Анализ на процеси и характеристики на пречистване на отпадъчни води при десулфуризация на електроцентрали

Резюме: Мокрото десулфуриране на варовиков-гипс е основната технология за контролиране на емисиите на серен диоксид в топлоелектрическите централи. Получените отпадъчни води от десулфуризация, характеризиращи се с висока соленост, висока твърдост, високо съдържание на тежки метали и ниска биоразградимост, представляват значително предизвикателство за пречистването на отпадъчни води от електроцентрали. Този документ се фокусира върху основната технологична система за пречистване на отпадъчни води от десулфуризация на електроцентрали, като подробно описва принципите и оперативните процедури на основните процеси във всеки етап според потока на „предварителна обработка → дълбока концентрация → обработка втвърдяване/кристализация“. Той анализира техническите характеристики, предимствата, ограниченията и приложимите сценарии на различни процеси, интегрирайки основните принципи на избор на процес, за да предостави професионална справка за оптимизиран избор и ефективна работа на процесите за пречистване на отпадъчни води за десулфуризация на електроцентрали, като по този начин допринася за чистото производство и зелената трансформация на топлоенергийната индустрия.

Ключови думи: ТЕЦ; отпадъчни води от десулфуризация; процес на лечение; характеристики на процеса; предварителна обработка; дълбока концентрация; обработка на кристализация

С все по-строгите стандарти за емисии в околната среда и напредването на целите за „двоен въглерод“, съвместимото третиране на отпадъчните води от десулфуризацията на топлоелектрическите централи се превърна в решаваща връзка за постигане на зелено развитие. Понастоящем над 90% от топлоелектрическите централи в моята страна използват процеса на мокро десулфуриране на варовик-гипс. Този процес изисква промиване на десулфуризиращата кула, обезпокоителят и системата за обезводняване на гипса с чиста вода, което води до десулфуризираща отпадъчна вода, богата на тежки метали, високи концентрации на соли и суспендирани твърди вещества. Поради комплексното качество на водата и високата трудност при пречистване, неправилното изхвърляне може да причини замърсяване на почвата и водата, като същевременно застрашава безопасната работа на оборудването на електроцентралата.

Третирането на отпадъчни води от десулфуризация на електроцентрали трябва да се придържа към принципите на "намаляване, безвредност и възстановяване на ресурсите", образувайки цялостна технологична система от "предварително третиране → дълбока концентрация → третиране чрез втвърдяване/кристализация". Различните процеси се различават значително по технически характеристики, ефективност на обработка и оперативни разходи. Разумният избор на комбинации от процеси е от решаващо значение за постигане на баланс между съвместимото пречистване на отпадъчните води и икономическата ефективност. Тази статия се фокусира върху обобщаване на основните процеси на всеки етап, задълбочен анализ на техните характеристики на процеса и предоставяне на подкрепа за избор на процеси в индустрията.

Качеството на отпадъчните води от десулфуризация е значително повлияно от качеството на въглищата, чистотата на варовика и параметрите на процеса на десулфуризация, показвайки общи характеристики на "четири високи и две ниски", директно определящи посоката на избор на процеса на пречистване. По-конкретно:

Висока соленост: Общо разтворени твърди вещества (TDS) 20 000~100 000 mg/L, достигащи максимум 150 000 mg/L, съставени главно от Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺ и K⁺, проявяващи изключително силна корозивност;

Висока твърдост: Концентрацията на Ca²⁺ може да достигне над 4000 mg/L. Съдържанието на Mg²⁺ е приблизително 1600 mg/L, лесно образува неразтворим котлен камък, който запушва оборудването; Високо съдържание на тежки метали: Съдържа живак, кадмий, олово, арсен и др., в концентрации от 0,1~10 mg/L, някои образуват стабилни комплекси, което затруднява отстраняването; Високо суспендирани твърди вещества (SS): Концентрация 1000~10000 mg/L, съставена главно от гипсови частици и варовик на прах, лесно абразивни тръби; Ниска стойност на рН: 4,5~6,0, слабо кисела, влошаваща корозията на оборудването; Ниска биоразградимост: БПК/ХПК < 0,1, трудно се разгражда чрез биологични методи, изискващи физикохимични процеси.

