脫硫廢水零排放深度處理的工藝分析

馬越++劉憲斌

摘 要：目前，國內(nèi)大多數(shù)火電廠的濕法脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的加藥絮凝沉淀工藝，但整體投運率很低。經(jīng)傳統(tǒng)處理系統(tǒng)處理后脫硫廢水中SS和COD的濃度較高，且無法除去水中的Cl-。因含有高濃度的Cl-，導致處理后的廢水無法回收利用。出于環(huán)保要求和經(jīng)濟效益的考慮，采用深度處理的技術(shù)實現(xiàn)廢水零排放是廢水處理的必然趨勢。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；深度處理；火電廠；懸浮物

中圖分類號：X703.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.012

石灰石-石膏煙氣濕法脫硫過程產(chǎn)生的廢水中含有大量雜質(zhì)，主要成分為高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽、高濃度的重金屬廢水，如果將這些物質(zhì)直接排入自然水系，勢必會對環(huán)境造成嚴重的污染。目前，國內(nèi)傳統(tǒng)的處理方法是通過加堿中和脫硫廢水，使廢水中的大部分重金屬形成沉淀物，再加入絮凝劑使沉淀濃縮成為污泥，最終污泥被送至灰場堆放。雖然脫硫廢水經(jīng)過上述傳統(tǒng)物化處理能基本滿足達標排放的要求，但其回用范圍局限性很大。隨著國家對水資源的日益重視，零排放技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。因此，要想回用燃煤電廠脫硫處理后的廢水，實現(xiàn)真正的廢水零排放，就要對廢水進行深度處理。

1 脫硫廢水的深度處理技術(shù)

目前，常用的脫硫廢水深度處理方法包括膜濃縮法、蒸發(fā)濃縮法和結(jié)晶技術(shù)等。

1.1 膜濃縮法

膜濃縮法分離技術(shù)有微濾、超濾、納濾、反滲透和正滲透等工藝，目前，已被廣泛應(yīng)用在廢水處理、精制水和海水淡化等領(lǐng)域。根據(jù)常規(guī)處理后脫硫廢水的水質(zhì)，可采用反滲透和正滲透的工藝對脫硫廢水進行水處理。

反滲透是在壓力驅(qū)動下，借助半透膜截留水中的各種無機離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)的，從而獲得純凈的水，也可用于大分子有機物溶液的預(yù)濃縮。反滲透已被廣泛應(yīng)用于各種液體的提純和濃縮，其中，最普遍的應(yīng)用實例便是在水處理工藝中的應(yīng)用。用反滲透技術(shù)可將原水中的無機離子、細菌、病毒、有機物和膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量的純凈水。

正滲透技術(shù)的基本原理為：使用半透膜（原理等同于反滲透膜），利用自然滲透壓差，使水分子從待處理的濃鹽水中自然擴散到汲取液中，且將原水中的其他溶質(zhì)截留，然后采用其他工藝將水從被稀釋的汲取液中分離出來，最終獲得純凈的水，汲取液可循環(huán)利用。正滲透的運作過程不需要高壓泵，系統(tǒng)能耗低，可去除濃鹽水中的溶解鹽成分，汲取液的加熱回收系統(tǒng)耗能低于蒸發(fā)器。

1.2 蒸發(fā)濃縮技術(shù)

蒸發(fā)濃縮是工業(yè)中非常典型的水處理技術(shù)之一，其被廣泛應(yīng)用于化工、食品、制藥、海水淡化和廢水處理等工業(yè)生產(chǎn)中。在脫硫廢水的濃縮處理中應(yīng)用較多的是多效蒸發(fā)（MED）、熱力蒸汽再壓縮（TVC-MED）和機械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)。

傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)裝置（MED）主要以鍋爐生成的蒸汽為熱源，加熱第一效產(chǎn)生的蒸汽不進入冷凝器，而是作為第二效的加熱介質(zhì)再次利用，重復此步驟將形成一個多效蒸發(fā)系統(tǒng)。多效蒸發(fā)技術(shù)多次、重復利用了熱能，提高了加熱蒸汽的利用率，大大降低了成本，提高了效率。

在TVC-MED蒸發(fā)裝置中，從蒸發(fā)器噴出的二次蒸汽一部分在高壓蒸汽的帶動下進入噴射器，混合升溫、升壓后作為加熱蒸汽加熱料液；另一部分進入冷凝器，冷凝后排出。加熱蒸汽在加熱室中凝結(jié)成水排出。管內(nèi)溶液在加熱蒸汽的加熱下蒸發(fā)濃縮，達到要求后排出。熱力蒸汽壓縮技術(shù)回收了潛熱，提高了熱效率，一臺熱力蒸汽壓縮器的效能相當于增加一效蒸發(fā)器，在MED海水淡化中常配備TVC，以提高造水比。

