煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理工藝研究

洪啟釵

（國能龍源環(huán)保有限公司泉州分公司，福建泉州 362100）

對于現(xiàn)代電廠而言，廢水脫硫處理大多會使用先中和、再絮凝、再沉降、最后澄清的處理方式，待廢水經(jīng)過處理能夠達到排放標準后，再進行排放，并且自身系統(tǒng)始終處于正常運行狀態(tài)。經(jīng)過系統(tǒng)處理后的脫硫廢水，能夠有效降低其本身的濁度，減少水體中含有的重金屬比例，降低水體硬度，但是經(jīng)過這種處理的廢水含鹽量并不會大幅降低，同時還有可能存留大量的硝酸鹽、硒、有機物等物質(zhì)，排放后依舊會對水體造成一定程度的污染。

1 脫硫廢水零排放處理

經(jīng)過電廠脫硫廢水處理后的廢水，本身屬于濃鹽水級別，再經(jīng)提升泵作用后會被輸送至對應(yīng)的零排放站中。這些排放的廢水在經(jīng)過一級軟化池處理后，先后會與石灰材料、硫酸鈉元素、聚鐵元素、PAM藥劑等進行充分混合，繼而形成一種易沉淀的絮體，待其通過一級澄清池完成沉淀作用后，可以去除廢水中包含的重金屬元素、鎂元素及部分鈣元素等結(jié)垢因子；

經(jīng)過一級澄清后的廢水會溢流至對應(yīng)的一級中間水池內(nèi)，再通過提升泵作用，使其輸送至對應(yīng)的二級軟化池內(nèi)，此時會與池內(nèi)的碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)，進而生成碳酸鈣并繼續(xù)沉淀，然后分別與聚鐵元素、PAC進行絮凝作用，待其通過二級澄清池作用沉淀后，能夠進一步去除廢水中的各種殘余鈣離子；

在其經(jīng)過二級澄清后，會溢流至對應(yīng)的二級中間水池內(nèi)，然后通過提升泵進行輸送作用輸送至過濾器中進行過濾作用，此時可以有效去除廢水中存留的各種顆粒物，并且過濾器出水在去往VACOM蒸發(fā)結(jié)晶單元的過程中，還能夠再次進行蒸發(fā)結(jié)晶作用，并將結(jié)晶鹽及時送往系統(tǒng)的干燥打包系統(tǒng)中進行處理。

1.1 脫硫廢水來源

截至目前，針對我國燃煤電廠在當前階段的運行情況進行分析，使用鍋爐濕法脫硫方式產(chǎn)生的脫硫廢水，大多源于脫硫塔作業(yè)期間產(chǎn)生的排放廢水，當這種廢水排放量達到一定程度時，會使用脫硫塔內(nèi)控制的方式，借助Cl成分在漿液中的具體濃度指標完成檢驗工作。在使用FGD工藝時，不僅可以脫除煙氣中存有的SO2，并且HCl、HF等多種存在于煙氣結(jié)構(gòu)中的酸性氣體同樣也會被吸收，然后一起轉(zhuǎn)移至對應(yīng)的脫硫漿液中。因為脫硫漿液大多會保持循環(huán)使用的狀態(tài)，即使此時的HCl、HF等酸性氣體含量較少，在煙氣中的實際濃度占比要低出SO2很多，但是在脫硫系統(tǒng)持續(xù)的、長時間的運行狀態(tài)下，漿液中含有的Cl和HF則會逐漸增多，濃度也會因此不斷逐漸升高。與此同時，漿液中含有的鋁元素還會與HF產(chǎn)生聯(lián)合效果，會對石灰石材料產(chǎn)生溶解作用，此時會對反應(yīng)造成屏蔽作用，導致脫硫效率降低，脫硫作業(yè)受到影響；漿液中含有的Ca2+與Cl成分，配成的離子為對CaCl2，會對吸收劑氫氧化鈣的正常溶解作用造成直接影響，并且，隨著Cl-濃度的初見升高，同樣會使脫硫效率不斷降低，石膏品質(zhì)因此不斷下降，在此期間，對管道和處理系統(tǒng)均會產(chǎn)生一定程度的腐蝕作用。為進一步保證系統(tǒng)運行的整體穩(wěn)定性，確保脫硫作業(yè)效率和石膏產(chǎn)品最終質(zhì)量，需有針對性地排出部分漿液，漿液中Cl-濃度值控制在20kg/m3-[3-4]范圍內(nèi)即可。

