電廠廢水零排放工藝路線探究

單 濤

（北京姚魏環(huán)保技術(shù)有限公司，北京 100029）

電廠廢水零排放工藝路線探究

單 濤

（北京姚魏環(huán)保技術(shù)有限公司，北京 100029）

煙氣濕法脫硫技術(shù)在燃煤工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但燃煤電廠排放的工業(yè)廢水對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染，特別是脫硫廢水及其他廢水，需要采取相應(yīng)的技術(shù)措施實現(xiàn)真正的廢水零排放。文章對燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝進行了探討。

脫硫廢水；零排放；蒸發(fā)濃縮

1 前言

隨著國家對大氣環(huán)境保護和水環(huán)境保護的高度重視，對燃煤電廠等大型工業(yè)排放的二氧化硫標(biāo)準(zhǔn)愈加嚴(yán)格。煙氣濕法脫硫技術(shù)在燃煤工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用后，其系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫廢水由于鹽分含量較高，已成為廢水處理的難題。近年來，隨著國家對工業(yè)廢水排放的要求逐漸提高，廢水的零排放技術(shù)已得到相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的重視，尤其是燃煤電廠脫硫廢水零排放技術(shù)的可靠性得到了更多關(guān)注。

燃煤電廠耗水量大，且有大量余熱可供利用，是廢水零排放的主要應(yīng)用領(lǐng)域。燃煤電廠濕法脫硫廢水與電廠其它系統(tǒng)產(chǎn)生的廢水差異較大，是燃煤電廠水系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)最復(fù)雜、污染最嚴(yán)重的水體。脫硫廢水含有高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽量、高濃度重金屬，對環(huán)境的污染性極強，因此脫硫廢水零排放勢在必行。

目前，燃煤電廠的循環(huán)水、排污水、反滲透濃水等電廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)廢水都匯集到脫硫塔，因此脫硫廢水是電廠的終端廢水，水質(zhì)最為惡劣。最簡單的處理方法是將高含鹽廢水用于灰?guī)鞌嚢韬兔簣鰢娏?，但這會影響灰渣的回用質(zhì)量和煤場及輸煤系統(tǒng)的噴淋運行。也有采用“預(yù)處理+ 蒸發(fā)系統(tǒng)+結(jié)晶系統(tǒng)”廢水零排放技術(shù)，蒸干系統(tǒng)的凝結(jié)水用作電廠工業(yè)用水，可節(jié)約淡水資源。

2015年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》（以下簡稱“水十條”），將強化對各類水污染的治理力度，提出史上最嚴(yán)格的源頭保護和生態(tài)修復(fù)制度，全面控制污染物排放，著力節(jié)約保護水資源，全力保障水生態(tài)安全?！八畻l”明確提出， 到2020年，全國水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，污染嚴(yán)重水體較大幅度減少，“狠抓工業(yè)污染防治”成為重要任務(wù)，多項標(biāo)準(zhǔn)進一步趨嚴(yán)，一些重點區(qū)域甚至將禁止污水排放。

2016年9月，環(huán)保部發(fā)布關(guān)于征求《火電廠污染防治技術(shù)政策》和《火電廠污染防治最佳可行性技術(shù)指南》意見函，對火電廠排放的廢氣、廢水、噪聲、固體廢物等造成的污染制定了基本的技術(shù)政策。對于火電廠排放廢水明確指出：1）火電廠水污染防治應(yīng)遵循清污分流、一水多用、集中處理與分散處理相結(jié)合的原則，鼓勵火電廠實現(xiàn)廢水的循環(huán)使用不外排；2）脫硫廢水應(yīng)經(jīng)過中和、沉淀、絮凝、澄清等傳統(tǒng)工藝處理，鼓勵利用余熱蒸發(fā)干燥、結(jié)晶等處理工藝。

2 脫硫廢水零排放技術(shù)

2.1 脫硫廢水的水質(zhì)

