Absztrakt: A mészkő-gipsz nedves kéntelenítése a hőerőművek kén-dioxid-kibocsátásának szabályozására szolgáló fő technológia. Az így létrejövő kéntelenítő szennyvíz, amelyet magas sótartalom, nagy keménység, magas nehézfém-tartalom és alacsony biológiai lebonthatóság jellemez, jelentős kihívás elé állítja az erőművi szennyvíztisztítást. Ez a cikk az erőművi kéntelenítési szennyvízkezelés magfolyamatrendszerére összpontosít, részletezve a főfolyamatok alapelveit és működési eljárásait az egyes szakaszokban az "előkezelés → mélykoncentráció → megszilárdítás/kristályosítási kezelés" folyamatának megfelelően. Elemzi a különböző folyamatok műszaki jellemzőit, előnyeit, korlátait és alkalmazható forgatókönyveit, integrálva a folyamatválasztás alapelveit, hogy szakmai referenciát adjon az erőművi kéntelenítési szennyvíztisztítási folyamatok optimalizált kiválasztásához és hatékony működtetéséhez, hozzájárulva ezzel a hőenergia-ipar tiszta termeléséhez és zöld átalakításához.
Kulcsszavak: Hőerőmű; kéntelenítő szennyvíz; kezelési folyamat; folyamat jellemzői; előkezelés; mély koncentráció; kristályosítási kezelés
I. Bevezetés
Az egyre szigorodó környezeti kibocsátási szabványok és a „kettős szén-dioxid” célok előmozdítása révén a hőerőművek kéntelenítő szennyvizeinek megfelelő kezelése a zöld fejlesztés megvalósításának döntő láncszemévé vált. Jelenleg országomban a hőerőművek több mint 90%-a mészkő{2}}gipszből készült nedves kéntelenítési eljárást alkalmaz. Ehhez a folyamathoz a kéntelenítő tornyot, a páramentesítőt és a gipsz víztelenítő rendszert tiszta vízzel át kell öblíteni, ami nehézfémekben gazdag kéntelenítő szennyvizet, magas só- és lebegőanyag-koncentrációt eredményez. A nem megfelelő ártalmatlanítás összetett vízminősége és nagy kezelési nehézsége miatt talaj- és vízszennyezést okozhat, ugyanakkor veszélyezteti az erőművi berendezések biztonságos üzemeltetését is.
Az erőművi kéntelenítési szennyvizek kezelésénél be kell tartani a "csökkentés, ártalmatlanság és az erőforrás-visszanyerés" elveit, ami az "előkezelés → mélykoncentráció → szilárdítás/kristályosítási kezelés" teljes folyamatrendszerét alkotja. A különböző folyamatok műszaki jellemzői, kezelési hatékonysága és működési költségei jelentősen eltérnek egymástól. A folyamatkombinációk ésszerű kiválasztása kulcsfontosságú a megfelelő szennyvízkezelés és a gazdaságosság közötti egyensúly eléréséhez. Ez a cikk a főfolyamatok minden szakaszában összegzésére, folyamatjellemzőik mélyreható elemzésére, valamint az iparági folyamatok kiválasztásának támogatására összpontosít.