Освен това отпадъчните води също съдържат флуориди, силикати и непокорни органични вещества, което допълнително увеличава сложността на избора на процеси, изискващи процеси на пречистване със силна специфичност и устойчивост на колебания.

Пречистването на отпадъчни води от десулфуризация на електроцентрали е систематичен проект. Всеки етап от процеса е взаимосвързан и работи синергично. Изборът на процеси за различните етапи трябва да се основава на характеристиките на качеството на водата, целите на пречистването и действителните условия на електроцентралата. Следва подробен анализ на основните процеси и основните характеристики на всеки етап.

3.1 Процеси и характеристики на предварителна обработка Предварителната обработка е в основата на десулфуризиращото пречистване на отпадъчни води. Неговите основни цели са премахване на суспендирани твърди вещества, повечето тежки метали, калциеви и магнезиеви йони, флуориди и силикати, намаляване на мътността и твърдостта на отпадъчните води, предотвратяване на котлен камък и запушване в последващи процеси и осигуряване на квалифициран поток за усъвършенствано третиране. Основните процеси включват коагулация и утаяване, химическо омекотяване и филтрационно избистряне. В действителните проекти често се използват комбинирани процеси.

3.1.1 Процес на коагулация и утаяване

Принцип на процеса: Коагуланти (полиалуминиев хлорид, полижелезен сулфат и др.) и коагуланти (полиакриламид) се добавят към отпадъчните води. Чрез адсорбция и флокулация фините суспендирани твърди частици и колоиди образуват големи флокули, които след това се отделят чрез утаяване. Едновременно с това стойността на pH се регулира до 8,5-9,5 (чрез добавяне на калциев хидроксид), което води до утаяване на йони на тежки метали като хидроксиди и някои флуоридни йони се отстраняват (образувайки утайка от калциев флуорид).

Характеристики на процеса:

Предимства: Лесен процес, удобна работа, ниски инвестиционни и оперативни разходи; скорост на отстраняване на суспендирани твърди частици от над 80%, степен на отстраняване на тежки метали от 60%-80%, може бързо да намали мътността на отпадъчните води, подходяща за нуждите от предварителна обработка на различни електроцентрали.

Ограничения: Ограничен ефект на премахване на разтворими соли и комплекси на тежки метали; изисква използване във връзка с процеси на химическо омекотяване и филтриране; при високи условия на COD е необходима усъвършенствана технология за окисление, в противен случай ефектите от последващото третиране ще бъдат засегнати.

Приложими сценарии: Предварително третиране на отпадъчни води от десулфуризация от всички електроцентрали, особено подходящи за малки и средни{0}}електроцентрали с високо съдържание на суспендирани твърди вещества и тежки метали и ограничени бюджети.

3.1.2 Химически процес на омекване
Принцип на процеса: Ядрото е да се премахнат калциевите и магнезиевите йони, за да се намали твърдостта на отпадъчните води. Основният метод е химическо утаяване, което се разделя на омекотяване с вар-калцинирана сода и омекотяване с натриев хидроксид-натриева сода въз основа на използваните реагенти. Методът с вар-калцинирана сода е най-широко използваният. При условия на висока твърдост и високо съдържание на силициев диоксид се използва три-етапен процес на омекване, като последователно се добавят Ca(OH)₂, Na2SO₄ и Na2CO3 за отстраняване на Mg²⁺, малко Ca²⁺ и останалия Ca²⁺ поетапно, генерирайки Mg(OH)₂, CaSO₄ и CaCO3 утаява се.

Характеристики на процеса:

Предимства: Силно насочена, ефективно намаляваща твърдостта на отпадъчните води (Ca²⁺ По-малко или равно на 500mg/L, Mg²⁺ По-малко или равно на 1000mg/L), предотвратявайки образуването на котлен камък при последващи процеси на изпаряване и мембранно разделяне; методът с вар-калцинирана сода има ниска цена, лесно достъпни реагенти и е подходящ за отпадъчни води от десулфуризация с висока-твърдост и високо-силициев диоксид.

