燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用進(jìn)展分析

劉維平

（長(zhǎng)沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410004）

我國(guó)煤炭資源豐富，人口眾多，目前仍主要依靠燃煤發(fā)電，而新能源如核能、風(fēng)能和太陽(yáng)能等清潔能源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會(huì)發(fā)展需求。現(xiàn)階段，煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中依然占據(jù)很大的比例，而燃煤污染一直是急需解決的環(huán)境問(wèn)題。燃煤煙氣成分復(fù)雜，污染物種類繁多，其中二氧化硫的排放尤為引人關(guān)注，其不僅能直接對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成危害，而且是引起酸雨、霧霾等危害的元兇。為了保護(hù)賴以生存的環(huán)境，人們需要對(duì)燃煤煙氣進(jìn)行脫硫處理。

目前，我國(guó)絕大多數(shù)電廠采用石灰石濕法脫硫技術(shù)脫除煙氣中的二氧化硫，其間會(huì)產(chǎn)生大量脫硫廢水，其水質(zhì)較為復(fù)雜，受燃煤品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、石灰石品質(zhì)、脫硫塔前污染物控制處理設(shè)備以及脫水處理設(shè)備等多種因素的影響，懸浮物、氯離子含量極高，一般呈弱酸性，成分復(fù)雜，污染物多，直接排放容易造成二次污染。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，脫硫廢水的處理標(biāo)準(zhǔn)被提升到了新高度，其排放標(biāo)準(zhǔn)被逐漸提高，處理工藝也越來(lái)越多元化。近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者致力于研究一種高效的方法，其中有較多新型技術(shù)被引入脫硫廢水處理中。本文全面介紹了燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展，系統(tǒng)分析了主要方法及其具體應(yīng)用情況，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

1 廢水來(lái)源及其特點(diǎn)

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)具有脫硫效率高、技術(shù)比較成熟、水質(zhì)變化適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備布置方便等優(yōu)點(diǎn)，已成為我國(guó)當(dāng)前燃煤電廠煙氣脫硫的主要處理工藝。在煙氣脫硫過(guò)程中，由于煙氣成分復(fù)雜，煙氣中的氟離子和氯離子在漿液中溶解，會(huì)造成二者的濃度升高，一方面，氟離子與漿液中的鋁離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)石灰石的溶解產(chǎn)生屏蔽作用，因此影響煙氣脫硫效率；另一方面，溶液中氯離子濃度的提高也會(huì)影響脫硫效率和石膏品質(zhì)，還會(huì)腐蝕脫硫機(jī)組管道。為了保持高效穩(wěn)定的脫硫過(guò)程，人們需要對(duì)溶液中氟離子和氯離子的含量進(jìn)行控制，因此需要排出部分漿液。脫離廢水在電廠排出的廢水中占比很小，但是其中的含鹽量極高，污染物種類繁多，同時(shí)這些廢水硬度高，不能輕易進(jìn)行排放，因此在燃煤電廠中，脫硫廢水的處理是件棘手的問(wèn)題。

2 脫硫廢水處理技術(shù)

目前，我國(guó)的多數(shù)電廠設(shè)置了獨(dú)立的脫硫廢水處理系統(tǒng)，其應(yīng)用的主要方法有化學(xué)沉淀法、吸附法、電絮凝法等。

2.1 化學(xué)沉淀法

大部分燃煤電廠使用化學(xué)沉淀法來(lái)處理脫硫廢水，該技術(shù)主要的原理是除去脫硫廢水中的重金屬化合物與雜質(zhì)，其工作流程主要是通過(guò)對(duì)雜質(zhì)進(jìn)行氧化、中和、沉積、絮凝等方式對(duì)廢水進(jìn)行處理來(lái)達(dá)到目的?；瘜W(xué)沉淀工藝的流程如圖1所示。