II. Az erőművi kéntelenítési szennyvíz jellemzői (a folyamat kiválasztásának alapja)
A kéntelenítési szennyvíz minőségét jelentősen befolyásolják a szén minősége, a mészkő tisztasága és a kéntelenítési folyamat paraméterei, amelyek általános jellemzőit "négy magas és két legalacsonyabb" mutatják, amelyek közvetlenül meghatározzák a tisztítási folyamat kiválasztásának irányát. Pontosabban:
Magas sótartalom: Összes oldott szilárdanyag (TDS) 20 000-100 000 mg/L, eléri a maximum 150 000 mg/L-t, főként Cl⁻-ból, SO₄2⁻-ból, Na⁺-ből és K⁺-ből áll, és rendkívül erős korrozív hatást mutat;
Nagy keménység: A Ca²⁺-koncentráció elérheti a 4000 mg/l-t. Mg²⁺-tartalom körülbelül 1600 mg/L, könnyen képződik oldhatatlan vízkő, amely eltömíti a berendezést; Magas nehézfém tartalom: Higanyt, kadmiumot, ólmot, arzént stb. tartalmaz 0,1-10 mg/l koncentrációban, néhány stabil komplexet képez, ami megnehezíti az eltávolítást; Magas lebegőanyag-tartalom (SS): Koncentráció 1000-10000 mg/L, főleg gipszszemcsékből és mészkőporból áll, könnyen koptató csövek; Alacsony pH-érték: 4,5~6,0, gyengén savas, súlyosbítja a berendezés korrózióját; Alacsony biológiai lebonthatóság: BOI/KOI < 0,1, biológiai módszerekkel nehezen bontható, fizikai-kémiai folyamatokat igényel.
Ezen túlmenően a szennyvíz fluoridokat, szilikátokat és rezisztens szerves anyagokat is tartalmaz, ami tovább bonyolítja a folyamatok kiválasztását, és erős specifitású és ingadozásokkal szembeni ellenálló képességű kezelési eljárásokat igényel.
III. Az erőművi kéntelenítési szennyvizek alapvető kezelési folyamatai és jellemzői
Az erőművi kéntelenítési szennyvízkezelés szisztematikus projekt. Minden folyamatszakasz össze van kötve és szinergikusan működik. A folyamatok kiválasztásánál a különböző szakaszokhoz a vízminőségi jellemzők, a kezelési célok és az erőmű tényleges körülményei kell, hogy legyen. Az alábbiakban részletes elemzést adunk az egyes szakaszok főbb folyamatairól és alapvető jellemzőiről.
3.1. Előkezelési folyamatok és jellemzők Az előkezelés a kéntelenítő szennyvízkezelés alapja. Alapvető céljai a lebegő szilárd anyagok, a legtöbb nehézfém, kalcium- és magnéziumionok, fluoridok és szilikátok eltávolítása, a szennyvíz zavarosságának és keménységének csökkentése, a vízkőképződés és eltömődés megakadályozása a következő folyamatokban, valamint minősített influens biztosítása a fejlett kezeléshez. A fő folyamatok közé tartozik a koaguláció és ülepítés, a kémiai lágyítás és a szűréssel történő derítés. A tényleges projektekben gyakran alkalmaznak kombinált folyamatokat.
3.1.1 Alvadási és ülepítési folyamat
A folyamat elve: A szennyvízhez koagulánsokat (polialumínium-klorid, poliferri-szulfát stb.) és koaguláló segédanyagokat (poliakrilamid) adnak. Adszorpció és flokkuláció révén a finom lebegő szilárd anyagok és kolloidok nagy pelyheket képeznek, amelyeket aztán ülepedés választ el. Ezzel egyidejűleg a pH-értéket 8,5-9,5-re állítják (kalcium-hidroxid hozzáadásával), aminek következtében a nehézfém-ionok hidroxidként válnak ki, és néhány fluorid ion eltávolítható (kalcium-fluorid csapadék képződik).
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Egyszerű folyamat, kényelmes kezelés, alacsony beruházási és üzemeltetési költségek; 80% feletti lebegőanyag eltávolítási arány, 60%-80% nehézfém eltávolítási arány gyorsan csökkentheti a szennyvíz zavarosságát, alkalmas különféle erőművek előkezelési igényeire.
Korlátozások: Korlátozott eltávolító hatás az oldható sókra és nehézfém-komplexekre; kémiai lágyítási és szűrési eljárásokkal együtt kell használni; magas KOI körülmények között fejlett oxidációs technológiára van szükség, különben a későbbi kezelési hatások kihatnak.
Alkalmazható forgatókönyvek: Minden erőműből származó kéntelenítési szennyvíz előkezelése, különösen alkalmas kis és közepes méretű, magas lebegőanyag- és nehézfém-tartalmú, korlátozott költségvetésű{0}}erőművekhez.
