烟气脱硫废水处理： 用单价离子选择性电渗析去除氯离子进行水循

　　【我国环保在线 技能前沿】mEDR能够设备于现有的脱硫废水处理系列中，无需贵重的苏打灰软化，一起其浓缩到达的浓水浓度简直适当于蒸腾器可达浓水浓度。　　要害关键
　　●跟着对烟气脱硫废水法规的收紧，电厂将需求添加额定的废水处理设备。而这些处理一般需求很多化学品，本钱很高。而下降处理本钱的佳办法是削减废水排放量，一般能够经过添加废水的内部循环运用而到达意图。
　　●脱硫废水的内部循环受制于其高氯根含量。高氯根会按捺二氧化硫的吸收，且在内部循环时会引起腐蚀问题 – 而这些问题能够经过以下计划处理：　　●脱硫废水中氯离子能够经过工业化的含有单价挑选性膜的倒极电渗析(mEDR)技能完成挑选性去除。 mEDR经过单价阴离子交流膜，在电场的效果下挑选性地别离氯根，一起隔绝硫酸根。这将下降废水中的氯浓度，完成脱硫废水的内部再循环，一起别离出不结垢的氯化钠/氯化钙浓水，完成大于90%的水回收率(也便是低至10%的浓水体积)。　　●由于mEDR无法去除有机物，跟着有机物的循环堆集，该低氯处理水将不或许完成100%循环运用，但即使是部分再循环，也会极大下降贵重的脱硫废水处理根底设施的本钱。　　●该技能需求运用挑选性高于98%的高强度单价离子交流膜，例如Saltworks的IonFlux离子交流膜，它能够隔绝简直一切的硫酸根以避免结垢，而且能够运用强氧化剂(如“漂白剂”)进行清洁。　　●mEDR能够设备于现有的脱硫废水处理系列中，无需贵重的苏打灰软化，一起其浓缩到达的浓水浓度简直适当于蒸腾器可达浓水浓度。　　●尽管氯离子能够被下降至低于200 mg/L，但下降至1,200至1,500 mg/L更为经济。更低的氯浓度需求以更高的本钱和更高的能耗为价值完成。这是由于当氯浓度下降至1,200-1,500 mg/L以下时，体系膜盐通量下降，因而需求更高的本钱和能耗。　　●经济核算显现比较于现有的处理计划，mEDR可节约高达50%的本钱。进一步的测验，包含现场中试项目，将协助验证该计划的真实潜力。　　介绍/ 脱硫废水布景
　　燃煤电厂烟气脱硫体系用于去除二氧化硫(SO2)空气排放。它们产生的废水一般含有硫酸钙，一起含有金属和氯离子。脱硫废水在内部循环，直到其氯离子浓度超越设定水平，则从体系中排出。高氯根浓度会按捺烟气中SO2的吸收，并产生腐蚀问题。氯离子排放浓度取决于不同的运转设备，一般规划为10,000 mg/L至30,000 mg/L。
　　大多数脱硫体系现已包含一些废水处理设备，一般称为“三联箱”，其间重金属和氟化物经过调整酸碱度pH(~pH 9)，并与聚合物和絮凝结合沉积除掉，然后压滤机进行终处理。在曩昔，经过以上进程，包含氯，硒和其他总溶解固体(TDS)组成成分的渗滤液将被排放。但电厂职业将面对强制TDS去除的新法规。本文作者测验了多种处理计划，为未来脱硫废水处理的开展供给了适宜的途径。本文总结了三种计划，并对其经济性进行了比较。成果标明，单价电渗析(mEDR)有期望带来突破性的改动，下降脱硫废水处理本钱。
　　三种比较计划均依据工业广泛使用的技能，但本文对选项(1)和(3)进行了立异优化。
　　●超高压反渗透UHP RO：化学软化 – > 反渗透(SWRO 80 bar) – > 超高压反渗透(UHPRO 120 bar)　　●蒸腾器EVAP：化学软化 – > 反渗透(SWRO 80 bar) – > 蒸腾器　　●mEDR：单价电渗析(mEDR)，无化学软化　　1.淡化氯离子至1,500 mg/L
