阅读说明：本技术 一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺 (Membrane distillation process for advanced treatment of high-concentration desulfurization wastewater concentrated solution of power plant ) 是由 王开江 于 2019-03-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺,废水箱中加入待处理废水通过盐水泵输送到换热器中进行循环加热,待膜蒸馏组件的进料温度达到预设温度时,开启冷却水循环泵和冷却水系统,膜蒸馏组件蒸馏过程开始,产生浓盐水和淡水,浓盐水返回废水箱,淡水经冷却进入到淡水收集瓶。通过调控膜蒸馏系统中进料温度、进料流量、进料电导率、冷却水循环流量工艺参数,显著提高了浓缩液的处理效率,减少了污染物质的排放,提高了废水排放标准。(The invention discloses a membrane distillation process for advanced treatment of a high-concentration desulfurization wastewater concentrated solution in a power plant. By regulating and controlling the technological parameters of the feeding temperature, the feeding flow, the feeding conductivity and the cooling water circulation flow in the membrane distillation system, the treatment efficiency of the concentrated solution is obviously improved, the discharge of pollutants is reduced, and the wastewater discharge standard is improved.)

一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺

技术领域

本发明涉及高浓度液体废弃物处理控制、环保净化处理技术领域，具体涉及一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺。

背景技术

截至2009年，我国电力装机容量高达8.52×10⁸Kw，其中燃煤发电比重为74.6％。随着社会经济规模的不断扩大，燃煤发电在我国能源结构中仍然占据着主导地位。燃煤发电过程中会伴随着大量的含硫等有毒有害物质烟气产生，传统上烟气处理方法主要采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫法，该方法产生的脱硫废水水质非常复杂，是一类典型的高含盐量、高硬度、高氯离子浓度、具有较强腐蚀性和结垢性的高污染废水。废水不仅会造成环境的污染、资源的浪费，而且还会影响社会经济的发展。因此电厂高浓度脱硫废水浓缩液零排放深度处理已经成为当今研究的热点。

在电厂脱硫废水处理过程中会产生大量的高浓度脱硫废水浓缩液具有高含盐量、高硬度、高总固体含量、高腐蚀性，浓差极化等特性，利用反渗透等膜组件进行再次利用和处理效果较差，且膜组件容易快速受到污染。在实际处理过程中，一部分高浓度浓缩液通过物化处理的方式进行沉淀处理，不仅产生大量的药剂浪费和再次污染，同时也造成了一定的资源浪费；一部分高浓度浓缩液通过高温蒸发结晶的方式处理，能耗较高，经济性较差。

因此，针对高浓度脱硫废水浓缩液零排放深度处理问题研究，本发明采用了膜蒸馏处理工艺，利用膜蒸馏技术具有高截流率、设备体积小、能耗低、分离效率高等优点，并在中试规模条件研究了不同影响因素对脱硫废水浓缩液的去除效率，调控工艺参数至最佳状态。目前，有关膜蒸馏技术在电厂高浓度脱硫废水浓缩液零排放深度处理过程的研究较少，尤其是在中试条件下进行的相关研究。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺，通过对工艺参数一系列的研究和调控设置，其对高浓度脱硫废水浓缩液进行深度处理后达到零排放标准。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺，该工艺包括以下步骤：

S1、连接好膜蒸馏系统，在废水箱中加入待处理的高浓度脱硫废水浓缩液；

S2、设定膜蒸馏组件的蒸馏过程进料温度设定值为67-80℃，打开盐水泵，高浓度脱硫废水浓缩液通过盐水泵输送到换热器中进行循环加热；

S3、通过流量计控制膜蒸馏组件的进料流量为2-6m³/h，通过电导仪控制膜蒸馏组件的进料电导率为106.3-159.7ms/cm，待膜蒸馏组件的进料温度达到67℃以上时，开启冷却水循环泵和冷却水系统，并控制冷却水循环流量为2-6m³/h，膜蒸馏组件蒸馏过程开始，产生浓盐水和淡水，浓盐水返回废水箱，淡水经冷却进入到淡水收集瓶；