1.2 脫硫廢水特點

石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的整體設(shè)計和運行、脫硫塔前污染物控制設(shè)備、燃煤品質(zhì)等因素，均會對脫硫廢水過程中的水質(zhì)及水量造成直接影響。其中，石灰石屬于脫硫廢水環(huán)節(jié)中的部分污染物的主要來源，分別包括脫硫廢水結(jié)構(gòu)中的鎳和鋅以及黏土雜質(zhì)中含有的部分細微顆粒、鋁和硅等其他物質(zhì)。對于脫硫系統(tǒng)而言，其設(shè)計與運行對脫硫廢水水質(zhì)造成的影響主要體現(xiàn)在添加劑材料的使用方面、其氧化程度或最終的氧化方式方面，或者脫硫系統(tǒng)建設(shè)材料等幾個方面。脫硫塔前污染物材料控制設(shè)備主要為除塵設(shè)備和脫硝設(shè)備。提升除塵效率，則會有一定概率使脫硫廢水總懸浮顆粒物濃度出現(xiàn)降低的情況，但是以細微顆粒存在的飛灰物質(zhì)同樣有概率增加揮發(fā)性金屬材料在脫硫廢水中的整體含量；脫硝設(shè)備則可以增加Cr轉(zhuǎn)為毒性的概率，因此，從脫硝系統(tǒng)中逃逸出的部分氨成分將會增加脫硫廢水的固有氨氮濃度。而這種燃煤品質(zhì)則屬于對脫硫廢水正常使用造成影響的主要因素，對于高硫煤、高氯煤而言，二者均會導致脫硫廢水的總體排放量增加。

2 系統(tǒng)運行及相關(guān)設(shè)計優(yōu)化

2.1 硫酸鈉溶解箱配藥水源設(shè)計優(yōu)化

此次系統(tǒng)設(shè)計，主要包括氫氧化鈣溶液配制、硫酸鈉溶液配制、碳酸鈉溶液配制，這幾種材料分別取自對應(yīng)的系統(tǒng)澄清池。系統(tǒng)硫酸鈉溶解箱配中的藥水源主要取自一級級澄清池，使用這種設(shè)計的意圖主要是保證系統(tǒng)本身不會再增加外來水體，這樣既能夠確保系統(tǒng)不會存在外來水源，達到節(jié)約水資源的效果，有效防止系統(tǒng)帶入外來干擾離子，同時新補充水量也會使蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)本身的工作量上升，導致系統(tǒng)處理效率受到影響，運行成本也會因此增加。

但是，因為一級軟化系統(tǒng)的主要作用主要是去除水體中含有的Mg2+及部分Ca2+，想要去除Mg2+主要憑借氫氧化鈣，為進一步保證Mg2+能反應(yīng)更徹底，需要投加大量氫氧化鈣，因此一級軟化系統(tǒng)出水中含有的Ca2+濃度相對較高，如表1所示。

表1 軟化澄清系統(tǒng)水質(zhì)分析表 mg/L

從表1看出，一級軟化池出水后的水體Mg2+濃度明顯降低，但是Ca2+濃度依舊比較高。此后使用軟化池中的出水對硫酸鈉溶液進行處理，此時溶解箱中固有的S042–和Ca2+會發(fā)生反應(yīng)并生成硫酸鈣，進而沉淀。當硫酸鈣在溶解箱底部持續(xù)積累后，硫酸鈉加藥泵會因此出現(xiàn)堵塞問題，造成系統(tǒng)不能保持正常運行狀態(tài)。針對該問題，可就下述兩方面內(nèi)容進行相應(yīng)優(yōu)化。