Ограничения: Дозирането на реагента изисква прецизен контрол, в противен случай е вероятно вторично замърсяване; производството на утайки е голямо, което изисква поддържащи съоръжения за обезвреждане на утайки; методът с натриев хидроксид-калцинирана сода е скъп и подходящ само за сценарии с изключително високи изисквания за твърдост на отпадъчните води.

Приложими сценарии: Предварително третиране на отпадъчни води от десулфуризация с висока-твърдост, високо-силициев диоксид и високо-флуорид, особено подходящи за последващи процеси като мембранно разделяне и MVR изпаряване със строги изисквания за входяща твърдост.

3.1.3 Процес на филтриране и избистряне

Принцип на процеса: Този процес допълнително премахва фини флокули, суспендирани твърди частици и колоиди от коагулация, утаяване и химическо омекотяване, като гарантира, че мътността на предварително обработените отпадъчни води отговаря на стандартите (обикновено по-малко или равно на 100 mg/L, мембранната концентрация изисква по-малко или равно на 5 mg/L). Основните технологии включват пясъчна филтрация, ултрафилтрация (UF) и тръбна мембранна филтрация.

Характеристики на процеса:

Предимства: Висока точност на филтриране; ултрафилтрацията може да намали мътността на отпадъчните води до под 1 NTU; тръбните мембрани имат силни способности против-замърсяване и са лесни за почистване и поддръжка; ефективно защитава мембранните модули надолу по веригата и оборудването за изпаряване, подобрявайки стабилността на системата; пясъчната филтрация е евтина; ултрафилтрационните и тръбните мембрани са подходящи за сценарии с големи колебания в качеството на водата.

Ограничения: Пясъчната филтрация има ограничена ефективност при отстраняване на фини колоиди; ултрафилтрационните и тръбните мембрани имат по-високи инвестиционни разходи, а мембранните модули трябва да се сменят редовно (срок на живот 1-3 години); тръбните мембрани работят при по-високо налягане и имат малко по-висока консумация на енергия.

Приложими сценарии: Пясъчната филтрация е подходяща за края на конвенционалната предварителна обработка; ултрафилтрационните и тръбните мембрани са подходящи за електроцентрали, където се използват последващи процеси на мембранна концентрация или където концентрацията на суспендирани твърди вещества варира значително.

3.2 Процес на дълбоко концентриране и характеристики Дори след предварителна обработка, отпадъчните води все още съдържат високи концентрации на соли (TDS По-голямо или равно на 10000 mg/L), което изисква дълбоко концентриране за намаляване на обема (80%~90%). След това концентрираната саламура се използва за последващо втвърдяване/кристализация, докато сладката вода може да бъде рециклирана. Основният процес е разделен на две основни категории: концентрация на мембранно разделяне и концентрация на изпаряване.

3.2.1 Процес на концентриране с мембранно разделяне
Принцип на процеса: Въз основа на селективната пропускливост на мембраните, солите и водата се разделят под налягане. Основните технологии включват обратна осмоза (RO), нанофилтрация (NF) и дискова тръбна обратна осмоза (DTRO). Нанофилтрацията може да постигне предварително отделяне на примесите, поставяйки основата за възстановяване на ресурсите.

Характеристики на процеса:

Предимства: Висока ефективност на концентрацията; Степен на възстановяване на прясна вода RO 70% ~ 80%, степен на обезсоляване над 99%, пермеатът може да се използва директно повторно; DTRO има силни способности против-замърсяване, подходящ за отпадъчни води с висока-соленост, високо-суспендирани-твърди вещества, коефициентът на концентрация може да достигне 10~20 пъти; Нанофилтрацията може да задържи двувалентни йони, намалявайки натоварването на последващите процеси и улеснявайки използването на ресурсите от различни соли.

Ограничения: Строги изисквания за качеството на приточната вода; твърдостта и суспендираните твърди вещества трябва да бъдат строго контролирани, за да се избегне замърсяване на мембраната; обикновените RO мембрани не са устойчиви на високо съдържание на хлор, което изисква използването на специализирани мембрани, устойчиви на-хлор; високи разходи за подмяна на мембрани (представляващи над 40% от общите оперативни разходи), което води до висок инвестиционен праг.

