脫硫廢水零排放技術(shù)與工藝路線研究

史宇濤

（中電環(huán)保股份有限公司，南京 210002）

現(xiàn)階段，在實(shí)際運(yùn)行中，燃煤電廠廣泛選用石灰石-石膏濕法進(jìn)行煙氣脫硫。在此工藝實(shí)施過程中，脫硫吸收塔內(nèi)漿液循環(huán)反復(fù)使用，導(dǎo)致內(nèi)部可溶鹽漿液持續(xù)濃縮。因此，為了維持整個(gè)煙氣脫硫系統(tǒng)內(nèi)氯離子的平衡關(guān)系，確保脫硫性能，人們必須根據(jù)工藝要求不斷補(bǔ)充漿液。在這一過程中，脫硫系統(tǒng)會(huì)排放大量含有重金屬離子的廢水，這部分廢水含有大量的重金屬雜質(zhì)、硫酸鹽、懸浮物以及亞硫酸鹽。當(dāng)前，常規(guī)處理方法難以使燃煤電廠所產(chǎn)生脫硫廢水的排放符合規(guī)范要求。如何滿足環(huán)保要求，實(shí)現(xiàn)高含鹽脫硫廢水的零排放，已成為目前業(yè)內(nèi)人士共同關(guān)注的一項(xiàng)課題。

1 脫硫廢水水質(zhì)特征及零排放難點(diǎn)

目前，燃煤電廠多采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，為了確保脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)中的物料平衡，確保石膏質(zhì)量，改善煙氣質(zhì)量，人們必須經(jīng)脫硫系統(tǒng)將石膏脫水以及清洗工藝中的部分廢水加以排出。此外，燃煤電廠脫硫廢水具有一定的特殊性，如pH偏酸性（多為4～6），石膏顆粒物等懸浮物濃度偏高，重金屬、氟化物嚴(yán)重超標(biāo)，含鹽量大，鈣離子、鎂離子、氯離子等重金屬離子較多。

在燃煤電廠中，脫硫廢水污染組分會(huì)因工藝補(bǔ)充水水質(zhì)、污水排放周期、煤種等相關(guān)因素的影響而產(chǎn)生一定改變。同時(shí)，燃煤電廠脫硫廢水多為間斷式排放，水量波動(dòng)區(qū)間較大，廢水水體硬度偏高，導(dǎo)致蒸發(fā)系統(tǒng)容易出現(xiàn)結(jié)垢、腐蝕等問題。如何克服上述問題，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的合理應(yīng)用已成為目前業(yè)內(nèi)人員高度關(guān)注的課題之一。

對(duì)于燃煤電廠深度處理系統(tǒng)而言，進(jìn)水段雖然經(jīng)過脫硫廢水處理系統(tǒng)處理，在一定程度上降低了進(jìn)水鈣硬度以及懸浮物，但仍然難以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放。除此以外，燃煤電廠脫硫廢水內(nèi)存在大量氯離子，溶解性固體所占比例較高，可能導(dǎo)致深度處理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)結(jié)垢等問題，直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以上問題都必須在脫硫廢水零排放技術(shù)研究中加以重視。

2 脫硫廢水零排放技術(shù)分析

2.1 預(yù)處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)

選用碳酸鈉、有機(jī)硫、重力沉降以及絮凝劑等藥劑投加至脫硫廢水中進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)⒚摿驈U水中大量懸浮物、重金屬等結(jié)垢物質(zhì)加以去除，在此基礎(chǔ)上通過多效蒸發(fā)器或機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器處理進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，所生成冷凝水可直接回用，結(jié)晶鹽則另行處理。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)在部分600 MW及以上燃煤電廠中實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)的應(yīng)用，系統(tǒng)處理量可達(dá)到22 m3/h，從而實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的目的。

2.2 預(yù)處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)