脫硫廢水中的污染物成分及含量與燃燒煤種、脫硫工藝、運行方式、煙塵量、石灰石品質(zhì)、石膏脫水效果、氨逃逸率等多種因素有關(guān)。

脫硫廢水的水質(zhì)特點：1）pH值為4～6.5，呈若酸性，包含大量懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽和重金屬；2）懸浮物含量高（石膏、SiO2、Al和Fe的氫氧化物），一般在6000～15,000mg/L；3）含有微量的汞、鉛、鉻等重金屬離子和砷、硒、氰化物等污染物；4）含有大量Ca2+、Mg2+陽離子和Cl-、SO42-等陰離子，溶解性固體總量（TDS）在25,000～60,000mg/L，其中Cl-含量在5000～20,000mg/L。

由此可見，脫硫廢水具有高含鹽量、高硬度、高Cl-濃度的特征，具有較強的腐蝕性和結(jié)垢性。

脫硫過程中，由于脫硫系統(tǒng)水的循環(huán)使用，Cl-在吸收液中逐漸富集，會影響脫硫石膏產(chǎn)出，腐蝕性隨之增強，多數(shù)不銹鋼已不能使用，需采取更有效的防腐措施。

2.2 脫硫廢水的常規(guī)處理工藝（見圖1）

圖1 脫硫廢水的常規(guī)處理工藝

（1）脫硫廢水用于煤場噴灑：廢水中的氯在燃燒過程中揮發(fā)出來，增加了鍋爐尾部的腐蝕風(fēng)險；鈉鹽在高溫條件下容易在爐內(nèi)結(jié)焦；對煤場噴灑易造成地下水重金屬污染，需做防滲處理；部分氯隨煙氣進入脫硫系統(tǒng)，造成累積，影響石膏結(jié)晶，脫硫難以運行。

（2）脫硫廢水用于濕式除渣系統(tǒng)：對于采用水力除渣或濕式除渣系統(tǒng)的燃煤電廠，有電廠嘗試將脫硫廢水作為除渣系統(tǒng)補水，這種回用途徑受到渣系統(tǒng)閉式循環(huán)水量的限制，還會引起系統(tǒng)堵塞、設(shè)備及管道腐蝕問題而影響系統(tǒng)可靠性；廢水呈弱酸性，對金屬會存在腐蝕問題；含有的重金屬會對灰渣的綜合利用有影響；沖冼水需進行二次處理。

燃煤電廠目前普遍采用干除灰、灰渣綜合利用等措施，除灰、除渣系統(tǒng)已不具備回用大部分廢水的能力。

2.3 脫硫廢水零排放技術(shù)

（1）自然蒸發(fā)技術(shù)

占地面積大，適用于干燥少雨地區(qū)，存在風(fēng)吹損失。

（2）機械霧化法蒸發(fā)技術(shù)

存在風(fēng)吹損失，影響周邊生態(tài)環(huán)境。

（3）預(yù)處理+蒸發(fā)濃縮+結(jié)晶技術(shù)

預(yù)處理過程：1）加入石灰乳等調(diào)整廢水pH值至8.9～9.5，大多數(shù)重金屬離子均形成了難溶的氫氧化物。同時石灰漿液中的Ca2+還能與廢水中的部分F-、As3+生成難溶物質(zhì)；2）加入有機硫化物、絮凝劑、助凝劑，使廢水中大部分重金屬形成沉淀物并沉降；3）通過投加絮凝劑使廢水中大部分懸浮物沉淀下來，通過澄清池予以去除；4）沉淀濃縮為污泥，污泥通過板框壓濾機等設(shè)備壓制成泥餅外運處理。

一般情況下，以上所述的脫硫廢水預(yù)處理部分包含在濕法脫硫系統(tǒng)中，最終的脫硫廢水需滿足火電廠《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978-2002）即可排放。但在實際運行中存在較多問題，部分電廠出水中SS和COD往往不能穩(wěn)定達標(biāo)排放。在污泥脫水處理中，也存在板框壓濾機故障率高、運行維護頻率高、維護困難等問題。