Приложими сценарии: RO е подходящ за електроцентрали с голямо търсене на концентрация и повторно използване на отпадъчни води от десулфуризация с ниска-до-средна соленост; DTRO е подходящ за отпадъчни води с големи колебания в качеството на водата и висока соленост и високо съдържание на суспендирани твърди вещества; Нанофилтрацията е подходяща за проекти, фокусирани върху използването на ресурси от различни соли.

3.2.2 Процес на концентриране чрез изпаряване

Принцип на процеса: Този процес концентрира соли чрез изпаряване на водата от отпадъчните води чрез нагряване. Подходящо е за отпадъчни води с висока-соленост (TDS по-голяма или равна на 30000 mg/L). Основните технологии включват механична рекомпресия на пари (MVR), изпаряване на извличане на носещ газ и изпаряване на димни газове.

Характеристики на процеса:

Предимства: MVR има ниска консумация на енергия (приблизително 30~50 kWh/t вода), коефициент на концентрация 10~20 пъти и е подходящ за -третиране в голям мащаб; изпаряването при извличане на носещ газ може да използва отпадъчна топлина от електроцентрали, има ниски изисквания за предварителна обработка и ниски оперативни разходи; изпарението на димни газове има изключително ниска консумация на енергия и ниски инвестиции, може да постигне нулево изхвърляне на отпадъчни води и е подходящо за малки и средни-електроцентрали.

Ограничения: MVR има високи инвестиционни разходи, изисква висока стабилност на качеството на захранващата вода и е склонен към образуване на котлен камък и запушване; технологията за изпаряване на газ-носител има висок праг и в момента се използва по-рядко; изпарението на димните газове изисква контрол на ефекта на пулверизиране, за да се избегне корозия и запушване на димните газове, и изисква мониторинг на емисиите на тежки метали.

Приложими сценарии: MVR е подходящ за големи-мащабни топлоелектрически централи и проекти с високи изисквания за нулеви-емисии; изпаряването чрез извличане на газ носител е подходящо за големи електроцентрали с налична отпадна топлина и ограничено пространство; изпарението на димните газове е подходящо за малки и средни-електроцентрали и проекти с нулеви-емисии с ограничени бюджети.

3.3 Процеси и характеристики на втвърдяване/кристализация Дълбоко концентрираната солена вода (TDS по-голяма или равна на 50000mg/L) трябва да бъде обезвредена чрез втвърдяване или кристализация. Някои процеси могат да постигнат възстановяване на солните ресурси, което е ключова стъпка за постигане на нулево изхвърляне на отпадъчни води от десулфуризация. Основните процеси включват кристализация чрез изпаряване, втвърдяване чрез изпаряване на димни газове и втвърдяване на цимент.

3.3.1 Процес на кристализация чрез изпаряване
Принцип на процеса: Концентрираната солена вода се въвежда в кристализатор за по-нататъшно изпаряване на водата, което кара солите да достигнат насищане и да изкристализират. В комбинация с технологиите за нанофилтрация и криогенна нитрификация е възможно да се постигне постепенно пречистване на примеси, отделяне на натриев хлорид, натриев сулфат и други соли.

Характеристики на процеса:

Предимства: Позволява възстановяване на солния ресурс; възстановената сол, след като отговаря на стандартите за чистота, може да се използва повторно като промишлени суровини; цялостно лечение; концентрираната саламура след кристализация е безвредна, без вторично замърсяване; подходящ за-третиране с концентрирана саламура; може да се интегрира с MVR за работа с-ниска енергия.

Ограничения: Високи инвестиционни и оперативни разходи; трудно пречистване на смесени соли; смесените соли, произведени чрез обикновени процеси, трябва да се изхвърлят като опасни отпадъци; високи изисквания за стабилност на качеството на фуражната вода; Ефектът на кристализация е силно повлиян от колебанията в качеството на водата.

Приложими сценарии: Големи електроцентрали; проекти с голямо търсене на смесено възстановяване на солни ресурси; особено подходящ за сценарии с големи обеми отпадъчни води от десулфуризация и висока стойност на възстановяване на солта, като въглищни химически електроцентрали.

