脫硫廢水零排放新型處理工藝

壽冬金，馮婷，孫華，梁平，周紫薇(浙江天藍環(huán)保技術(shù)股份有限公司，浙江 杭州 311202)

1 脫硫廢水深度處理工藝

目前，膜濃縮法、蒸發(fā)濃縮法和結(jié)晶工藝在燃煤電廠中的應(yīng)用較為普遍。

1.1 膜濃縮法

膜濃縮法包括多種工藝，分別為反滲透、微濾、納濾等。目前，這項技術(shù)在廢水處理領(lǐng)域已經(jīng)取得了良好的應(yīng)用效果?；谌济弘姀S常規(guī)處理后的脫硫廢水水質(zhì)，在處理過程中，可采用的方法以滲透和反滲透工藝為主。第一，反滲透工藝。在壓力的作用下，利用半透膜對水中的各種雜質(zhì)進行截留，從而獲得純凈水。在大分子有機物溶液預(yù)濃縮中應(yīng)用這項工藝，亦可取得良好的效果。第二，正滲透工藝。該工藝原理與反滲透較為類似，通過對自然滲透壓差的利用，將濃鹽水中的水分子擠壓出來，同時截留廢水中的其他雜質(zhì)，然后采用其他工藝將雜質(zhì)分離，最終實現(xiàn)凈化的目的。這項處理工藝中的汲取液可重復(fù)利用。正滲透工藝無需使用高壓泵，系統(tǒng)耗能也相對較低[1]。

1.2 蒸發(fā)濃縮

這項工藝在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分普遍。在燃煤電廠脫硫廢濃縮處理中應(yīng)用最多的工藝為多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮和熱力蒸汽再壓縮等。鍋爐生成的蒸汽是傳統(tǒng)多效蒸發(fā)裝置的熱源。在加熱后，蒸汽不會進入冷凝器，而是作為第二效加熱介質(zhì)被重復(fù)利用，在重復(fù)此步驟后，就會形成一個多蒸發(fā)系統(tǒng)。

1.3 結(jié)晶工藝

效率最高的結(jié)晶系統(tǒng)是強制循環(huán)結(jié)晶裝置，在處理易結(jié)垢液體、高黏度液體時較為適用。其處理流程為：利用泵將鹽水打入到結(jié)晶器，與濃鹽水相混合，在泵的推動作用下進入加熱器。循環(huán)鹵水會以切線為起點進入結(jié)晶器，從而實現(xiàn)連續(xù)結(jié)晶的目的。小部分鹵水會蒸發(fā)，并在內(nèi)部產(chǎn)生晶體，而大部分鹵水會進入加熱器，其中，小股帶晶體的鹵水會被抽送到后續(xù)脫水干燥裝置，在分離鹵水后獲得純凈的晶體。

2 脫硫廢水和零排放特征及難點

2.1 脫硫廢水的特征

在脫硫吸收液被循環(huán)濃縮后，脫硫廢水會表現(xiàn)出以下特征：第一，懸浮物所占比重較大。脫硫廢水會聚積大量的飛灰，因此，懸浮物在廢水中所占的比重較大，并且懸浮物比重還會因為煤質(zhì)和電廠負荷不同而發(fā)生變化。第二，無機鹽濃度較高。脫硫廢水中的主要鹽離子以Ca2+、Mg2+、F-、Na+、Cl-、SO42-為主。第三，水質(zhì)容易結(jié)垢。脫硫廢水含有大量的鈣離子、硫酸根離子，再加上硫酸鈣經(jīng)常處在飽和狀態(tài)，導(dǎo)致結(jié)垢問題常常出現(xiàn)。第四，重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)。第五，廢水含量會受到負荷變化的影響。簡言之，就是同一種脫硫廢水處理工藝在不同電廠中應(yīng)用，可能會取得不同的效果，因此對工藝適應(yīng)性提出了更高的要求。

2.2 脫硫廢水零排放的難點

第一，傳統(tǒng)脫硫廢水處理方法無法對懸浮物進行高效處理，分離所消耗的時間較長。第二，脫硫廢水中含有大量的有毒有害物質(zhì)，并且部分物質(zhì)具有腐蝕作用，容易威脅設(shè)備和管道的安全。第三，脫硫廢水處理后所得到的化學(xué)污泥，其有毒物質(zhì)含量較多，如果處理不當(dāng)容易產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。第四，負荷或煤質(zhì)變化，容易影響處理結(jié)果。上述問題的存在，對燃煤電廠脫硫處理而言可謂是嚴(yán)峻的考驗，傳統(tǒng)脫硫處理工藝已經(jīng)不再適用。而廢水零排放技術(shù)的出現(xiàn)，為上述問題的解決創(chuàng)造了有利的條件，目前，這項工藝已經(jīng)被世界各國及我國廣泛應(yīng)用。