3.1.2 Kémiai lágyítási eljárás
A folyamat elve: A lényeg a kalcium- és magnéziumionok eltávolítása a szennyvíz keménységének csökkentése érdekében. A fő módszer a kémiai kicsapás, amely a felhasznált reagensek alapján mész--szóda-lágyításra és nátrium-hidroxid--szóda-lágyításra oszlik. A mész-szóda a legszélesebb körben alkalmazott módszer. Nagy keménységű és magas szilícium-dioxid-körülmények között három-lépcsős lágyítási eljárást alkalmaznak, és egymás után Ca(OH)2, Na2SO4 és Na2CO3 hozzáadásával fokozatosan távolítják el a Mg2+-t, némi Ca2+-t és a maradék Ca2+-t, így Mg(OH)2, és CaSO22, és CaSO24 képződik.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Célzott, hatékonyan csökkenti a szennyvíz keménységét (Ca²⁺ legfeljebb 500 mg/L, Mg²⁺ legfeljebb 1000 mg/L), megakadályozza a vízkőképződést a következő párolgási és membránleválasztási folyamatokban; a mész-szóda-módszer olcsó, könnyen hozzáférhető reagensekkel rendelkezik, és alkalmas nagy-keménységű, nagy- szilícium-dioxid kéntelenítési szennyvizekhez.
Korlátozások: A reagens adagolása pontos ellenőrzést igényel, különben másodlagos szennyezés valószínű; az iszaptermelés nagy, ehhez támogató iszapártalmatlanító létesítményekre van szükség; a nátrium-hidroxid-{0}}szóda hamu módszer költséges, és csak rendkívül magas szennyvízkeménységi követelmények esetén alkalmas.
Alkalmazható forgatókönyvek: Nagy -keménységű, nagy- szilícium-dioxid és nagy- fluoridos kéntelenítési szennyvíz előkezelése, különösen alkalmas olyan későbbi folyamatokhoz, mint például a membránleválasztás és az MVR elpárologtatása a befolyó keménységre vonatkozó szigorú követelmények mellett.
3.1.3 Szűrési és tisztázási folyamat
A folyamat elve: Ez az eljárás tovább távolítja el a finom pelyheket, a lebegő szilárd anyagokat és a kolloidokat a koagulációból, ülepítésből és kémiai lágyításból, biztosítva, hogy az előkezelt szennyvíz zavarossága megfeleljen a szabványoknak (általában 100 mg/l vagy egyenlő, a membránkoncentrációhoz 5 mg/l vagy kevesebb szükséges). A főbb technológiák közé tartozik a homokszűrés, az ultraszűrés (UF) és a tubuláris membránszűrés.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Nagy szűrési pontosság; az ultraszűrés csökkentheti a szennyvíz zavarosságát 1 NTU alá; a cső alakú membránok erős szennyeződésgátló-képességgel rendelkeznek, és könnyen tisztíthatók és karbantarthatók; hatékonyan védi az alsó membránmodulokat és a párologtató berendezéseket, javítva a rendszer stabilitását; a homok szűrése olcsó; Az ultraszűrő és a cső alakú membránok alkalmasak olyan forgatókönyvekre, ahol a vízminőség nagy ingadozásai vannak.
Korlátozások: A homokszűrés korlátozott hatékonysággal távolítja el a finom kolloidokat; az ultrafiltrációs és csőmembránok beruházási költsége magasabb, a membránmodulokat rendszeresen cserélni kell (élettartam 1-3 év); a cső alakú membránok nagyobb nyomáson működnek, és valamivel nagyobb az energiafogyasztásuk.
Alkalmazható forgatókönyvek: A homokszűrés alkalmas a hagyományos előkezelés befejezésére; Az ultrafiltrációs és csőmembránok olyan erőművekben alkalmazhatók, ahol utólagos membránkoncentrációs eljárásokat alkalmaznak, vagy ahol a lebegőanyag-koncentráció jelentősen ingadozik.