選用碳酸鈉、有機(jī)硫、重力沉降以及絮凝劑等有關(guān)材料投加至脫硫廢水中進(jìn)行預(yù)處理，能夠?qū)⒚摿驈U水中大量懸浮物、重金屬等結(jié)垢物質(zhì)加以去除，在此基礎(chǔ)上通過開放式流道反滲透膜-蝶管式反滲透膜、正滲透、納濾-特殊流道反滲透膜等技術(shù)對(duì)經(jīng)預(yù)處理后的脫硫廢水進(jìn)行濃縮減量處理，其中淡水部分可直接回用，濃水部分則通過多效蒸發(fā)器或機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器處理進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，所生成冷凝水可直接回用，結(jié)晶鹽則另行處理。整套處理技術(shù)在燃煤電廠脫硫廢水處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，相較于前述工藝技術(shù)而言增加了膜濃縮減量單元，不但技術(shù)成熟，而且能夠顯著減少終端蒸發(fā)廢水量，降低系統(tǒng)投資費(fèi)用。目前，國(guó)內(nèi)部分電廠已將該工藝技術(shù)投入使用，取得了脫硫廢水零排放的滿意效果。

2.3 煙道噴霧干燥技術(shù)

此項(xiàng)技術(shù)是指將燃煤電廠運(yùn)行過程中所產(chǎn)生脫硫廢水經(jīng)泵送方式傳輸至除塵器前煙道，經(jīng)壓縮空氣處理通過霧化噴頭將脫硫廢水進(jìn)行霧化反應(yīng)，借助于煙氣溫度的方式使霧滴逐步蒸干，由除塵器對(duì)脫硫廢水中各種固體進(jìn)行收集。整套工藝技術(shù)具有流程簡(jiǎn)單、投資較低、維護(hù)費(fèi)用較少等優(yōu)勢(shì)，但國(guó)內(nèi)針對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用尚處于試驗(yàn)階段，有關(guān)煙道腐蝕、廢水堵塞噴頭等問題是否影響脫硫廢水零排放處理效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 脫硫廢水零排放預(yù)處理工藝分析

燃煤電廠脫硫廢水雖然已經(jīng)經(jīng)過三聯(lián)箱加藥沉淀處理，但廢水內(nèi)仍然含有較高的懸浮物、鈣離子、鎂離子、硫酸根等，這對(duì)于后續(xù)膜處理工藝的運(yùn)行而言是非常不利的。因此，為了實(shí)現(xiàn)燃煤電廠脫硫廢水的零排放，人們必須重視軟化預(yù)處理方面的問題，以確保經(jīng)預(yù)處理后的脫硫廢水能夠符合膜處理進(jìn)水水質(zhì)要求。在當(dāng)前技術(shù)條件支持下，燃煤電廠脫硫廢水的軟化預(yù)處理技術(shù)主要有兩種。

3.1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾器工藝

采用石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾器工藝技術(shù)方案對(duì)脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理的基本工藝路線如圖1所示。燃煤電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)出水依次進(jìn)入反應(yīng)池1以及反應(yīng)池2中，在兩個(gè)反應(yīng)池中分別加入一定量的石灰和碳酸鈉，主要目的是將廢水中鎂離子、鈣離子等經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物，然后在沉淀池中進(jìn)行固液分離，經(jīng)沉淀后上層清液可經(jīng)過濾器及超濾進(jìn)行過濾處理，出水進(jìn)入膜濃縮處理系統(tǒng)中作為進(jìn)水直接使用。

圖1 石灰-碳酸鈉軟化-沉淀池-過濾器工藝路線

3.2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式膜工藝

采用氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式膜工藝技術(shù)方案對(duì)脫硫廢水進(jìn)行預(yù)處理的基本工藝路線如圖2所示。燃煤電廠中脫硫廢水處理系統(tǒng)出水依次進(jìn)入反應(yīng)池1以及反應(yīng)池2中，在兩個(gè)反應(yīng)池中分別加入一定量的氫氧化鈉以及碳酸鈉，主要目的是將廢水中鎂離子、鈣離子、鎂離子等經(jīng)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物，然后經(jīng)錯(cuò)流式管式微濾膜替代傳統(tǒng)意義上的澄清以及過濾，經(jīng)微濾膜對(duì)廢水中沉淀物進(jìn)行分離，出水進(jìn)入膜濃縮處理系統(tǒng)中作為進(jìn)水直接使用。

圖2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式膜工藝路線

為選擇最佳預(yù)處理工藝技術(shù)方案，筆者從出水水質(zhì)、水質(zhì)適應(yīng)性、操作環(huán)境、占地面積、技術(shù)成熟度以及國(guó)產(chǎn)化程度等方面，綜合對(duì)比以上工藝技術(shù)方案，對(duì)比結(jié)果如表1所示。氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式膜工藝在脫硫廢水零排放預(yù)處理環(huán)節(jié)中的綜合應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著，值得廣泛應(yīng)用。

