脫硫廢水常規(guī)處理及零排放工藝介紹

姚遠(yuǎn)(博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司， 上海 200000)

脫硫廢水常規(guī)處理及零排放工藝介紹

姚遠(yuǎn)(博天環(huán)境集團(tuán)股份有限公司， 上海 200000)

我國(guó)是個(gè)煤炭資源豐富的國(guó)家，當(dāng)前燃煤發(fā)電在整個(gè)發(fā)電行業(yè)內(nèi)占比超過(guò)了70%。而絕大多數(shù)的燃煤電廠采用“石灰石-石膏濕法脫硫工藝”對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫后，廢水中的SS和COD雖然能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但隨著國(guó)家和地方政府對(duì)廢水中含鹽量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，導(dǎo)致這部分水無(wú)法直接外排。同時(shí)，由于廢水中的TDS以及氯根離子含量高，若不加處理也無(wú)法直接進(jìn)入系統(tǒng)中回用。如何處理好這最后一部分水成為了阻礙企業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。本文重點(diǎn)介紹了脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn)以及常用處理工藝方法。

脫硫廢水；處理工藝；零排放

1 脫硫廢水概述

1.1 脫硫廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及常規(guī)處理工藝

典型熱電廠脫硫廢水中一般含有大量的鹽分、硫酸根離子、重金屬離子及氯化物，并含有難處理的COD等，pH值一般在5～6之間，水質(zhì)呈弱酸性。處理時(shí)需要在水中加入Ca(OH)2，將pH值調(diào)節(jié)到8.5～9.0之間，使得重金屬離子(如銅、鐵、鎳、鉻和鉛)生成氫氧化物沉淀；同時(shí)反應(yīng)過(guò)程中還會(huì)生成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物，以分離氯根離子、氟化物、亞硝酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質(zhì)；對(duì)于汞、銅等重金屬，目前普遍采用15%TMT溶液替代Na2S來(lái)將其沉淀出來(lái)。

1.2 脫硫廢水處理難點(diǎn)

從脫硫廢水常規(guī)處理工藝中可以看出：預(yù)處理工藝中添加了大量的熟石灰，會(huì)導(dǎo)致水中硬度離子含量較高，且水中殘留有高濃度的SO42-、Cl-，屬于典型的高含鹽廢水。水中硬度離子含量高會(huì)導(dǎo)致處理設(shè)備結(jié)垢污堵，Cl-離子含量高會(huì)對(duì)設(shè)備、管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。

其次，脫硫廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，污染物超標(biāo)嚴(yán)重，水中鎘、汞、硫化物、氟化物含量高。

另外，脫硫廢水受燃煤品種、脫硫工藝、吸收劑等多種因素影響，水質(zhì)變化較大。

1.3 脫硫廢水排放標(biāo)準(zhǔn)滯后與現(xiàn)實(shí)環(huán)保要求

脫硫廢水水質(zhì)控制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DL/T997－2006《火電廠石灰石－石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》，其對(duì)脫硫廢水中總汞、總鉻、總鎘、總鉛、總鎳、懸浮物等指標(biāo)進(jìn)行了限制，但是總體標(biāo)準(zhǔn)偏低，如汞的最高排放限值為0.05mg/L，同時(shí)也沒(méi)有對(duì)Cl-的排放濃度進(jìn)行限制。而目前火電廠的廢水排放是按照GB8978- 1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行控制的，但該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的控制項(xiàng)目和指標(biāo)也不能完全適用于脫硫廢水。

2015 年4 月16 日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，強(qiáng)調(diào)將強(qiáng)化對(duì)各類水污染的治理力度，脫硫廢水因成分復(fù)雜、含有重金屬引起業(yè)界關(guān)注。目前行業(yè)內(nèi)工程案例基本上都是：利用濃縮工藝對(duì)脫硫廢水減量化處理，產(chǎn)水回用循環(huán)水系統(tǒng)，濃縮水進(jìn)入蒸發(fā)器結(jié)晶生成固態(tài)鹽。從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水“零排放”的目標(biāo)。

2 、脫硫廢水“零排放”常規(guī)處理工藝介紹

2.1 預(yù)處理工藝系統(tǒng)

經(jīng)三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水中硬度離子含量很高，若不加處理會(huì)對(duì)后續(xù)設(shè)備及管道造成嚴(yán)重的污堵，所以在預(yù)處理時(shí)常會(huì)采用“pH調(diào)節(jié)＋混凝+沉淀”的處理工藝降低水中鈣鎂離子的含量。

