Voimalaitosten rikinpoiston jätevedenkäsittelyprosessien ja ominaisuuksien analyysi

Tiivistelmä: Kalkkikiven{0}}märkä rikinpoisto on yleisin tekniikka rikkidioksidipäästöjen hallitsemiseksi lämpövoimaloissa. Tuloksena oleva rikinpoistojätevesi, jolle on tunnusomaista korkea suolapitoisuus, korkea kovuus, korkea raskasmetallipitoisuus ja alhainen biohajoavuus, on merkittävä haaste voimalaitosjätevesien käsittelylle. Tässä artikkelissa keskitytään voimalaitosten rikinpoiston jäteveden käsittelyn ydinprosessijärjestelmään, ja siinä esitetään yksityiskohtaisesti pääprosessien periaatteet ja toimintatavat kussakin vaiheessa "esikäsittelyn → syväkonsentroinnin → jähmettymis-/kiteytyskäsittelyn" kulman mukaisesti. Se analysoi eri prosessien tekniset ominaisuudet, edut, rajoitukset ja soveltuvat skenaariot integroimalla prosessien valinnan ydinperiaatteet tarjotakseen ammattimaista referenssiä voimalaitosten rikinpoiston jätevedenpuhdistusprosessien optimoituun valintaan ja tehokkaaseen toimintaan, mikä edistää lämpövoimateollisuuden puhdasta tuotantoa ja vihreää muutosta.

Avainsanat: Lämpövoimalaitos; rikinpoisto jätevesi; käsittelyprosessi; prosessin ominaisuudet; esikäsittely; syvä keskittyminen; kiteytyskäsittely

Yhä tiukentuvien ympäristöpäästöstandardien ja "kaksoishiilen" tavoitteiden edistämisen myötä lämpövoimalaitosten rikinpoistojätevesien vaatimustenmukaisesta käsittelystä on tullut keskeinen linkki vihreän kehityksen saavuttamisessa. Tällä hetkellä yli 90 % kotimaani lämpövoimaloista käyttää kalkkikivi-kipsin märkärikinpoistoprosessia. Tämä prosessi vaatii rikinpoistotornin, huurteenpoiston ja kipsin vedenpoistojärjestelmän huuhtelemisen puhtaalla vedellä, mikä johtaa rikinpoistojäteveteen, jossa on runsaasti raskasmetalleja, suuria pitoisuuksia suoloja ja kiintoaineita. Monimutkaisen vedenlaadun ja korkean käsittelyvaikeuden vuoksi virheellinen hävittäminen voi aiheuttaa maaperän ja veden saastumista ja samalla vaarantaa voimalaitoksen laitteiden turvallisen toiminnan.

Voimalaitosten rikinpoistojätevesien käsittelyssä on noudatettava "vähentämisen, vaarattomuuden ja resurssien talteenoton" periaatteita, jotka muodostavat täydellisen prosessijärjestelmän "esikäsittely → syvä konsentraatio → kiinteytys/kiteytyskäsittely". Eri prosessit vaihtelevat merkittävästi teknisten ominaisuuksien, hoidon tehokkuuden ja käyttökustannusten osalta. Kohtuullinen prosessiyhdistelmien valinta on ratkaisevan tärkeää, jotta saavutetaan tasapaino vaatimustenmukaisen jätevedenkäsittelyn ja taloudellisen tehokkuuden välillä. Tässä artikkelissa keskitytään tiivistämään pääprosessit kussakin vaiheessa, analysoimaan syvällisesti niiden prosessien ominaisuuksia ja tarjoamaan tukea prosessien valinnassa alalla.

