燃煤電廠脫硫廢水處理工藝研究

冉 瓊

（西安益通熱工技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

在燃煤電廠生產(chǎn)過(guò)程中，水資源的使用量和排放量都很大，一個(gè)裝機(jī)容量為2*60 MW的火力發(fā)電廠，日耗水量高達(dá)60 000 m3，每小時(shí)排水量更是多達(dá)100～200 m3。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫處理技術(shù)產(chǎn)生的廢水中含有多種污染物，從保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性的角度看，廢水中的無(wú)機(jī)鹽、重金屬和懸浮固體的含量沒(méi)有達(dá)到可排放廢水標(biāo)準(zhǔn)。因此降低燃煤電廠用水量、提高水資源的利用率，最終實(shí)現(xiàn)廢水零排放對(duì)環(huán)境保護(hù)和資源合理利用具有十分重要的意義。

1 燃煤電廠脫硫廢水主要處理難點(diǎn)

1.1 廢水成分復(fù)雜

燃煤電廠在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)煤的充分燃燒后水會(huì)吸收大量煙氣，并在其他發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的影響之下，造成脫硫廢水的成分在不同階段都處于動(dòng)態(tài)變化的狀態(tài)。使用傳統(tǒng)的物理法和化學(xué)法，會(huì)使得脫硫廢水的水質(zhì)更加不穩(wěn)定，處理過(guò)后仍然含有大量有害物質(zhì)例如重金屬離子，依然不滿足國(guó)家對(duì)于排放廢水的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 脫硫廢水含鹽量過(guò)高

生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的脫硫廢水中含有多種高濃度的無(wú)機(jī)鹽離子例如鈣離子和鈉離子，除此之外還有各種高含鹽量的結(jié)晶鹽?；邴}物質(zhì)難以被凈化的特點(diǎn)，使得這一類脫硫廢水的處理難度也比較高。并且在廢水處理過(guò)程中，其內(nèi)部成分也一直處于動(dòng)態(tài)變化的不穩(wěn)定狀態(tài)，其狀態(tài)的變化和不穩(wěn)定程度主要受到電廠的發(fā)電情況的影響[1]。

1.3 脫硫廢水懸浮物含量過(guò)高

脫硫廢水中的懸浮固體含量一般較高。由于煤種的不同，脫硫工藝條件等因素的影響，廢水中懸浮物的濃度一般會(huì)達(dá)到6 000～15 000 mg/L，需要一定的時(shí)間才能澄清[2]。為了處理懸浮物，必須確保同時(shí)處理在中和池和反應(yīng)池中產(chǎn)生的新固態(tài)產(chǎn)物，因此在設(shè)備運(yùn)行期間，必須確保沉淀絮凝箱滿足一定要求。

1.4 設(shè)備工況要求過(guò)高

燃煤電廠在生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水成分十分復(fù)雜，且含有大量酸性物質(zhì)，這會(huì)對(duì)廢水處理設(shè)備等造成一定程度的腐蝕。由于廢水中存在大量鈣離子等金屬離子，會(huì)使得廢水的溫度在凈化過(guò)程中升高后在設(shè)備表面形成多種結(jié)垢，這也會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定程度的損壞和磨損[3]。

2 燃煤電廠廢水常規(guī)處理工藝

2.1 廢水常規(guī)處理工藝

為減少二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染，燃煤電廠使用脫硫技術(shù)對(duì)產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理。在循環(huán)操作過(guò)程中，脫硫裝置漿液中的水不斷富集重金屬元素、氯離子和一些細(xì)微顆粒，這些物質(zhì)對(duì)脫硫裝置會(huì)產(chǎn)生腐蝕，既影響脫硫效率又影響石膏質(zhì)量。為避免此現(xiàn)象，需要使用專業(yè)的處理裝置對(duì)具有腐蝕性的廢水進(jìn)行中和、沉淀、絮凝和脫水，使其達(dá)到工業(yè)廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)并集中排放至廢水調(diào)節(jié)池，使電廠完成零排放的目標(biāo)（見(jiàn)圖1）。

圖1 廢水常規(guī)處理工藝流程圖

2.2 脫硫廢水來(lái)源

“石灰石-石膏濕法脫硫”是我國(guó)燃煤電廠普遍使用的煙氣脫硫技術(shù)，過(guò)程較為簡(jiǎn)單，能有效脫除廢水中的二氧化硫并降低廢水中顆粒物的濃度。但會(huì)產(chǎn)生含有硫酸鹽和亞硫酸鹽等污染物的廢水，仍然會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。

2.3 脫硫廢水主要特點(diǎn)

燃煤電廠的脫硫廢水水質(zhì)在不同處理階段會(huì)不斷變化。煤種類、石灰石純度、脫硫氧化風(fēng)量等因素都會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。脫硫廢水含鹽量較高，通常在10 000～45 000 mg/L之間；脫硫廢水中懸浮物含量也會(huì)受燃煤種類和脫硫運(yùn)行工況等因素影響，懸浮物濃度一般為6 000～15 000 mg/L，且需要時(shí)間澄清[4]。

2.4 脫硫廢水處理難點(diǎn)

脫硫廢水水質(zhì)、水量受燃煤、脫硫系統(tǒng)補(bǔ)水及脫硫運(yùn)行工況影響大，水質(zhì)波動(dòng)范圍很大；懸浮物濃度高，細(xì)顆粒物比例大，易造成膜過(guò)濾裝置污堵；硅、鎂等濃度高，硫酸鈣過(guò)飽和度高，結(jié)垢傾向強(qiáng)，膜系統(tǒng)結(jié)垢清洗恢復(fù)難；有機(jī)物濃度高時(shí)，顯著影響膜系統(tǒng)運(yùn)行性能，造成膜污堵。