　　2.淡化氯离子至500 mg/L
　　一切计划均假定现已设备预处理 “三联箱”进程。一切计划均产生终浓水，该浓水可与粉煤灰结合进行固化并经过废物填埋厂填埋处理，或许进入零排放ZLD体系终处理。每种计划的回收率和浓水产值都包含在以下经济剖析中，可是浓水的终处置本钱被扫除在外，并假定大致适当，或至少不会影响下一步的终定论。
　　脱硫废水处理计划布景
　　计划1 (超高压反渗透UHP RO)和计划2 (蒸腾器EVAP)：
　　脱硫废水处理计划1和2的简化工艺流程图如下图1和2所示。 它们的终浓缩进程不同：(1)运用超高压反渗透，产生130,000 mg / L TDS的浓水;(2)运用蒸腾器，产生更高浓度的180,000 mg / L TDS的浓水，但其本钱高于超高压反渗透。
　　图1. 计划1简化工艺流程图：化学软化 – 反渗透 SWRO– 超高压反渗透UHP RO　　图2. 计划2简化工艺流程图：化学软化 – 反渗透 SWRO– 蒸腾器 EVAP　　两种计划都产生适合于排放至环境的处理水，且都运用上游低本钱且广泛可用的反渗透(SWRO)进程。依据作者测验的脱硫废水处理成果，苏打化学软化有必要与反渗透和蒸腾器一起运用。 其本钱占处理总本钱的近50%(本钱加运转本钱;见下表2)。
　　计划3 单价电渗析(mEDR)：
　　单价电渗析(mEDR)挑选性地别离出氯离子以进步内部循环率并削减废水量。 相关简化工艺流程图，请参见图3。

　　mEDR建立在世界上第二大广泛使用的膜脱盐技能-传统电渗析技能的根底上，并结合单价离子交流膜的新进展。 这些离子交流膜由高韧性和高导电离子交流聚合物制成。 在电场效果下，这些膜挑选性地答应单价阴离子，例如氯离子，经过膜并在浓水流中浓缩，一起隔绝多价离子，例如硫酸根(参见图4)。 与肾脏整理人体排出的废物相似，mEDR可去除废水中的氯离子，并将低氯水再循环回脱硫体系进行再运用。
图4. 单价电渗析膜堆
　　由于mEDR仅将氯离子和钙离子转移至浓水中，因而产生主要由氯化钠和氯化钙组成的非结垢浓水。 由于硫酸根无法进入浓水中，结垢物不会构成，因而能够在不需求贵重的苏打灰软化的情况下完成高膜体系浓水浓度。
　　依据真实的烟气脱硫废水的mEDR测验
　　mEDR工艺现现已过小型中试设备(参见图5)和Saltworks的小型膜堆对实践电厂脱硫废水进行了测验，以证明其可行性并供给初始功能数据。 Saltworks的大规划膜堆有两种尺度如图5所示，且依据曩昔的项目成果，小试成果能够线性扩展至大规划设备。
小型中试设备 – 彻底自动化且完好的流程
小型膜堆
E100 膜堆: 100 立方米/天
E200 膜堆: 200立方米/天
　　图5. EDR小型中试设备和大规划膜堆　　测验标明，mEDR能够完成90%以上的回收率并去除90%以上的氯离子。产生的浓水主要由氯化钙，氯化镁和氯化钠组成，而且大于150,000 mg/L TDS。脱硫废水进水，处理水和浓水的剖析成果如下表1所示。 图6展现了各种离子的相对去除成果，包含与硫酸根比较极高的氯根去除率。
表1.烟气脱硫废水，处理水和浓水的水质数据
图6. 脱硫废水和mEDR处理水中主要成分浓度的比较
　　测验设备牢靠运转，无需化学软化。 所用膜表现出优异的单价阴离子挑选性 – 氯离子削减了90%以上，而94%的硫酸根离子保留在脱硫废水中。 以摩尔计，这意味着从脱硫废水中除掉的每200个氯离子，只要1个硫酸根离子经过单价阴离子交流膜。 这种高单价挑选性关于完成从脱硫废水中除掉氯离子，并将氯化钙/氯化镁/氯化钠浓水浓缩而不结垢是至关重要的。 测验并未产生不可逆的有机或无机污染，且每30天进行预防性氧化剂清洁和氯化钠清洁，能够坚持设备安稳功能。