Rikinpoistojäteveden laatuun vaikuttavat merkittävästi hiilen laatu, kalkkikiven puhtaus ja rikinpoistoprosessin parametrit, joiden yleisominaisuudet ovat "neljä korkeaa ja kaksi alhaista", jotka määrittävät suoraan käsittelyprosessin valinnan suunnan. Erityisesti:

Korkea suolapitoisuus: Liuenneiden kiintoaineiden kokonaismäärä (TDS) 20 000 - 100 000 mg/L, saavuttaen maksimiarvon 150 000 mg/L, koostuu pääasiassa Cl-, SO₄2⁻, Na+ ja K+, jotka osoittavat erittäin voimakasta syövyttävyyttä;

Korkea kovuus: Ca²⁺-pitoisuus voi nousta yli 4000 mg/l. Mg²⁺-pitoisuus on noin 1600 mg/L, muodostaen helposti liukenematonta kalkkia, joka tukkii laitteet; Korkea raskasmetallipitoisuus: Sisältää elohopeaa, kadmiumia, lyijyä, arseenia jne. pitoisuuksina 0,1–10 mg/l, joista osa muodostaa stabiileja komplekseja, mikä vaikeuttaa poistamista; Korkea suspendoitunut aine (SS): Pitoisuus 1000-10000 mg/L, koostuu pääasiassa kipsihiukkasista ja kalkkikivijauheesta, helposti hankaavia putkia; Matala pH-arvo: 4,5-6,0, heikosti hapan, pahentaa laitteiden korroosiota; Alhainen biohajoavuus: BOD/COD < 0,1, vaikea hajottaa biologisilla menetelmillä, vaatii fysikaalis-kemiallisia prosesseja.

Lisäksi jätevesi sisältää myös fluorideja, silikaatteja ja epäluottamuksellista orgaanista ainesta, mikä lisää prosessien valinnan monimutkaisuutta ja vaatii käsittelyprosesseja, joilla on vahva spesifisyys ja vaihtelukyky.

Voimalaitosten rikinpoisto jätevedenkäsittely on systemaattinen hanke. Jokainen prosessivaihe on yhteydessä toisiinsa ja toimii synergistisesti. Prosessien valinnan eri vaiheille tulee perustua veden laatuominaisuuksiin, käsittelytavoitteisiin ja voimalaitoksen todellisiin olosuhteisiin. Seuraavassa on yksityiskohtainen analyysi pääprosesseista ja kunkin vaiheen ydinominaisuuksista.

3.1 Esikäsittelyprosessit ja ominaisuudet Esikäsittely on rikinpoistojätevesien käsittelyn perusta. Sen päätavoitteena on poistaa suspendoituneet kiintoaineet, useimmat raskasmetallit, kalsium- ja magnesium-ionit, fluoridit ja silikaatit, vähentää jäteveden sameutta ja kovuutta, estää hilseilyä ja tukkeutumista myöhemmissä prosesseissa ja tarjota pätevää tehoainetta edistynyttä käsittelyä varten. Pääprosesseihin kuuluvat koagulointi ja sedimentaatio, kemiallinen pehmennys ja suodatuksen selkeytys. Varsinaisissa projekteissa käytetään usein yhdistettyjä prosesseja.

3.1.1 Koagulaatio- ja sedimentaatioprosessi

Prosessin periaate: Jäteveteen lisätään koagulantteja (polyalumiinikloridia, polyferrisulfaattia jne.) ja koagulointiapuaineita (polyakryyliamidia). Adsorption ja flokkuloinnin kautta hienojakoiset suspendoituneet aineet ja kolloidit muodostavat suuria flokkeja, jotka sitten erotetaan sedimentaatiolla. Samanaikaisesti pH-arvo säädetään 8,5-9,5:een (lisäämällä kalsiumhydroksidia), jolloin raskasmetalli-ionit saostuvat hydroksideiksi ja osa fluoridi-ioneista poistuu (muodostaen kalsiumfluoridisakkaa).

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Yksinkertainen prosessi, kätevä käyttö, alhaiset investointi- ja käyttökustannukset; suspendoituneen kiintoaineen poistonopeus yli 80%, raskasmetallien poistonopeus 60% -80%, voi nopeasti vähentää jäteveden sameutta, sopii eri voimalaitosten esikäsittelytarpeisiin.

Rajoitukset: Rajoitettu poistovaikutus liukoisiin suoloihin ja raskasmetallikomplekseihin; vaatii käyttöä kemiallisten pehmennys- ja suodatusprosessien yhteydessä; korkeissa COD-olosuhteissa tarvitaan kehittynyttä hapetustekniikkaa, muuten se vaikuttaa myöhempien käsittelyjen vaikutuksiin.

