脫硫廢水常規處理及零排放工藝介紹

姚遠(博天環境集團股份有限公司， 上海 200000)

脫硫廢水常規處理及零排放工藝介紹

姚遠(博天環境集團股份有限公司， 上海 200000)

我國是個煤炭資源豐富的國家，當前燃煤發電在整個發電行業內占比超過了70%。而絕大多數的燃煤電廠采用“石灰石-石膏濕法脫硫工藝”對煙氣進行脫硫后，廢水中的SS和COD雖然能達到排放標準，但隨著國家和地方政府對廢水中含鹽量的要求越來越嚴格，導致這部分水無法直接外排。同時，由于廢水中的TDS以及氯根離子含量高，若不加處理也無法直接進入系統中回用。如何處理好這最后一部分水成為了阻礙企業發展的當務之急。本文重點介紹了脫硫廢水水質特點以及常用處理工藝方法。

脫硫廢水；處理工藝；零排放

1 脫硫廢水概述

1.1 脫硫廢水的水質特點及常規處理工藝

典型熱電廠脫硫廢水中一般含有大量的鹽分、硫酸根離子、重金屬離子及氯化物，并含有難處理的COD等，pH值一般在5～6之間，水質呈弱酸性。處理時需要在水中加入Ca(OH)2，將pH值調節到8.5～9.0之間，使得重金屬離子(如銅、鐵、鎳、鉻和鉛)生成氫氧化物沉淀；同時反應過程中還會生成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物，以分離氯根離子、氟化物、亞硝酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質；對于汞、銅等重金屬，目前普遍采用15%TMT溶液替代Na2S來將其沉淀出來。

1.2 脫硫廢水處理難點

從脫硫廢水常規處理工藝中可以看出：預處理工藝中添加了大量的熟石灰，會導致水中硬度離子含量較高，且水中殘留有高濃度的SO42-、Cl-，屬于典型的高含鹽廢水。水中硬度離子含量高會導致處理設備結垢污堵，Cl-離子含量高會對設備、管道產生嚴重腐蝕。

其次，脫硫廢水水質成分復雜，污染物超標嚴重，水中鎘、汞、硫化物、氟化物含量高。

另外，脫硫廢水受燃煤品種、脫硫工藝、吸收劑等多種因素影響，水質變化較大。

1.3 脫硫廢水排放標準滯后與現實環保要求

脫硫廢水水質控制的行業標準：DL/T997－2006《火電廠石灰石－石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》，其對脫硫廢水中總汞、總鉻、總鎘、總鉛、總鎳、懸浮物等指標進行了限制，但是總體標準偏低，如汞的最高排放限值為0.05mg/L，同時也沒有對Cl-的排放濃度進行限制。而目前火電廠的廢水排放是按照GB8978- 1996《污水綜合排放標準》進行控制的，但該標準規定的控制項目和指標也不能完全適用于脫硫廢水。

2015 年4 月16 日，國務院發布《水污染防治行動計劃》，強調將強化對各類水污染的治理力度，脫硫廢水因成分復雜、含有重金屬引起業界關注。目前行業內工程案例基本上都是：利用濃縮工藝對脫硫廢水減量化處理，產水回用循環水系統，濃縮水進入蒸發器結晶生成固態鹽。從而實現脫硫廢水“零排放”的目標。

2 、脫硫廢水“零排放”常規處理工藝介紹

2.1 預處理工藝系統

經三聯箱處理后的脫硫廢水中硬度離子含量很高，若不加處理會對后續設備及管道造成嚴重的污堵，所以在預處理時常會采用“pH調節＋混凝+沉淀”的處理工藝降低水中鈣鎂離子的含量。

首先在pH調節池中將進水調整至9.0～10.0，將Mg 硬度轉換為鈣硬度。然后在混凝池中分別加入碳酸鈉藥劑，可以有效的將水中的硬度離子降低至1～2mmol/L。再投加PAM藥劑，通過絮凝、沉淀工藝將無機泥排出。處理后的水進入濃縮工藝段進一步處理。

2.2 濃縮減量工藝系統

零排放工藝的最終目標是將水送至蒸發器中結晶，但由于蒸發器造價高昂，且運行費用高，所以最大限度的將廢水減量是本工藝段的主要目標。

(1)反滲透工藝(預濃縮工藝—不分鹽)

反滲透工藝是利用半透膜的原理，通過在高濃度側施加壓力將水和鹽分離出來。系統回收率通常可以設計在70%～80%之間，產出的干凈水由于離子含量低，可以回用到工業系統中。而反滲透膜截留下的有機物、膠體和無機鹽由濃水側排至濃水收集水箱，后續進入高效濃縮工藝單元進一步處理。

反滲透法制取除鹽水是一個物理過程，所以比離子交換法環保。同時處理過程簡單，易操作，自動程度化高，人工干預量小，同時系統的管理與維護簡單。

(2)納濾工藝(預濃縮工藝-分鹽)

納濾膜元件是一種特殊分離膜品種，原理與反滲透類似，其截留特性介于超濾與反滲透之間。因此，納濾膜元件對水中溶解的小分子有機物有很高的脫除率，同時納濾膜元件對水溶液中的離子也有一定的脫除率(一般在20%～98%之間)。主要是對二價及以上的高價離子去除率較高，而一價離子則沒有什么去除效果，適合進行分鹽處理設計。由于納濾的產水中一階離子含量高，而濃水中二階離子含量高。由此可以把NaCl和Na2SO4分開，在蒸發結晶時得到較高純度的結晶鹽。

