燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝路線研究

王可輝，蔣芬，徐志清，徐峰，王飛，趙軍

（中國國電北京朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司，南京 210019）

燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝路線研究

王可輝，蔣芬，徐志清，徐峰，王飛，趙軍

（中國國電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止荆暇?210019）

燃煤電廠脫硫廢水屬于間斷性排水，受煤質(zhì)和工藝補充水水質(zhì)等的影響，水質(zhì)波動較大，主要表現(xiàn)為成分復雜、腐蝕性強、含鹽量高、回用困難等特點，成為制約電廠脫硫廢水零排放的關鍵因素。通過分析現(xiàn)有的脫硫廢水零排放工藝，并進行可行性和經(jīng)濟性等對比，發(fā)現(xiàn)加藥軟化預處理-管式微濾膜-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)為最優(yōu)的技術路線，完全滿足現(xiàn)行的脫硫廢水零排放要求，可以作為工程項目可行性的工藝方案。

脫硫廢水；膜濃縮減量；零排放

石灰石－石膏濕法煙氣脫硫因其技術成熟，適應性強成為當前火電廠煙氣脫硫的主流工藝［1］。濕法脫硫工藝脫硫時，脫硫吸收塔內(nèi)漿液反復循環(huán)利用，塔內(nèi)可溶鹽漿液不斷濃縮，為確保脫硫性能和維持系統(tǒng)內(nèi)Cl-平衡，需要不斷補充、更新漿液，此過程中排放含有大量重金屬離子的廢水，此部分排放的廢水即為“脫硫廢水”［2］。廢水中主要含有懸浮物、硫酸鹽、過飽和的亞硫酸鹽、以及重金屬等雜質(zhì)［3］，很多是國家環(huán)保標準中嚴格要求控制的第一類污染物［4］，采用普通方法很難使處理后的脫硫廢水達標排放，針對脫硫廢水處理提出新型的處理方法顯得尤為重要，尤其是經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)對環(huán)保要求更高，往往要求高含鹽廢水“零排放”。

現(xiàn)有火電廠廢水零排放工藝主要有預處理-膜濃縮減量-多效蒸發(fā)技術、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶等技術［5］，末端的濃鹽水進蒸發(fā)器蒸發(fā)已經(jīng)不可避免，蒸發(fā)投資和運行維護成本高，一般企業(yè)難以承受，對進入蒸發(fā)器的濃水盡量濃縮減量，可以為企業(yè)節(jié)省大量的投資、維護成本。

1 脫硫廢水水質(zhì)特征

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過程中，為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物料的平衡，防止煙氣可溶部分即氯濃度超過規(guī)定值和保證石膏質(zhì)量，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水，廢水主要來自石膏脫水和清洗系統(tǒng)［6］。其主要特點如下：廢水稍偏酸性，pH值一般保持在4.0～5.5之間；懸浮物濃度非常高（石膏顆粒物等），氟化物、CODCr和重金屬超標，鹽分極高，含大量的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、SO32-等［7］。

2 零排放處理的主要難點

廢水污染組分受煤種、脫硫島工藝補充水水質(zhì)、排放周期等因素的影響，不同地區(qū)的電廠差別很大，同一電廠因排放時段不固定，差別也很大；脫硫廢水為間斷排放，造成水量波動較大；廢水中硬度極高，易造成蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢；廢水中Cl-濃度非常高，易造成系統(tǒng)腐蝕。

深度處理系統(tǒng)的進水雖然經(jīng)過原有脫硫廢水處理系統(tǒng)的處理，懸浮物和鈣硬度有所降低，但廢水中的鈣硬度，特別是鎂硬度仍然很高。此外，廢水中的Cl-、SO42-、溶解性固體也較高，這些高濃度離子的存在，易造成深度處理系統(tǒng)工藝單元結(jié)垢、腐蝕，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，國電某600 MW機組三聯(lián)箱脫硫廢水出水水質(zhì)如表1所示，其pH值為6～9。

表1 國電某600 MW機組三聯(lián)箱脫硫廢水出水水質(zhì)Tab.1 Effluent water quality of desulfurization wastewater from triple box of guodian 600 MW generating unit