Sovellettavat skenaariot: Kaikkien voimalaitosten rikinpoistojätevesien esikäsittely. Soveltuu erityisesti pienille ja keskikokoisille{0}}voimalaitoksille, joissa on korkea suspendoituneen kiintoaineen ja raskasmetallipitoisuus ja rajoitettu budjetti.

3.1.2 Kemiallinen pehmennysprosessi
Prosessin periaate: Ydin on poistaa kalsium- ja magnesium-ionit jäteveden kovuuden vähentämiseksi. Yleisin menetelmä on kemiallinen saostus, joka jaetaan käytettyjen reagenssien perusteella kalkki-soodapehmennykseen ja natriumhydroksidi-soodapehmennykseen. Kalkki-soodamenetelmä on yleisimmin käytetty. Korkean kovuuden ja korkean piidioksidin olosuhteissa käytetään kolmivaiheista pehmennysprosessia, jossa lisätään peräkkäin Ca(OH)2, Na2S04 ja Na2CO3 Mg2+:n, osan Ca2+:n ja jäljellä olevan Ca2+:n poistamiseksi vaiheittain, jolloin muodostuu Mg(OH)2,.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Hyvin kohdennettu, tehokkaasti vähentävä jäteveden kovuus (Ca²⁺ Alle tai yhtä suuri kuin 500mg/L, Mg²⁺ Alle tai yhtä suuri kuin 1000mg/L), estää hilseilyä myöhemmissä haihdutus- ja kalvoerotusprosesseissa; kalkki-soodamenetelmällä on alhaiset kustannukset, helposti saatavilla olevat reagenssit, ja se soveltuu korkean-kovuuden, korkean-piidioksidin rikinpoistojäteveteen.

Rajoitukset: Reagenssin annostelu vaatii tarkan valvonnan, muuten toissijainen saastuminen on todennäköistä; lietteen tuotanto on suurta, mikä vaatii tukevia lietteen loppusijoituslaitoksia; natriumhydroksidi{0}}soodamenetelmä on kallis ja soveltuu vain skenaarioihin, joissa jäteveden kovuusvaatimukset ovat erittäin korkeat.

Sovellettavat skenaariot: Korkean-kovuuden, korkean{{1}piidioksidin ja runsaasti-fluoria sisältävän rikinpoistojäteveden esikäsittely, joka soveltuu erityisen hyvin myöhemmille prosesseille, kuten kalvoerotukseen ja MVR-haihdutukseen, tiukat sisäänvirtauskovuuden vaatimukset.

3.1.3 Suodatus- ja selkeytysprosessi

Prosessin periaate: Tämä prosessi poistaa edelleen hienojakoisia hiutaleita, suspendoituneita kiintoaineita ja kolloideja koagulaatiosta, sedimentaatiosta ja kemiallisesta pehmenemisestä varmistaen, että esikäsitellyn jäteveden sameus täyttää standardit (yleensä alle tai yhtä suuri kuin 100 mg/l, kalvon pitoisuus vaatii vähintään 5 mg/l). Pääteknologiaan kuuluvat hiekkasuodatus, ultrasuodatus (UF) ja putkimainen kalvosuodatus.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Korkea suodatustarkkuus; ultrasuodatus voi vähentää jäteveden sameuden alle 1 NTU:n; putkimaisilla kalvoilla on vahvat likaantumisenesto--ominaisuudet, ja ne on helppo puhdistaa ja huoltaa. suojaa tehokkaasti alavirran kalvomoduuleja ja haihdutuslaitteita parantaen järjestelmän vakautta; hiekkasuodatus on edullinen; ultrasuodatus ja putkimaiset kalvot sopivat skenaarioihin, joissa veden laatu vaihtelee suuresti.

Rajoitukset: Hiekkasuodatuksella on rajoitettu tehokkuus hienojen kolloidien poistamisessa; ultrasuodatus- ja putkikalvoilla on korkeammat investointikustannukset, ja kalvomoduulit on vaihdettava säännöllisesti (elinikä 1-3 vuotta); putkimaiset kalvot toimivat korkeammissa paineissa ja niiden energiankulutus on hieman suurempi.

Sovellettavat skenaariot: Hiekkasuodatus sopii tavanomaisen esikäsittelyn loppuun; ultrasuodatus ja putkikalvot sopivat voimalaitoksiin, joissa käytetään myöhempiä kalvokonsentraatioprosesseja tai joissa suspendoituneen kiintoaineen pitoisuus vaihtelee merkittävästi.

