淺析燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與運用

蔡竟

【摘 要】煤炭是我國目前使用最多的化石能源，煤炭燃燒過程中會產生一些污染氣體，如SO2等，故需對其進行脫除處理，脫除后的廢水中會含有硫的成分，導致污水不能達標排放。我國是全球最大的煤炭消費國，短期內以煤炭為主的能源結構不會改變。當前，世界經濟持續(xù)向電氣化發(fā)展，用于發(fā)電的能源占比逐年上升。我國目前仍主要采用燃煤方式發(fā)電，2016年，火力發(fā)電占全國整個發(fā)電行業(yè)的71.6%，其中91.1%的火力發(fā)電量由煤炭燃燒發(fā)電提供。

【關鍵詞】燃煤電廠；脫硫廢水；處理技術

引言

我國是一個以火力發(fā)電為主的國家，2017年煤電發(fā)電量38803億千瓦時，占全國發(fā)電量的60.5%。由此可見，燃煤發(fā)電仍然是我國發(fā)電的主體方式，燃煤發(fā)電會產生大量的SO2和粉塵，且SO2是造成酸雨的主要大氣污染物，因此需要對燃煤電廠所排放的煙塵進行嚴格控制。我國常用的脫硫技術是濕法中的石灰石—石膏法，該工藝是脫硫技術中最成熟的工藝，具有脫硫效率高、脫硫反應速度快、運行成本低、石膏利用效率高等優(yōu)點。但此工藝所產生的廢水水質成分復雜，直接排放會對周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。因此，本文對脫硫廢水的來源、水質特點以及工藝進行綜述，重點將從脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝和深度處理技術對脫硫廢水進行探討。

1、脫硫廢水的危害分析

從燃煤電廠運行實際來說，脫硫廢水中含有主要危害物質，包括重金屬離子和鈣離子等，隨著設備的持續(xù)運轉，脫硫廢水水質會繼續(xù)惡化，程度較大，極易造成水污染。以石膏脫水系統(tǒng)為例，在實際運行的過程中，將10%～20%的石膏反應產物利用脫水機，排出系統(tǒng)，部分回經溢流箱，旋流后，將固體含量<1.2%的廢水，送到廢水系統(tǒng)排出。廢水的不達標排放，會造成水污染，長期以往，會造成不可逆轉的危害。當化學物質蒸發(fā)后，極易造成大氣污染問題，形成酸雨?；诖?，實現(xiàn)廢水零排放，有著重要的意義。

2、脫硫廢水特征與排放標準

脫硫廢水主要是石灰石-石膏濕法脫硫過程后的排放水。為維持脫硫工藝中漿液循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡，控制吸收塔漿池中的Cl-、F-等惰性物質的濃度，保證脫硫效率與石膏品質，維持脫硫系統(tǒng)連續(xù)高效運行，需從脫硫系統(tǒng)中排出一定量的高鹽度脫硫廢水。脫硫廢水的出水量大、水質波動性強、成分復雜，是整個電廠系統(tǒng)排出的最難處理的廢水。脫硫廢水的水質有如下特點：排水溫度范圍在40～50℃；呈弱酸性，pH值變化范圍為4～6；溶解性總固體（TDS）高達10000～60000mg/L；懸浮物（SS）含量高，導致水硬度高、易結垢；含鹽量高，一般在30000～60000mg/L，主要成分為Cl-、F-、BO3-、SO42-、SO32-、NO3-、NO2-等，其中氯化物濃度尤其高，腐蝕性強；重金屬種類多，有Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni、Cu、Zn、Co、Mn、Al、Fe等；化學需氧量（COD）大，通常在150～400mg/L。

電廠脫硫廢水主要來自于石膏脫水系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的排放水、水力旋流器的溢流水、皮帶過濾機的濾液等，水質與水量則取決于煤源、添加劑種類、補給水質、設備與操作條件等因素。雖然脫硫廢水中的重金屬濃度通常不高，卻是脫硫廢水的主要污染物，難以去除。廢水中的重金屬種類眾多，其中含有的Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni等為一類污染物。金屬種類主要取決于煤的品質，其中石灰石也是Ni、Zn、Al的重要來源。