3.3.2 Процес на изпаряване и втвърдяване на димни газове

Принцип на процеса: Концентрираната солена вода се пулверизира и впръсква в опашния димоотвод на котела. Отпадната топлина на димния газ (120~180 градуса) причинява бързо изпаряване на влагата. Солта кристализира и се улавя с летлива пепел, образувайки смес от летлива пепел. Ако отговаря на стандартите, може да се използва като строителен материал; в противен случай се депонира като опасен отпадък.

Характеристики на процеса:

Предимства: Изключително ниска консумация на енергия, не е необходимо допълнително отопление, ниски инвестиционни разходи (40% по-ниски от MVR); проста работа, малък отпечатък и бързо постигане на нулеви емисии; подходящ за обработка на различни концентрирани саламура.

Ограничения: Високи изисквания към оборудването за атомизация; склонни към отлагане на димни газове и корозия; съдържанието на тежки метали в летливата пепел може да надвишава нормите, което изисква строг мониторинг; не може да се постигне оползотворяване на солните ресурси, а третирането на различни соли зависи от използването на летлива пепел.

Приложими сценарии: Малки и средни-теплоелектрически централи, проекти с ограничено пространство, спешни нужди с нулеви-емисии и ограничени бюджети.

3.3.3 Процес на втвърдяване на цимента

Принцип на процеса: Смесват се концентрирана саламура, различни соли, цимент и втвърдяващ агент. Чрез реакцията на хидратиране на цимента тежките метали се фиксират в циментовата матрица, намалявайки риска от излугване. След като втвърденото тяло отговаря на стандартите, то се изхвърля на депото.

Характеристики на процеса:
Предимства: Лесен процес, удобна работа, ниска цена; добър ефект на третиране на концентрирана саламура с високо съдържание на тежки метали, ефективно намаляване на риска от излугване на тежки метали; подходящ за сценарии за аварийно изхвърляне.

Ограничения: Не е възможно възстановяване на ресурси; втвърденият материал е голям и заема земни ресурси; разходите за обезвреждане са високи и съществува риск от дългосрочно-излугване, което води до постепенно намаляване на приложението му.

Приложими сценарии: Третиране на концентриран солен разтвор с изключително високо съдържание на тежки метали, което е трудно за рециклиране, или необходимост от спешно изхвърляне.

Изборът на процес за пречистване на отпадъчни води от десулфуризация на електроцентрала трябва да вземе предвид характеристиките на качеството на водата, целите на пречистването (съответстващо заустване/нулево заустване), мащаба на електроцентралата, бюджета и условията на площадката. Основните принципи трябва да бъдат „силно насочени, икономически ефективни и стабилно работещи“: за малки и средни-електроцентрали с ограничени средства и без нужда от възстановяване на ресурси, може да се използва процес на „коагулационно утаяване + филтриране на пясък + изпаряване на димни газове“; за големи електроцентрали с високи изисквания за нулев-отвод може да се използва процес на „три-етапно омекване + ултрафилтрация + MVR изпаряване + изпарителна кристализация“; за инсталации, фокусирани върху възстановяването на ресурси от различни соли, процесите на нанофилтрация и криогенна нитрификация трябва да се комбинират.

В обобщение, пречистването на отпадъчни води за десулфуризация на електроцентрали е формирало зряла технологична система, като всеки основен процес има своите предимства и недостатъци: процесите на предварителна обработка се фокусират върху „отстраняване на примеси и намаляване на твърдостта“, за да се осигури стабилно последващо третиране; процесите на дълбока концентрация се фокусират върху "намаляване на обема", за да се балансира потреблението на енергия и разходите; и процесите на втвърдяване/кристализация се фокусират върху "безвредност + използване на ресурси", за да се реши проблемът с изхвърлянето на различни соли. В бъдеще технологичното развитие ще премине към ниска консумация на енергия, използване на ресурсите и интелигентност, допълнително оптимизиране на комбинациите от процеси, намаляване на оперативните разходи, подобряване на степента на използване на ресурсите на различни соли и подпомагане на топлоенергийната индустрия да постигне екологично и високо-качествено развитие.