首先在pH調(diào)節(jié)池中將進(jìn)水調(diào)整至9.0～10.0，將Mg 硬度轉(zhuǎn)換為鈣硬度。然后在混凝池中分別加入碳酸鈉藥劑，可以有效的將水中的硬度離子降低至1～2mmol/L。再投加PAM藥劑，通過(guò)絮凝、沉淀工藝將無(wú)機(jī)泥排出。處理后的水進(jìn)入濃縮工藝段進(jìn)一步處理。

2.2 濃縮減量工藝系統(tǒng)

零排放工藝的最終目標(biāo)是將水送至蒸發(fā)器中結(jié)晶，但由于蒸發(fā)器造價(jià)高昂，且運(yùn)行費(fèi)用高，所以最大限度的將廢水減量是本工藝段的主要目標(biāo)。

(1)反滲透工藝(預(yù)濃縮工藝—不分鹽)

反滲透工藝是利用半透膜的原理，通過(guò)在高濃度側(cè)施加壓力將水和鹽分離出來(lái)。系統(tǒng)回收率通?？梢栽O(shè)計(jì)在70%～80%之間，產(chǎn)出的干凈水由于離子含量低，可以回用到工業(yè)系統(tǒng)中。而反滲透膜截留下的有機(jī)物、膠體和無(wú)機(jī)鹽由濃水側(cè)排至濃水收集水箱，后續(xù)進(jìn)入高效濃縮工藝單元進(jìn)一步處理。

反滲透法制取除鹽水是一個(gè)物理過(guò)程，所以比離子交換法環(huán)保。同時(shí)處理過(guò)程簡(jiǎn)單，易操作，自動(dòng)程度化高，人工干預(yù)量小，同時(shí)系統(tǒng)的管理與維護(hù)簡(jiǎn)單。

(2)納濾工藝(預(yù)濃縮工藝-分鹽)

納濾膜元件是一種特殊分離膜品種，原理與反滲透類似，其截留特性介于超濾與反滲透之間。因此，納濾膜元件對(duì)水中溶解的小分子有機(jī)物有很高的脫除率，同時(shí)納濾膜元件對(duì)水溶液中的離子也有一定的脫除率(一般在20%～98%之間)。主要是對(duì)二價(jià)及以上的高價(jià)離子去除率較高，而一價(jià)離子則沒(méi)有什么去除效果，適合進(jìn)行分鹽處理設(shè)計(jì)。由于納濾的產(chǎn)水中一階離子含量高，而濃水中二階離子含量高。由此可以把NaCl和Na2SO4分開，在蒸發(fā)結(jié)晶時(shí)得到較高純度的結(jié)晶鹽。

(3)DTRO工藝(再濃縮工藝)

脫硫廢水經(jīng)過(guò)預(yù)處理和反滲透濃縮后，殘留廢水還會(huì)剩下20%～30%。水中的TDS一般也會(huì)達(dá)到3萬(wàn)～4萬(wàn)mg/L，此時(shí)選擇普通的反滲透系統(tǒng)將無(wú)法進(jìn)一步對(duì)水濃縮減量。

DT膜組件構(gòu)造與傳統(tǒng)的卷式膜截然不同。它最高可選用120bar的給水壓力對(duì)濃水進(jìn)一步濃縮。它采用開放式流道，料液進(jìn)入導(dǎo)流盤中，以最短的距離快速流經(jīng)過(guò)濾膜，然后180釆逆轉(zhuǎn)到另一膜面，再?gòu)膶?dǎo)流盤中心的槽口流入到下一個(gè)導(dǎo)流盤，從而在膜表面形成由導(dǎo)流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙”S”形路線。這種特殊的水力學(xué)設(shè)計(jì)使處理液在壓力作用下流經(jīng)濾膜表面遇凸點(diǎn)碰撞時(shí)形成湍流，增加透過(guò)速率和自清洗功能，從而有效地避免了膜堵塞和濃度極化現(xiàn)象，成功地延長(zhǎng)了膜片的使用壽命；

經(jīng)過(guò)DTRO再濃縮工藝后，廢水量通常只是原來(lái)的5%～10%(視水中TDS含量決定)，此時(shí)由于水中TDS含量高達(dá)12萬(wàn)～16萬(wàn)，可以送至蒸發(fā)工藝單元結(jié)晶處理。

2.3 蒸發(fā)結(jié)晶工藝系統(tǒng)

(1)多效蒸發(fā)器

原料液首先經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，溶液在一效蒸發(fā)器內(nèi)受熱蒸發(fā)，氣液混合物在結(jié)晶分離器內(nèi)進(jìn)行氣液分離。一效分離室內(nèi)部分物料在循環(huán)泵的作用下通過(guò)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)入一效循環(huán)管，部分物料在轉(zhuǎn)料泵的作用下進(jìn)入二效分離器。二效分離室內(nèi)部分物料在循環(huán)泵的作用下通過(guò)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)入二效循環(huán)管，部分物料在轉(zhuǎn)料泵的作用下進(jìn)入三效分離器，依次遞進(jìn)。當(dāng)蒸發(fā)達(dá)到一定濃度后出現(xiàn)大量晶體，出料后進(jìn)入稠厚器增濃，然后進(jìn)離心機(jī)進(jìn)行固液分離，母液返回蒸發(fā)器重新蒸發(fā)。