3.2 Syväväkevöintiprosessi ja ominaisuudet Jätevesi sisältää vielä esikäsittelyn jälkeen korkeita suolapitoisuuksia (TDS suurempi tai yhtä suuri kuin 10000 mg/L), mikä vaatii syvää väkevöintiä sen tilavuuden pienentämiseksi (80 % ~ 90 %). Konsentroitua suolaliuosta käytetään sitten myöhempään kiinteyttämiseen/kiteyttämiseen, kun taas makea vesi voidaan kierrättää. Ydinprosessi on jaettu kahteen pääluokkaan: kalvoerotuskonsentraatio ja haihdutuskonsentraatio.

3.2.1 Membraanien erotuskonsentraatioprosessi
Prosessin periaate: Kalvojen selektiivisen läpäisevyyden perusteella suolat ja vesi erotetaan paineen alaisena. Pääteknologiaan kuuluvat käänteisosmoosi (RO), nanosuodatus (NF) ja levyputkien käänteisosmoosi (DTRO). Nanosuodatuksella voidaan saada aikaan epäpuhtauksien alustava erottelu, mikä luo perustan resurssien talteenotolle.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Korkea pitoisuustehokkuus; RO makean veden talteenottoaste 70% ~ 80%, suolanpoistoaste yli 99%, permeaatti voidaan käyttää suoraan uudelleen; DTRO:lla on vahvat likaantumisenesto-ominaisuudet, soveltuu korkean-suolapitoisuuden, korkean-suspendoidun-kiintoaineen jätevedelle, pitoisuussuhde voi olla 10-20-kertainen; Nanosuodatus voi pidättää kaksiarvoisia ioneja, mikä vähentää seuraavien prosessien kuormitusta ja helpottaa sekalaisten suolojen resurssien käyttöä.

Rajoitukset: Tiukat vaatimukset tuloveden laadulle; kovuus ja suspendoituneet kiintoaineet on valvottava tiukasti kalvon likaantumisen välttämiseksi; tavalliset RO-kalvot eivät kestä suurta klooripitoisuutta, minkä vuoksi on käytettävä erikoistuneita klooria-kestäviä kalvoja; korkeat kalvonvaihtokustannukset (yli 40 % kokonaiskäyttökustannuksista), mikä johtaa korkeaan investointikynnykseen.

Sovellettavat skenaariot: RO soveltuu voimalaitoksiin, joissa on suuri tarve tiivistää ja käyttää uudelleen matala----keskisuorapitoinen rikinpoistojätevesi; DTRO soveltuu jäteveteen, jossa on suuria veden laadun vaihteluita ja korkea suolapitoisuus ja korkea suspendoituneen kiintoaineen pitoisuus; Nanosuodatus soveltuu erilaisiin suolojen resurssien hyödyntämiseen keskittyviin projekteihin.

3.2.2 Haihdutuskonsentraatioprosessi

Prosessin periaate: Tämä prosessi väkevöi suolat haihduttamalla vettä jätevedestä kuumentamalla. Se soveltuu korkean-suolaisen jäteveden käsittelyyn (TDS suurempi tai yhtä suuri kuin 30 000 mg/l). Pääteknologioita ovat mekaaninen höyryn uudelleenkompressio (MVR), kantokaasujen poistohaihdutus ja savukaasujen haihdutus.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: MVR:llä on alhainen energiankulutus (noin 30-50 kWh/t vettä), pitoisuussuhde 10-20-kertainen ja se soveltuu laajamittaiseen käsittelyyn; Kantokaasun poistohaihdutus voi hyödyntää voimalaitosten hukkalämpöä, sillä on alhaiset esikäsittelyvaatimukset ja alhaiset käyttökustannukset; Savukaasujen haihduttamisella on erittäin alhainen energiankulutus ja pienet investoinnit, sillä voidaan saavuttaa nolla jätevesipäästö, ja se soveltuu pieniin ja keskikokoisiin{5}}voimalaitoksiin.

