火電廠作為工業(yè)用水大戶，在水污染治理的工作上面臨著巨大的挑戰(zhàn)，其中脫硫廢水、酸堿再生廢水及循環(huán)水濃排水作為高鹽廢水，無法繼續(xù)回用于其他系統(tǒng)。因此，高鹽廢水成為水污染防治的重點(diǎn)及難點(diǎn)。鑒于高鹽廢水水量較大，水量的消耗無法一步到位，在實(shí)施零排放之前優(yōu)先對(duì)高鹽廢水進(jìn)行深度濃縮。深度濃縮減量指采用技術(shù)手段把高鹽廢水中的部分水分離出來，剩下更高含鹽量的末端廢水，而末端廢水無法進(jìn)一步濃縮可直接考慮進(jìn)行固化處理。深度濃縮減量的目的是減少進(jìn)入后續(xù)固化處理的廢水量，以減少廢水處理系統(tǒng)的總投資和運(yùn)行成本。目前，國內(nèi)部分工程案例采用不同深度濃縮工藝。
本文對(duì)對(duì)DTRO、ED、多效閃蒸及低溫?zé)煔鉂饪s的深度濃縮工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，為同類型廢水改造項(xiàng)目提供參考。
1、深度濃縮工藝技術(shù)介紹
1.1 碟管式反滲透膜（DTRO)
碟管式反滲透（DTRO)是專門用來處理高濃度高含鹽量污水的膜組件，在處理高鹽廢水垃圾滲濾液中己經(jīng)有幾十年的實(shí)際工程案例，其核心技術(shù)是DTRO膜片膜柱，把DTRO膜片和水力導(dǎo)流盤疊放在一起，用中心拉桿和端板進(jìn)行固定，然后置入耐壓套管中，就形成一個(gè)膜柱。DTRO獨(dú)具專利的開放式流道與傳統(tǒng)的卷式膜組件構(gòu)造截然不同，運(yùn)行過程中，原水通過膜柱底部下法蘭和套筒之間的通道到達(dá)膜柱上法蘭，從上法蘭進(jìn)入導(dǎo)流盤，原水以極高的速度從安裝在導(dǎo)流盤之間膜片的一面流入到另外一面，然后從下面導(dǎo)流盤中心的草寇流出，進(jìn)入下一膜片，從剖面看形成一個(gè)雙“S”形行進(jìn)路線，膜柱末端最后的出水就是濃縮液。DTRO在垃圾滲濾液處理中應(yīng)用較為廣泛，火電廠廢水零排放中應(yīng)用案例較多，運(yùn)行較為可靠。
1.2 電滲析（ED)
電滲析（ED)是電解滲析擴(kuò)散過程的組合，它也是膜分離技術(shù)的一種。利用離子交換膜的選擇透過性，即陽膜理論上只允許陽離子通過，陰膜理論上只允許陰離子通過，在外加直流電場作用下，陰、陽離子分別往陽極和陰極定向移動(dòng)，如果膜的固定電荷與離子的電荷相反，則離子可以通過，如果它們是相同，則離子被排斥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液的濃縮和分離的目的。淡水室達(dá)到除鹽淡化的目的，濃水室得到濃縮后的濃水，反離子遷移是電滲析除鹽的主要過程。電滲析技術(shù)可將溶液濃縮至TDS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)18%~22%，并能長期穩(wěn)定運(yùn)行。
1.3 多效閃蒸
多效蒸發(fā)的主要工作原理是通過利用前一級(jí)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽作為后一級(jí)蒸發(fā)器的熱源來實(shí)現(xiàn)蒸汽熱能的多次利用，從而提高熱能利用率。在火電廠，動(dòng)力蒸汽可取自輔助蒸汽。動(dòng)力蒸汽對(duì)一效蒸發(fā)器進(jìn)行加熱后冷凝后回用；廢水經(jīng)一效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮并形成二次蒸汽作為二效蒸發(fā)器的熱源；濃縮后的廢水進(jìn)水二效蒸發(fā)器進(jìn)一步濃縮，其形成的二次蒸汽又作為三效蒸發(fā)器的熱源；如此類推，濃縮廢水進(jìn)入下一效蒸發(fā)器繼續(xù)濃縮。最終，末效蒸發(fā)器出來的蒸汽最后進(jìn)入凝汽器冷凝成水，即為脫鹽后的蒸餾水，水質(zhì)很好，可作為冷卻塔甚至鍋爐補(bǔ)給水；末效濃鹽水則可繼續(xù)進(jìn)入后續(xù)濃縮系統(tǒng)或直接經(jīng)增稠器和離心機(jī)進(jìn)行固液分離。根據(jù)二次蒸汽和料液的流向，分為并流、平流、逆流和錯(cuò)流操作，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)生產(chǎn)要求和各種物料的物化性質(zhì)的不同選擇不同的流程。
