脫硫廢水處理技術(shù)探討

李 佳，張廣文，蔡井剛

(神華國(guó)華(北京)電力研究院有限公司，北京 100025)

脫硫廢水處理技術(shù)探討

李 佳，張廣文，蔡井剛

(神華國(guó)華(北京)電力研究院有限公司，北京 100025)

對(duì)國(guó)內(nèi)部分火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析優(yōu)化，通過(guò)比較幾種成熟的廢水深度處理技術(shù)，綜合考慮工藝特點(diǎn)、投資費(fèi)用等因素，提出高效經(jīng)濟(jì)的脫硫廢水“零排放”技術(shù)路線。

脫硫廢水；零排放；膜法；蒸發(fā)結(jié)晶

0 引言

濕法脫硫工藝因其效率高、技術(shù)成熟、安全可靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于火電機(jī)組[1]。濕法脫硫會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，其中含有大量懸浮物、重金屬離子和氯離子，處理十分困難。水資源日益匱乏，火力發(fā)電廠必須將脫硫廢水的處理回用工作放在重要位置，優(yōu)化技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的“零排放”。

1 傳統(tǒng)物化法處理脫硫廢水工藝及建議

1.1 物化法處理工藝及建議

物化法即傳統(tǒng)三聯(lián)箱處理工藝，分為廢水中和沉淀、重金屬離子沉淀、混凝沉淀和澄清四個(gè)步驟。工藝流程：脫硫廢水進(jìn)入中和箱，加入石灰乳攪拌，堿性條件下去除氟化物和易形成氫氧化物沉淀的金屬離子；在反應(yīng)箱加入有機(jī)硫以去除其它重金屬離子；在絮凝箱絮凝沉淀，加入助凝劑增強(qiáng)絮凝效果；在澄清器內(nèi)實(shí)現(xiàn)污泥和上清液的分離，上清液自流至清水箱進(jìn)行pH值調(diào)節(jié)，合格后排入工業(yè)廢水處理系統(tǒng)或回用，污泥由輸送泵輸送至壓濾機(jī)脫水，形成泥餅外運(yùn)[2]。

電廠實(shí)際廢水處理過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、出水水質(zhì)差的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題，解決措施如下：

(1)加藥系統(tǒng)頻繁堵塞。石灰乳加藥系統(tǒng)通常布置在脫水樓一層，由于加藥單元距離三聯(lián)箱加藥點(diǎn)較遠(yuǎn)，石灰乳易板結(jié)，再加上加藥系統(tǒng)未能連續(xù)運(yùn)行等因素，極易導(dǎo)致石灰乳加藥系統(tǒng)發(fā)生堵塞。解決措施：在加藥泵出口和進(jìn)口管道加裝自動(dòng)沖洗系統(tǒng)，根據(jù)加藥泵運(yùn)行情況設(shè)定沖洗程序，保證系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)段管道內(nèi)的介質(zhì)為清水。

(2)澄清器澄清效果差。澄清器內(nèi)水力停留時(shí)間短，絮凝物來(lái)不及沉淀隨水流溢到集水槽。污泥輸送泵故障時(shí)，底部污泥不能及時(shí)排除，導(dǎo)致刮泥機(jī)存在斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。解決措施：在澄清器上部取樣管處增加旁路，將上部清液引入清水箱，保證澄清器內(nèi)廢水有足夠的沉降時(shí)間；增加備用澄清器，防止污泥系統(tǒng)故障時(shí)造成整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)。

(3)板框壓濾機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定。板框壓濾機(jī)對(duì)運(yùn)行人員的操作水平要求較高，拉板卸泥不徹底極易造成后續(xù)漏泥現(xiàn)象。解決措施：增加備用板框壓濾機(jī)，及時(shí)更換濾布和相關(guān)配件；在集水槽處增加旁路，當(dāng)出水清澈時(shí)，通過(guò)旁路直接回收至清水箱，避免重復(fù)處理浪費(fèi)藥劑。

(4)水質(zhì)變化范圍大，加藥量難以控制。脫硫廢水污染物受到石灰石品質(zhì)、煤種、工藝水水質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行狀況、石膏脫水效果等諸多因素影響，水質(zhì)變化范圍大。在自動(dòng)加藥模式下，會(huì)造成藥劑的浪費(fèi)或加藥量不足達(dá)不到預(yù)期效果。解決措施：定期對(duì)脫硫廢水水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，建立“化驗(yàn)結(jié)果-加藥量”運(yùn)行臺(tái)賬，便于找出規(guī)律。

1.2 回用問(wèn)題及建議

物化法處理脫硫廢水后，僅僅使廢水中重金屬離子和懸浮物得到有效去除，但脫硫廢水中仍含有較高的鹽分，腐蝕性強(qiáng)，容易結(jié)垢，回用率低。目前僅有極少火力發(fā)電廠回用于水力沖灰、灰廠噴灑和除渣系統(tǒng)[3-6]。