Rajoitukset: MVR:llä on korkeat investointikustannukset, se vaatii korkeaa syöttöveden laadun vakautta ja on altis hilseilylle ja tukkeutumiselle; kantokaasun erotushaihdutusteknologialla on korkea kynnys, ja sitä käytetään tällä hetkellä vähemmän laajalti; Savukaasujen haihtuminen edellyttää sumutusvaikutuksen hallintaa hormien korroosion ja tukkeutumisen välttämiseksi sekä raskasmetallipäästöjen seurantaa.

Sovellettavat skenaariot: MVR soveltuu suuriin-lämpövoimalaitoksiin ja projekteihin, joissa on korkeat nolla-päästövaatimukset. Kantokaasun poistohaihdutus sopii suuriin voimalaitoksiin, joissa on käytettävissä hukkalämpöä ja rajoitetusti tilaa; savukaasujen haihdutus sopii pieniin ja keskikokoisiin-voimalaitoksiin ja päästöttömiin-projekteihin rajoitetuilla budjeteilla.

3.3 Kiinteytys-/kiteytysprosessit ja ominaisuudet Syväväkevöity suolaliuos (TDS suurempi tai yhtä suuri kuin 50 000 mg/L) on tehtävä vaarattomaksi kiinteyttämällä tai kiteyttämällä. Joissakin prosesseissa voidaan saavuttaa suolavarojen talteenotto, mikä on keskeinen askel rikinpoistojäteveden nollapäästöjen saavuttamisessa. Pääprosessit sisältävät haihdutuskiteytymisen, savukaasujen haihdutuskiinteytymisen ja sementin kiinteytymisen.

3.3.1 Haihdutuskiteytysprosessi
Prosessin periaate: Väkevöity suolaliuos syötetään kiteyttimeen veden haihduttamiseksi edelleen, mikä saa suolat kyllästymään ja kiteytymään. Yhdessä nanosuodatus- ja kryogeenisten nitrifikaatiotekniikoiden kanssa on mahdollista saavuttaa epäpuhtauksien asteittainen puhdistus erottamalla natriumkloridi, natriumsulfaatti ja muut suolat.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Mahdollistaa suolavarojen talteenoton; talteen otettu suola, kun se täyttää puhtausstandardit, voidaan käyttää uudelleen teollisuuden raaka-aineena; perusteellinen hoito; väkevä suolaliuos kiteytymisen jälkeen on vaaratonta, ilman toissijaista saastumista; sopii runsaasti-suolaa sisältävään suolaliuokseen; voidaan integroida MVR:ään alhaisen-energian toiminnan varmistamiseksi.

Rajoitukset: Korkeat investointi- ja käyttökustannukset; sekoitettujen suolojen vaikea puhdistus; tavallisilla prosesseilla tuotetut sekasuolat on hävitettävä vaarallisena jätteenä; korkeat vaatimukset rehuveden laadun stabiiliudelle; Veden laadun vaihtelut vaikuttavat suuresti kiteytysvaikutukseen.

Sovellettavat skenaariot: Suuret voimalaitokset; hankkeet, joissa on suuri kysyntä sekasuolan hyödyntämiselle; soveltuu erityisesti skenaarioihin, joissa on suuria rikinpoistojätevesimääriä ja korkea suolan talteenottoarvo, kuten hiilikemian voimalaitoksissa.

3.3.2 Savukaasujen haihdutus- ja kiinteytysprosessi

Prosessin periaate: Väkevöity suolaliuos sumutetaan ja ruiskutetaan kattilan loppuhormiin. Savukaasun hukkalämpö (120-180 astetta) aiheuttaa kosteuden nopean haihtumisen. Suola kiteytyy ja vangitaan lentotuhkalla muodostaen lentotuhkaseoksen. Jos se täyttää standardit, sitä voidaan käyttää rakennusmateriaaleina; muuten se sijoitetaan vaarallisena jätteenä kaatopaikalle.

Prosessin ominaisuudet:

Edut: Erittäin alhainen energiankulutus, ei vaadi lisälämmitystä, alhaiset investointikustannukset (40 % alhaisemmat kuin MVR); yksinkertainen käyttö, pieni jalanjälki ja nopea nollapäästöjen saavuttaminen; sopii erilaisten väkevien suolaliuosten käsittelyyn.