1.4 低溫?zé)煔庹舭l(fā)
低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮處理是引出部分引風(fēng)機(jī)后的低溫?zé)煔庾鳛闊嵩催M(jìn)入蒸發(fā)濃縮器。將高鹽廢水引至蒸發(fā)濃縮器霧化后與煙氣直接接觸換熱而被蒸發(fā)、濃縮，飽和濕煙氣經(jīng)過蒸發(fā)濃縮器內(nèi)的除霧器處理后進(jìn)入主煙道。高鹽廢水經(jīng)過低溫?zé)煔庹舭l(fā)處理后形成冷凝水和濃縮液兩部分，冷凝水可以回用作脫硫工藝水，濃縮液進(jìn)入末端廢水處理工藝單元。在低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮采用大流量循環(huán)蒸發(fā)方式，工作原理同脫硫吸收塔，使廢水濃縮5~10倍。
2、多種深度濃縮工藝技術(shù)比較
深度濃縮減量效果直接影響末端廢水固化處理方式，是實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵單元，因此需選取適合的深度減量濃縮方案。針對(duì)國內(nèi)某電廠深度優(yōu)化用水及水污染防治改造工程，全廠裝機(jī)容量為4x1000MW，經(jīng)全廠深度優(yōu)化用水后剩余無法回用的高鹽廢水共計(jì)66m3/h，主要以脫硫廢水為主，少量酸堿再生廢水，混合后TDS(含鹽量）為42000mg/L，氯離子濃度為8000mg/L多種深度濃縮工藝技術(shù)比較見表2。各工藝流程圖見圖1~圖4。
2.1 原水水質(zhì)條件
DTRO工藝和ED工藝均為膜法濃縮工藝，其特點(diǎn)利用膜技術(shù)進(jìn)行除鹽與分鹽，因此其應(yīng)用不受廢水水量限制。但膜法濃縮系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求較高，為保證膜處理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，膜法濃縮減量前宜進(jìn)行必要的預(yù)處理（包括除濁、除硬等）。多效閃蒸工藝發(fā)工藝對(duì)進(jìn)水水質(zhì)濁度、硬度要求較低，可不進(jìn)行預(yù)處理，但從長期穩(wěn)定運(yùn)行角度考慮，控制含固量低于1%。低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝運(yùn)行原理與脫硫吸收塔相似，通過噴嘴霧化后與低溫?zé)煔獬浞纸佑|，為保障噴嘴不堵塞，控制懸浮物低于500mg/L。
2.2 占地空間
相對(duì)于DTRO工藝、ED工藝和多效閃蒸工藝，低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝無需配套新增濃縮車間，單套低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝占地面積較小，直接布置于脫硫吸收塔周邊，控制系統(tǒng)可直接納入脫硫系統(tǒng)，占地空間最低。DTRO工藝及ED工藝濃縮車間除新增軟化系統(tǒng)之外，配套新建膜系統(tǒng)沖洗、反洗、加藥等設(shè)施，占地面積最大，需整體考慮布置場地。多效閃蒸工藝無需軟化系統(tǒng)，占地空間相對(duì)適中。
2.3 適用性比較