3 脫硫廢水零排放技術(shù)

3.1 脫硫廢水預(yù)處理技術(shù)

向脫硫廢水中加入石灰乳、絮凝劑、有機(jī)硫、助凝劑和純堿等試劑對(duì)脫硫廢水的預(yù)處理，可以充分軟化脫硫廢水并對(duì)廢水中懸浮物、膠體金屬離子（Ca2+、Mg2+）及二氧化硅和COD進(jìn)行處理，降低和減少?gòu)U水在濃縮和固化處理中可能出現(xiàn)的堵塞和結(jié)垢現(xiàn)象。目前脫硫廢水預(yù)處理技術(shù)仍然是傳統(tǒng)的三聯(lián)箱工藝（如圖2所示）、兩級(jí)軟化澄清處理技術(shù)以及管式微濾膜軟化技術(shù)。

圖2 三聯(lián)箱處理工藝

3.2 脫硫廢水濃縮減量技術(shù)

預(yù)處理后，脫硫廢水中懸浮固體、膠體、各種結(jié)垢因子的含量降低到可保證后續(xù)處理設(shè)備安全進(jìn)行的范圍，但TDS含量仍處于25 000～30 000 mg/L之間。為降低后端固化系統(tǒng)的成本，需進(jìn)一步對(duì)脫硫廢水進(jìn)行濃縮處理，常用的濃縮技術(shù)主要是熱法濃縮和膜法濃縮。熱法濃縮主要利用溶劑具有揮發(fā)性而溶質(zhì)不揮發(fā)的特點(diǎn)將兩者分離，傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)技術(shù)由于運(yùn)行成本高，很少用于廢水處理，而是將機(jī)械壓縮蒸發(fā)技術(shù)作為廢水零排放的首選方案，該方案具有易清洗、易維護(hù)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的蒸發(fā)器有進(jìn)口技術(shù)、引進(jìn)消化技術(shù)和純國(guó)產(chǎn)技術(shù)等，具體處理方案也不盡相同。膜法濃縮作為一種高效純化濃縮技術(shù)，是利用有效成分與液體分子量的不同實(shí)現(xiàn)定向分離，達(dá)到濃縮效果，與傳統(tǒng)熱法濃縮相比，具有能耗低、可常溫進(jìn)行，對(duì)產(chǎn)品影響小等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 脫硫廢水固化處理技術(shù)

（1）蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是利用火電機(jī)組產(chǎn)生的熱量對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的廢水進(jìn)行濃縮，最終的濃縮液體在飽和狀態(tài)下析出結(jié)晶鹽固體，水蒸氣則通過(guò)冷凝管回收并進(jìn)行二次利用。主要流程為預(yù)處理、濃縮和結(jié)晶。預(yù)處理是通過(guò)向廢水中加入純堿和苛性鈉去除廢水中的鈣離子和鎂離子，使廢水得到軟化，避免產(chǎn)生結(jié)垢。在濃縮過(guò)程中，采用膜濃縮法提高了廢水的濃度，既提高了結(jié)晶效率也節(jié)約了能源。在結(jié)晶過(guò)程中，濃縮液通過(guò)多效蒸發(fā)結(jié)晶或機(jī)械壓縮蒸發(fā)結(jié)晶被轉(zhuǎn)化為干燥的結(jié)晶鹽固體，以干燥的固體形式進(jìn)行處理[5]。

（2）將預(yù)處理后的廢水霧化后噴灑至鍋爐尾部煙道也被稱為煙道蒸發(fā)技術(shù)。煙道中的熱量可以使廢水快速蒸發(fā)，蒸發(fā)后殘留的固體雜質(zhì)將與煙氣一起進(jìn)入電除塵器，主要分為主煙道蒸發(fā)技術(shù)和旁路煙道蒸發(fā)技術(shù)。技術(shù)流程簡(jiǎn)單，不需要提供額外能源，減少了廢水處理的成本。同時(shí)，通過(guò)將廢水引入煙道，也可以在一定程度上增加煙道內(nèi)的濕度，降低煙氣中粉塵顆粒的比電阻，不僅對(duì)除塵效率有很大提升，還具有很高的環(huán)保價(jià)值。

4 脫硫廢水深度處理的主要工藝介紹

目前，適用的脫硫廢水零排放處理工藝有多種選擇，其基本原理都是通過(guò)不同方法將脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理以及濃縮，使水中溶解的鹽分達(dá)到接近飽和的狀態(tài)，再進(jìn)一步使其自然結(jié)晶或送入結(jié)晶器進(jìn)行結(jié)晶處理或蒸干處理。常見(jiàn)聯(lián)合工藝包括：“預(yù)處理+反滲透+正滲透+蒸發(fā)結(jié)晶”技術(shù)工藝、“預(yù)處理+四效多級(jí)蒸發(fā)+結(jié)晶”工藝、“納濾+反滲透+碟式反滲透+蒸發(fā)結(jié)晶”等。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)對(duì)于燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)的研究仍處于初級(jí)階段。在現(xiàn)有技術(shù)中，采用旁路系統(tǒng)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行干燥和蒸發(fā)是較好的選擇，很容易在我國(guó)進(jìn)行推廣。降低廢水處理成本、提高處理效率、高效利用礦物鹽是我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域的重要課題。