（1）使用電廠工業(yè)水為原材料，即硫酸鈉溶解箱中的配藥水源，水質(zhì)分析表1中能夠看到各項水質(zhì)結(jié)果均能可以滿足系統(tǒng)配藥水質(zhì)的使用要求。

（2）使用二級軟化池出水系統(tǒng)作為硫酸鈉溶解箱的后續(xù)配藥水源。當二級軟化池廢水分別被碳酸鈉和碳酸鈉相遇并發(fā)生反應(yīng)后，會生成碳酸鈣并繼續(xù)沉淀，再與聚鐵元素、PAC元素進行絮凝作用，在此之后通過二級澄清池并進行沉淀作用，此時廢水殘余鈣離子的實際濃度值處于較低水平，能夠充分滿足配藥水質(zhì)的使用要求。

當零排放軟化澄清系統(tǒng)處于試運階段時，硫酸鈉的配藥水源需要采用工業(yè)水，能夠保證系統(tǒng)正常運行即可，但是系統(tǒng)中又增加了一部分新的水源，因此，從系統(tǒng)的長時間運行角度分析，這屬于既浪費水資源，同時又會加大系統(tǒng)水量處理任務(wù)的行為，運行成本也會因此增加。站在經(jīng)濟環(huán)保進行考慮，可以將配藥水源合理更改為二級軟化池中的出水，這樣可以更好地保證系統(tǒng)始終處于高效節(jié)能運行狀態(tài)。

2.2 軟化池裝置設(shè)計優(yōu)化

（1）虹吸問題。調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)，在電廠脫硫廢水不再進入軟化池后，此時澄清池會在一段時間內(nèi)保持廢水繼續(xù)進入的狀態(tài)，并且水的流量還會出現(xiàn)逐漸變大的發(fā)展趨勢，經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，此時軟化池中的第三格水位已經(jīng)降低至出水口位置，對現(xiàn)場設(shè)備進行檢查，最終發(fā)現(xiàn)軟化池本身的底部位置要明顯高于澄清池，并且脫硫廢水不再進入軟化池時，此時澄清池水則會通過其自身的進水管路產(chǎn)生虹吸作用，吸出軟化池第三格儲存的部分脫硫廢水，因為該情況在系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)停運后才發(fā)生，所以會導致系統(tǒng)脫硫廢水無法按照設(shè)計流程運動，導致澄清池出水的最終水質(zhì)達不到合格標準。

針對上述現(xiàn)象，可在系統(tǒng)調(diào)試階段進行處理，并對出水管進行改造。軟化池連接澄清池之間的管路最高點位置可以加裝虹吸破壞管，保證虹吸現(xiàn)象不會影響到實驗結(jié)果。

（2）軟化池污泥堵塞問題。因為軟化裝置呈三格布局，彼此相鄰的兩格可以采取靜壓狀態(tài)下的自流方式。首先，第一與第二格可以配置快速攪拌器，然后在第三格中為其配置慢速攪拌器，這樣做的主要目的是讓流出的廢水能夠與助凝劑進行充分反應(yīng)，同時保證每一格底部均有相應(yīng)的排泥閥裝置。待處理系統(tǒng)調(diào)試持續(xù)運行一段時間以后，此時軟化裝置中的水位會持續(xù)升高，同時還會有溢流現(xiàn)象發(fā)生，并且澄清池中再無廢水進入。對該現(xiàn)象進行分析得知，軟化裝置中的第三格出水管已經(jīng)被污泥堵塞，使得系統(tǒng)無法正常執(zhí)行靜壓出水作業(yè)，因此出現(xiàn)溢流現(xiàn)象。與此同時，此處理裝置中的排泥閥可以將池內(nèi)污泥進行集中處理，使其排入集水地坑中，這種處理方式同樣會造成地坑泵堵塞的后果。

