脫硫廢水濃縮減量工藝研究

樊 梅

（中建中環(huán)工程有限公司，江蘇南京 210019）

近年來(lái)國(guó)家和地方環(huán)保政策日益嚴(yán)格，隨著2021年1月《關(guān)于推進(jìn)污水資源化利用的指導(dǎo)意見》的發(fā)布，火電廠等高耗水行業(yè)的廢水處理回用乃至“零排放”處理已成大勢(shì)所趨。石灰石-石膏濕法脫硫工藝是燃煤發(fā)電廠，尤其是中大型機(jī)組煙氣脫硫主流工藝技術(shù)，在脫除煙氣中絕大多數(shù)硫氧化物減少大氣污染的同時(shí)，煙氣中的大量鹽分、重金屬、懸浮物等會(huì)不斷富集在漿液中，會(huì)引起設(shè)備及管道的腐蝕，減少脫硫吸收塔設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)抑制吸收塔內(nèi)反應(yīng)過程，降低脫硫效率，因此每隔一段時(shí)間必須排出定量的脫硫廢水。脫硫廢水具有高懸浮物、高含鹽量及重金屬種類多等特性，一直是全廠廢水“零排放”的“老大難”。隨著技術(shù)的發(fā)展，低溫蒸汽負(fù)壓閃蒸結(jié)晶工藝、低溫?zé)煔馑綕饪s工藝、高壓反滲透工藝、MVR蒸發(fā)結(jié)晶工藝、主煙道蒸發(fā)霧化工藝、旁路煙道蒸發(fā)霧化工藝及“管式微濾+納濾+SCRO+DTRO+MVR蒸發(fā)結(jié)晶”工藝等廢水處理工藝得到了示范應(yīng)用，為脫硫廢水“零排放”發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

1 脫硫廢水來(lái)源及水質(zhì)

火電廠燃煤中含有包括重金屬元素在內(nèi)的多種元素，如鈣、鎂、鐵、磷、氟、氯、砷、鉛、汞，這些元素分別以有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物的形態(tài)存在，在燃燒中生成了多種形態(tài)的化合物，一部分殘留在灰渣中，隨爐渣、飛灰排出，另一部分隨煙氣進(jìn)入脫硫裝置，溶解于吸收漿液中。在不斷循環(huán)洗滌煙氣的過程中，漿液會(huì)富集氯離子和重金屬元素等，引起脫硫設(shè)備腐蝕，還會(huì)影響脫硫效率，降低石膏品質(zhì)。在脫硫裝置運(yùn)行過程中，需定期排出一定量的廢水同時(shí)補(bǔ)充新鮮水來(lái)稀釋漿液中氯離子濃度，排出的這部分廢水就是脫硫廢水。脫硫廢水中COD、SS、pH等水質(zhì)超標(biāo)，并且很多成分是國(guó)家嚴(yán)格控制的第一類污染物，若直接排放，將會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，必須加以治理后才能排放。

脫硫廢水水質(zhì)與煙氣成分、飛灰成分、吸收劑、工業(yè)水水質(zhì)等多種因素有關(guān)，由于電廠燃煤成分不同、采用的脫硫劑成分不同，產(chǎn)生的廢水水質(zhì)有較大差異。脫硫廢水主要特點(diǎn)是成分多，水質(zhì)變化大，鹽含量高，硬度高，易結(jié)垢，懸浮物含量高，腐蝕性強(qiáng)。

如表1所示，脫硫廢水的水質(zhì)很差，其中電導(dǎo)率、氯離子、硫酸根離子及溶固含量嚴(yán)重超標(biāo)，如果不處理就直接排放，會(huì)嚴(yán)重污染自然水體。

表1 江蘇某電廠脫硫廢水水質(zhì)參數(shù)

2 脫硫廢水“零排放”主要技術(shù)路線

當(dāng)前脫硫廢水“零排放”工藝主要包含三個(gè)單元，一是傳統(tǒng)的三聯(lián)箱預(yù)處理單元，二是濃縮減量單元，三是末端的蒸發(fā)固化單元。

