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燃煤电厂脱硫废水综合利用处理工艺实验研究

关注:日期:2018-05-10

摘要:为了综合利用燃煤电厂的脱硫废水并使之达到低成本零排放的目标,针对其水质差、含盐量高的特点,提出了预处理-微滤-反渗透-电解制氯组合处理工艺,并进行了软化、膜浓缩和电解制氯全工艺过程实验研究。

结果表明:NaOH+Na2CO3联合软化工艺对Ca2+、Mg2+等硬度离子的去除效果明显;微滤系统在SS的质量分数3%的工况卜运行最为稳定,产水浊度平均为0.22NTU、膜污染指数SDI为3.6;反渗透系统在回收率为70%工况卜达到最大程度浓缩减量并保持稳定运行,产出的浓、淡水的盐质量浓度分别为114.6、0.4g/L;Ti/IrO2-RuO2涂层电极的制氯性能较好,电流密度为100mA/cm2时,其平均电流效率、直流电耗和强化寿命时问分别为60%、4.5W˙h/g和93h,满足工业应用要求。

关键词:脱硫废水;微滤;反渗透;电解制氯;综合利用

本研究针对脱硫废水传统处理工艺的不足以及直接蒸发结晶工艺的高成本、高耗能的现状,提出“预处理软化-微滤-反渗透膜浓缩-电解制氯”组合工艺,并通过实验研究脱硫废水浓缩减量和综合利用技术的可行性。

微滤技术高效的固液分离性能、较大的膜通量和良好稳定性,近年来受到了越来越多的关注。将微滤与反渗透相结合而形成的双膜污水深度处理工艺在垃圾渗滤液、造纸废水以及再生水工程中的应用也十分成功。然而,对于水质复杂的脱硫废水,采用双膜组合工艺处理时,其系统运行稳定性以及出水水质有待进一步研究。

电解海水制氯广泛应用于国内外海滨电厂汽轮机凝汽器海水冷却水的杀菌和防污。聂鑫等研究表明,以高盐度的盐水替代海水作为次氯酸钠发生器的原料水,既减少了浓盐水的排放,又有利于电解制氯系统的安全性和经济性,而且电解浓盐水的有效CI产率明显高于海水(可提高16%~26%)。目前关于脱硫废水反渗透浓水的电解制氯性能的研究很少,本研究针对反渗透浓水高Cl-的特点,考察其制氯效果以及不同涂层电极的制氯性能,为后续实际改造工程提供工程设计和运行的基础数据。

1 实验部分

1.1 实验用水

实验用水为预沉后的脱硫废水上清液,水质分析结果如表1所示,该脱硫废水水质呈弱酸性,Ca2+、Mg2+、SO42-及盐含量均较高。


1.2 实验装置及流程

装置:微滤实验台,反渗透实验台,电化学工作站,电解制氯实验台、水浴电解槽(自制)。电极材料:Ti/IrO2涂层电极和Ti/IrO2-RuO2涂层电极。

实验流程如图1所示。


预沉后脱硫废水首先进行2级软化处理,软化产水进入微滤系统实现固液分离,而微滤产水经过反渗透系统的深度处理后,淡水回用,反渗透浓水进行电解制氯。

1.3 实验方法

1.3.1 预处理软化

1)Ca(OH)2+Na2CO3联合实验。分别量取1L脱硫废水上清液于6只塑料烧杯中,加入不同剂量Ca(OH)2进行搅拌,待反应完全后静沉,取上清液测定Ca2+、Mg2+、SiO2和SO42-的含量,确定Ca(OH)2的优化投加量。再分别量取1L的脱硫废水上清液于6只塑料烧杯中,加入优化剂量的Ca(OH)2,再以理论Na2CO3的投加剂量为基准分别加入不同剂量Na2CO3,反应完全后测定滤液中Ca2+、Mg2+、SiO2和SO42-的含量,确定Na2CO3的优化投加量。

2)NaOH+Na2CO3联合实验。将上述实验中的Ca(OH)2换为NaOH,其他实验条件、步骤不变,分别确定NaOH和Na2CO3的优化投加剂量。

1.3.2 微滤一反渗透膜浓缩

微滤和反渗透实验装置及流程图2所示。


1) 微滤。以优化的软化工艺处理后的脱硫废水悬浊液作为微滤系统进水,采用恒压(进水压力0.3MPa)方式运行,系统运行30min水力反洗1次,每次反洗时间60s,反洗水为微滤产水。控制循环料液SS的质量分数分别为2%、3°%、4%,监测微滤系统的运行压力、过滤压差、产水通量、污染指数(SDI)以及浊度,研宄分析微滤系统的运行性能。

2) 反渗透。进水为微滤产水,采用浓水回流的运行模式,系统在恒流量(膜通量为17L/(m2˙h)的条件下)运行时,通过分析在不同回收率条件下反渗透系统的运行压差、脱盐率等参数的变化来研宄系统运行的性能及稳定性。

1.3.3 电解制氯

采用线性伏安扫描法测定阳极过电位。以待测涂层电极为工作电极,钛片为辅助电极。以饱和食盐水作为电解液,饱和甘汞电极作为参比电极测析氯电位;以0.5mol/L的H2SO4作为电解液,汞-硫酸亚汞电极作为参比电极测析氧电位。设定扫描速率为1mV/s、电位扫描0〜1.5V。

电解装置如图3所示。控制反应温度在30°C以下,烧杯中为600mL实验用水,调节槽电压使电流密度保持在100mA/cm2,电解时间为30min,每3min取样1次,并测定水样中有效Cl和Cl-的含量。



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