基于膜蒸馏的燃煤电厂脱硫废水浓缩减量研究

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燃煤电厂脱硫废水因其含盐量高、硬度高和腐蚀性强等特点,处理难度大,已成为限制燃煤电厂废水零排放的关键问题。目前,常见的脱硫废水零排放工艺主要分为预处理、浓缩减量和蒸发固化三段。其中,蒸发固化单元的投资和运行费用高昂,是限制脱硫废水零排放的瓶颈。然而,克服该瓶颈的途径之一在于能否有效地对脱硫废水进行浓缩减量。在众多浓缩减量技术中,膜蒸馏(Membranedistillation,MD)因具有能处理高盐溶液、可利用电厂废热和设备要求相对较低等优点,有望在脱硫废水零排放领域具有广泛的应用前景。  不过,目前还未见MD用于浓缩减量脱硫废水成功的工程案例。本研究从目前市场上已商业化的疏水微孔平板膜中遴选潜在应用优势的蒸馏膜材料;集中考察操作条件和脱硫废水中主要成份对MD性能的影响规律;探索MD浓缩减量脱硫废水的可行性,以便为MD浓缩减量脱硫废水的工业化推广提供理论基础和技术指导意见。本文主要研究内容和结果如下:  (1)购选6种商业化的疏水微孔平板膜,对其物化特性进行系统表征,初步评估其用于MD的性能。实验表明:在购选的6中商业膜中,FSM004膜孔隙率高,疏水性最好,膜通量最高,盐截率高于99.97%。因此,FSM004膜被遴选为潜在优势最大的MD膜材料,用作后续研究用膜。  (2)将FSM004膜用于MD浓缩减量模拟脱硫废水溶液,考察了操作条件和脱硫废水主要离子成分对FSM004膜MD性能的影响。实验表明:当进料温度从40℃升至70℃,膜通量显著提高,提高了3.22倍;当料液流速从0.84 cm/s增大到3.34cm/s时,膜通量有明显上升趋势,提高了50.63%;但当进料流速从3.34cm/s增至5.01cm/s,膜通量趋于平稳水平;NaCl浓度和Mg2+浓度对膜通量无显著影响;然而,当钙离子浓度超过100 mg/L,膜蒸馏显著下降;MD持续浓缩减量脱硫废水模拟废水到一定程度,膜通量显著下降;最终,料液罐中CaSO4直接结晶析出。  (3)将FSM004用于MD浓缩减量实际脱硫废水零排放处理过程反渗透(Reverse osmosis,RO)浓水,考察操作条件对其的影响,验证其可行性和处理效果。实验表明,升高进料温度和在一定范围内提高进料流速都会显著提高膜通量;进料pH对膜蒸馏的影响不显著;FSM004膜用于MD过程对脱硫废水具有比RO更强的浓缩减量能力,能够进一步显著地浓缩减量脱硫废水RO浓水,当FSM004膜MD持续浓缩减量该脱硫废水零排放处理过程RO浓水过程中,料液中的CaSO4在膜表面结晶形成膜污染、阻塞膜孔,显著降低膜通量,浓缩倍数高于4.46,料液中CaSO4被浓缩至直接结晶析出;基于MD,FSM004膜能够长期稳定浓缩减量脱硫废水RO浓水至少60 h,盐截率始终高于99.95%。  本研究所获得的实验结果可为MD工业化浓缩减量脱硫废水提供理论指导和技术支持,为实际工程脱硫废水零排放工艺开辟新的途径,对推动我国燃煤电厂脱硫废水零排放有重要的参考价值。
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