　　脱硫废水处理本钱
　　下表2比较了3种计划的本钱和运转本钱，成果依据实践脱硫水的测验数据和供货商价格，一切计划均假定流量300立方米/天(12.5立方米/小时)。本钱核算依据测验数据和水质如表1所示。总本钱包含本钱本钱和运转本钱，本钱本钱的核算是假定20年的运用寿命，8%利息；运转本钱包含，如能耗，化学品和膜替换，不包含设备，操作人工和税费。 mEDR设备淡化氯离子至1500 mg/L 需求六个Saltworks的E200膜堆，而淡化氯离子至500 mg/L 则需求十二个E200膜堆。 关于大于300立方米/天的处理流量，可经过简略地添加更多膜堆完成。
表2. 脱硫废水处理本钱的比较
　　*本钱假定过滤设备和配套设备依照Saltworks要求的规范在我国制作； Saltworks供给膜，膜堆，工艺工程(P&ID)，以及嵌入程序的PLC进程操控
　　*本钱不包含：设备，人工，增值税 – 假定对一切计划影响相同
　　*本钱假定跟着出产规划和数量的增大，可完成规划经济
　　成果显现：
　　与计划1和2比较，mEDR可节约高达50%的脱硫废水处理的本钱本钱(无需化学软化和热蒸腾体系)和运转本钱。
　　mEDR能够将氯离子去除到十分低的水平，但这或许不是经济的挑选。一旦氯离子削减到1,200 mg/L至1,500 mg/L Cl以下，膜盐通量就会下降，电阻也会添加。因而需求额定添加膜面积和增大功率以到达较低的氯离子浓度。成果标明，尽管mEDR能够很容易地将处理水氯离子降至500 mg/L或更低，可是投本钱钱和能耗却添加了50%。由于处理后的水会与脱硫体系内的高氯水混合，而且mEDR预处理本钱较低，因而将氯离子下降至远低于1,200 mg/L至1,500 mg/L或许没有经济含义。
　　mEDR大型设备出产：
　　由于mEDR 的根底技能 – 电渗析并不是新式技能，因而大规划出产能够完成。　　规范mEDR膜堆由6个Flex EDR E200膜堆组成，每个E200膜堆的水通量为200立方米/天。 每个膜堆每次将除掉大约4,000 mg/L的TDS，需求屡次重复才干到达更高的TDS去除量。单价离子交流膜对该计划至关重要，引荐运用Saltworks IonFlux离子交流膜，由于其具有高单价离子挑选性，安稳性和氧化剂耐受性，且本钱较低。
　　Saltworks具有一系列移动中试设备，可现场证明以上三种计划中的任何一种 – 反渗透RO，蒸腾器EVAP或mEDR单价电渗析。 这些中试设备是集装箱式的(图8)，并仿照大型设备包含自动化和设备操控体系。
图8.电渗析中试设备
　　定论：
　　mEDR技能依据工业化的电渗析技能，为脱硫废水处理供给了远景和可观的经济效益，本钱节约高达50%。 适用于特定使用的中试设备可用来测验：
　　●mEDR计划的佳氯离子浓度。　　●浓水的水质特征，以避免有机物或其他离子等有害物质的堆集。　　●mEDR浓水排放固化要求和所需添加物。　　由于电渗析具有很长的工业化制作前史，在现场中试之后，能够经过现有工厂快速交给大规划设备。 本文旨在作为一般辅导。详细的项目需求，水化学和场所要求将改动项目经济性。
　　(本文系加拿大Saltworks技能公司企业投稿，未经授权，制止转载。图片授权发布，版权归原作者一切。)