國(guó)內(nèi)某些沿海電廠用海水做冷渣水，采取焊接犧牲陽(yáng)極塊的方法減緩設(shè)備的Cl-腐蝕，取得了良好的效果。依照海水的情況，對(duì)Cl-做出針對(duì)性處理后，脫硫廢水引入撈渣系統(tǒng)是可行的[7]。而如果直接引入，會(huì)造成系統(tǒng)堵塞和管道的腐蝕。

1.3 污泥的處置

隨著預(yù)處理效果的提升，污泥的產(chǎn)量也隨之增加?；谀壳半娏π袠I(yè)的實(shí)際情況，這部分污泥只能采取外委處置的方式，重金屬離子的存在導(dǎo)致污泥的性質(zhì)歸屬于危廢，產(chǎn)生的費(fèi)用非常高。采用二級(jí)預(yù)處理工藝，將危廢與固廢最大限度地分離開(kāi)來(lái)，最終實(shí)現(xiàn)固廢的回收利用，可以大大地降低危廢的外委費(fèi)用。

2 深度處理工藝在脫硫廢水中的應(yīng)用

2.1 蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)采用脫硫廢水“零排放”工藝的有河源電廠和三水恒益電廠兩家。

河源電廠采用“二級(jí)預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶”，系統(tǒng)總投資9750萬(wàn)元[8]，預(yù)處理系統(tǒng)采用兩級(jí)反應(yīng)+沉淀和澄清處理，一級(jí)投加Ca(OH)2，二級(jí)投加Na2CO3軟化水質(zhì)。蒸發(fā)結(jié)晶處理采用四效立管強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝，蒸發(fā)系統(tǒng)分為熱輸入部分、熱回收部分、結(jié)晶轉(zhuǎn)運(yùn)部分和附屬系統(tǒng)部分，結(jié)晶通過(guò)離心機(jī)和干燥床制得固體結(jié)晶鹽[9]。河源電廠脫硫廢水本身水質(zhì)相對(duì)較好，經(jīng)過(guò)軟化預(yù)處理后鈣鎂離子含量降低至1～2mmol/L，濁度<2NTU[10]，干燥后得到的鹽結(jié)晶品質(zhì)較好。該工藝系統(tǒng)極高的能耗限制了其在脫硫廢水零排放處理領(lǐng)域的推廣[11]。

三水恒益電廠零排放技術(shù)來(lái)自美國(guó)J&Y 公司，采用兩級(jí)臥式MVC+兩級(jí)臥式MED蒸發(fā)結(jié)晶工藝，相比于四效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，機(jī)械蒸汽壓縮技術(shù)的能耗低；但恒益電廠采用了不軟化處理，結(jié)垢傾向嚴(yán)重，清洗頻繁。同時(shí)，結(jié)晶鹽含有重金屬，屬于危廢無(wú)法回收，增加了電廠運(yùn)營(yíng)成本[12]。

2.2 煙道蒸發(fā)技術(shù)

國(guó)外應(yīng)用較多的是脫硫廢水“煙道蒸發(fā)”技術(shù)，其工藝流程如圖1所示，根據(jù)燃煤鍋爐的整體煙氣流程和脫硫廢水的特點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，將脫硫系統(tǒng)排出的漿液與加壓空氣混合后，經(jīng)霧化噴入空預(yù)器與除塵器之間煙道內(nèi)，在雙流體霧化噴嘴的作用下霧化成微小的水滴，利用高溫?zé)煔庥酂釋⑺瓮耆舭l(fā)，廢水蒸發(fā)后所析出的金屬鹽、懸浮物等物質(zhì)隨煙氣進(jìn)入除塵系統(tǒng)中被脫除[13]。但該方法容易增加煙氣濕度，造成電除塵低溫腐蝕，對(duì)電除塵器提出了更高要求[14]。

圖1 “煙道蒸發(fā)”工藝流程

2.3 膜法分離濃縮技術(shù)

膜法分離在水處理行業(yè)廣泛應(yīng)用，但由于脫硫廢水水質(zhì)惡劣，對(duì)膜法技術(shù)提出了更高要求。周衛(wèi)青[15]等人利用化學(xué)-微濾膜工藝，對(duì)Ni、Cd、Cr、Zn、Cn、Hg、Pb的去除率分別為90.68%、70.43%、86.68%、80.08%、92.08%，處理后濁度<0.1NTU，但運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)膜污染現(xiàn)象。

電滲析技術(shù)是膜分離技術(shù)的一種。電滲析過(guò)程是電化學(xué)過(guò)程和滲析擴(kuò)散過(guò)程的結(jié)合，在外加直流電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)溶液淡化、濃縮、精制或純化等目的。電滲析運(yùn)行過(guò)程中陰極和膜上容易結(jié)垢，影響出水水質(zhì)，縮短設(shè)備的使用時(shí)間，電滲析技術(shù)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)要求嚴(yán)格，耗電量和耗水量偏高。