機械式蒸汽再壓縮（MVR）是一種節(jié)能減排工藝。在多效蒸發(fā)裝置中，由新蒸汽加熱第一效產(chǎn)生的蒸汽不進入冷凝器，而是經(jīng)壓縮機機械壓縮，其壓力和溫度升高、熱焓增加，并作為第二效的加熱蒸汽再次利用，使被加工的料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身冷凝成水，使以往廢棄的蒸汽得到了充分利用。

1.3 結(jié)晶技術(shù)

強制循環(huán)結(jié)晶器是效率最高的結(jié)晶系統(tǒng)，其工作原理如圖1所示。其適用于易結(jié)垢液體、高黏度液體，非常適合鹽溶液的結(jié)晶。主要工藝流程為：濃鹽水被泵由底部打入結(jié)晶器，與正在循環(huán)中的濃鹽水混合，在鹽鹵循環(huán)泵的推動下進入管殼式換熱器（加熱器）；循環(huán)鹵水沿切線方向進入結(jié)晶器，實現(xiàn)連續(xù)結(jié)晶；小部分鹵水被蒸發(fā)，鹵水內(nèi)產(chǎn)生晶體，大部分鹵水被循環(huán)至加熱器，小股水流被抽送至后續(xù)脫水干燥設(shè)備，實現(xiàn)晶體分離；蒸汽經(jīng)過除霧器去除攜帶的雜質(zhì)，經(jīng)壓縮機加壓后在加熱器的換熱管外冷凝成蒸餾水，同時，釋放潛熱加熱管內(nèi)的鹵水。蒸餾水可作為高品質(zhì)用水工藝的補給水，晶體產(chǎn)物可回收利用，比如制成食鹽、硫酸氨等。

圖1 強制循環(huán)結(jié)晶器工作原理

1.4 脫硫廢水零排放處理的典型工藝流程

對于電廠脫硫廢水零排放，以蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶/干燥技術(shù)為核心的工藝流程是目前國內(nèi)外采用最多的工藝流程。其技術(shù)路線先進，操作可靠、穩(wěn)定，投資運行經(jīng)濟、合理，如圖2所示。

圖2 脫硫廢水零排放處理的典型工藝流程

2 國外脫硫廢水零排放的案例

2.1 阿奎特（Aquatech）脫硫廢水零排放技術(shù)

阿奎特脫硫廢水零排放項目主要為意大利ENEL電力公司旗下的5個燃煤電廠。這5個零排放項目在2007年陸續(xù)投入運行，目前運行狀況良好。5個項目的工藝基本相同：脫硫廢水先經(jīng)過中和、混凝、沉淀和軟化，然后進入晶種式豎管降膜蒸發(fā)器濃縮，最后進入強制循環(huán)結(jié)晶器結(jié)晶。阿奎特的蒸發(fā)濃縮部分采用豎管降膜蒸發(fā)，降膜蒸發(fā)效率高于強制循環(huán)換熱器。這5個項目中蒸發(fā)濃縮都采取晶種模式運行。脫硫廢水前的軟化采取化學軟化的方法，由于采同化學軟化方法去除硬度不徹底，因此，之后的蒸發(fā)濃縮部分往往還要加入晶種運行模式，結(jié)晶部分還會采用強制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器。

2.2 威立雅脫硫廢水零排放技術(shù)

為了符合歐盟的特定煙氣標準，威立雅承擔了意大利蒙法爾科內(nèi)的一個脫硫廢水零排放項目。該工程采用最先進的脫硫裝置，目的是從336 MW燃煤發(fā)電站的排放中消除SO2。威立雅水務(wù)技術(shù)采用HPD?蒸發(fā)與結(jié)晶技術(shù)，主體工藝與阿奎特相似，采用降膜蒸發(fā)器和強制循環(huán)結(jié)晶器。當在預(yù)處理中采用離子交換深度去除硬度時，隨后的蒸發(fā)不加晶種；當僅采取化學方法去除硬度時，隨后要投加晶種。該電廠的零排放從2008年開始，從脫硫清除系統(tǒng)的廢水中回收、產(chǎn)生的高質(zhì)量蒸餾液用于整個工廠，產(chǎn)生的循環(huán)水低于20 ppm的最大TDS（總?cè)芙夤腆w）限制。

3 國內(nèi)脫硫廢水零排放的案例

目前，國內(nèi)火電廠脫硫廢水真正達到零排放的工程案例僅有廣東河源電廠和廣東佛山三水電廠。其中，廣東河源電廠脫硫廢水零排放處理于2009年成功投產(chǎn)，是我國首座脫硫廢水零排放處理的火電廠。

3.1 河源電廠脫硫廢水處理工藝

河源電廠在建設(shè)前期就確立了廢水零排放的目標，深圳能源旗下的深能環(huán)保創(chuàng)造性地將其開發(fā)的垃圾瀝濾液熱力法處理技術(shù)與真空工藝技術(shù)相結(jié)合，自主研發(fā)出“火力發(fā)電廠脫硫廢水深度處理”技術(shù)。其脫硫系統(tǒng)的排污水采用“二級預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶”系統(tǒng)處理，真正實現(xiàn)了整個河源電廠的廢水零排放。整個系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示。