3.2 Mélykoncentráció folyamata és jellemzői A szennyvíz még az előkezelés után is magas sókkoncentrációt tartalmaz (TDS 10000 mg/L vagy annál nagyobb), ami mély koncentrálást igényel a térfogatának csökkentése érdekében (80-90%). A tömény sóoldatot ezután a megszilárdításhoz/kristályosításhoz használják, miközben az édesvíz újrahasznosítható. A magfolyamat két fő kategóriába sorolható: a membránelválasztási koncentráció és a párolgási koncentráció.
3.2.1 Membránleválasztási töményítési folyamat
A folyamat elve: A membránok szelektív permeabilitása alapján a sókat és a vizet nyomás alatt választják el. A főbb technológiák közé tartozik a fordított ozmózis (RO), a nanoszűrés (NF) és a lemezcsöves fordított ozmózis (DTRO). A nanoszűrés lehetővé teszi a szennyeződések előzetes leválasztását, ami megalapozza az erőforrások visszanyerését.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Magas koncentrációs hatékonyság; RO édesvíz-visszanyerési arány 70% ~ 80%, sótalanítási arány 99% felett, a permeátum közvetlenül újrafelhasználható; A DTRO erős szennyeződésgátló-képességgel rendelkezik, alkalmas magas-sótartalmú, magas-lebegő-szilárdtartalmú szennyvízhez, a koncentrációarány elérheti a 10-20-szorost; A nanoszűrés képes visszatartani a kétértékű ionokat, csökkentve a további folyamatok terhelését, és megkönnyíti a különféle sók erőforrás-felhasználását.
Korlátozások: Szigorú követelmények a befolyó víz minőségére vonatkozóan; a keménységet és a lebegő szilárd anyagokat szigorúan ellenőrizni kell a membrán elszennyeződésének elkerülése érdekében; a közönséges RO membránok nem ellenállnak a magas klórtartalomnak, ezért speciális klór-rezisztens membránokat kell használni; magas membráncsere költségek (amelyek az összes működési költség több mint 40%-át teszik ki), ami magas beruházási küszöböt eredményez.
Alkalmazható forgatókönyvek: Az RO olyan erőművekben használható, amelyeknél nagy az igény az alacsony -–-közepes sótartalmú kéntelenítő szennyvíz koncentrálására és újrafelhasználására; A DTRO alkalmas nagy vízminőség-ingadozású, magas sótartalmú és magas lebegőanyag-tartalmú szennyvizekhez; A nanoszűrés alkalmas különféle sók erőforrás-hasznosítására irányuló projektekhez.
3.2.2 Párolgási töményítési folyamat
A folyamat elve: Ez az eljárás a sókat úgy koncentrálja, hogy a szennyvízből melegítés útján elpárologtatja a vizet. Alkalmas nagy-sótartalmú szennyvízhez (TDS nagyobb vagy egyenlő, mint 30000 mg/L). A főbb technológiák közé tartozik a mechanikus gőz-visszanyomás (MVR), a vivőgáz extrakciós elpárologtatás és a füstgáz elpárologtatás.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Az MVR alacsony energiafogyasztású (körülbelül 30–50 kWh/t víz), 10–20-szoros koncentrációarányú, és alkalmas nagy-léptékű kezelésre; a vivőgáz extrakciós elpárologtatása felhasználhatja az erőművek hulladékhőjét, alacsony az előkezelési igénye és alacsony az üzemeltetési költsége; Az égéstermék-elpárologtatás rendkívül alacsony energiafelhasználással és alacsony beruházással jár, nulla szennyvízkibocsátást tesz lehetővé, és alkalmas kis- és közepes méretű{5}}erőművekhez.