Rajoitukset: Korkeat vaatimukset sumutuslaitteille; altis savukaasujen kertymiselle ja korroosiolle; lentotuhkan raskasmetallipitoisuus voi ylittää standardit, mikä edellyttää tiukkaa seurantaa; ei pysty saavuttamaan suolaresurssien käyttöä, ja sekalaisten suolojen käsittely riippuu lentotuhkan käytöstä.

Sovellettavat skenaariot: Pienet ja keskikokoiset{0}}lämpövoimalaitokset, projektit, joissa on rajoitetusti tilaa, kiireelliset nolla-päästötarpeet ja rajalliset budjetit.

3.3.3 Sementin jähmettymisprosessi

Prosessin periaate: Väkevöity suolaliuos, sekalaiset suolat, sementti ja kiinteytysaine sekoitetaan. Sementin hydraatioreaktion kautta raskasmetallit kiinnittyvät sementtimatriisiin, mikä vähentää huuhtoutumisriskiä. Kun jähmettynyt kappale täyttää standardit, se hävitetään kaatopaikalle.

Prosessin ominaisuudet:
Edut: Yksinkertainen prosessi, kätevä käyttö, alhaiset kustannukset; hyvä käsittelyvaikutus tiivistetylle suolaliuokselle, jossa on korkea raskasmetallipitoisuus, mikä vähentää tehokkaasti raskasmetallien huuhtoutumisen riskiä; soveltuu hätähävitysskenaarioihin.

Rajoitukset: Resurssien palautus ei ole mahdollista; jähmettynyt materiaali on suuri ja vie maavarat; hävityskustannukset ovat korkeat, ja on olemassa pitkäaikaisen-uuttumisen riski, mikä johtaa sen käytön asteittaiseen vähenemiseen.

Sovellettavat skenaariot: Erittäin korkean raskasmetallipitoisuuden sisältävän tiivistetyn suolaliuoksen käsittely, jota on vaikea kierrättää, tai hätäkäsittelytarpeet.

Voimalaitoksen rikinpoiston jäteveden käsittelyprosessin valinnassa tulee ottaa huomioon veden laatuominaisuudet, käsittelytavoitteet (vaatimustenmukainen tyhjennys/nollapurkaus), voimalaitoksen mittakaava, budjetti ja paikkaolosuhteet. Keskeisten periaatteiden tulee olla "korkeasti kohdennettuja, taloudellisesti tehokkaita ja vakaasti toimivia": Pienissä ja keskisuurissa voimalaitoksissa, joilla on rajalliset varat ja joilla ei ole resurssien talteenottotarpeita, voidaan käyttää "koagulaatiosedimentaatio + hiekkasuodatus + savukaasujen haihdutus" -prosessia. suurille voimalaitoksille, joissa on korkeat nolla-purkausvaatimukset, voidaan käyttää "kolmi-vaiheista pehmennys + ultrasuodatus + MVR-haihdutus + haihdutuskiteytys" -prosessia; sekalaisten suolojen resurssien talteenottoon keskittyvien laitosten osalta nanosuodatus ja kryogeeniset nitrifikaatioprosessit olisi yhdistettävä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että voimalaitosten rikinpoistojätteiden käsittely on muodostanut kypsän teknologisen järjestelmän, jossa jokaisella pääprosessilla on omat etunsa ja haittansa: esikäsittelyprosessit keskittyvät "epäpuhtauksien poistoon ja kovuuden vähentämiseen" vakaan myöhemmän käsittelyn varmistamiseksi; syvä keskittymisprosessit keskittyvät "volyymin vähentämiseen" energiankulutuksen ja kustannusten tasapainottamiseksi; ja jähmettymis-/kiteytysprosessit keskittyvät "haitattomuuteen + resurssien käyttöön" sekalaisten suolan hävittämisongelman ratkaisemiseksi. Tulevaisuudessa teknologinen kehitys kehittyy kohti alhaista energiankulutusta, resurssien käyttöä ja älykkyyttä, optimoimalla edelleen prosessiyhdistelmiä, alentamalla käyttökustannuksia, parantamalla erilaisten suolojen resurssien käyttöastetta ja auttamalla lämpövoimateollisuutta saavuttamaan vihreää ja korkealaatuista kehitystä.