S4、改变膜蒸馏系统中进料温度、进料流量、进料电导率、冷却水循环流量工艺参数，重复上述步骤。

进一步地，所述进料温度、进料流量、进料电导率、冷却水循环流量均采用缓慢递增的方式逐渐改变运行参数。

进一步地，所述膜蒸馏系统采用连续运行模式，运行时间为10-22天。

进一步地，所述膜蒸馏组件为四个串联膜蒸馏组件、两个串联两个并联膜蒸馏组件或四个并联膜蒸馏组件。膜蒸馏组件优选为两个串联两个并联膜蒸馏组件。

进一步地，所述膜蒸馏系统中的膜蒸馏法包括直接接触式膜蒸馏、减压或真空膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、吹扫气膜蒸馏。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的工艺简单，易于控制，且提高了脱硫废水浓缩液的回收率，减少了实际能源损耗，并且没有二次污染。本发明中将膜蒸馏技术应用于高浓度脱硫废水浓缩液零排放深度处理过程之中，不仅提高了膜的污染耐受能力，减少一定程度的膜污染，使得膜组件使用寿命增长，提高了运行的稳定性和经济性；而且膜蒸馏技术不需要诸如反渗透等膜组件所需的膜压差，减少实际过程中的能量损耗，同时膜蒸馏技术可以利用电厂所产生的低品质热源，通过低于废液沸点的温度产生物质传送，可以最大化进行资源利用，环保节能。

本发明将膜蒸馏系统作为脱硫废水零排放处理工艺，提高了浓缩液的处理效率，减少了污染物质的排放，提高了废水排放标准。经过实验结果显示，截流率高达100％，产水总溶解固体为3.9-6.5mg/L，产水导电率为8.6-9.9us/cm。

附图说明

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明中膜蒸馏系统的结构图；

图2为进料温度对膜通量的影响；

图3为进料流量对膜通量的影响；

图4为冷却水循环流量对膜通量的影响；

图5为进料流量和冷却水循环流量同比增加对膜通量的影响；

图6为进料电导率对膜通量的影响；

图7为膜初始表面污染状况的电镜图；

图8为运行1个月后膜表面污染状况的电镜图；

图9为运行2个月后膜表面污染状况的电镜图；

其中，废水箱1，盐水泵2，换热器3，流量计4，冷却水循环泵5，冷却水系统6，膜蒸馏组件7。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施方式对本发明所述技术方案作进一步的详细说明。

膜蒸馏系统的结构如图1所示，左侧废水箱1中的高浓度脱硫废水浓缩液经盐水泵2进入到换热器3中进行循环加热，换热器与膜蒸馏组件之间的管路上分别安装有流量计4、电导仪、温度计和压力表，用于计量进入膜蒸馏组件7前的废水的流量、电导率、温度和压力。开启冷却水循环泵5和冷却水系统6，并在冷却系统与膜蒸馏组件之间的管路上安装有流量计4，用于计量冷却水循环流量，膜蒸馏组件7蒸馏过程开始，产生浓盐水和淡水，浓盐水返回废水箱1，淡水经冷却进入到淡水收集瓶。

该用于电厂高浓度脱硫废水浓缩液深度处理的膜蒸馏工艺，包括以下步骤：

S1、连接好膜蒸馏系统，在废水箱中加入待处理的高浓度脱硫废水浓缩液，高浓度脱硫废水浓缩液性质见表1；

表1

指标	数值
		总硬度mg/L	28.5-32
Ca<sup>2+</sup>mg/L	10.0-11.0
		Mg<sup>2+</sup>mg/L	2.0-2.19
电导率ms/cm	106.3-159.7
		总化学需氧量mg/L	720-765
Cl<sup>-</sup>mg/L	20000-25200