圖1 化學(xué)沉淀工藝流程

在整個(gè)化學(xué)沉淀過(guò)程中，先把脫硫廢水引入調(diào)節(jié)池中，由于脫硫廢水呈酸性，進(jìn)入中和池后加入石灰乳調(diào)節(jié)溶液的酸堿度，也可加入其他強(qiáng)堿類物質(zhì)將溶液調(diào)節(jié)為堿性，一般調(diào)節(jié)的pH值范圍為9.0～9.5。這樣可以使多數(shù)重金屬離子以氫氧化物沉淀的形式從脫硫廢水中分離出來(lái)。通過(guò)中和反應(yīng)，大多數(shù)重金屬離子會(huì)分離出來(lái)，但是部分離子如汞等很難從中分離，因此中和反應(yīng)后的廢水進(jìn)入反應(yīng)池中，加入硫化物與其反應(yīng)來(lái)沉淀汞金屬。為避免添加的試劑造成再次污染，硫化物質(zhì)一般選用有機(jī)硫TMT-15[1-2]?；瘜W(xué)沉淀反應(yīng)后，將廢水引入絮凝池進(jìn)行澄清，上層液體在經(jīng)過(guò)酸堿度調(diào)節(jié)后可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。沉淀下來(lái)的污泥等雜質(zhì)部分進(jìn)入中和池進(jìn)行二次處理，底層的雜質(zhì)進(jìn)行脫水、干燥處理。

化學(xué)沉淀法是使用最為普遍的一種方法，具有很多優(yōu)點(diǎn)，石灰乳原料易得，價(jià)格低廉，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，實(shí)際操作步驟明確。但是，該方法也有一些缺點(diǎn)。例如，石灰乳在使用過(guò)程中容易沉淀下來(lái)堵塞管道，給反應(yīng)池的清理帶來(lái)不便，容易影響工藝流程的進(jìn)行。另外，整個(gè)流程需要用到的設(shè)備較多，步驟較多，前期建造成本較高。

2.2 吸附法

吸附法是脫硫廢水處理中常用的方法，可以把廢水中的離子較為完全地去除。在燃煤電廠的脫硫廢水處理中，很多學(xué)者采用這種方法。吸附法主要采用吸附劑來(lái)對(duì)廢水中的離子產(chǎn)生吸附力，選擇不同的吸附劑會(huì)對(duì)廢水中的離子產(chǎn)生不同的吸附作用，合適的吸附劑會(huì)高效地去除金屬離子，而且加入過(guò)量的吸附劑不會(huì)對(duì)廢水產(chǎn)生二次污染。吸附法對(duì)大多數(shù)離子的去除率可以至少達(dá)到80%，其具有很多優(yōu)點(diǎn)，如運(yùn)行成本低、工藝操作簡(jiǎn)單、處理效率高、步驟少。金屬離子的去除是脫硫廢水處理的重要內(nèi)容，由于廢水含鹽量極高，在使用吸附劑吸附金屬離子時(shí)，很多無(wú)機(jī)離子也會(huì)被吸附，容易導(dǎo)致金屬離子吸附率低。目前，吸附法還沒(méi)有廣泛用于燃煤電廠脫硫廢水處理中，還有待進(jìn)一步的研究。要實(shí)現(xiàn)吸附法在脫硫廢水中的實(shí)際應(yīng)用，人們需要對(duì)其不斷優(yōu)化，如吸附劑的選擇、吸附劑所需要的條件、工藝流程和設(shè)備等[3]。

2.3 電絮凝法

電絮凝法是利用電化學(xué)原理，將其他化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來(lái)的廢水處理方法。其間，陰極處水電解產(chǎn)生氫氣和OH-，陽(yáng)極產(chǎn)生金屬陽(yáng)離子，在電流的作用下，OH-和金屬陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生金屬陽(yáng)離子的氫氧化物。電解產(chǎn)生的絮狀物具有很強(qiáng)的吸附能力，可以有效去除廢水中的有機(jī)離子等污染物。電解過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣可以將絮體上浮，使其漂浮在溶液表面而分離。電絮凝法是人們提出的一種新型廢水處理方法，從理論上能夠高效地處理掉廢水中的大部分雜質(zhì)。這種方法有很多優(yōu)點(diǎn)，如建設(shè)成本低、占地面積小、廢水處理效率高等，因此人們對(duì)它不斷進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。但是，電絮凝法存在很多不足，如不能去除氯離子、耗能高，廢水中的氯離子含量很高。目前，這種方法很少用于燃煤電廠中脫硫廢水處理，主要用于化工廢水處理[4]。

3 脫硫廢水零排放技術(shù)

