燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

摘 要：本文將國(guó)內(nèi)脫硫廢水處理技術(shù)分為傳統(tǒng)處理方法、達(dá)標(biāo)排放和零排放三類，對(duì)各類技術(shù)進(jìn)行了綜述，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)值得推廣的化學(xué)沉淀技術(shù)、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)和煙道蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)。其中，化學(xué)沉淀技術(shù)可有效去除廢水大多數(shù)污染物，在應(yīng)用中應(yīng)對(duì)工藝加強(qiáng)精準(zhǔn)化控制，提升廢水處理效果；蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)可在零排放的同時(shí)回收凈水和鹽，但目前受到國(guó)家制鹽政策的限制，可從簡(jiǎn)化工藝流程和降低成本方面做出進(jìn)一步的改進(jìn)；煙道蒸發(fā)技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單和成本低的特點(diǎn)，但存在將污染物經(jīng)粉煤灰轉(zhuǎn)移到環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)，可結(jié)合針對(duì)性的污染物處理技術(shù)做進(jìn)一步的完善。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水 達(dá)標(biāo)排放 零排放

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）02（a）-0093-03為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家對(duì)煙氣超低排放的要求，國(guó)內(nèi)大多數(shù)燃煤機(jī)組均加裝了煙氣脫硫系統(tǒng)。在諸多脫硫技術(shù)中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)由于脫硫效率高和適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了最廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)全國(guó)約有90%以上的燃煤電廠均采用了該技術(shù)，其工作原理是通過(guò)吸收漿液與煙氣的充分接觸，將煙氣中的二氧化硫吸收轉(zhuǎn)化為石膏[1]。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，隨著漿液的循環(huán)使用，其鹽含量和雜質(zhì)含量逐漸增大，為了防止對(duì)相關(guān)設(shè)備和管道造成腐蝕，需定期排出廢液將氯離子濃度控制在20000mg/L以下，由此產(chǎn)生了成分復(fù)雜和處理難度大的脫硫廢水[2]。該廢水的水質(zhì)較為復(fù)雜，受機(jī)組燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)行、脫硫塔前污染物控制設(shè)備以及脫水設(shè)備等多種因素的影響，一般呈弱酸性，氯離子和懸浮物含量極高（分別能達(dá)到1萬(wàn)～2萬(wàn)mg/L和數(shù)萬(wàn)mg/L），且含有多種有害重金屬（如Hg、Pb、Cr、Cd等），直接排放會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染[3]。

早期，國(guó)家對(duì)燃煤電廠脫硫廢水并未制定嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)，雖然行業(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)》對(duì)廢水重金屬和懸浮物等水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了限制，但其排放標(biāo)準(zhǔn)仍然較低。2015年以來(lái)，隨著國(guó)務(wù)院《水污染行動(dòng)計(jì)劃》的發(fā)布，脫硫廢水的處理被提升到了新的高度，其排放標(biāo)準(zhǔn)被逐漸提高，處理工藝也趨于多元化。本文將國(guó)內(nèi)脫硫廢水處理技術(shù)分為傳統(tǒng)處理方法、達(dá)標(biāo)排放和零排放三類，對(duì)各類技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，并為技術(shù)的未來(lái)發(fā)展提出了相應(yīng)的建議。

1 傳統(tǒng)處理技術(shù)

早期國(guó)家對(duì)燃煤電廠脫硫廢水處理的限制較少，傳統(tǒng)的處理工藝較為粗放，主要有煤場(chǎng)噴灑、灰場(chǎng)噴灑與水力沖灰等[4，5]。煤場(chǎng)噴灑和灰場(chǎng)噴灑是出于安全和抑塵等目的將脫硫廢水噴灑入煤場(chǎng)和灰場(chǎng)，在實(shí)際應(yīng)用中存在廢水用量小的問(wèn)題，其次由于工藝未對(duì)污染物本身進(jìn)行任何處理，在其轉(zhuǎn)移過(guò)程中容易對(duì)周邊環(huán)境造成一定的污染。水力沖灰是將脫硫廢水混入水力除灰系統(tǒng)，能同時(shí)對(duì)灰分起到輸送和中和作用，但該工藝不能用于氣力清灰等類型機(jī)組，對(duì)廢水的用量較少，難以消納每小時(shí)數(shù)噸甚至十余噸的新生廢水，而且由于氯離子含量高，會(huì)對(duì)相關(guān)的金屬管道造成一定的腐蝕。

2 達(dá)標(biāo)排放

脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放一般采用常規(guī)的化學(xué)沉淀技術(shù)，即“三聯(lián)箱”技術(shù)[6]。該技術(shù)的典型工藝流程如圖1所示。脫硫廢水經(jīng)廢水箱緩沖后首先進(jìn)入中和箱，向其中投加熟石灰或燒堿，將pH調(diào)整至9左右，大部分重金屬離子形成難溶的氫氧化物沉淀，從溶液中分離；中和箱的上清液進(jìn)入沉淀箱，向其中投加有機(jī)硫TMT-15或Na2S等，將Pb2+和Hg2+等未在中和箱去除的金屬離子沉淀分離；沉淀箱的上清液進(jìn)入絮凝箱，向其中投加絮凝劑和助凝劑等，廢水中的懸浮顆粒和膠體物質(zhì)凝聚為大顆粒沉淀沉降分離；最后，廢水經(jīng)澄清箱調(diào)節(jié)pH到中性后排出。