Korlátozások: Az MVR magas beruházási költségekkel jár, a tápvíz minőségének nagy stabilitását igényli, és hajlamos a vízkőképződésre és eltömődésre; a vivőgáz extrakciós elpárologtatási technológiája magas küszöbértékkel rendelkezik, és jelenleg kevésbé széles körben használják; A füstgáz elpárolgása megköveteli a porlasztási hatás szabályozását az égéstermék korróziójának és eltömődésének elkerülése érdekében, és megköveteli a nehézfém-kibocsátás monitorozását.
Alkalmazható forgatókönyvek: Az MVR alkalmas nagy{0}}léptékű hőerőművekhez és magas kibocsátásmentes{1}}projektekhez; a vivőgáz extrakciós elpárologtatás alkalmas nagy erőművekhez, ahol rendelkezésre álló hulladékhő és korlátozott hely áll rendelkezésre; a füstgáz elpárologtatás alkalmas kis és közepes méretű-erőművekhez, valamint zéró-kibocsátású projektekhez, korlátozott költségvetéssel.
3.3 Megszilárdulási/kristályosodási folyamatok és jellemzők A mélyen koncentrált sóoldatot (TDS nagyobb vagy egyenlő, mint 50000 mg/L) ártalmatlanná kell tenni megszilárdítással vagy kristályosítással. Egyes eljárások a sókészletek visszanyerését eredményezhetik, ami kulcsfontosságú lépés a kéntelenítési szennyvíz nulla kibocsátásának elérésében. A főbb folyamatok közé tartozik a párolgásos kristályosítás, a füstgáz párologtatásos megszilárdítása és a cementszilárdítás.
3.3.1 Párolgásos kristályosítási folyamat
A folyamat elve: Tömény sóoldatot vezetnek be a kristályosítóba a víz további elpárologtatása érdekében, aminek következtében a sók telítetté válnak és kikristályosodnak. A nanoszűrési és kriogén nitrifikációs technológiákkal kombinálva lehetőség nyílik a szennyeződések fokozatos tisztítására, a nátrium-klorid, nátrium-szulfát és egyéb sók szétválasztására.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Lehetővé teszi a sóforrások visszanyerését; a visszanyert só, ha megfelel a tisztasági előírásoknak, újra felhasználható ipari nyersanyagként; alapos kezelés; a koncentrált sóoldat a kristályosítás után ártalmatlan, másodlagos szennyezés nélkül; alkalmas magas-sótartalmú sóoldat kezelésére; integrálható MVR-rel az alacsony-energiájú működés érdekében.
Korlátozások: Magas beruházási és üzemeltetési költségek; vegyes sók nehéz tisztítása; a szokásos eljárásokkal előállított vegyes sókat veszélyes hulladékként kell ártalmatlanítani; magas követelmények a takarmányvíz minőségi stabilitására vonatkozóan; a kristályosodási hatást nagymértékben befolyásolja a vízminőség ingadozása.
Alkalmazható forgatókönyvek: Nagy erőművek; projektek, amelyekben nagy az igény a vegyes sóforrások visszanyerésére; különösen alkalmas nagy kéntelenítési szennyvízmennyiséggel és magas sóvisszanyerési értékkel rendelkező forgatókönyvekhez, mint például szén-kémiai erőművek.
3.3.2 Füstgáz párolgási és megszilárdulási folyamat
A folyamat elve: A koncentrált sóoldatot porlasztják és a kazán végtermék-elvezetőjébe permetezik. A füstgáz hulladékhője (120-180 fok) a nedvesség gyors elpárolgását okozza. A só kikristályosodik, és a pernye felfogja, pernye keveréket képezve. Ha megfelel a szabványoknak, építőanyagként használható; egyébként veszélyes hulladékként kerül lerakásra.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Rendkívül alacsony energiafogyasztás, nincs szükség további fűtésre, alacsony beruházási költség (40%-kal alacsonyabb, mint az MVR); egyszerű kezelés, kis helyigény és a nulla kibocsátás gyors elérése; alkalmas különféle tömény sóoldatok kezelésére.
