石灰石—石膏濕法脫硫廢水的處理及利用研究

李泊嬌，王旭東，張占梅，李 銳 (重慶遠(yuǎn)達(dá)水務(wù)有限公司，重慶 400060)

0 引言

石灰石—石膏濕法脫硫工藝由于其脫硫效率高、運(yùn)行穩(wěn)定，在電廠煙氣處理中應(yīng)用最為廣泛[1]。該工藝產(chǎn)生的脫硫廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，主要包括懸浮物、高濃度的亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物、氟化物及微量的重金屬離子(如Hg、As、Cr 、Ni 、Pb 等)[2]，其中含多種《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中要求嚴(yán)格控制的第一類污染物，直接排放勢(shì)必對(duì)周圍環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前國內(nèi)對(duì)脫硫廢水一般進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后直接排放，但經(jīng)該方法處理后，廢水中往往仍含有較高濃度的溶解性鹽類和少量重金屬離子，直接影響了廢水的排放和回用。因此，選擇合理的脫硫廢水處理方法，提高其綜合利用能力，對(duì)實(shí)現(xiàn)電廠的節(jié)能減排目標(biāo)，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型企業(yè)具有重要意義。

1 脫硫廢水的水質(zhì)特征

2 脫硫廢水常規(guī)處理方法

脫硫廢水是火電廠處理難度最大的廢水，現(xiàn)行的典型廢水處理方法均是基于脫硫廢水的水質(zhì)特征，針對(duì)不同種類的污染物以確定脫硫廢水處理的原則性系統(tǒng)流程。目前國內(nèi)電廠對(duì)脫硫廢水的處理多采用簡(jiǎn)單的物化處理后直接排放。

2.1 排至除灰系統(tǒng)

若電廠存在水力除灰系統(tǒng)，則可將脫硫廢水送至水力除灰系統(tǒng)，與灰渣漿一同處理。偏酸灰性的脫硫廢水與水力除灰系統(tǒng)漿液混合，對(duì)灰水有中和作用。此外，脫硫廢水量相對(duì)灰漿量較少，對(duì)水力除灰系統(tǒng)影響較小。該方案簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，工程投資小。但脫硫廢水的加入會(huì)引起除渣系統(tǒng)中Cl-的逐漸富積，加劇除渣設(shè)備的腐蝕，影響系統(tǒng)運(yùn)行。該方案可作為脫硫廢水事故排放使用。

對(duì)于采用干除灰系統(tǒng)的電廠，若不設(shè)置脫硫廢水處理系統(tǒng)，可考慮將其送至干灰場(chǎng)。該方法投資省、運(yùn)行方便，但存在管道腐蝕等缺點(diǎn)，適用于對(duì)石膏副產(chǎn)品不進(jìn)行綜合利用的濕法脫硫工藝系統(tǒng)。

2.2 化學(xué)沉淀法

化學(xué)沉淀法處理工藝主要包括中和、沉淀、混凝及澄清四個(gè)過程。中和沉淀主要調(diào)節(jié)廢水pH值，常用的堿性中和劑一般有石灰、石灰石、苛性鈉等。重金屬沉淀即向經(jīng)過加堿中和反應(yīng)的廢水中加入S-或有機(jī)硫使Hg2+、Pb2+等離子形成硫化物沉淀。硫化劑可采用有機(jī)硫化劑、硫化鈉、硫化氫或硫化亞鐵。國內(nèi)電廠一般采用的硫化劑為有機(jī)硫化劑TMT15。混凝沉淀主要去除廢水中的懸浮物，在脫硫廢水的混凝處理中,可以采用兩種絮凝劑,即鐵鹽和高分子絮凝劑。澄清即混凝后的廢水進(jìn)入澄清池，依靠重力進(jìn)行沉降，上清液達(dá)標(biāo)后排出，污泥進(jìn)行濃縮處理。

該方法可有效降低脫硫廢水中的懸浮物、氟離子、重金屬含量等，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的達(dá)標(biāo)排放。但處理后廢水中含鹽量仍較高，其中Cl-的含量可達(dá)到2%～4%左右，若長期排放，將對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成不利影響。該方法目前在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛，適用于對(duì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求不高的廢水處理。

2.3 流化床法

丹麥愛屋德電廠嘗試了用流化床代替化學(xué)沉淀池來處理脫硫廢水，效果良好。該工藝由緩沖池、流化床和循環(huán)池組成，流化床以石英砂為填料。其工藝流程如圖1所示。

圖1 流化床處理脫硫廢水工藝流程

與傳統(tǒng)化學(xué)沉淀法相比，該方法產(chǎn)生的污泥量較其少于25%左右[5]。但由于脫硫廢水中含有大量Cl-，它們能與Hg2+形成復(fù)雜的絡(luò)合物，其去除效率較低，需采取兩個(gè)流化床串聯(lián)的方法才可達(dá)到理想的去除效果，增加了處理投資成本。

3 脫硫廢水的深度處理及綜合利用

上述幾種脫硫廢水處理方法，雖在一定程度上緩解了脫硫廢水對(duì)環(huán)境的污染，但隨著國家對(duì)電力企業(yè)污染物排放要求的不斷提高，已不能滿足環(huán)保要求。國外在采用煙氣脫硫技術(shù)的初期，就開展了脫硫廢水的深度處理研究。而我國對(duì)脫硫廢水深度處理的研究起步較晚，目前用到的脫硫廢水深度處理技術(shù)包括蒸發(fā)濃縮法、膜分離法等[6-9]。2009年廣東河源電廠在國內(nèi)首次采用脫硫廢水的“預(yù)處理+蒸發(fā)+結(jié)晶”工藝。將預(yù)處理系統(tǒng)的出水再次進(jìn)入深度處理，使得出水水質(zhì)極大提高。下面具體論述幾種國內(nèi)外用到的脫硫廢水深度處理方法。