目前，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者提出用納濾膜對(duì)一價(jià)離子與二價(jià)離子進(jìn)行分離，其中氯化鈉進(jìn)入后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，含有硫酸根的溶液回收至預(yù)處理系統(tǒng)進(jìn)行沉淀，從而減少了用于蒸發(fā)結(jié)晶的廢水量。處理流程為：軟化預(yù)處理→納濾濃縮→結(jié)晶。該技術(shù)的亮點(diǎn)是能耗低，但與其他膜技術(shù)一樣面臨著易污染堵塞、膜使用壽命短的問(wèn)題。

膜蒸餾(MD)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型膜分離技術(shù)，以疏水微孔膜為介質(zhì)，在膜兩側(cè)蒸氣壓差的作用下，料液中揮發(fā)性組分以蒸氣形式透過(guò)膜孔，從而實(shí)現(xiàn)分離的目的。游文婷等[16]選擇自制的PTFE平板膜組件分別對(duì)硫酸鈉與氯化鈣的模擬廢水進(jìn)行處理，出水水質(zhì)均穩(wěn)定在較低的水平，截留率接近100%。Sivakumar等[17]用MD裝置處理總可溶性固體含量為2332mg/L的煤礦廢水，經(jīng)中空纖維VMD處理后，去除率為 99.9%。隨著國(guó)內(nèi)膜蒸餾技術(shù)的研究深入開(kāi)展，有效地應(yīng)用于廢水處理行業(yè)不會(huì)很遙遠(yuǎn)。

3 “立式降膜蒸發(fā)+FC結(jié)晶”工藝

結(jié)合以上工藝技術(shù)特點(diǎn)，建議采用脫硫廢水零排放工藝流程如圖2所示。

圖2 MVR“立式降膜蒸發(fā)+FC結(jié)晶”工藝

從圖2可以看出，軟化預(yù)處理采用二級(jí)預(yù)處理工藝，一級(jí)反應(yīng)中，最大限度實(shí)現(xiàn)重金屬離子的沉降，通過(guò)一級(jí)澄清器將底部含有重金屬的污泥送至板框壓濾機(jī)，形成的污泥屬于危廢；二級(jí)反應(yīng)主要除去硬度，減少蒸發(fā)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)傾向，二級(jí)澄清器底部的污泥重金屬含量低，可用于制磚。吳來(lái)貴[8]等人用水泥作為同化料，同污泥進(jìn)行不同配比試驗(yàn)，結(jié)果表明水泥與污泥的比例大于7∶3的情況下，污泥磚強(qiáng)度滿足使用要求，采用《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》(GB/T5085.3-2007)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒別，證明污泥磚滿足環(huán)保要求，因其氯離子含量較大，僅用于地面或圍墻用磚。

MVR利用蒸發(fā)系統(tǒng)自身產(chǎn)生的二次蒸汽及其能量，經(jīng)蒸汽壓縮機(jī)壓縮做功，提升二次蒸汽的熱能，如此循環(huán)向蒸發(fā)系統(tǒng)供熱，從而減少對(duì)外界能源的需求，降低運(yùn)行成本。

立式降膜蒸發(fā)器是料液由蒸發(fā)室的頂部加入，經(jīng)布膜器分布后，在重力作用下沿壁面呈膜狀向下流動(dòng)并被蒸發(fā)。氣液混合物氣液分離后，完成液由分離器排出。立式降膜蒸發(fā)技術(shù)較為成熟，且具有傳熱系數(shù)高、料液走管程的特點(diǎn)[18]。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)傳統(tǒng)的三聯(lián)箱工藝，通過(guò)技改和優(yōu)化可以有效提升系統(tǒng)的處理效果。

(2)深度處理工藝路線，存在投資運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、產(chǎn)品回收率等各方面的制約。

(3)“立式降膜蒸發(fā)+FC結(jié)晶”工藝路線，技術(shù)較為成熟、建設(shè)運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較低，可以作為脫硫廢水“零排放”工藝路線的一條重要參考。

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Discussion on desulfurization wastewater treatment technology

The existing problems during the operation of domestic coal-fired power plant desulfurization wastewater treatment system were analyzed and optimizated. By comparing several mature wastewater advanced treatment technology, considering factors such as the process characteristics, investment cost, the effective and economic desulphurization waste water “zero emissions” technology were put forward

desulfurization wastewater; zero emissions; membrane; evaporation crystallization

X703.1

B

1674-8069(2017)03-022-03

2016-11-16；

2016-12-29

李 佳(1984-)，男，山西陽(yáng)泉人,主要從事火電廠化學(xué)水處理技術(shù)研究工作。E-mail：188138@ghepc.com