化學(xué)沉淀工藝對(duì)脫硫廢水中的大部分重金屬和懸浮雜質(zhì)均有很好的去除效果，但由于其對(duì)工藝控制的要求較高，電廠在實(shí)際應(yīng)用中往往達(dá)不到相對(duì)精準(zhǔn)的控制要求，導(dǎo)致個(gè)別指標(biāo)難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，電廠應(yīng)加強(qiáng)工藝控制，針對(duì)性地分析指標(biāo)超標(biāo)原因，尤其對(duì)系統(tǒng)加藥方式和用量等進(jìn)行必要的調(diào)整優(yōu)化。此外，化學(xué)沉淀法對(duì)于廢水中高濃度的氯離子（高達(dá)1萬(wàn)～2萬(wàn)mg/L）無(wú)任何去除作用，其出水的可溶性鹽含量仍然很高，限制了其回收利用與排放[3]。

3 零排放

零排放一般是指電廠通過(guò)一系列工藝流程將脫硫廢水中的污染物質(zhì)固化分離，不再以液體的形式向外排放廢水[7]。目前國(guó)內(nèi)主要采用的技術(shù)路線可以分為蒸發(fā)結(jié)晶和煙道蒸發(fā)兩類[4]。

3.1 蒸發(fā)結(jié)晶

蒸發(fā)結(jié)晶是指通過(guò)濃縮和加熱等方法，使脫硫廢水濃度不斷提高，最終形成過(guò)飽和溶液，析出結(jié)晶鹽并與溶液分離。其典型的技術(shù)路線可以概括為“預(yù)處理+濃縮+結(jié)晶”。預(yù)處理的主要目的在于降低廢水硬度，緩解或防止溶液在濃縮過(guò)程中結(jié)垢和堵塞，常用軟化方法主要為雙堿法，即向廢水投加“熟石灰/燒堿+純堿”，去除廢水鈣離子和鎂離子等。濃縮的目的在于增大廢水濃度，提高結(jié)晶效率和降低結(jié)晶能耗，常用的方法主要有膜濃縮，如反滲透（RO）、電滲析（ED）和膜蒸餾（MD）等以及配套使用的微濾（MF）和納濾（NF）等。結(jié)晶采用的方法主要包括多效蒸發(fā)結(jié)晶（MED）和機(jī)械壓縮式蒸發(fā)結(jié)晶（MVR）[8]。

多效蒸發(fā)結(jié)晶（MED）系統(tǒng)一般由多個(gè)蒸發(fā)器（即多效）組成，廢水和新蒸汽進(jìn)入一效蒸發(fā)器發(fā)生換熱，產(chǎn)生二次蒸汽和濃縮液均進(jìn)入第二效蒸發(fā)器繼續(xù)換熱蒸發(fā)。以此類推，前一效蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸汽作為下一效的蒸發(fā)熱源，同時(shí)前一效產(chǎn)生的濃縮液進(jìn)入后一效繼續(xù)濃縮，最終廢水中析出結(jié)晶鹽實(shí)現(xiàn)固液分離。該工藝可將蒸汽的熱能多次利用，因此能量利用率較高[4]。

機(jī)械壓縮式蒸發(fā)結(jié)晶（MVR）系統(tǒng)是將蒸汽和廢水送入加熱器進(jìn)行換熱，廢水汽化產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)氣液分離后送入壓縮機(jī)，在壓縮機(jī)內(nèi)被壓縮做功，熱焓提高后，再次送入加熱器與廢水進(jìn)行換熱，廢水吸收熱量后產(chǎn)生的二次蒸汽再次進(jìn)入壓縮機(jī)，以此類推循環(huán)使用，蒸汽多次進(jìn)入壓縮機(jī)和加熱器，廢水隨著濃度的提高達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)最終析出結(jié)晶鹽[9]。

總體而言，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)可將脫硫廢水中的鹽進(jìn)行結(jié)晶分離和提純，同時(shí)得到可回收利用的凈水，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。然而，該工藝路線的流程和控制往往過(guò)于復(fù)雜，成本也非常之高，如廣東河源某電廠2×600MW機(jī)組采用多效強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，其處理廢水能力約為20t/h，投資成本高達(dá)將近1億元；佛山某電廠采用MED+MVR相結(jié)合的處理方式，投資成本高達(dá)4600萬(wàn)元[4]。此外，國(guó)家在《鹽業(yè)管理?xiàng)l例》中明確提出“禁止利用鹽土、硝土和工業(yè)廢渣、廢液加工制鹽”，蒸發(fā)結(jié)晶工藝得到的結(jié)晶鹽難以銷售，當(dāng)作固廢處理又成本很高。若能得到國(guó)家在政策上的支持，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)雖然投資成本高，但可以再實(shí)現(xiàn)零排放的同時(shí)回收利用部分資源（凈水和結(jié)晶鹽），從長(zhǎng)久來(lái)看是一種較為經(jīng)濟(jì)高效的廢水處理方法。該技術(shù)可以從簡(jiǎn)化工藝流程和優(yōu)化控制等方面做出進(jìn)一步的改進(jìn)，在預(yù)處理軟化和結(jié)晶等環(huán)節(jié)進(jìn)一步降低工藝運(yùn)行成本。