3 現(xiàn)有零排放技術

3.1 預處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

脫硫廢水通過投加石灰（碳酸鈉）、有機硫、絮凝劑、重力沉降等預處理，去除廢水中大部分的懸浮物、重金屬及F-、硬度、SiO2等結(jié)垢物質(zhì)，之后由多效蒸發(fā)器或機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器進行蒸發(fā)結(jié)晶，冷凝水回用，結(jié)晶鹽另行處理。該技術成熟可靠，但投資費用及運行成本高。目前在國內(nèi)應用于廣東河源電廠（2×600 MW，國內(nèi)第1家廢水完全零排放電廠），系統(tǒng)處理量為22 m3／h，系統(tǒng)投資額為9 750萬元，包括前期研發(fā)與二期工程部分廢水管道建設等費用［8］。

3.2 預處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

脫硫廢水通過投加石灰（碳酸鈉）、絮凝劑、重力沉降等預處理，去除廢水中大部分的懸浮物、重金屬及F-、硬度、SiO2等結(jié)垢物質(zhì)，之后采用開放式流道反滲透膜-碟管式反滲透膜、納濾-特殊流道反滲透膜、正滲透等對預處理后的廢水進行濃縮減量化，淡水回用，濃水進入后續(xù)傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，冷凝水回用，結(jié)晶鹽另行處理。該技術成熟可靠，工藝中加入了膜濃縮減量單元，終端需蒸發(fā)的廢水量大為減少，通常可減少50%～ 60%，因此，整個系統(tǒng)的投資費用和運行成本與3.1節(jié)工藝相比，降低很多。目前在國內(nèi)已進入調(diào)試運行的有華能長興電廠，工藝路線采用加藥軟化預處理-正滲透膜濃縮-蒸發(fā)結(jié)晶工藝，另外還有一些電廠通過試驗驗證后擬采用該工藝路線。

3.3 煙道噴霧干燥技術

將脫硫廢水用泵送至除塵器前煙道，經(jīng)壓縮空氣將脫硫廢水通過固定霧化噴頭送至煙道霧化，利用煙氣溫度蒸干霧滴，廢水中的各種固體由除塵器進行捕捉收集。該工藝流程簡單，投資、運行及管理費用較低，國外有少量應用業(yè)績，國內(nèi)尚未有成功運行案例，處于試驗階段或者尚未實施階段，廢水對噴頭的堵塞情況、磨損情況及霧滴對煙道腐蝕情況、煙氣溫度的影響情況均需要通過實踐檢驗。

4 預處理工藝段比選

脫硫廢水雖然經(jīng)過三聯(lián)箱加藥沉淀處理，但硬度、懸浮物、SiO2、Fe、HCO3－濃度對后續(xù)膜處理來說依然非常高，所以仍然需要強化軟化預處理，使預處理后的水質(zhì)滿足膜的進水要求方可進入膜系統(tǒng)濃縮減量。脫硫廢水軟化預處理主要有以下2種方案。

4.1 石灰－碳酸鈉軟化－沉淀池－過濾器處理工藝加石灰軟化處理工藝流程如圖1所示。

圖1 加石灰軟化處理工藝流程Fig.1 Wastewater softening process with lime added

原脫硫廢水處理系統(tǒng)出水進入反應池1和反應池2，分別加入石灰和碳酸鈉，使廢水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通過化學反應生成沉淀物，然后用沉淀池做固液分離，沉淀池的上清液自流至重力濾池進行過濾除濁，出水作為膜濃縮處理系統(tǒng)進水。

4.2 氫氧化鈉－碳酸鈉軟化－管式膜處理工藝

加雙堿軟化-管式微濾膜處理工藝流程如圖2所示。

圖2 加雙堿-管式微濾膜處理工藝流程Fig.2 Process flow of double alkali softening-tube microfiltration membrane

原脫硫廢水處理系統(tǒng)出水進入反應池1和反應池2，分別加入氫氧化鈉和碳酸鈉，使廢水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通過化學反應生成沉淀物，然后采用錯流式管式微濾膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的澄清、過濾工藝，利用微濾膜對廢水中的沉淀物進行分離，達到非常好的出水效果，出水進入膜濃縮處理系統(tǒng)進行進一步處理。2種工藝比較結(jié)果如表2所示。

表2 2種工藝比較結(jié)果Tab.2 Comparison between two technologies

通過表2可以看出，工藝二優(yōu)勢明顯，推薦采用“氫氧化鈉－碳酸鈉軟化－管式微濾膜”作為零排放預處理工藝。

5 膜濃縮工藝段比選

預處理過的脫硫廢水經(jīng)過膜濃縮可以實現(xiàn)減量化，膜處理過程中產(chǎn)生的淡水作為脫硫工藝補水，濃水進入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。目前可用于膜濃縮的工藝主要有特殊流道反滲透、碟管式反滲透、正滲透、高效反滲透，各種膜工藝的比較如表3所示。

