纳滤软化燃煤电厂脱硫废水的实验研究

李 慧

(长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

纳滤软化燃煤电厂脱硫废水的实验研究

李 慧

(长安大学 环境科学与工程学院，陕西 西安 710054)

摘要：采用纳滤对火电厂脱硫废水进行了软化实验研究，讨论了不同回收率对处理效果的影响。实验结果表明：在相同膜通量下，随着回收率的增加，的截留率均有所降低，但降低幅度不大；在同一回收率的条件下，Ca2+、Mg2+的截留率均在95%以上，产水中Ca2+、Mg2+含量均符合软水标准。

关键词：纳滤；软化；脱硫废水；截留率

1引言

随着我国经济社会的快速发展和大型燃煤电厂的兴建，对烟气进行脱硫处理越来越受到重视。在各种烟气脱硫工艺中，石灰石湿法脱硫工艺因其适用煤种范围广、适用煤种含硫量范围大、脱硫效率高(≥90%)、系统可用率高(≥95%)、吸收剂利用率高(≥90%)、石灰石来源丰富且廉价、工艺成熟、运行可靠性高等优势而成为现阶段在全世界范围内应用最广泛的烟气脱硫工艺[1，2]。这种湿法烟气脱硫工艺产生的脱硫废水呈弱酸性，pH值一般为4~6，同时含有大量的悬浮物(石膏颗粒、二氧化硅以及铁、铝的氢氧化物)、氟化物和微量的重金属。

湿法脱硫废水的杂质来自烟气和脱硫用的石灰石，主要包括悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属：其中很多是国家环保标准中要求控制的第一类污染物。由于水质的特殊性，脱硫废水处理难度较大；同时，由于各种重金属离子对环境有很强的污染性，因此，必须对脱硫废水进行单独处理。脱硫废水的处理一般是先预处理再深度处理，目前脱硫废水预处理系统常采用两级反应加沉淀和澄清处理，通过投加石灰和碳酸钠来降低水中的钙镁含量。

纳滤(NF)是一种介于超滤和反渗透之间的压力驱动膜分离过程。纳滤膜具有纳米级的微孔并且大多荷电[3]，具有筛分效应和Donnan电荷效应的分离特性。这使得纳滤膜不仅可以截留低分子量(200~2000)物质，而且对溶解性无机盐具有一定的截留能力，特别是对于二价或高价离子，截留效果更好。水中Ca2+、Mg2+存在二价离子的形式，因此应用纳滤软化脱硫废水具有一定的优势。本文主要研究采用纳滤膜软化处理脱硫废水。

2材料与方法

2.1　废水水质

实验水源为某4×1000MW电厂脱硫废水。取该电厂脱硫废水上清液进行水质分析，其结果见表1。

表1　脱硫废水水质分析数据

由水质分析结果可见：①脱硫废水呈弱酸性；②脱硫废水中的主要阳离子为钙、镁等硬度离子，含量极高。

2.2　实验装置及工艺流程

实验装置由加压泵、原水箱、石英砂过滤器、超滤装置、纳滤装置组成。其中超滤装置采用GE公司的超滤设备，纳滤装置为自行设计。纳滤装置又由保安过滤器、高压泵、膜组件、产水箱及在线仪表组成。采用GE公司的DK4040-F30纳滤膜元件，其出厂标准稳定脱盐率98%，膜面积为8.1m2。工艺流程如图1所示。

图1　废水处理工艺流程

脱硫废水由加压泵加压，通过石英砂过滤器去除水中悬浮物，再经加压泵加压后流经超滤设备，经超滤设备处理后，产水经高压泵加压后流经纳滤膜组件，淡水进入产水箱，浓水一部分循环至超滤设备前与进水混合被处理，剩余浓水排放，通过调整浓水排放量来调整系统回收率。

2.3　实验方法

采用浓水回流方式，可模拟工业纳滤装置各种回收率条件下膜元件的运行工况。浓水回流使膜元件浓水侧的离子及污染物的含量能够模拟工业装置最后一根膜元件的实际运行条件，可充分暴露膜受各种污染及结垢影响时可能出现的问题。