3 國內(nèi)外脫硫廢水零排放案例

3.1 阿奎特脫硫廢水零排放工藝

阿奎特脫硫廢水零排放工藝被意大利電力公司旗下的燃煤電廠所使用，這些零排放項目自2015年以來陸續(xù)投入使用，截至今日依然保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。零排放項目所使用的工藝大致相同。脫硫廢水在經(jīng)過中和、混凝、沉淀和軟化處理后，由晶種式豎管降膜蒸發(fā)器進行濃縮處理，最后由強制循環(huán)結(jié)晶器對其進行結(jié)晶。這種工藝的蒸發(fā)濃縮處理方式主要以豎管降膜蒸發(fā)為主，在蒸發(fā)效率上具有優(yōu)勢?；瘜W(xué)軟化是主要的軟化方法，但在處理過程中考慮化學(xué)軟化方法對硬度的去除效果不佳，因此在進入蒸發(fā)濃縮處理環(huán)節(jié)時，需要晶種運行模式的融入。

3.2 威立雅脫硫廢水零排放工藝

為使處理后廢水的煙氣濃度與歐盟制定的標(biāo)準(zhǔn)相符，威立雅公司研發(fā)了一種零排放工藝，并在燃煤電廠中應(yīng)用。該項目采用了世界上最先進的脫硫裝置，希望通過這個裝置的使用將煙氣中的二氧化硫消除。威立雅在本項目使用了結(jié)晶技術(shù)與HPD蒸發(fā)技術(shù)，在主體工藝方面，與阿奎特類似，所使用的裝置主要以強制循環(huán)結(jié)晶器和降膜蒸發(fā)器為主。但是在預(yù)處理過程中，會對離子交換深度進行使用，以去除硬度，在蒸發(fā)過程中不加晶種。如果采用化學(xué)方法去除硬度，投加晶種的步驟則不能省去。結(jié)果表明，使用新型處理工藝后，電廠可以通過脫硫清除系統(tǒng)對廢水進行處理和回收，回收利用的蒸餾水能夠使電廠的用水需求被充分滿足。

3.3 河源電廠脫硫廢水處理工藝

河源電廠在建廠之初就將廢水零排放作為目標(biāo)，該電廠所采取的工藝為垃圾瀝濾液熱力法和真空工藝相結(jié)合，是一種新型的處理工藝。針對脫硫廢水，所采取的處理系統(tǒng)為二級預(yù)處理和蒸發(fā)結(jié)晶，最終達成零排放的目標(biāo)。該電廠中的脫硫廢水處理流程如下：脫硫廢水會在預(yù)處理系統(tǒng)進行預(yù)處理，主要步驟為絮凝、沉降和中和。通過預(yù)處理，使廢水中的懸浮物含量降低，并使pH值增加，為后續(xù)處理創(chuàng)造有利的條件。在深處理時則采用蒸發(fā)與結(jié)晶相結(jié)合的工藝，處理后產(chǎn)生的蒸餾水可作為循環(huán)水使用[2]。

4 脫硫廢水零排放新型處理工藝的應(yīng)用要點

在經(jīng)過上述分析后得知，脫硫廢水及零排放處理的難度相對較大，為克服難點，國內(nèi)外企業(yè)積極研發(fā)新型的處理工藝。實踐結(jié)果表明，這些處理工藝均取得了良好的應(yīng)用效果，為此，本文在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上，提出了一種新型處理工藝的應(yīng)用要點。

4.1 預(yù)處理沉淀系統(tǒng)

首先檢測脫硫廢水中的離子濃度，比如：Ca2+、Mg2+、F-、Na+、Cl-、SO42-。通過上文分析可知，在電廠脫硫廢水中，懸浮物的濃度非常高，可達到10 000 mg/L。在廢水進入膜處理工序之前，應(yīng)對其進行長時間的沉淀，通過這種方式，使廢水中的懸浮物濃度下降。本文所研究新型處理工藝的預(yù)沉淀系統(tǒng)由多個大容量錐底水箱組成。

4.2 化學(xué)加藥軟化系統(tǒng)