2.1 脫硫廢水預(yù)處理工藝

脫硫廢水預(yù)處理工藝路線比較單一，通常采用傳統(tǒng)的“三聯(lián)箱”工藝，可初步去除廢水中的污染因子，如：懸浮物、pH、氟離子以及少量重金屬元素等。廢水收集到廢水箱后，進(jìn)入調(diào)節(jié)箱調(diào)整pH到9～10，可以使氟化物及部分重金屬離子產(chǎn)生沉淀物。經(jīng)調(diào)節(jié)pH后的廢水自流至反應(yīng)箱，在硫化物和氯化鐵作用下，廢水中的重金屬污染物轉(zhuǎn)化為易于沉淀分離的化合物。反應(yīng)箱的廢水自流至絮凝箱，在高分子助凝劑作用下，廢水中的氟化物和重金屬沉淀形成大的礬花。絮凝箱廢水自流至澄清池，在澄清池下部絮凝狀礬花沉淀下來(lái)形成污泥，送入壓濾機(jī)進(jìn)行脫水處理，澄清池上部的清液自流進(jìn)入凈水箱。凈水箱內(nèi)水質(zhì)基本清澈，但是仍含有大量的氯離子，pH低，易對(duì)管道、設(shè)備造成腐蝕，需進(jìn)一步處理，如圖1所示。

圖1 脫硫廢水預(yù)處理工藝

2.2 脫硫廢水濃縮減量工藝

脫硫廢水含鹽量通常在2%～5%，通過濃縮減量工藝后濃縮液中含鹽量可達(dá)到15%～20%，蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的凝結(jié)水水質(zhì)較好，可回用至循環(huán)水系統(tǒng)或其他用水系統(tǒng)，濃縮后待處理的廢水量大幅降低，降低了后續(xù)固化工藝投資。在濃縮減量工藝中，膜法濃縮工藝對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)要求比較高，出口水質(zhì)也較好，但是由于其高昂的投資與運(yùn)行費(fèi)用導(dǎo)致應(yīng)用并不廣泛，更多用于后續(xù)有分鹽工藝的廢水處理。在電廠由于蒸汽和熱煙氣來(lái)源便利，熱法濃縮工藝得到了廣泛應(yīng)用，其中以蒸汽作為熱源的負(fù)壓多效蒸發(fā)工藝和以煙氣作為熱源的低溫?zé)煔庹舭l(fā)應(yīng)用最為廣泛。蒸汽負(fù)壓多效蒸發(fā)工藝?yán)盟芤悍悬c(diǎn)隨壓力降低而降低的原理，在真空狀態(tài)下，采用100°C左右的低品質(zhì)蒸汽作為熱源，實(shí)現(xiàn)了蒸汽的分級(jí)利用。低溫?zé)煔庹舭l(fā)工藝布置在脫硫裝置入口，利用脫硫原煙氣作為熱源，降低了原煙氣溫度，減少了脫硫裝置水耗，如圖2所示。

圖2 脫硫廢水濃縮減量工藝分類

2.3 脫硫廢水蒸發(fā)固化工藝

脫硫廢水經(jīng)濃縮減量后，水量大幅降低，但是水中污染物總量基本不變，仍未達(dá)到“零排放”要求。對(duì)于需要分鹽的廢水“零排放”工藝，通常采用干凈的蒸汽作為結(jié)晶熱源，制取雜鹽供化工行業(yè)使用。從投資成本和安全性考慮，大多數(shù)電廠更傾向于采用旁路煙道霧化干燥工藝，從SCR脫硝后空預(yù)器前300°C左右的高溫?zé)煔庖鲆还勺鳛闊嵩矗瑢U水進(jìn)行濃縮霧化，鹽分干燥后形成的固體物與灰塵混合，被除塵器捕捉下來(lái)，對(duì)粉煤灰的綜合利用基本沒影響。以某電廠2×330MW機(jī)組為例，脫硫廢水水量為150t/d，廢水ρ（Cl-）在17 000mg/L左右，每天Cl-的產(chǎn)生量為2 550kg；每臺(tái)鍋爐產(chǎn)生粉煤灰為30.23t/h，2臺(tái)鍋爐日產(chǎn)生粉煤灰為1 451.04t，粉煤灰按20%的比例作為原料摻做水泥，則Cl-在水泥中的占比為0.036%，低于GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》要求的0.06%。因此，煙道霧化干燥工藝不會(huì)影響粉煤灰的資源化，如圖3所示。