S2、设定膜蒸馏组件的蒸馏过程进料温度设定值为67-80℃，打开盐水泵，高浓度脱硫废水浓缩液通过盐水泵输送到换热器中进行循环加热；

S3、通过流量计控制膜蒸馏组件的进料流量为2-6m³/h，通过电导仪控制膜蒸馏组件的进料电导率为106.3-159.7ms/cm，待膜蒸馏组件的进料温度达到67℃以上时，开启冷却水循环泵和冷却水系统，并控制冷却水循环流量为2-6m³/h，膜蒸馏组件蒸馏过程开始，产生浓盐水和淡水，浓盐水返回废水箱，淡水经冷却进入到淡水收集瓶；

S4、改变膜蒸馏系统中进料温度、进料流量、进料电导率、冷却水循环流量工艺参数，重复上述步骤。

其中，进料温度、进料流量、进料电导率、冷却水循环流量均采用缓慢递增的方式逐渐改变运行参数。膜蒸馏系统采用连续运行模式，运行时间为10-22天。

其中，膜蒸馏组件为四个串联膜蒸馏组件、两个串联两个并联膜蒸馏组件或四个并联膜蒸馏组件。膜蒸馏组件优选为两个串联两个并联膜蒸馏组件。

其中，膜蒸馏系统中的膜蒸馏法包括直接接触式膜蒸馏、减压或真空膜蒸馏、气隙式膜蒸馏、吹扫气膜蒸馏。

试验过程中，对废水中总硬度、钙、镁离子浓度采用EDTA滴定法(GB/T7477-1987)进行测定；对电导率采用我国《水和废水监测分析方法》中的电导率仪法进行测定；对氯离子浓度采用无机阴离子离子色谱法(HJ 84-2016)进行测定；对化学需氧量采用重铬酸盐法(HJ828-2017)测定，具体见表2。

表2

项目	测定方法
		总硬度、钙、镁离子浓度	EDTA滴定法(GB/T7477-1987)
电导率	电导率仪法
		氯离子浓度	离子色谱法(HJ 84-2016)
化学需氧量	重铬酸盐法(HJ828-2017)

实施例1

进料温度对膜通量的影响

膜蒸馏系统中循环冷却水流量为4m³/h、进料流量为4m³/h，本实施例研究进料温度对膜蒸馏通量的影响。如图2所示，整个实验周期历时22天，进料温度逐步从67℃升高至81℃时，膜日产水量从第一天的583.2L/d提高至1154.4L/d。在第1天至第6天时，进料温度从67℃升高至67.7℃，膜日产水量从583.2L/d提高至715.2L/d，膜日产水量提高较快；在第7天至第16天时，当进料温度从67.7℃升高至70.5℃时，膜产水量从715.2L/d略微降低至672L/d，该温度区间段随着温度的提高膜日产水量略微下降；在第17天至第22天时，当进料温度从70.5℃升高至81℃时，膜日产水量从672L/d提高至1154L/d，增加幅度较大，说明该温度区间温度对膜通量的影响更加明显。

实施例2

进料流量对膜通量的影响

如图3所示，本实施例在其他实验条件下相同的情况下，研究了进料流速对膜蒸馏通量的影响。整个实验周期历时16天，在第一天至第4天时，进料流量从3.1m³/h提升至4.1m³/h时，膜日产水量从657.6L/d增加至955.2L/d。随着实验的连续进行，在第6天至第10天时，进料流量保持稳定，膜日产水量略微下降。在第7天至第16天时，增加进料流量至6m³/h时，膜产水量从948L/d增加至1108.8L/d。从整个实验运行过程分析可得，随着进料循环流量的不断增加，膜蒸馏系统膜通量也在不断的增加，这表明进料循环流量与膜通量呈显著的正相关性。

实施例3

冷却水循环流量对膜通量的影响

如图4所示，本实施例在其他实验条件下相同的情况下，研究了冷却水循环流量对膜通量的影响。当冷却水循环量从第一天的2.1m³/h增加至第6天的4m³/h时，膜日产水量从602.4L/d增加至775.2L/d。在第天5至第16天阶段，随着冷却水循环量从4m³/h增加至5.9m³/h时，膜产水量从775.2L/d增加至852L/d。由此可见，在实验初期阶段，膜通量随着冷却水循环流量增加而快速提高，这是因为在传热板材质和气隙条件固定的条件下，增加冷却水循环流量可以降低膜冷侧温差极化现象，流速越大，传热板的热量被冷却水带走的更多，使得传热板的冷凝效果更佳，从而增加了膜通量。

