燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術(shù)研究進(jìn)展

倪勇剛

摘要：為了實現(xiàn)國家對煙氣超低排放的要求，國內(nèi)大多數(shù)燃煤機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)性強等優(yōu)點得到了最廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計全國約有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。在系統(tǒng)運行過程中，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。該廢水的水質(zhì)較為復(fù)雜，受機組燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)設(shè)計及運行、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1萬～2萬mg/L和數(shù)萬mg/L），且含有多種有害重金屬（如Hg、Pb、Cr、Cd等），直接排放會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。

關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;處理技術(shù);發(fā)展趨勢

1、傳統(tǒng)處理技術(shù)

早期國家對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，主要有煤場噴灑、灰場噴灑與水力沖灰等。煤場噴灑和灰場噴灑是出于安全和抑塵等目的將脫硫廢水噴灑入煤場和灰場，在實際應(yīng)用中存在廢水用量小的問題，其次由于工藝未對污染物本身進(jìn)行任何處理，在其轉(zhuǎn)移過程中容易對周邊環(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)，能同時對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組，對廢水的用量較少，難以消納每小時數(shù)噸甚至十余噸的新生廢水，而且由于氯離子含量高，會對相關(guān)的金屬管道造成一定的腐蝕。

2、脫硫廢水處理技術(shù)

為了保證石膏品質(zhì)和脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要排放一定量的脫硫廢水以嚴(yán)格控制氯離子濃度<2×104mg/L。以尚未投入生產(chǎn)的工程進(jìn)行參考，比較常用的處理技術(shù)，即混凝沉淀法、廢水回用法、預(yù)處理+濃縮結(jié)晶+固體廢物處理法、煙道處理法、微濾/超濾+反滲透法用于實際工程的優(yōu)缺點，選出最經(jīng)濟高效的廢水處理技術(shù)。

2.1混凝沉淀法

混凝沉淀法（俗稱三聯(lián)箱工藝）是傳統(tǒng)的物理化學(xué)法，主要由中和、沉淀、絮凝、澄清4部分構(gòu)成。

具體工藝過程：（1）中和。通過在中和箱中加入石灰乳或其他堿性化學(xué)試劑，使pH值升高到9.0～9.5之間，鋅、鎳、鉻等重金屬離子可以生成難溶氫氧化物。同時，石灰乳漿液中的鈣離子與廢水中的氟離子生成難溶的氟化鈣。（2）沉淀。通過在沉淀箱中加入有機硫化物，可以使鉛離子、汞離子反應(yīng)生成難溶硫化物沉淀。（3）絮凝。通過在絮凝箱中加入絮凝劑，可以使膠體顆粒與懸浮物顆粒凝聚成較大顆粒，助凝劑的加入可以強化絮凝，促進(jìn)氫氧化物和硫化物的沉淀過程。（4）澄清。絮凝后的廢水進(jìn)入澄清池中澄清。澄清池上部分是凈水，通過pH調(diào)節(jié)達(dá)標(biāo)后可直接外排;沉積在澄清池底部的是污泥，大部分污泥經(jīng)過壓濾后形成泥餅，被外運集中處理，小部分污泥作為接觸污泥繼續(xù)返回中和箱。

采用混凝沉淀法可對脫硫廢水中的重金屬、懸浮物以及氟離子等污染物進(jìn)行有效去除，但對于鈣離子、氯離子、硫酸根離子等溶解性物質(zhì)去除效果不佳。此外，該技術(shù)藥物消耗大，運行成本高，若火電廠的燃煤來源發(fā)生變化，則該技術(shù)會表現(xiàn)出較差的適應(yīng)性。

2.2廢水回用法

廢水回用法可用于煤場噴灑或水力沖灰及除渣系統(tǒng)

2.2.1用于煤場噴灑或水力沖灰

將脫硫廢水噴灑進(jìn)煤堆，煤含水率增量小，不影響煤的燃燒性能，但所含鹽分因水分蒸發(fā)而結(jié)晶，會導(dǎo)致鍋爐設(shè)備的腐蝕。此外，水力除灰系統(tǒng)也可摻和少量廢水。由于脫硫廢水的含量<灰水量，其對灰水的成分影響小，故該法不適于采用氣力除灰的電廠。

為了減少揚塵，濕化飛灰是一種將脫硫廢水噴灑到飛灰中的節(jié)水做法。隨著飛灰逐漸采用干態(tài)運輸，該法也逐漸被淘汰。

2.2.2用于除渣系統(tǒng)

將脫硫廢水作為補給水引入除渣系統(tǒng)，高溫爐渣含有大量堿性氧化物，能夠與呈酸性的脫硫廢水進(jìn)行中和反應(yīng)，沉淀廢水中的重金屬離子。爐渣可吸附廢水中的懸浮物及金屬氫氧化物沉淀，脫硫廢水蒸發(fā)結(jié)晶過程所需的熱量也可以直接從爐渣廢熱中獲取一部分。但此法會引起系統(tǒng)堵塞，設(shè)備及管道腐蝕問題。