实验采用恒流量运行，即在同一工况下系统进水流量、浓水回流量以及产水流量均保持恒定，通过在不同工况下运行压力、二价离子截留率等参数分析纳滤膜的运行性能。

2.4　仪器和分析方法

实验仪器：SG23便携式多参数水质分析仪，HACH 2100P便携式浊度仪、Zeenit-700原子吸收仪、AB204-5电子天平、XL-8000智能马弗炉、GX-3020烘箱。

3结果与讨论

3.1　GE超滤系统

GE超滤系统运行参数如表2所示。

表2　GE超滤运行参数

3.2　回收率的影响

3.2.1压差

在不同回收率条件下监测膜运行压差，结果见图2。

图2　不同回收率条件下压差变化曲线

由图2可见，在相同膜通量下，随着回收率的增加，压差也逐渐升高。除了在10%回收率条件下的压差曲线波动较大外，其他回收率条件下的压差曲线均比较稳定。借此可以判断膜的污堵情况，从图的数据来看，膜并未发生污堵。

3.2.2Ca2+截留率

计算不同回收率下Ca2+的截留率，结果见图3。

图3　不同回收率条件下Ca2+截留率变化曲线

由图3可见，当进水Ca2+含量在55mmol/L左右时，随着回收率的增加，浓水侧的Ca2+浓度逐渐升高，产水侧Ca2+含量也略有升高。该纳滤膜对Ca2+的截留率最高可以达到99%以上，随着回收率的增加，Ca2+的截留率呈降低趋势。

3.2.3Mg2+截留率

计算不同回收率下Mg2+的截留率，结果见图4。

图4　不同回收率条件下Mg2+截留率变化曲线

由图4可见，当进水Mg2+含量在65mmol/L时，经过纳滤膜处理后，产水Mg2+可以降至2mmol/L左右，该纳滤膜对Mg2+也有很好的截留效果，截留率在98%以上。另外，随着回收率的增加，浓水侧的Mg2+含量逐渐升高，产水侧的Mg2+也略有增加。

图5　不同回收率条件下SO2-4截留率变化曲线

4结论

(1)DK4040-F30纳滤膜性能稳定，在较长时间内对二价离子的截留性能不发生明显变化；

(2)对火电厂脱硫废水采用超滤-纳滤进行软化处理是可行的。在同一回收率下，Ca2+、Mg2+的去除率均在95%以上，产水中Ca2+、Mg2+含量均符合软水标准。

参考文献：

[1]马新灵,邓德兵,向军,等.燃煤电厂烟气脱硫研究进展[J].华中电力,2002,15(6):69～72.

[2]许涛,张岗,高翔.大型燃煤发电厂锅炉烟气脱硫技术[J].湖北电力,2003,27(1):23～25.

[3]Xiao-Lin Wang,Toshinori Tsuru,Shin-ichi Nakao，et al.Electrolyte transport through nanofiltration membranes by the space-charge model and the comparison with Teorel-l Meyer-Sievers model[J].Membrane Sci,1995(103):117~133.

[4]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T 14640-2008工业循环冷却水中钠含量的测定 原子吸收光谱法[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[5]中国国家标准化管理委员会. GB 6905.1-86锅炉用水和冷却水分析方法 氯化物的测定 摩尔法[S].北京：中国国家标准化管理委员会，1987.

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[7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T 14415-2007工业循环冷却水和锅炉用水中固体物质的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[8]中国国家标准化管理委员会. GB 6909.1-86锅炉用水和冷却水分析方法 硬度的测定 高硬度[S]. 北京：中国国家标准化管理委员会，1987.

The Study On the Softening Treatment of FGD Waste Water Of

Coal-fired Power Plant Through Nanofiltration

Li Hui

(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,Chang'anUniversity,Xi'an710054,China)

Abstract:Through the softening experiments on FGD waste water by adopting nanofiltration, the article discusses the influences of recovery rate on the treatment effects. decreases but the reduction is not obvious; under the same conditions of the recovery rate, the rejection rate of Ca2+and Mg2+is above 95%, and the contents of Ca2+and Mg2+in contributing water meet the standard of soft water.

Key words:nanofiltration; softening; FGD waste water; rejection rate

中图分类号：X52

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2015)04-0234-03

作者简介：李慧(1989—)，女，湖北荆门人，长安大学环境科学与工程学院硕士研究生。

收稿日期：2015-03-05