(3)DTRO工藝(再濃縮工藝)

脫硫廢水經過預處理和反滲透濃縮后，殘留廢水還會剩下20%～30%。水中的TDS一般也會達到3萬～4萬mg/L，此時選擇普通的反滲透系統將無法進一步對水濃縮減量。

DT膜組件構造與傳統的卷式膜截然不同。它最高可選用120bar的給水壓力對濃水進一步濃縮。它采用開放式流道，料液進入導流盤中，以最短的距離快速流經過濾膜，然后180釆逆轉到另一膜面，再從導流盤中心的槽口流入到下一個導流盤，從而在膜表面形成由導流盤圓周到圓中心，再到圓周，再到圓中心的雙”S”形路線。這種特殊的水力學設計使處理液在壓力作用下流經濾膜表面遇凸點碰撞時形成湍流，增加透過速率和自清洗功能，從而有效地避免了膜堵塞和濃度極化現象，成功地延長了膜片的使用壽命；

經過DTRO再濃縮工藝后，廢水量通常只是原來的5%～10%(視水中TDS含量決定)，此時由于水中TDS含量高達12萬～16萬，可以送至蒸發工藝單元結晶處理。

2.3 蒸發結晶工藝系統

(1)多效蒸發器

原料液首先經過換熱器預熱后進入蒸發器進行蒸發濃縮，溶液在一效蒸發器內受熱蒸發，氣液混合物在結晶分離器內進行氣液分離。一效分離室內部分物料在循環泵的作用下通過液位自動控制系統進入一效循環管，部分物料在轉料泵的作用下進入二效分離器。二效分離室內部分物料在循環泵的作用下通過液位自動控制系統進入二效循環管，部分物料在轉料泵的作用下進入三效分離器，依次遞進。當蒸發達到一定濃度后出現大量晶體，出料后進入稠厚器增濃，然后進離心機進行固液分離，母液返回蒸發器重新蒸發。

(2)機械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發器

機械式蒸汽再壓縮(MVR)蒸發器，其原理是利用高能效蒸汽壓縮機壓縮蒸發產生的二次蒸汽，把電能轉換成熱能，提高二次蒸汽的焓，被提高熱能的二次蒸汽打入蒸發室進行加熱，以達到循環利用二次蒸汽已有的熱能，從而可以不需要外部鮮蒸汽，通過蒸發器自循環來實現蒸發濃縮的目的。通過PLC、工業計算機(FA)、組態等形式來控制系統溫度、壓力、馬達轉速，保持系統蒸發平衡。從理論上來看，使用MVR蒸發器比傳多效蒸發器節省80%以上的能源，節省90%以上的冷凝水，減少50%以上的占地面積。

蒸發結晶工藝系統屬于“零排放”裝置的末端系統，在處理過程中會耗費廠區內的電量和廠區內的水蒸汽，系統的運行成本和建設成本較高。而且蒸發器在運行時會排出一定量的循環母液，不能做到100%的“零排放”。蒸發結晶單元產生的結晶鹽為工業用鹽，鹽中含有一定量的雜質，行業內對廢水結晶鹽的用途還有爭論，目前大多是自我消化處理。

3 脫硫廢水其它處理工藝介紹

3.1 高溫煙道蒸發工藝

高溫煙道蒸發工藝流程：將脫硫廢水輸送到空氣預熱器后的煙道，對脫硫廢水進行霧化處理。霧化后的廢水在煙道內進行蒸發，雜質以固體物質的形式進入除塵設備進行處理。除塵設備將顆粒進行捕捉后隨灰一起外排。該方法在發達國家擁有較多應用案例，具有運行成本低，需要新增設備少等優點。

3.2 水力排渣系統外排工藝

水力排渣系統外排工藝流程：經常規處理后的廢水進入廠區的排渣系統，廢水中的重金屬和雜質與渣水(呈堿性)發生反應。發生反應后，渣水可以過濾掉廢水中的雜質以及重金屬物質。另一方面，廢水可以對渣水排放系統起到水量補充作用，節省排渣系統的用水量。其特點是：不需要對原除灰系統進行改造，投資成本低，運行維護簡單。但由于受到排渣方式的限制并不適用所有電廠。

4 “零排放”工藝的結論與建議

(1)在常規工藝的基礎上，增加脫硫廢水蒸發結晶設備，不僅可以實現脫硫廢水的零排放，凈化后的廢水可回用，有一定的經濟效益。但是該技術運行成本較高，后期維護較為復雜。總體上看脫硫廢水“零排放”的社會意義及環保意義遠大于經濟意義。

(2)高溫煙道蒸發工藝：目前對此工藝的研究較多，但國內運用成功的例子并不是很多，主要是因為各個電廠的脫硫廢水的水質和煙道溫度不一樣，且該工藝不能完全解決管道腐蝕，除塵器結垢，以及煙氣排放溫度過低等問題。

5 結語

本文對脫硫廢水零排放工藝進行了簡要介紹。雖然當前脫硫廢水常規處理工藝已經得到普及應用，但想要實現廢水的“零排放”，還要加大對現有工藝的完善和更新，才能找到一條兼顧生態效益和經濟效益的道路。

[1]沈榮澍,代厚兵,楊韋.脫硫廢水常規處理及零排放技術綜述[J].鍋爐制造,2013,02:44-47.

[2]馬越,劉憲斌.脫硫廢水零排放深度處理的工藝分析[J].科技與創新,2015,18:12-13.