实施例4

进料流量和冷却水循环流量同比增加对膜通量的影响

如图5所示，在其他实验条件下相同的情况下，研究了进料流量和冷却水循环流量同比增加对膜蒸馏通量的影响。根据实验结果显示，随着进料流量和冷却水循环流量按照相同的比例从2m³/h增大至6m³/h时，膜日产水量从640.8L/d提高至1468.8L/d，膜日产水量增加幅度较大，且膜通量增加变化趋势与同比增速变化趋势呈显著的正相关性，这表明，进料流量和冷却水循环流量同比增加对膜通量的提高具有显著的积极影响。

实施例5

进料浓度对膜通量的影响

如图6所示，本实施例在其他实验条件下相同的情况下，研究了进料浓度对膜蒸馏通量的影响。结果显示，当进料液的电导率从122.0ms/cm升至215.0ms/cm时，膜日产水量从955.2L/d提高至988.8L/d，膜通量维持在较为稳定的水平，膜通量变化不大，这表明该实验条件下进料浓度的增加并未引起膜通量的明显变化。由此可见，当进料电导率在122.0ms/cm至215.0ms/cm范围时，膜蒸馏系统对高浓度脱硫废水浓缩液具良好的运行效果。

实施例6

膜蒸馏组件连接方式(串联或并联)对膜蒸馏通量的变化

如表3所示，本实施例研究了不同膜蒸馏组件连接方式对膜蒸馏通量的影响。结果显示，在其他实验条件下相同的情况下，不同的膜组件连接方式对膜通量的影响不同。在膜组件串联的模式下，膜组件能够更好的利用热能，最大程度减少热能的损失，但会导致膜蒸馏系统的投资偏高。当膜组件连接方式为并联的模式下，膜通量达到最大值，产水量达到最大的1632L/h，与串联模式下的膜组件产水量相比较而言，产水量提高了456-552L/h，但是能耗提高了将近4倍。同时，与全串联或全并联膜组件连接方式相比，混合并串联产水量居于二者之间，当膜组件组合方式为两个串联和两个并联相结合模式时，与全串联相比，产水量提高了264-88L/h，与全并联相比，产水量下降了192-264L/h。因此，从膜蒸馏系统造价成本、实际长期能量损耗的角度分析，合理的并串联膜组件连接方式在提高膜蒸馏系统的产水效率和节能降耗方面具有更高的优势性能，在实际应用过程中经济性能更加突出。

表3

实施例7

本实施例在进料流量和冷却水循环流量均为4m³/h，进料温度为72.0±3℃以及进料电导率范围为106.3-159.7ms/cm条件下，研究了膜污染的形成原因和相应的膜清洗方法。如图7、8、9所示，分别对蒸馏膜运行时间0天、1个月、2个月后膜组件解剖后膜表面进行电镜扫描后可得，膜蒸馏系统随着运行时间的增加，膜组件的污染在不断加重。此外，通过对膜表面附着的物质进行能谱元素分析，分析结果显示，氯元素和钠元素总占比为70.31％，氧元素占比为10.73％，铁元素占比8.35％，硫元素占比7.5％，钙元素和镁元素占比合计仅为0.50％，其余元素占比为2.61％。以上分析结果说明，上述膜组件解剖表面形成的垢或结晶块状的物质主要成分为氯化钠，其次为含铁物质。因此，针对膜污染清理方法方面，除了常规的纯水冲洗外，还需要进行定期的酸洗。本实验通过清水冲洗后膜通量恢复率高达99％，用酸洗后膜通量恢复率接近100％，说明清水冲洗和酸冲洗组合方式对膜污染去除具有良好的效率，且冲洗费用较低，经济性能更高。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。