DTRO工藝和ED工藝系統(tǒng)具有技術(shù)成熟度較高、適用范圍廣、系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的優(yōu)點(diǎn)，不過系統(tǒng)較為復(fù)雜、高鹽廢水處理投資費(fèi)用相對(duì)較高，適用于大水量末端廢水的零排放的濃縮減量處理。但進(jìn)水水質(zhì)需軟化，總體運(yùn)行費(fèi)用最高。多效閃蒸工藝系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，自動(dòng)化程度較高，無需預(yù)處理過程，火電廠中有一定的應(yīng)用業(yè)績，但其性能及防垢防堵情況還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝?yán)秒姀S尾部煙氣余熱，能效較少，蒸發(fā)濃縮減量受機(jī)組負(fù)荷影響較大，適用于水量較少的末端廢水濃縮減量工程。
3、多種深度濃縮工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析
國內(nèi)某電廠4x1000MW機(jī)組高鹽廢水多種深度濃縮工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析。從表3可知，針對(duì)高鹽廢水深度濃縮階段，DTRO工藝及ED工藝配套新增預(yù)處理軟化單元投資占比近四成，運(yùn)行費(fèi)用中主要成本來自預(yù)處理軟化單元藥劑運(yùn)行費(fèi)用，運(yùn)行費(fèi)用最高，因此，原水預(yù)處理軟化制約膜濃縮工藝的發(fā)展。
多效閃蒸工藝主要投資費(fèi)用集中在閃蒸設(shè)備中，運(yùn)行費(fèi)用主要為蒸汽消耗成本。低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮工藝，運(yùn)行成本最低，利用脫硫入口煙氣余熱，且新增低溫?zé)煔庹舭l(fā)塔并入脫硫系統(tǒng)運(yùn)行，可避免新增車間運(yùn)行人員，減少運(yùn)行成本。
4、結(jié)論
根據(jù)對(duì)4種高鹽廢水深度濃縮工藝進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，4種工藝方案均能滿足深度濃縮的要求，實(shí)現(xiàn)末端廢水量最少化。但不同工藝路線各有優(yōu)缺點(diǎn)。
(1)DTRO工藝應(yīng)用業(yè)績最多，工藝成熟，出水水質(zhì)較好。但單只膜出水水量小，運(yùn)行壓力高，受水質(zhì)含鹽量的制約等問題，需配套NF+SWRO進(jìn)行一級(jí)預(yù)濃縮。原水需進(jìn)行預(yù)處理軟化，運(yùn)行維護(hù)成本較高。
(2)ED工藝流程簡單，進(jìn)水不受含鹽量的限制，濃縮倍率較高，但出水水質(zhì)較差，可配套新增一級(jí)反滲透，進(jìn)一步提升產(chǎn)水水質(zhì)。同樣原水需進(jìn)行預(yù)處理軟化，運(yùn)行維護(hù)成本較高。
(3)多效閃蒸工藝系統(tǒng)獨(dú)立，產(chǎn)水水質(zhì)較好，無需預(yù)處理，但蒸汽耗量較高，相關(guān)應(yīng)用業(yè)績較少，時(shí)間較短，長期運(yùn)行可靠性仍需進(jìn)一步確認(rèn)。
(4)低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝，利用脫硫入口低溫?zé)煔猓苄ё畹停脑焱顿Y成本最低，在本項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較中體現(xiàn)出較為明顯的優(yōu)勢。但應(yīng)用較少，時(shí)間較短，長期運(yùn)行可靠性仍需進(jìn)一步確認(rèn)。
(5)高鹽廢水深度濃縮工藝的選取對(duì)廢水零排放的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要，新技術(shù)層出不窮，在實(shí)際項(xiàng)目中根據(jù)不同的外部條件、廢水水質(zhì)條件等因素進(jìn)行綜合比較，選取合適的改造工藝，以便達(dá)到最佳的濃縮效果。（來源：華電章丘發(fā)電有限公司）