3.1 蒸發(fā)濃縮

蒸發(fā)系統(tǒng)主要分為四個(gè)部分：熱輸入部分，熱回收部分、排熱部分和附屬系統(tǒng)部分。在鹽水加熱器內(nèi)，低壓蒸汽與熱交換管內(nèi)流動(dòng)的循環(huán)鹽水進(jìn)行熱交換，經(jīng)過加熱沸騰的循環(huán)鹽水依次流入各閃蒸室內(nèi)進(jìn)行閃蒸，蒸發(fā)出的水蒸汽通過除霧器與蒸發(fā)器上部的熱交換管進(jìn)行熱交換冷凝，每級(jí)所得蒸汽凝結(jié)水由熱交換管下端的蒸餾水托盤收集，最終實(shí)現(xiàn)固液分離。該工藝系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，蒸發(fā)回收水水質(zhì)較好。但由于該工藝投資成本較高，大大限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

3.2 膜分離技術(shù)

膜分離作為一種新型的液體分離技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、海水淡化等領(lǐng)域。脫硫廢水經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)澄清后，再經(jīng)加酸調(diào)節(jié)后進(jìn)入膜分離系統(tǒng)。柳楊等提出了采用反滲透濃縮法對(duì)脫硫廢水進(jìn)行深度處理的方案。G.D.Enoch等[10]用實(shí)際脫硫廢水作為試驗(yàn)介質(zhì)，分別用親水和疏水微濾膜來對(duì)化學(xué)沉淀后的脫硫廢水進(jìn)行深度處理，出水水質(zhì)完全可以滿足歐洲國家嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。

該處理方法相比蒸發(fā)濃縮法投資較低，但由于膜對(duì)進(jìn)水水質(zhì)的特殊要求，在進(jìn)入膜反應(yīng)系統(tǒng)前需對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理，包括濁度、結(jié)垢物質(zhì)、COD等，系統(tǒng)較為復(fù)雜；回收水的水質(zhì)不如濃縮蒸發(fā)法好，無法實(shí)現(xiàn)廢水的完全回收。該處理方法適用于廢水達(dá)標(biāo)排放或?qū)λ|(zhì)要求高的中水回用。

3.3 噴霧蒸發(fā)處理[11-12]

噴霧蒸發(fā)處理脫硫廢水，即脫硫廢水經(jīng)過預(yù)沉池進(jìn)行初步的固液分離后，液態(tài)廢水經(jīng)過高壓泵輸送到布置在除塵器前的高溫?zé)煔鉄煹乐械撵F化噴嘴中進(jìn)行霧化。廢水液滴吸收煙氣余熱，迅速蒸發(fā)成蒸汽。廢水液滴蒸發(fā)后，廢水中的細(xì)小固體顆粒和粉塵一起進(jìn)入電除塵器被電極捕捉，隨灰一起外排；蒸發(fā)出的水分隨除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔的噴淋冷卻作用下，水分凝結(jié)進(jìn)入脫硫塔的漿液循環(huán)系統(tǒng)，由于該水分的加入，有效地減少了脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水分的需水量。這樣既可以充分利用電廠外排煙氣的熱能，又可以達(dá)到脫硫廢水零排放的目的，具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。2013年4月，我國的華能內(nèi)蒙古上都電廠在其2×600MW機(jī)組上開展了噴霧蒸發(fā)處理脫硫廢水技術(shù)的試運(yùn)行。該技術(shù)工藝流程如圖2所示。

圖2 噴霧蒸發(fā)處理脫硫廢水工藝流程

該處理方法不僅具有系統(tǒng)配置設(shè)備少、投資省、運(yùn)行成本低及運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，還能真正實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的“零排放”。但目前該技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，還缺乏對(duì)工藝運(yùn)行條件優(yōu)化、系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的影響及其工程應(yīng)用推廣等方面的研究。

3.4 電解制次氯酸鈉法

經(jīng)過簡(jiǎn)單物化處理后的脫硫廢水中含鹽量仍較高，其中仍含有較高濃度的Cl-，利用這一水質(zhì)特征，借鑒化工行業(yè)的氯堿工藝，采用電解方法處理脫硫廢水。通過通電電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，將脫硫廢水中的Cl-氧化生成次氯酸鈉，然后將次氯酸鈉作為循環(huán)冷卻水的殺菌劑使用，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水變廢為寶和資源化利用。

該方法運(yùn)行方便，可開發(fā)具有良好經(jīng)濟(jì)效益的化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的資源化利用。但由于脫硫廢水中其他成分對(duì)電解效果的影響，要真正實(shí)現(xiàn)廢水電解有效制備出次氯酸鈉，還有待進(jìn)一步的研究。此外，經(jīng)過預(yù)處理后的脫硫廢水還可作為煤場(chǎng)噴灑用水和含煤廢水池補(bǔ)水實(shí)現(xiàn)對(duì)其綜合利用。我國的沙洲電廠就是采用的這兩種處理方式。

4 結(jié)語

我國針對(duì)脫硫廢水的處理發(fā)展較為緩慢，大多只經(jīng)過簡(jiǎn)單的物化處理后直接排放，不但對(duì)環(huán)境造成污染，而且浪費(fèi)水資源。隨著我國環(huán)保要求的不斷提高，脫硫廢水的深度處理大大提高了出水水質(zhì)，但現(xiàn)有的廢水深度處理方法投資成本較高，如何有效實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的達(dá)標(biāo)排放以及通過深度處理提高廢水的綜合利用效率，仍是今后研究的重點(diǎn)。

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