圖3 河源電廠脫硫廢水零排放流程

河源電廠脫硫廢水首先在預(yù)處理系統(tǒng)絮凝、沉降和中和，減少廢水中的懸浮物和提高廢水的pH值，從而為之后的深度處理做好準備；深處處理即蒸發(fā)+結(jié)晶系統(tǒng)，河源電廠采用4效真空蒸發(fā)結(jié)晶工藝（多效立管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)+結(jié)晶系統(tǒng)），熱源為電廠的抽汽，處理后產(chǎn)生的蒸餾水可作為循環(huán)水的補給水。

3.2 佛山三水電廠脫硫廢水處理

廣東佛山三水電廠脫硫廢水零排放處理項目由佛山德嘉環(huán)保公司總包和委托運行，由J&Y公司（中山迪寶龍）提供技術(shù)支持和成套設(shè)備。項目在2011-12成功投產(chǎn)，脫硫廢水采用預(yù)

處理+蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進行零排放處理。預(yù)處理系統(tǒng)與河源電廠相似，但蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)（深度處理）與河源電廠不同，其處理方法為：采用臥管噴淋MVC低能耗蒸發(fā)系統(tǒng)，第一段的回收率為83%；第二段濃縮廢液至26%；第三段濃縮采用兩效MED蒸發(fā)系統(tǒng)；最后采用固廢干燥/包裝系統(tǒng)，處理后產(chǎn)生的蒸餾水可作為循環(huán)水的補給水。

4 脫硫廢水零排放處理的工藝分析

通過以上脫硫廢水零排放的實際案例可看出，其深度處理技術(shù)基本均采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

從處理工藝看，膜濃縮法分離技術(shù)占有一定的優(yōu)勢，這是因為蒸發(fā)工藝的運行成本高（耗蒸汽或電能）、設(shè)備投資高，但進行膜法處理一般都要進行完善的預(yù)處理，包括去除懸浮物、去除硬度、防止有機物硅等結(jié)垢。如果不進行預(yù)處理，這些物質(zhì)將會淤積在膜表面上，導致流道堵塞，造成膜組件壓差增大、產(chǎn)水量和脫鹽率下降，甚至使膜組件報廢。脫硫系統(tǒng)是在微酸（pH=4.5～6.0）條件下運行的，因此，脫硫廢水中碳酸鹽的硬度較低，要想進行化學軟化，就要投入碳酸鈉。但碳酸鈉的投入費用很高，因此，整體預(yù)處理的運行費用非常高。

從運行的角度看，運行部分的水量較少，電廠投入的運行人員也很少，電廠只希望系統(tǒng)能簡單、可靠、穩(wěn)定運行，即使運行成本較高。如果采用膜法預(yù)處理，則膜濃縮等工藝的耗時較長，一旦系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導致系統(tǒng)整體停運。而蒸發(fā)結(jié)晶工藝的系統(tǒng)流程非常短、運行穩(wěn)定，其可靠性和對原水變化的適應(yīng)性都遠遠高于膜濃縮法。

通過參考國外電廠脫硫廢水零排放項目發(fā)現(xiàn)，脫硫廢水的水質(zhì)情況比較復雜，采用膜濃縮法的可行性非常低，包括AQUATECH、威立雅等對高鹽廢水膜濃縮具有專利技術(shù)和實際工程經(jīng)驗的國際大企業(yè)，也沒有將他們的膜濃縮專利工藝用于脫硫廢水。這些公司做過很多實際工程，了解脫硫廢水用膜濃縮法預(yù)濃縮存在很多不足，威立雅的一些新的專門針對燃煤火電廠或IGCC電廠的脫硫廢水開發(fā)工藝均采取蒸發(fā)結(jié)晶工藝，并未使用膜濃縮法。

5 結(jié)論

脫硫廢水經(jīng)初步處理后，雖然能滿足達標排放的要求，但仍處于高氯根、高含鹽的狀態(tài)，且含有微量重金屬，其回用局限性很大。要想真正實現(xiàn)電廠脫硫廢水零排放，就必須采取深度處理。對于脫硫廢水具有的特殊水質(zhì)（高氯根、高含鹽、含有微量重金屬），并不適合采用膜濃縮法。膜濃縮法適用于海水等干凈、預(yù)處理要求低的水質(zhì)，但是對于水質(zhì)條件差、含鹽量高的工業(yè)廢水，比如脫硫廢水是不適用的，可采用蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝。

參考文獻

[1]龍國慶.燃煤電廠濕法脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝的選擇[J].中國給水排水，2013，29（24）：5-8.

[2]吳志勇.廢水蒸發(fā)濃縮工藝在脫硫廢水處理中的應(yīng)用[J].華電技術(shù)，2012，34（11）：63-66.

[3]王治安，林衛(wèi)，李冰.脫硫廢水零排放處理工藝[J].電力科技與環(huán)保，2012（38）：37-38.

[4]徐慶國.火電廠脫硫廢水零排放[J].科技資訊，2009（35）：71.

〔編輯：張思楠〕