熱法蒸發(fā)技術(shù)：通過加熱蒸發(fā)可達到濃縮溶液、獲得固體結(jié)晶物質(zhì)的目的。一般采用多效蒸發(fā)（MED）或機械式蒸氣再壓縮（MVR）技術(shù)等。但投資和運營的費用很高，如何能提高濃縮比減少蒸發(fā)量是設(shè)備經(jīng)濟運行的關(guān)鍵。

蒸發(fā)回收是整個零排放要求的最終環(huán)節(jié)。因氯離子含量高，對一般鋼材腐蝕嚴(yán)重，需使用特殊合金，制造成本較高。

由于蒸發(fā)法具有能耗高、設(shè)備易結(jié)垢和投資大的缺點，限制了其應(yīng)用。因此，要降低零排放的處理成本和保證系統(tǒng)的正常運行，需從以下兩方面對廢水進行預(yù)處理，即廢水的減量化和防結(jié)垢措施。一方面，通過減量化處理方法對廢水進行預(yù)處理，可減少蒸發(fā)結(jié)晶裝置的處理負荷，有效降低成本；另一方面，通過軟化法對廢水進行預(yù)處理，防止蒸發(fā)器或煙道內(nèi)結(jié)垢堵塞。

為降低蒸發(fā)量，膜分離法是最常用的廢水減量化處理技術(shù)，如采用反滲透等膜分離技術(shù)先對廢水進行減量化處理，膜分離產(chǎn)生的濃水再進行蒸發(fā)結(jié)晶，可有效降低蒸發(fā)處理負荷和節(jié)約處理成本。為確保蒸發(fā)結(jié)晶器正常運行和保證結(jié)晶鹽的品質(zhì)，需要對脫硫廢水進行嚴(yán)格的預(yù)處理，如去除廢水中的硬度、有機物和重金屬等。有些采用RO膜技術(shù)進行濃縮，脫硫廢水硬度達到3萬mg/L，易對膜產(chǎn)生嚴(yán)重堵塞。因此，必需進行加藥處理，以降低脫硫廢水硬度。但投藥費用高，還會產(chǎn)生更大量的含重金屬污泥，屬于危險廢物，增加了處置費用。

據(jù)電力規(guī)劃設(shè)計總院2014年脫硫廢水處理抽樣調(diào)研顯示，國內(nèi)電廠設(shè)置常規(guī)處理設(shè)備的占100% （但部分電廠的廢水處理系統(tǒng)不能正常投運），廢水產(chǎn)生的污泥全部送到灰場填埋或其他地方深埋。

膜法濃縮需注意以下問題：1）蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)對結(jié)晶鹽的純度有要求，需對脫硫廢水進行深度預(yù)處理；2）考慮膜濃縮及蒸發(fā)結(jié)晶工況，脫硫廢水過飽和，在濃縮階段很容易結(jié)垢，影響設(shè)備的運行和使用壽命；3）脫硫廢水中氯離子濃度高，對金屬材質(zhì)會出現(xiàn)晶間腐蝕，對設(shè)備選材要求高；4）脫硫廢水中鎂離子濃度高，軟化生成的氫氧化鎂為絮狀膠體，難沉淀，很難過濾分離，給工藝操作帶來困難；5）運行費用較高，蒸發(fā)結(jié)晶部分的運行成本約占總運行費用的一半；6）系統(tǒng)外排的少部分含鹽水或污泥屬危險廢物。

（4）預(yù)處理+蒸發(fā)濃縮+煙道蒸發(fā)

煙道處理法是在煙道內(nèi)對廢水進行噴霧蒸發(fā)處理的一種方法。采用煙道蒸發(fā)法處理脫硫廢水時，需先將脫硫廢水霧化后噴入電除塵器之前的煙道內(nèi)，廢水通過噴槍霧化以小液滴的形式經(jīng)過高溫?zé)煔饧訜岷笱杆僬舭l(fā)，其中的懸浮物和可溶性固體形成細小固體顆粒，在氣流的夾帶作用下進入電除塵器并被電除塵器捕捉，隨粉煤灰一同被收集，最終實現(xiàn)脫硫的廢水達標(biāo)近零排放處理。