(2)機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)器

機(jī)械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發(fā)器，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機(jī)壓縮蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽，把電能轉(zhuǎn)換成熱能，提高二次蒸汽的焓，被提高熱能的二次蒸汽打入蒸發(fā)室進(jìn)行加熱，以達(dá)到循環(huán)利用二次蒸汽已有的熱能，從而可以不需要外部鮮蒸汽，通過(guò)蒸發(fā)器自循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)濃縮的目的。通過(guò)PLC、工業(yè)計(jì)算機(jī)(FA)、組態(tài)等形式來(lái)控制系統(tǒng)溫度、壓力、馬達(dá)轉(zhuǎn)速，保持系統(tǒng)蒸發(fā)平衡。從理論上來(lái)看，使用MVR蒸發(fā)器比傳多效蒸發(fā)器節(jié)省80%以上的能源，節(jié)省90%以上的冷凝水，減少50%以上的占地面積。

蒸發(fā)結(jié)晶工藝系統(tǒng)屬于“零排放”裝置的末端系統(tǒng)，在處理過(guò)程中會(huì)耗費(fèi)廠區(qū)內(nèi)的電量和廠區(qū)內(nèi)的水蒸汽，系統(tǒng)的運(yùn)行成本和建設(shè)成本較高。而且蒸發(fā)器在運(yùn)行時(shí)會(huì)排出一定量的循環(huán)母液，不能做到100%的“零排放”。蒸發(fā)結(jié)晶單元產(chǎn)生的結(jié)晶鹽為工業(yè)用鹽，鹽中含有一定量的雜質(zhì)，行業(yè)內(nèi)對(duì)廢水結(jié)晶鹽的用途還有爭(zhēng)論，目前大多是自我消化處理。

3 脫硫廢水其它處理工藝介紹

3.1 高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝

高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝流程：將脫硫廢水輸送到空氣預(yù)熱器后的煙道，對(duì)脫硫廢水進(jìn)行霧化處理。霧化后的廢水在煙道內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)，雜質(zhì)以固體物質(zhì)的形式進(jìn)入除塵設(shè)備進(jìn)行處理。除塵設(shè)備將顆粒進(jìn)行捕捉后隨灰一起外排。該方法在發(fā)達(dá)國(guó)家擁有較多應(yīng)用案例，具有運(yùn)行成本低，需要新增設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 水力排渣系統(tǒng)外排工藝

水力排渣系統(tǒng)外排工藝流程：經(jīng)常規(guī)處理后的廢水進(jìn)入廠區(qū)的排渣系統(tǒng)，廢水中的重金屬和雜質(zhì)與渣水(呈堿性)發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生反應(yīng)后，渣水可以過(guò)濾掉廢水中的雜質(zhì)以及重金屬物質(zhì)。另一方面，廢水可以對(duì)渣水排放系統(tǒng)起到水量補(bǔ)充作用，節(jié)省排渣系統(tǒng)的用水量。其特點(diǎn)是：不需要對(duì)原除灰系統(tǒng)進(jìn)行改造，投資成本低，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。但由于受到排渣方式的限制并不適用所有電廠。

4 “零排放”工藝的結(jié)論與建議

(1)在常規(guī)工藝的基礎(chǔ)上，增加脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備，不僅可以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放，凈化后的廢水可回用，有一定的經(jīng)濟(jì)效益。但是該技術(shù)運(yùn)行成本較高，后期維護(hù)較為復(fù)雜?？傮w上看脫硫廢水“零排放”的社會(huì)意義及環(huán)保意義遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)意義。

(2)高溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝：目前對(duì)此工藝的研究較多，但國(guó)內(nèi)運(yùn)用成功的例子并不是很多，主要是因?yàn)楦鱾€(gè)電廠的脫硫廢水的水質(zhì)和煙道溫度不一樣，且該工藝不能完全解決管道腐蝕，除塵器結(jié)垢，以及煙氣排放溫度過(guò)低等問(wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)脫硫廢水零排放工藝進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。雖然當(dāng)前脫硫廢水常規(guī)處理工藝已經(jīng)得到普及應(yīng)用，但想要實(shí)現(xiàn)廢水的“零排放”，還要加大對(duì)現(xiàn)有工藝的完善和更新，才能找到一條兼顧生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的道路。

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