2.2.3廢水回用法的特點

以上2種廢物回收利用方式均高效節(jié)能，但目前絕大多數(shù)電廠干灰利用良好，缺乏煤場噴灑、水力沖灰的實施條件。基于上述原因，脫硫廢水的回用處理法只能消耗少量的脫硫廢水。

2.3預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶+固體廢物處理法

蒸發(fā)結(jié)晶法是利用蒸發(fā)器對脫硫廢水進(jìn)行濃縮，得到的濃縮水在結(jié)晶干燥后形成固體鹽，得到的產(chǎn)品水可直接進(jìn)行回用。蒸發(fā)結(jié)晶法對廢水水質(zhì)和燃煤品種的適應(yīng)性較廣，目前應(yīng)用也較多。

國內(nèi)的河源電廠和恒益電廠均采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝處理脫硫廢水，不同的是河源電廠在蒸發(fā)器前設(shè)置了預(yù)處理系統(tǒng)，通過投加石灰、碳酸鈉2級軟化，再加上沉淀和澄清處理，使得最終得到的結(jié)晶鹽成分較純，可作為商品鹽出售。此外，增加預(yù)處理系統(tǒng)可顯著降低設(shè)備結(jié)垢的可能性，從而減少設(shè)備維護(hù)費用。

預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)置為后續(xù)處理工藝正常進(jìn)行打下了良好的基礎(chǔ)，常用的預(yù)處理方法包括石灰軟化法、碳酸鈉軟化法和離子交換法。西安熱工院采用石灰-蘇打2級化學(xué)沉淀預(yù)處理工藝，使得鈣、鎂離子的含量滿足蒸發(fā)結(jié)晶進(jìn)水水質(zhì)要求。華能長興電廠采用軟化預(yù)處理+反滲透+正滲透+MVR立式降膜蒸發(fā)器+強制循環(huán)結(jié)晶的組合工藝，脫硫系統(tǒng)穩(wěn)定運行數(shù)年，可實現(xiàn)零排放。

2.4煙道處理法

煙道處理法的原理是將脫硫廢水送至空氣預(yù)熱器與電除塵器之間的煙道內(nèi)，使用霧化噴嘴將脫硫廢水霧化，高溫?zé)煔猱a(chǎn)生的熱量能夠蒸發(fā)廢水液滴，蒸發(fā)后殘留的固體物質(zhì)隨飛灰一起被電除塵器收集。該法工藝簡單、投資與占地較少，具有極高的節(jié)能和環(huán)保價值。但需要嚴(yán)格控制廢水在煙道內(nèi)的蒸發(fā)過程，確保其在進(jìn)入除塵器電極前完全蒸發(fā)，否則會腐蝕除塵器電極板，減少除塵器的使用壽命。實際運行中，煙氣濕度增大可能會導(dǎo)致除塵器板結(jié)、煙氣排放溫度過低等問題。

按照蒸發(fā)位置的不同，煙道蒸發(fā)技術(shù)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)。低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)采用空氣預(yù)熱器后的低溫?zé)煔鉃閺U水蒸發(fā)熱源，不會影響到機組煤耗。但其運行風(fēng)險大，容易引起煙道結(jié)垢、腐蝕等問題。高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)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)能夠返回至主煙道，最終被電除塵器捕捉。脫硫廢水高溫旁路煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)液滴的完全高效蒸發(fā)，對主煙道的影響較小。

2.5超濾/微濾+反滲透法

由于反滲透工藝對入口水的SDI指數(shù)要求<4～5，選擇超濾/微濾作為反滲透的預(yù)處理工藝，可提高進(jìn)水水質(zhì)，為后續(xù)處理提供保障。經(jīng)三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水，由澄清池進(jìn)入超濾/微濾膜，可以截留剩余的懸浮物和金屬化合物。與傳統(tǒng)的蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)相比，反滲透膜脫鹽率達(dá)到90%以上，有的甚至高達(dá)98%。反滲透設(shè)備工藝簡單且自動化監(jiān)測程度高，當(dāng)超濾膜、微濾膜、反滲透膜出現(xiàn)問題時，也可單獨進(jìn)行更換，操作較為方便。當(dāng)膜的產(chǎn)水能力降低時，說明此時出現(xiàn)了膜污染及膜堵塞，需要定期進(jìn)行清洗或采取離線清洗。

3、結(jié)語

處理燃煤電廠脫硫廢水的主要難點包括廢水污染組分差別大、水量波動大、硬度高易結(jié)垢及氯離子濃度高易腐蝕等。近年來，許多學(xué)者在零排放處理技術(shù)方面進(jìn)行了大量的研究，隨著組合工藝的開發(fā)與新技術(shù)路線的提出，脫硫廢水的近零排放或零排放可基本實現(xiàn)。隨著燃煤電廠脫硫廢水處理工藝的愈加完善，在未來，這些技術(shù)不僅可以用來處理脫硫廢水，還能對其他電廠廢水（如含油廢水、循環(huán)水排污水、水處理車間廢水、鍋爐排污水等）進(jìn)行深度處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢鐵輝，熊斌，楊宏斌.淺談燃煤電廠脫硫廢水零排放處理工藝[J].電站系統(tǒng)工程，2012，28（6）：73-75.