與現(xiàn)行的脫硫廢水處理技術(shù)相比，蒸發(fā)法具有如下優(yōu)點：設(shè)備簡單，可有效克服現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)設(shè)備多、投資大、運行成本高和設(shè)備檢修維護工作量大的缺點；運行操作簡單，廢水中的污染物可以混入除塵器粉煤灰中，無污泥處置問題；可提高煙氣的濕度，從而降低煙氣中灰塵的比電阻，有利于提高電除塵器的收塵效率。

近兩年，國內(nèi)部分燃煤電廠有采用煙道法處理脫硫廢水的方法。從運行情況看，煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于脫硫廢水的零排放有以下問題：1）煙道蒸發(fā)工藝中存在許多潛在問題尚未解決，如廢水組成對煙氣組成的影響、廢水水質(zhì)成分的變化可能對煙氣后續(xù)處理產(chǎn)生的影響；2）煙道蒸發(fā)技術(shù)受機組負荷影響大，處理量小，達不到廢水零排放標(biāo)準(zhǔn)；3）濃縮后的廢水對噴嘴造成堵塞，導(dǎo)致積灰、結(jié)垢，增大機組正常安全運行的風(fēng)險；4）空預(yù)器后煙溫偏低，可利用煙道長度不足，蒸發(fā)不徹底，導(dǎo)致積灰、結(jié)垢，污染物在煙道內(nèi)壁、低溫省煤器處吸附可能引起煙道腐蝕等問題（如圖2）。

圖2 煙道蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用常見的問題

（5）預(yù)處理+蒸發(fā)濃縮+高溫?zé)煔庹舭l(fā)

高溫?zé)煔庹舭l(fā)：蒸發(fā)塔處理技術(shù)、旁路煙道蒸發(fā)處理技術(shù)。利用電廠鍋爐空預(yù)器前高溫?zé)煔庾鰹閷γ摿驈U水蒸發(fā)的熱源。熱煙氣經(jīng)煙道接入蒸發(fā)塔或旁路煙道中，處理后的脫硫廢水經(jīng)噴射系統(tǒng)形成霧滴與高溫?zé)煔膺M行充分換熱，從而實現(xiàn)脫硫廢水的完全蒸干。蒸發(fā)塔出口煙氣進入除塵器入口煙道，蒸干鹽混入煙氣中，隨煙氣中的粉塵一起進入除塵器被收集。

高溫?zé)煔庹舭l(fā)的特點：1）以低成本實現(xiàn)脫硫廢水零排放，且對原有系統(tǒng)影響較??；2）由于每個燃煤電廠排放的脫硫廢水量不同，需要考慮脫硫廢水減量化處理；3）對高溫蒸發(fā)產(chǎn)物遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律尚不明晰，尤其是溶解性鹽和重金屬等在高溫條件下的蒸發(fā)特性，對后續(xù)系統(tǒng)如煙道腐蝕、粉塵的綜合利用、除塵器的除塵性能及脫硫系統(tǒng)運行及環(huán)境的影響需要做出更深入、更全面的評價；4）目前還要依賴前部的預(yù)處理+膜濃縮系統(tǒng)，投資、運行成本較高。

（6）余熱蒸發(fā)濃縮+旁路煙氣蒸發(fā)

余熱蒸發(fā)濃縮+旁路煙氣蒸發(fā)即兩級蒸發(fā)技術(shù)：一級蒸發(fā)（濃縮系統(tǒng)）+兩級蒸發(fā)（蒸發(fā)爐系統(tǒng)）。

一級蒸發(fā)：由除塵器后引一路煙氣接入濃縮系統(tǒng)，脫硫廢水送入濃縮系統(tǒng)內(nèi)形成自循環(huán)，與熱煙氣在濃縮系統(tǒng)內(nèi)充分換熱進行一級蒸發(fā)。水蒸汽隨煙氣接入脫硫系統(tǒng)，在噴淋冷卻作用下，凝結(jié)到脫硫系統(tǒng)的循環(huán)漿液中，節(jié)約相同數(shù)量的脫硫工業(yè)補充水，可以降低脫硫系統(tǒng)的耗水量，達到節(jié)水、節(jié)能的作用。