設(shè)計優(yōu)化：將系統(tǒng)軟化裝置中的第三格進行單獨處理，然后再加快速攪拌速度，保證污泥不再繼續(xù)沉降，能夠有效解決第三格區(qū)域出水管的堵塞問題；將軟化池排泥管進行變更處理，使其與污泥螺桿泵的入口相連接，然后再定期排泥，此時經(jīng)螺桿泵輸送至離心脫水機中，可以實現(xiàn)對泥水的分離處理。

2.3 蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)預換熱器化學清洗設(shè)計優(yōu)化

電廠中的脫硫廢水經(jīng)軟化澄清處理、過濾處理后，可以去除水體中的大部分鈣離子、鎂離子，但是依舊會含有少量蒸發(fā)結(jié)晶，并且在系統(tǒng)長期運行中還會出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。處于調(diào)試期間的VACOM閃蒸裝置，在其處理水量達200m3/h后，VACOM裝置的實時補水流量會從初期的17.6m3/h陸續(xù)下降至13.2m3/h， 同時補水量還會隨周期制水量的持續(xù)增長而不斷 減小。

VACOM閃蒸裝置在長期處于停機檢修狀態(tài)或設(shè)備長時間保持運行后，會發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，導造成換熱效率不斷降低的問題，此時需要進行相應(yīng)的化學清洗處理，可以將閃蒸罐內(nèi)部存留的濃縮液進行排空處理，原設(shè)計采用的方案為：利用VACOM進料池內(nèi)，此時軟化水可以對VACOM裝置產(chǎn)生反應(yīng)，進而達到整體沖洗的效果，在此之后則利用軟化水作為設(shè)備的主要清洗水源。因為VACOM在進料池的軟化水pH標準，需要控制為12.0~12.5，才可以保證廢水中的鎂離子被完全去除，所以，在使用氨基磺酸作為VACOM化學清洗藥劑的主材料時，氨基磺酸會被軟化水反應(yīng)并消耗，主要應(yīng)用于pH的中和作用，因此，這種設(shè)計方案并不合理。經(jīng)過優(yōu)化后的清洗步驟具體如下：

（1）使用回用水泵，將其預留口連接之對應(yīng)的臨時管道上，并在清洗水箱中注水400~500L，此時將清洗泵出口管再次回接至對應(yīng)的清洗水箱中，并為其配制3%~5%濃度的氨基磺酸溶液，然后啟動清洗水泵，等預備藥劑得到混合后，方可停止清洗水泵作業(yè)。

（2）打開VACOM的進料閥，直至回流閥自動聯(lián)動并自行關(guān)閉。然后分別關(guān)閉VACOM進料手動閥、循環(huán)泵進料手動閥。

（3）將清洗泵的出水管與預換熱器清洗進口管進行連接，此時預換熱器清洗回流管則需要連接至清洗水箱，然后啟動清洗水泵，使其保持循環(huán)清洗狀態(tài)1.5h左右，然后手動檢測清洗液的pH，待pH≤2后，方可停止清洗水泵運行。

（4）待清洗完成后，可以恢復系統(tǒng)管路，然后分別打開VACOM進料手動閥與循環(huán)泵進料手動閥。再次啟動VACOM進料泵進行沖洗作用，時間為3-5min，通過流量情況來檢查酸洗效果，待沖洗作用完成后，可對閃蒸罐內(nèi)沖洗用水、清洗水箱廢液一起排至水溝。

3 結(jié)束語

燃煤電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)中的硫酸鈉溶解箱配藥進水管路可以設(shè)計優(yōu)化，保證軟化池裝置功能正常發(fā)揮，同時蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中的預換熱器化學清洗設(shè)計均會對零排放系統(tǒng)的整體設(shè)計帶來好處，再加上后續(xù)補足的優(yōu)化建議，可使零排放系統(tǒng)保持更加安全、經(jīng)濟、高效的運行狀態(tài)。為未來的相似系統(tǒng)設(shè)計提供借鑒作用，同時也可以為零排放處理工藝在水處理領(lǐng)域的推廣應(yīng)用發(fā)揮帶動作用。