Korlátozások: Magas követelmények a porlasztó berendezésekkel szemben; égéstermék-lerakódásra és korrózióra hajlamos; a pernye nehézfém-tartalma meghaladhatja a szabványokat, ami szigorú ellenőrzést igényel; nem tudja elérni a sókészlet-kihasználást, és a különféle sók kezelése a pernye hasznosításától függ.
Alkalmazható forgatókönyvek: Kis- és közepes méretű -hőerőművek, korlátozott helyigényű projektek, sürgős zéró-kibocsátási igények és korlátozott költségvetés.
3.3.3 A cementszilárdítási folyamat
Az eljárás elve: Tömény sóoldatot, különféle sókat, cementet és szilárdítószert összekeverünk. A cement hidratációs reakciója révén a nehézfémek rögzítődnek a cementmátrixban, csökkentve a kimosódás kockázatát. Miután a megszilárdult test megfelel a szabványoknak, hulladéklerakóba kerül.
A folyamat jellemzői:
Előnyök: Egyszerű folyamat, kényelmes kezelés, alacsony költség; jó kezelési hatás magas nehézfémtartalmú koncentrált sóoldathoz, hatékonyan csökkentve a nehézfém-kimosódás kockázatát; alkalmas vészhelyzeti ártalmatlanítási forgatókönyvekre.
Korlátozások: Az erőforrások helyreállítása nem lehetséges; a megszilárdult anyag nagy és földi erőforrásokat foglal el; az ártalmatlanítási költségek magasak, és fennáll a hosszú távú kioldódás veszélye-, ami az alkalmazás fokozatos csökkenéséhez vezet.
Alkalmazható forgatókönyvek: Rendkívül magas nehézfém-tartalmú, nehezen újrahasznosítható koncentrált sóoldat kezelése, vagy sürgősségi ártalmatlanítási igény.
IV. A folyamatválasztás alapelvei és összefoglalása
Az erőművi kéntelenítési szennyvízkezelési eljárás kiválasztásánál figyelembe kell venni a vízminőségi jellemzőket, a kezelési célkitűzéseket (megfelelő kibocsátás/nulla kibocsátás), az erőmű méretét, a költségvetést és a helyszíni feltételeket. Az alapelveknek „nagyon célzottnak, gazdaságilag hatékonynak és stabilan működőnek” kell lenniük: A korlátozott forrásokkal és erőforrás-visszanyerési igényekkel nem rendelkező kis- és közepes méretű erőművek esetében a „koagulációs ülepítés + homokszűrés + füstgáz elpárologtatás” eljárás alkalmazható; nagy zéró-kisülési igényű nagy erőműveknél a "három-lépcsős lágyítás + ultraszűrés + MVR bepárlás + bepárlási kristályosítás" eljárás alkalmazható; a különféle sók erőforrás-visszanyerésére összpontosító üzemeknél a nanoszűrési és a kriogén nitrifikációs eljárásokat kombinálni kell.
Összefoglalva, az erőművi kéntelenítő szennyvízkezelés egy kiforrott technológiai rendszert alakított ki, amelyben minden főfolyamatnak megvannak a maga előnyei és hátrányai: az előkezelési folyamatok a "szennyeződések eltávolítására és a keménység csökkentésére" helyezik a hangsúlyt a stabil későbbi tisztítás biztosítása érdekében; a mélykoncentrációs folyamatok a „térfogatcsökkentésre” összpontosítanak, hogy egyensúlyba kerüljenek az energiafogyasztás és a költségek; és a megszilárdulási/kristályosodási folyamatok az "ártalmatlanságra + erőforrás-kihasználásra" összpontosítanak, hogy megoldják a különféle sók ártalmatlanításának problémáját. A jövőben a technológiai fejlesztés az alacsony energiafogyasztás, az erőforrás-felhasználás és az intelligencia irányába fejleszt, tovább optimalizálja a folyamatkombinációkat, csökkenti a működési költségeket, javítja a különféle sók erőforrás-felhasználási arányát, és segíti a hőenergia-ipart a környezetbarát és magas színvonalú{2}} fejlődésben.