表1 工藝技術(shù)方案綜合對(duì)比

4 脫硫廢水零排放膜濃縮工藝分析

在脫硫廢水經(jīng)預(yù)處理后，人們可利用膜濃縮單元處理的方式以實(shí)現(xiàn)減量化目的，膜處理工藝中所產(chǎn)生廢水可直接作為燃煤電廠脫硫工藝補(bǔ)充進(jìn)水，濃水部分則可進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)中進(jìn)一步處理。目前，燃煤電廠脫硫廢水膜濃縮環(huán)節(jié)中常見的工藝技術(shù)方案包括特殊流道反滲透技術(shù)、碟管式反滲透技術(shù)、正滲透技術(shù)以及高效反滲透技術(shù)等。

反滲透膜濃縮工藝技術(shù)采用卷式膜進(jìn)行處理，壓力等級(jí)為8.3 MPa，對(duì)高鹽分廢水濃縮有良好適應(yīng)性，抗污堵性良好，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，兼具工程造價(jià)低廉以及運(yùn)行能耗較低的優(yōu)勢(shì)。

碟管式反滲透膜濃縮工藝技術(shù)采用碟片式膜進(jìn)行處理，壓力等級(jí)為7.5 MPa、9.0 MPa、12.0 MPa、16.0 MPa，對(duì)高鹽分以及高濃度廢水濃縮有良好適應(yīng)性，也可在回收垃圾滲濾液中使用，抗污堵性良好，技術(shù)成熟，操作簡(jiǎn)單，但在實(shí)際使用中清洗維護(hù)周期長(zhǎng)，工程造價(jià)偏高，能耗較高。

高效反滲透工藝技術(shù)采用常規(guī)反滲透膜進(jìn)行處理，對(duì)低鹽含量廢水的濃縮減量回收有良好適應(yīng)性，抗污堵性良好，技術(shù)成熟，操作相對(duì)復(fù)雜且預(yù)處理流程較長(zhǎng)，日常維護(hù)難度較大，并且工程造價(jià)偏高，能耗較高。

正滲透工藝技術(shù)采用正滲透專用膜進(jìn)行處理，壓力等級(jí)為常壓，對(duì)高鹽分以及高濃度廢水減量化處理有良好適應(yīng)性，抗污堵性良好，但技術(shù)成熟度一般，操作流程相對(duì)復(fù)雜，工程造價(jià)較高，運(yùn)行能耗較低。

5 結(jié)語

本文以燃煤電廠脫硫污水零排放技術(shù)為研究對(duì)象，在分析燃煤電廠脫硫廢水水質(zhì)特征以及零排放難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，就脫硫廢水零排放技術(shù)及其關(guān)鍵工藝路線進(jìn)行研究，通過對(duì)各環(huán)節(jié)工藝技術(shù)的綜合比選，采用加藥軟化預(yù)處理-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)的技術(shù)路線對(duì)脫硫廢水進(jìn)行處理，可以作為工程項(xiàng)目可行性的工藝方案。

1 劉 勇，趙 汶，劉 瑞，等.化學(xué)團(tuán)聚促進(jìn)電除塵脫除PM2.5的實(shí)驗(yàn)研究[J].化工學(xué)報(bào)，2014，（9）：3609-3616.

2 邵國(guó)華，方 棣.電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術(shù)的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2016，36（8）：109-112.

3 張子敬，汪建文，高 藝，等.燃煤電廠脫硫廢水煙氣蒸發(fā)特性流場(chǎng)模擬[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40（3）：678-683.

4 劉 暢，趙 虹，滕衛(wèi)明，等.n（Na+）/n（Cl-）對(duì)煙氣脫氯及脫硫廢水零排放的影響[J].煤炭轉(zhuǎn)化，2017，40（3）：70-75.

5 劉海洋，江澄宇，谷小兵，等.燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境工程，2016，34（4）：33-36.41.

6 吳優(yōu)福，劉 捷，海玉琰，等.超超臨界1 000 MW機(jī)組脫硫廢水零排放技術(shù)[J].熱力發(fā)電，2017，46（5）：108-114.