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广西石灰厂:火电厂废水处理电渗析技术

发布时间:2024-03-31 19:51人气:

作为用水和排水大户,火电厂在节省用水、分质梯次用水、废水处理后回用上起到示范带头作用,意义重大。为了避免火电厂废水对外界底泥的污染,目前,火电厂废、污水处理正从通常整治逐渐迈向“零排放(ZLD)”的深度处理。
 
火电厂排放的废水按照含盐量的不同可分为3类:一是含盐量较少的废水,如生活废水、含油废水等,可经过相应的处理后回用;二是含盐量中等的废水,如循环水排废水等,一般采用软化-超滤-反渗透系统处理后回用。三是末端高盐废水,如脱硝废水、反渗透浓水等,目前常采用软化-浓缩减量-蒸发结晶的零排放处理,以脱硝废水为代表的末端高盐废水处理难度较大,花费昂贵。电渗析(ED)作为一种传统的脱盐技术,具有浓缩倍率高、浓缩液量较少、能耗较低和占地面积小的优势,常用于海水制盐工业中。但近年来,随着ED技术的不断发展和零排放的不断推动,其在火电厂高盐废水的处理和资源化借助上遭到越来越多的研究和应用。
 
ED系统主要由电极、离子交换膜、隔板、辅助垫片等组成,并被油压装置压紧在机架上。含盐水经过循环泵步入ED膜堆,并通过搁板将盐水分布在各个淡水室,在两极板的强电场作用下,盐水中的阴阳离子发生定向联通,阴离子穿过阴离子交换膜迁移到浓室,继续迁移时遭到阳离子交换膜的抵挡而逗留在浓室,阳离子亦然。随着离子的迁移,浓水室的含盐量越来越大,淡水室的含盐量越来越小,达到出水条件后在各自水箱中溢流排出。
 
评价ED最直观的性能在于淡水回收率、电流效率、脱盐能力和使用寿命等诱因。除了自然条件外,进出水流速和模式、离子浓度和种类、电流密度和离子交换膜的性质等,均深深影响着ED设备的性能。
 
郭春禹等采用国产低浓度淡化均相ED设备,考察了不同操作条件下的单程脱盐率,研究表明,膜堆的单程脱盐率随着进水含盐量、流速的减小而减少,随着电压密度的降低而下降,脱盐率随水底离子种类变化次序为:NaCl>Na2SO4>NaCl+Na2SO4>NaCl+MgSO4>NaHCO3>MgSO4。这为ED处理水质较杂的脱硝废水提供了一定的经验数据。
 
由于离子在离子交换膜中的传热速度远小于在水底,因此随着电压密度的不断下降,膜右侧会出现浓差极化现象,导致煤耗的降低及膜破坏的可能,因此工作电压密度应在极限电压密度之下。MENG等研究表明,膜堆的最大工作电压密度应处于极限电流密度的70%~80%。
 
离子交换膜是ED最核心的部份,几乎决定着ED系统的性能。李丽等实验对比了中外5家生产商制备的离子交换膜除盐性能,结果表明,其中AGC传热性能较好、能耗较低,应用于纯盐浓缩工艺更占优势。
 
王天成通过估算流体动力学方式对隔网形状进行模拟研究,研究发觉,采用矩形隔网可使进水分布更均匀,传质更均匀,流动死区更小,从而缓解浓差极化,降低煤耗。
 
如此多的诱因影响了ED膜堆的性能,无疑降低了其理论估算,限制了虽然用和推广,因此构建ED的传热模型是十分有必要的。祝海涛等综述了Maxwell-Stefan等6种ED传热模型,对比了各个模型的优缺点,并提出了ED模型未来的研究方向在于采用仿真工具并结合经验多项式和系数,进一步优化ED的传热模型。
 
结语
 
与其他脱盐技术对比,ED在高盐废水的浓缩减量阶段表现出了浓缩倍率高、浓缩液量较少、自动化水平高、能耗较小等优点;新型的ED技术也凸显出巨大的应用前景,如BMED用于高盐废水浓缩液的资源化处理、SED对脱硝废水的分盐浓缩以及EDM对脱硝废水的抗酸败浓缩。
 
基于以上的优势,ED在电厂废水处理及零排放的应用上是一种较为理想的脱盐技术,但目前仍然遭到限制:1)一次性投资高,尤其是均相离子交换膜价钱昂贵,且主要核心技术仍然被美国企业所垄断(AGC、ASTOM),限制了ED大范围的应用;2)运行数据资料的短缺,尽管ED用于脱硝废水的组合工艺设计和实验研究较多,但在火电厂脱硝废水浓缩减量中实际应用的资料仍然较少,部分电厂仍处于实验和设计阶段;3)新型ED技术的不成熟性,如BMED处理脱硫废水混酸的回用,酸室窃取、EDM两股混盐浓液的后处理等问题仍须要长时间的阐述和研究。
 
针对这些问题,随着ED在高盐废水浓缩减量中不断应用和数据的积累,ED技术在火电厂脱硝废水零排放工艺中会趋于成熟,巨大的市场需求将剌激国外高档离子交换膜的研制和制备,以提升离子交换膜的使用寿命、降低离子交换膜价钱,完善基于经验或半经验的理论研究,从而促使ED获得更大的应用。此外,未来的工作还将指向ED与其他技术的先进耦合,如与诱导结晶、电解制氯以及电吸附等技术连用,开发更低能耗、更高环保、更长寿命的火电厂高盐废水零排放技术,以提升资源和能源可持续性。

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