3.2 煙道蒸發(fā)

煙道蒸發(fā)技術(shù)是指將脫硫廢水霧化噴射于鍋爐尾部煙道，利用其排煙余熱將廢水蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽等雜質(zhì)隨煙氣進(jìn)入電除塵器被捕捉。按照蒸發(fā)選取煙道位置的不同，該工藝可分為低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)和高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)[10]。

低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)的工藝流程如圖2所示，脫硫廢水經(jīng)過(guò)處理裝置后被霧化噴射于空預(yù)器和電除塵器之間的煙道，在煙道內(nèi)吸收低溫?zé)煔鉄崃空舭l(fā)。然而，由于空預(yù)器和電除塵器之間煙氣的溫度一般較低，在機(jī)組額定負(fù)荷下約能達(dá)到110℃～125℃，當(dāng)負(fù)荷降低時(shí)煙溫甚至?xí)档偷?00℃以下，廢水的蒸發(fā)效果不理想。當(dāng)噴入煙道的廢水未能在既定時(shí)間內(nèi)完全蒸發(fā)時(shí)，殘余的水分會(huì)附著于煙道內(nèi)壁甚至進(jìn)入電除塵器，造成煙道積灰、堵塞、腐蝕等問(wèn)題，并可能影響電除塵器的安全運(yùn)行，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)火電機(jī)組長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的背景下有著非常大的安全隱患[3]。

高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)的工藝流程如圖3所示，系統(tǒng)設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的煙道旁路，在空預(yù)器入口處引部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入旁路中安裝的廢水蒸發(fā)器，脫硫廢水經(jīng)處理裝置處理后被霧化噴射于蒸發(fā)器中，利用高溫?zé)煔庥酂釋⑺终舭l(fā)，產(chǎn)生的結(jié)晶鹽和固體雜質(zhì)隨旁路煙氣回到空預(yù)器之后的主煙道，最終進(jìn)入電除塵器被捕捉[11]。該技術(shù)以空預(yù)器之前的高溫?zé)煔猓s300℃～400℃）為廢水蒸發(fā)熱源，雖然在機(jī)組各運(yùn)行工況下可以確保廢水的蒸發(fā)效果，但會(huì)在一定程度上減少爐膛進(jìn)風(fēng)溫度，降低鍋爐效率，增大機(jī)組煤耗。

總而言之，煙道蒸發(fā)技術(shù)的工藝流程相對(duì)比較簡(jiǎn)單，投資成本較低，但并未對(duì)脫硫廢水中的污染物進(jìn)行徹底處理和分離，污染物最終經(jīng)過(guò)電除塵器進(jìn)入粉煤灰，其中所含的重金屬和氯鹽等物質(zhì)可能對(duì)環(huán)境造成不同程度的污染，存在一定的環(huán)境安全隱患。低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)存在較大的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)會(huì)在一定程度上增大機(jī)組煤耗。雖然目前國(guó)家未對(duì)廢水污染物進(jìn)入粉煤灰做出任何限制，但出于環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的理念，未來(lái)煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)當(dāng)結(jié)合必要的重金屬等處理技術(shù)，在分離有害污染物之后再進(jìn)入煙道蒸發(fā)，降低污染物經(jīng)粉煤灰轉(zhuǎn)移進(jìn)入環(huán)境造成的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前具有推廣價(jià)值的脫硫廢水處理技術(shù)主要有化學(xué)沉淀技術(shù)、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)和煙道蒸發(fā)技術(shù)，其特征分別總結(jié)如下：（1）化學(xué)沉淀技術(shù)可對(duì)大多數(shù)重金屬和懸浮物等物質(zhì)起到很好的去除作用，在應(yīng)用中應(yīng)對(duì)加藥方式和加藥量等加強(qiáng)精準(zhǔn)化控制，提升廢水處理效果。該技術(shù)不能有效去除廢水氯離子，影響了產(chǎn)水的回用和排放。（2）蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)可以在實(shí)現(xiàn)廢水零排放的同時(shí)，回收凈水和鹽資源，但目前受到國(guó)家制鹽政策的限制。該技術(shù)可從簡(jiǎn)化工藝流程和降低成本方面做進(jìn)一步的改進(jìn)。（3）煙道蒸發(fā)技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單和成本低的特點(diǎn)，但存在將廢水污染物經(jīng)粉煤灰轉(zhuǎn)移釋放到環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)，將來(lái)可結(jié)合針對(duì)性的污染物（主要為重金屬等）處理技術(shù)做進(jìn)一步的完善。

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