圖3 脫硫廢水蒸發(fā)固化工藝分類

2.4 脫硫廢水“零排放”工藝路線組合

每一種廢水處理工藝技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和適用邊界條件，在制定電廠廢水“零排放”技術(shù)路線時(shí)，應(yīng)考慮電廠實(shí)際情況，如廠區(qū)布置、機(jī)組運(yùn)行水平、脫硫廢水水質(zhì)和水量、投資成本、運(yùn)行成本等，選取幾種適用的技術(shù)路線，并進(jìn)行詳細(xì)的可行性分析，從而得出適合的廢水“零排放”方案。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的最新發(fā)展情況，推薦脫硫廢水“零排放”工藝路線如下：

（1）低溫蒸汽負(fù)壓三效蒸發(fā)濃縮+高溫?zé)煔馀月窡煹栏稍?，該工藝不需要加藥預(yù)處理，對(duì)水質(zhì)適應(yīng)性好，由于采用了高溫?zé)煔馀月窡煹栏稍锕に?，利用空預(yù)器前部分煙氣熱量為熱源，鍋爐效率會(huì)有少量降低，適用于300MW以上機(jī)組且廢水量不超過3m3/h/100MW。

（2）預(yù)處理+低溫?zé)煔庹舭l(fā)濃縮+高溫?zé)煔馀月窡煹栏稍铮摴に嚴(yán)妹摿蛩肟跓煔鈴U熱，直接傳熱傳質(zhì)，蒸汽變成淡水直接進(jìn)入脫硫塔，脫硫系統(tǒng)工藝用水量減少，會(huì)影響水平衡，對(duì)于使用主體循環(huán)水排水的脫硫裝置，由于用水量減少，影響主體循環(huán)水系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，適用于沒有安裝低溫省煤器、排煙溫度較高的機(jī)組。

（3）預(yù)處理+高溫?zé)煔馀月窡煹栏稍?，該工藝減少了濃縮減量環(huán)節(jié)，直接抽取高溫?zé)煔?，通過旁路干燥塔進(jìn)行干燥處理，工藝流程短，投資低，但是由于全部采用高溫?zé)煔膺M(jìn)行蒸發(fā)干燥，對(duì)鍋爐熱效率影響大，煤耗增加，適用于廢水量較少的機(jī)組，以廢水量不超過1m3/h/100MW為宜。

（4）預(yù)處理+膜法濃縮+蒸汽加熱結(jié)晶方案，該工藝直接回收高品質(zhì)水資源，末端產(chǎn)品能夠直接得到綜合利用，但是投資高，噸水直接運(yùn)行成本高，適用于廢水總量大，有工業(yè)鹽銷售渠道的電廠。

3 結(jié)束語(yǔ)

由于各火電廠煤質(zhì)、水質(zhì)各不相同，導(dǎo)致進(jìn)入脫硫系統(tǒng)的煙氣參數(shù)不盡相同，排放的廢水量和水質(zhì)也差別較大，脫硫廢水“零排放”工藝方案論證、實(shí)施時(shí)需綜合考慮，要遵循“一廠一策”原則，盡量選擇系統(tǒng)簡(jiǎn)單、對(duì)主機(jī)運(yùn)行影響小的工藝路線。