廢水零排放技術(shù)指的是脫硫廢水在經(jīng)過(guò)一系列處理后達(dá)到一定的指標(biāo)，這些水資源可以循環(huán)利用而不向外面排出，從而達(dá)到節(jié)約水資源、保護(hù)環(huán)境的目的。從理論上說(shuō)，這種零排放是完全可以實(shí)現(xiàn)的，但是考慮到科技、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀，在實(shí)際操作過(guò)程中，所實(shí)現(xiàn)的零排放僅僅指的是廢水的近零排放，實(shí)現(xiàn)真正的零排放還有一定難度。目前，國(guó)內(nèi)常用化學(xué)沉淀法，這種方法處理后的廢水雖然達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，但是仍然含有高濃度的氯化物等物質(zhì)，很難再次回收利用，往往直接排放。直接排放是一種對(duì)水資源的浪費(fèi)，同時(shí)由于廢水含鹽量很高，直接排放會(huì)對(duì)土壤、水生物及地下水造成一定污染。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格，化學(xué)沉淀處理脫硫廢水的方法在將來(lái)會(huì)受到限制，因此積極研究一種高效、環(huán)保的處理方法才是重中之重。為了實(shí)現(xiàn)廢水零排放和水資源的回收利用，脫硫廢水零排放技術(shù)引起越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。其技術(shù)核心在于如何去除廢水中高濃度的鹽，在方法比較中，由于廢水鹽分過(guò)高，排放的廢水也會(huì)抑制微生物的產(chǎn)生，所以微生物法除鹽基本上是行不通的，目前主要采用物化處理方法[5]。

3.1 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法是廢水處理中常用的一種方法。它是指廢水經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器加熱至沸騰，水分會(huì)蒸發(fā)出來(lái)，待水蒸氣冷卻后凝結(jié)為水，對(duì)其重新利用，而廢水中的雜質(zhì)留在殘?jiān)?，隨著繼續(xù)蒸發(fā)，固體殘留物將會(huì)以晶體的形式析出。目前，蒸發(fā)法已得到廣泛應(yīng)用。

隨著近年來(lái)科技水平的不斷提高，蒸發(fā)法得到飛速的發(fā)展，其具有成本低、進(jìn)水預(yù)處理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單和能耗較低的優(yōu)點(diǎn)。但是，能耗高、設(shè)備易結(jié)垢和投資大等缺點(diǎn)是限制其廣泛應(yīng)用的重要因素。因此，要保障蒸發(fā)系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行，人們需要從蒸發(fā)法的耗能以及防結(jié)垢處理兩方面來(lái)考慮。一方面，可以通過(guò)膜分離法對(duì)廢水進(jìn)行量化處理，減少蒸發(fā)器的處理負(fù)荷進(jìn)而減少耗能，有效降低成本。另一方面，通過(guò)軟化法即向廢水中加入石灰、純堿等物質(zhì)，降低廢水中的離子濃度，進(jìn)而滿足蒸發(fā)結(jié)晶工藝水質(zhì)要求。國(guó)內(nèi)外廢水零排放技術(shù)應(yīng)用對(duì)比如表1所示，數(shù)據(jù)表明，國(guó)外的應(yīng)用比例要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)。

表1 國(guó)內(nèi)外廢水零排放技術(shù)應(yīng)用對(duì)比

3.2 煙道處理法

煙道處理法是在煙道內(nèi)對(duì)廢水進(jìn)行噴霧蒸發(fā)處理的一種方法。噴霧蒸發(fā)法在廢水處理中屬于一種新方法，這種方法主要應(yīng)用于食品、化工等領(lǐng)域。采用煙道蒸發(fā)法處理燃煤電廠脫硫廢水時(shí)，首先采用一定的噴射方法將脫硫廢水霧化后噴入煙道內(nèi)，廢水以小液滴的形式存在，經(jīng)過(guò)高溫?zé)煔饧訜岷笱杆僬舭l(fā)氣化，氣化物中的懸浮物和可溶性固體形成細(xì)小固體顆粒，然后在氣流的夾帶作用下進(jìn)入電除塵器并被電極捕捉去除，最終實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的近零排放處理。

4 結(jié)語(yǔ)

燃煤電廠脫硫廢水的處理是很多學(xué)者一直研究的課題，處理的難點(diǎn)在于污染組分差別大、離子濃度含量高、硬度高等。隨著科技的不斷進(jìn)步，越來(lái)越多的難題被攻克，很多新技術(shù)、新方法被應(yīng)用到廢水處理中，諸多學(xué)者在脫硫廢水的零排放方面做了大量研究，隨著很多新理論的提出，脫硫廢水的零排放技術(shù)將會(huì)更加完善。