烟气脱硫废水处理新工艺： 单价离子选择性电渗析 Flex EDR (Selective)

一、关键点

⊙本文介绍了最新的单价离子电渗析技术Flex EDR (Selective)，提供了单价离子电渗析Flex EDR (Selective)在烟气脱硫废水处理中的实际案例分析和项目经济性比较。

⊙单价离子电渗析技术Flex EDR (Selective)的创新实现：

o 无需昂贵的化学软化，处理高结垢性盐废水，

o 选择性地提取离子，

o 无需预处理，处理高有机废水。

在烟气脱硫废水处理或油田产出水处理中，电渗析可以提供更佳的经济优势。例如，单价离子电渗析Flex EDR (Selective) 技术可以选择性去除烟气脱硫废水中的氯离子，实现脱硫废水的最大限度循环再用。单价离子电渗析Flex EDR (Selective)可以安装于现有的脱硫废水处理系统中，无需昂贵的苏打灰软化，实现90%以上的废水回收率，产水去除90%以上的氯离子，浓水浓缩浓度与蒸发器浓缩浓度相当。相比于传统反渗透-蒸发器技术，单价离子电渗析Flex EDR (Selective)可节省高达50%的脱硫废水处理投资成本(无需化学软化和热蒸发系统)和运行成本。

二、单价离子电渗析Flex EDR(Selective)的工作原理

单价离子选择性电渗析Flex EDR (Selective) 是建立在世界上第二大广泛应用的膜脱盐技术-传统电渗析的基础上，并结合IonFlux单价离子选择性交换膜的最新进展。IonFlux单价离子选择性交换膜由高韧性和高导电离子交换聚合物制成。

单价离子电渗析Flex EDR (Selective)可用于多种水处理和再利用项目，例如：

⊙去除氯离子，减少水循环回用中的腐蚀问题，减少废水排放；

⊙ 将导致结垢的硫酸钙或引起腐蚀的氯离子从脱硫塔排放水中去除，实现脱硫塔用水高循环率；

⊙选择性地去除钠离子，降低农业或垂直室内农场废水中的钠吸附比，回收营养物或多价离子肥料副产品；

⊙从锂卤水中选择性提取锂离子。

图1所示单价离子选择性电渗析Flex EDR (Selective)从烟气脱硫废水选择性去除氯离子的工艺流程，在电场作用下，IonFlux单价阴离子选择性交换膜选择性地允许单价阴离子如氯离子通过，将其浓缩在浓水中，同时阻隔多价阴离子如硫酸根。工作原理与人体肾脏清理血液中的废物类似，单价离子选择性电渗析Flex EDR (Selective)可去除烟气脱硫废水中的氯离子，低氯离子产水再循环回脱硫系统回用。

图1. Flex EDR (Selective)单价离子电渗析简化工艺流程图

由于单价离子电渗析Flex EDR (Selective)仅将氯离子和钙离子转移至浓水中，浓水主要由非结垢的氯化钙组成，不含硫酸根。因而可以在不需要昂贵的苏打灰软化的情况下将其浓缩至高浓度。

三、电渗析Flex EDR的特性

1. 无机结垢

电渗析Flex EDR使用电压差驱使离子穿过膜，膜表面没有水压力差。电渗析Flex EDR对无机结垢和有机污垢的耐受性比反渗透高，无需繁多的预处理。此外电渗析Flex EDR配置系统自清洁设计，可实现电极极性反转和水流流向转向，驱使离子以相反方向流动，减少结垢风险。

2. 有机结垢

有机物有类似溶剂性质，容易损坏膜。一般需要使用氧化剂如漂白剂或氯气预处理。但氧化剂也会损坏膜，必须在一般膜系统之前除去。Flex EDR Organix系统创新应用了具有耐有机物的IonFlux离子交换膜，该膜能够耐受漂白剂或二氧化氯，因而可运行于含高有机或高度结垢废水，并在运行后使用氧化剂清洁。

3. 浓水和产水

由于电渗析Flex EDR不依靠压力，且耐受结垢化合物，其可将浓水浓缩到180,000mg/L TDS。使用不同离子交换膜灵活组装，电渗析Flex EDR可以选择性地浓缩或者提取某些离子，或者调试产水至任何TDS浓度。