在經(jīng)過預(yù)處理沉淀工序后，對比脫硫廢水和預(yù)處理后的廢水，發(fā)現(xiàn)預(yù)處理后廢水中雜質(zhì)含量顯著下降，但與膜濃縮系統(tǒng)的進水水質(zhì)要求相比依然存在差距，因此，需要對預(yù)處理后的水進行軟化處理。通過NaOH的投加和攪拌反應(yīng)，使其形成Mg(OH)2和CaCO3沉淀。其中，在進行NaOH投加過程中，需要將pH值調(diào)節(jié)到9.5～11.5，反應(yīng)時間為1 h。在投加Na2CO3時，反應(yīng)時間為1 h，從而使脫硫廢水中的Ca2+、Mg2+被有效去除。

4.3 管式膜系統(tǒng)

管式膜系統(tǒng)作為微孔膜，其機理為錯流過濾。進料主要以混合液為主，這種混合液含有大量的懸浮固體，并通過循環(huán)泵的使用將其輸送到膜管之中，并在內(nèi)部快速流動?；旌弦涸谕ㄟ^膜層和支撐層后，會到達膜管和膜殼內(nèi)的空間，然后將產(chǎn)水管作為介質(zhì)，被輸送到后續(xù)設(shè)備，最后濃縮液會重新流回濃縮槽。在產(chǎn)水不斷被送出的情況下，懸浮固體在槽內(nèi)的濃縮度會不斷上升。為確保固含量始終保持在合理范圍內(nèi)，應(yīng)使?jié)饪s液被不斷排出。CaCO3、CaSO4和MgOH是濃縮液的主要成分，在濃縮液被輸送到脫硫島后，即可作為脫硫劑使用?？傊?，這種管式膜的應(yīng)用，有助于攔截脫硫廢水中的懸浮物，能夠使納濾進水要求被滿足。

4.4 納濾系統(tǒng)

通過對該系統(tǒng)離子選擇性透過功能進行運用，將壓力作為推動力，促使一價鹽和小分子物質(zhì)穿過膜和產(chǎn)水流，朝著中心管道處流動。然后將產(chǎn)水管作為介質(zhì)，被傳輸?shù)郊{濾產(chǎn)水箱之中。在這個過程中，進水中的有機物、病毒和細菌會被膜截留到進水側(cè)，最后由濃水管對這些污染物進行排放。經(jīng)過TMF系統(tǒng)凈化處理后的出水，其含有的成分包括NaCl和Na2SO4。通過納濾工藝的使用，對出水進行分鹽處理，有利于控制水中的含量，出水中的NaCl也會因此而提高，同時，還有助于反滲透工段滲透壓和運行壓力的降低。并且，反滲透濃縮液中NaCl濃度的提升，還可以使電解效率進一步提升。

4.5 電解制氯系統(tǒng)

文章所研究的新型處理工藝，在對脫硫廢水進行上述處理后，不僅能獲得可重復(fù)利用的純凈水，同時產(chǎn)生的濃鹽水也與海水水質(zhì)十分相似。為解決傳統(tǒng)廢水處理工藝耗能較高的問題，可通過電解制氯系統(tǒng)實現(xiàn)對次氯酸鈉溶液的獲取，以此來降低廢水處理成本。

4.6 脫硫廢水零排放新型處理工藝應(yīng)用效果

某燃煤電廠對文章所研究的新型處理工藝進行了應(yīng)用，計算結(jié)果表明，脫硫廢水在噴入煙氣后，煙氣濕度顯著增加，而溫度卻有所下降，煙氣處在不飽和的狀態(tài)，與酸露點溫度相比煙氣溫度較高。在這種條件下，煙氣對煙道和電除塵器所造成的影響微乎其微，因此，燃煤電廠無需改造和處理煙道和除塵器。與此同時，煙氣濕度上升而溫度下降，可以使電除塵器中灰的比電阻下降，除塵效率也會因此而提升。此外，還能節(jié)省系統(tǒng)的耗水量。

5 結(jié)語

綜上所述，燃煤電廠對脫硫廢水進行初步處理，處理后的廢水雖然與排放標(biāo)準(zhǔn)相符，但依然含有大量的有毒有害物質(zhì)，無法被回收和利用。要實現(xiàn)零排放目標(biāo)，需要對脫硫廢水進行深層次處理。目前，國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)了多種脫硫廢水零排放新型處理工藝，燃煤電廠應(yīng)基于自身的需求，選擇合適的處理工藝。