3、脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的應用分析

某電廠采取石灰石—石膏法脫硫工藝對煙氣中的SO2氣體進行處理，其主要過程為：首先石灰石在在設備中被加工成粉末，粉末吸收工藝水，制成石灰石漿液，作為脫硫劑備用；脫硫劑在泵的作用下注入吸收塔的頂部，底部在引風機的作用下通入鍋爐煙道氣，在氣液逆流接觸過程中，脫硫劑吸收煙道氣中的SO2。在吸收SO2之前，為提高煙道氣和漿液充分接觸而添加的空氣噴嘴會源源不斷的向吸收塔內注入強制空氣，溶解在水中的SO2在空氣的作用下被氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-。漿液在酸性條件下會溶解生成鈣離子，Ca2+和SO4-接觸會生成CaSO4沉淀，然后將生成的產物用作建筑材料，通大量漿液接觸的煙氣經過吸收塔后水蒸氣達到飽和狀態(tài)，然后經過下游的煙氣加熱系統(tǒng)加熱升溫后排空。從而完成對煙道氣中硫的脫除和利用。（1）該燃煤廠使用的煤種為低硫燃煤，在廢水未處理前其pH為6.5～7.4，廢水呈現(xiàn)弱酸性，不能直接排放，而經過廢水處理后，其呈現(xiàn)中性。（2）脫硫廢水通過物理化學法處理后，硫化物、氟化物、As和SS處理效率達到90%左右，Hg處理效率30%～46.67%，有效去除了水污染物。（3）通過分析實踐可以看出，利用物理化學方法處理廢水的工藝可以有效地去除廢水中的污染物，處理后的廢水基本可以滿足電廠用水的水質要求，基本可以實現(xiàn)重復利用，不僅可以節(jié)約用水，另外還可以提升經濟效益。

4、脫硫廢水的深度處理工藝

4.1、膜分離技術

膜分離技術處理脫硫廢水的原理是通過具有選擇透過性的半透膜對廢水中的組分進行選擇性分離，從而降低廢水中污染物的濃度。在廢水處理上，懸浮固體、膠體等大分子物質會通過超濾被截留下來，而其中的無機鹽、有機物等小分子則是能直接通過，不能被去除。反滲透是一種有效的且常用的脫鹽技術，但也受污染物濃度、pH值以及溫度等的影響。對于微濾處理廢水，Enoch等人提出需要對廢水進行混凝沉淀預處理，然后再進行深度處理。處理結果表明，該方法對脫硫廢水處理效果好，能夠滿足廢水排放標準，且微濾膜法工藝流程簡單，操作方便。該方法還存在一些缺陷：鈣、鎂等易結垢物質易污染微濾膜，造成堵塞，微濾膜價格較高，利用此工藝處理脫硫廢水會大大增加工廠處理廢水的費用。

4.2、濕式電除塵及其廢水零排放技術

在脫硫塔后部煙道設置濕式電除塵器，使用金屬板臥式結構，設計雙室兩電廠，陰極線和陽極板使用316L材質。本體結構使用玻璃鱗片進行防腐，陽極總投影收塵面積為11742m2，比集塵面積總計15.9m2/（m3/s）。噴淋循環(huán)水量總計150m3/h，噴淋前利用清洗過濾器以及袋式保安過濾器，加入堿，進行pH調整。使用廢水處理以及復用系統(tǒng)，廢水經過處理后，再次用于脫硫系統(tǒng)，不排放出來。濕式電除塵器產生的廢水直接排放到頂澄清器開展物理沉降處理。經過沉降后，下部漿液直接排放到吸收塔集水坑，用于吸收塔液池，作為補充水。上部清水溢流到清水箱，經過過濾處理后，用作吸收塔除霧器沖洗水，實現(xiàn)水資源再利用。除霧器不足的沖洗水，使用脫硫系統(tǒng)工藝水補充。燃煤電廠脫硫工藝水，是工業(yè)廢水，pH值為9.0～9.5；電導550～650μS/cm；CI-濃度55～80mg/L。

4.3、蒸發(fā)結晶

一是多效蒸發(fā)結晶技術。經過預處理后的脫硫廢水經過換熱器預熱后，進入多級蒸發(fā)室進行蒸發(fā)濃縮，冷凝水收集后作為補給水回用，結晶分離出的鹽經干燥后外運。多效蒸發(fā)法系統(tǒng)回收率高，適用于COD較低的、鹽類溶解度對溫度變化敏感的廢水，對廢水中氯化物的分離效率較低。且此技術需要的處理設備多、建筑用地大、運行能耗大、投入成本高。二是機械蒸汽再壓縮技術。指通過降膜式機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（MVR蒸發(fā)器）將脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。利用MVR蒸發(fā)器分段蒸發(fā)脫硫廢水生產二次蒸汽，將二次蒸汽再壓縮轉換為熱能進行循環(huán)利用。此工藝的廢水回收利用率高，無廢液排放。MVR為單體蒸發(fā)器，集多效降膜蒸發(fā)器于一身，蒸發(fā)設備緊湊，占地面積小，投資成本低，節(jié)能環(huán)保。威立雅水務技術公司、通用電氣公司等都選用了立式降膜蒸發(fā)器進行脫硫廢水處理。

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（作者單位：廣東華電韶關熱電有限公司）