一套拥有完全自主知识产权的高新技术产品。DM/DBS废水预处理技术能比较完美的应对目前国内主流矿山废水达标排放的要求，遇到比较特殊的水质，还可以考虑结合预沉、曝气和污泥浓缩等工艺予以解决，出水即可达标排放。
XX热电厂目前三联箱系统或其他处理系统运行基本正常，但是存在处理能力低/运行维护成本较高等问题，我们根据现场装置实际情况提出DBS药剂+改造的工艺方案，用非常经济的方式满足业主提出的系统适当增容、降低运行成本和操作难度、减少劳动力强度和设备检修维护频率等目的和要求。
二．设计条件及依据
本技术方案适用于“XXX脱硫废水处理系统改造工程”，改造条件如下：
本次废水系统改造，在废水厂房、工艺、设备的基础上，进行优化、完善或部分利旧修复，集中处理全厂脱硫废水后，达标处理后的废水短期内根据业主需要进行综合利用。
（1）设计条件
① 废水的水质
废水的水质与工艺、灰及吸附剂等多种因素有关。废水的主要超标项目为悬浮物、pH值、汞、铜、铅、隔、铬、铅、锌、砷、氟、钙、镁、铝、铁以及氯根、硫酸根、亚硫酸根、碳酸根等。
② 废水处理系统处理后水质
产生的废水经处理后出水水质达到废水处理系统出口的污染物最高容许排放浓度的要求。废水排放标准的详细指标如下：
① 废水的处理水量工程规模
改造后系统具有较强的抗水质/水量冲击能力，热电厂目前的废水水量在30m3/d，改造后三联箱及澄清器系统实际出力能力不小于40m³/h（但受限于泵组及管道，进水流量可能达不到这个数值）。
② 改造地点：废水处理厂房
（1）设计依据
① 国家现行的建设项目环境保护设计规定。
② 招标方提供的基础资料及技术要求。
③ 同类行业废水治理的工程经验和技术。
④ 我公司设计技术规范与标准。
三．系统方案整体设计思路
经过对废水系统的初步了解，在认真搜集资料的同时对国家有关各项排放标准、治理方法等进行研究与分析，结合我公司过往工程经验确定了此次三联箱废水处理系统技术改造方案。
该方案通过对原三联箱系统进行改造，不再添加有机硫、硫酸氯化铁、助凝剂等药剂，改为添加我公司的废水处理药剂DBS材料且通过加药装置直接以固态粉料形式自动加入，无需制备水剂，同步处理重金属及悬浮物，协同去除氟化物、硫化物及部分COD等污染物（考虑到可能出现的废水水质极端情况，石灰乳加入系统保留，日常不予运行）。
本方案考虑将原中和箱、反应箱、絮凝箱利旧改造为三级反应处理箱（依序命名为1#、2#、3#反应处理箱）。
2#反应箱顶部增加一套固态药剂投加系统，功率0.75kw。
原药剂制备/投加系统、反冲洗系统及出水箱搅拌等设备可拆除或停用。
四．设备系统工艺流程设计
（1）三联箱改造后废水处理过程
废水经由废水提升泵送入一级反应箱，随后依次经过二、三级箱。同时DBS处理剂从二级处理箱顶部的自动加药系统投入，复合处理剂的投入量可以通过变频器调节。复合处理剂投入量根据废水进水量及水质情况通过给药机的变频投药装置自动调节，再由二级处理箱溢流至三级处理箱。二、三级处理箱搅拌的主要目的是促成较大矾花的形成。处理过的废水溢流进入原澄清器，经过澄清器，水中的矾花会沉降下来，然后排出清水。
（2）化学加药系统
新增一套自动加药系统。固体粉末经加药箱自动给料器投入，在搅拌机的搅拌作用下，与脱硫废水均匀混合。复合处理剂的投入量可以通过变频器调节。
（3）污泥脱水系统
澄清器底部污泥通过污泥输送泵出口母管增加一路污泥支路到脱水皮带混入石膏进行脱水处理，原压滤系统保留，日常不予运行。
（4）其他说明
废水中悬浮物基本上全部与水处理药剂进行物化反应后形成了松散状的絮凝体（矾花），因此不会出现设备与管道堵塞现象。
改造后流程示意框图如下页所示。
五．工艺特点
（1）DBS药剂物化反应时间短。
（2）反应后固形物沉降速度快。
（3）污泥固液分离效果好。
（4）操作简便，自动化程度高。将固体粉状药剂人工倒入加料斗，药剂加料阀通过电机控制，变速可调，控制加药速度及加药量。
（5）行业领先，技术先进。DBS药剂均是本公司针对目前废水设备运行当中存在的问题而自主研发、具有自主知识产权的环保产品。工程实践证明该技术投资低，运行可靠，系统简单，是一种实用，先进，高效的废水处理方式。
六．方案可靠性分析
废水处理系统所加药剂只有一种固态粉料处理药剂DBS。所有污泥均送至压滤机/脱水皮带进行脱水处理。
七．改造新增设备材料清单
湖南西林环保材料有限公司
李经理 18610081801（微信）
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