兩級蒸發(fā)：由鍋爐空預(yù)器前引高溫?zé)煔庾鳛閮杉壵舭l(fā)的熱源接入蒸發(fā)爐中，濃水送至在蒸發(fā)爐內(nèi)與高溫?zé)煔饣旌蠐Q熱進行兩級蒸發(fā)，從而實現(xiàn)脫硫廢水的完全蒸干，蒸干鹽隨煙氣進入除塵系統(tǒng)與粉煤灰一同被收集。兩級蒸發(fā)技術(shù)是完全利用煙氣余熱進行蒸發(fā)濃縮、蒸干。此技術(shù)已完成中試試驗。工藝流程見圖3。

圖3 工藝流程示意

3 幾種工藝路線的比較（見下表）

幾種工藝路線比較表

4 總結(jié)

目前很多燃煤電廠的原有廢水處理系統(tǒng)運行故障多、缺陷多，造成水耗大、污染重。電廠廢水零排放應(yīng)將節(jié)水、節(jié)能放在首位，在保證電廠安全、經(jīng)濟運行的前提下，最大限度地合理利用水資源，提高回收利用率，降低最終處理的廢水量。

燃煤電廠全廠廢水零排放是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)在現(xiàn)有水處理系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，通過開展水平衡試驗，掌握電廠的實際用水、排水現(xiàn)狀與設(shè)計工況的差異和各系統(tǒng)的節(jié)水潛力。尤其是對終端處理系統(tǒng)，如何減少流程、降低運行費用、減小維護量，需要深入研究，最大限度降低系統(tǒng)的運行成本并減輕維護負荷，確保廢水零排放系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

任何一種廢水“零排放”技術(shù)均具有優(yōu)缺點和適用邊界條件，在制定技術(shù)路線時，應(yīng)針對電廠的實際情況，進行詳細的可行性分析（投資運行成本對比、經(jīng)濟社會效益分析等），從而得出最適合的技術(shù)路線。

[1] 管一明.燃煤電廠煙氣脫硫廢水處理[J].電力環(huán)境保護，1998，14（1）：38-44．

[2] 周衛(wèi)青，李進.火電廠石灰石濕法煙氣脫硫廢水處理方法[J].電力環(huán)境保護，2006，22（1）：29-31.

[3] 羅淵濤，姜威.火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理[J].黑龍江電力，2007，29（3）：161-163.

[4] 崔麗，陳穎敏.石灰石一石膏濕法脫硫廢水的處理[J].吉林電力，2008，36（2）：16-19.

[5] 高原，陳智勝.新型脫硫廢水零排放處理方案[J].華電技術(shù)，2008，30（4）：73-75.

[6] 吳怡衛(wèi).石灰石－石膏濕法煙氣脫硫廢水處理的研究[J].中國電力，2009，39（4）：75-78.

[7] 禾志強，祁利明.火力發(fā)電廠煙氣脫硫廢水處理工藝[J].水處理技術(shù)，2010（3）：133-135.

[8] 全曉權(quán).淺談火電廠脫硫廢水零排放處理方案[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（9）.

[9] 張廣文，孫墨杰，等.燃煤火力電廠脫硫廢水零排放可行性研究[J].東北電力大學(xué)，2014（10）.

Probe into Technological Route of Wastewater Zero Discharge in Power Plant

SHAN Tao
(Beijing Yaowei Environmental Protection Technology Co., Ltd, Beijing 100029, China)

The flue gas wet desulfurization technology is widely used in the coal-fired industrial field, but the industrial wastewater, particularly desulfurization wastewater and other wastewater discharged from the coal-fired power plant cause the serious pollution to environment. It is necessary to take the corresponding technical measures to realize the real wastewater zero discharge. The paper probes into the zero discharge technology of desulfurization wastewater in the coal-fired power plant.

desulfurization wastewater; zero discharge; evaporation and concentration

X703

A 文章編號：1006-5377（2017）07-0059-04