四、脱硫废水处理实际案例

1. 脱硫废水处理方案

以下列出了三种脱硫废水处理方案，并比较其经济性。结果表明 单价离子电渗析技术Flex EDR (Selective)最有希望带来突破性的创新，降低脱硫废水(即FGD废水)处理成本。

⊙方案1：超高压反渗透UHP RO：化学软化 -> 反渗透(SWRO 80 bar) -> 超高压反渗透(UHPRO 120 bar)，产生130,000 mg / L TDS的浓水。

图 2. 方案1脱硫废水处理工艺流程图：化学软化 – 反渗透 SWRO– 超高压反渗透UHP RO

⊙方案2：蒸发器EVAP：化学软化 -> 反渗透(SWRO 80 bar) -> 蒸发器，产生更高浓度的180,000 mg / L TDS的浓水。基于作者测试的脱硫废水处理结果，苏打化学软化必须与反渗透和蒸发器共同使用，其成本占处理总成本的近50%(见下表2)。

图3. 方案2脱硫废水处理工艺流程图：化学软化 – 反渗透 SWRO– 蒸发器 EVAP

⊙ 方案3： 单价离子电渗析技术Flex EDR (Selective)，无需化学软化，选择性地分离出氯离子以提高内部循环率并减少废水排放。

§ A：淡化Cl至1,500 mg/L，

§ B：淡化Cl至500 mg/L。

图4. 方案3脱硫废水处理工艺流程图： 单价离子电渗析Flex EDR (Selective)

所有方案均假设已经安装预处理 “三联箱”步骤。所有方案均产生最终浓水，该浓水可与粉煤灰结合进行固化并通过垃圾填埋厂填埋处理，或进入零排放ZLD系统终处理。

2. 测试结果及经济性比较

测试表明，单价离子电渗析Flex EDR (Selective)可以实现90%以上的回收率，产水去除90%以上的氯离子。产生的浓水主要由氯化钙，氯化镁和氯化钠组成，且高于150,000 mg/L TDS。脱硫废水进水，单价离子电渗析Flex EDR (Selective)产水与浓水的分析结果如下表1。 下表2比较了3种方案的投资成本和运行成本。成本不包括：浓水的最终处置，系统安装，人工成本，增值税等。

表1.烟气脱硫废水(FGD)，Flex EDR (Selective)产水和浓水的水质数据

表2. 三种脱硫废水处理方案的成本比较 - 基于$USD

*成本假设过滤设备和配套设备按照规定要求的规格在中国制造; 技术持有方供应膜、膜堆、工艺工程(P&ID)、 PLC过程控制。

3. 总结

⊙与方案1和2相比，单价离子电渗析Flex EDR (Selective)可节省高达50%的脱硫废水处理的投资成本(无需化学软化和热蒸发系统)和运行成本。

⊙处理水至1,500 mg/L Cl 提供最佳经济性。单价离子电渗析Flex EDR (Selective)的经济性主要取决于进水TDS和处理水的TDS，即ΔTDS。随着ΔTDS脱盐量的增加，将需要更大的膜面积和更多的膜堆(增大投资成本)，以及更大的功率(增大运行成本)。因此当需要选择性提取离子或者小幅降低TDS时，单价离子电渗析Flex EDR (Selective)更具经济效益。

五、电渗析技术的未来-Flex EDR的优势

1. 均质与交联膜

当今电渗析离子膜主要是由高分子混炼制成。下一个膜技术阶段是制造具有耐极端化学性的膜。IonFlux离子交换膜是这种膜的一个例子：其高度交联的聚合物使其具有化学耐受性、延展性和平滑性。

2. 模块化设计

拥有可扩容和系统处理量可变的废水处理系统。例如电渗析Flex EDR系统是完整包装化的整套系统，具有模块化拼装能力，易实现后期容量增加。

图5： Flex EDR电渗析膜堆：E5小试、E100中试和E200全尺寸膜堆

来源：苏特沃克技术有限公司 作者：周钟元

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