經(jīng)過比較，推薦使用壓力等級較低、抗污染能力較強的特殊流道反滲透膜預濃縮，之后采用壓力等級較高、抗污染能力很強的特殊流道反滲透膜進一步濃縮，經(jīng)過2次膜濃縮之后，系統(tǒng)回收率可達到80%，采用膜濃縮工藝后可大大降低蒸發(fā)結(jié)晶運行費用。

6 蒸發(fā)結(jié)晶工藝段

經(jīng)膜濃縮處理后產(chǎn)生的濃水中鹽的質(zhì)量濃度非常高，達到100 g／L以上，主要以氯化鈉和硫酸鈉為主。若電廠有需求，該股濃水可用于干灰調(diào)濕，若無此需求，則需要對該濃水進行蒸發(fā)結(jié)晶處理，方可實現(xiàn)零排放。目前，蒸發(fā)結(jié)晶成熟應用的技術主要有多效蒸發(fā)和機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)，2種工藝對比如表4所示。

通過表4可以看出，多效蒸發(fā)和機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)均可用于蒸發(fā)結(jié)晶，造價前者較便宜，但綜合能耗后者更節(jié)省，投資成本差額可通過運行費用收回，推薦采用機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)作為蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

表3 膜濃縮工藝段比較Tab.3 Comparison among membrane concentration processes

表4 蒸發(fā)結(jié)晶工藝段比較Tab.4 Comparison between two evaporation crystallization processes

7 結(jié)語

通過以上工藝段的比選推薦采用“加藥軟化預處理-管式微濾膜-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)”作為脫硫廢水零排放的技術路線。預處理段產(chǎn)生的污泥可以送入灰廠或者摻入渣中，結(jié)晶鹽可以作為工業(yè)鹽外售循環(huán)再利用。

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［3］楊明杰.脫硫廢水設計方案及經(jīng)濟性分析［A］.2011年學術年會論文集［C］.濟南：山東電機工程學會，2011.149－153.

［4］楊明杰.脫硫廢水設計方案及經(jīng)濟性分析［J］.給水排水，2012，38（1）：54－55.

［5］王丹，蔣道利.蒸發(fā)結(jié)晶技術在高含鹽廢水零排放領域的應用［J］.中國井礦鹽，2014，45（10）：7－10.

［6］高飛燕，王軼鋒，劉曉龍.發(fā)電廠脫硫廢水處理的必要性及其技術應用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2010，73（13）：73－74.

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［8］吳來貴，牟志才.火電廠廢水零排放技術研究與應用［A］.貫徹“十二五”環(huán)保規(guī)劃，創(chuàng)新火電環(huán)保技術與裝備研討會論文集［C］.張家界：中國動力工程學會，2011.151－160.

Study on process route of desulfurization wastewater zero discharge from coal-fired power plant

WANG Ke-hui，JIANG Fen，XU Zhi-qing，XU Feng，WANG Fei，ZHAO Jun
（China Guodian Beijing Lucency Enviro-tech Co.,Ltd.,Nanjing Branch,Nanjing 210019,China）

Desulfurization wastewater from coal-fired power plant is discharged intermittently,and influenced by coal property and make-up water quality of processes,its quality presents big fluctuation,which can mainly characterized by complex component,high causticity,high salt content,hard to be reused and so on.Therefore,to realize the goal of zero discharge of desulfurization wastewater from power plant,all the above problems have to be solved first.Through the analysis of current processes applied for desulfurization wastewater zero discharge,the feasibility and economical efficiency of those processes were compared.It could be found that,dosing softening pretreatment-TMF-SCRO-DTRO-MVR was the optimal technical route,which could fully meet the current requirement of desulfurization wastewater zero discharge,and could be used as a feasible process plan in future projects.

desulfurization wastewater; membrane concentration reduction; zero discharge

X703.1；X784

A

1009－2455（2016）01－0009－04

王可輝（1987－），男，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向為火電廠新型水處理技術研發(fā)，（電話）025-68521206（電子信箱）wangkehui2008.ok＠163.com。

2015-12-16（修回稿）

廢水處理及回用