脫硫廢水零排放技術與工藝路線研究

史宇濤

（中電環保股份有限公司，南京 210002）

現階段，在實際運行中，燃煤電廠廣泛選用石灰石-石膏濕法進行煙氣脫硫。在此工藝實施過程中，脫硫吸收塔內漿液循環反復使用，導致內部可溶鹽漿液持續濃縮。因此，為了維持整個煙氣脫硫系統內氯離子的平衡關系，確保脫硫性能，人們必須根據工藝要求不斷補充漿液。在這一過程中，脫硫系統會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、硫酸鹽、懸浮物以及亞硫酸鹽。當前，常規處理方法難以使燃煤電廠所產生脫硫廢水的排放符合規范要求。如何滿足環保要求，實現高含鹽脫硫廢水的零排放，已成為目前業內人士共同關注的一項課題。

1 脫硫廢水水質特征及零排放難點

目前，燃煤電廠多采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝。在系統實際運行過程中，為了確保脫硫裝置漿液循環系統中的物料平衡，確保石膏質量，改善煙氣質量，人們必須經脫硫系統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、氟化物嚴重超標，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因工藝補充水水質、污水排放周期、煤種等相關因素的影響而產生一定改變。同時，燃煤電廠脫硫廢水多為間斷式排放，水量波動區間較大，廢水水體硬度偏高，導致蒸發系統容易出現結垢、腐蝕等問題。如何克服上述問題，實現脫硫廢水的合理應用已成為目前業內人員高度關注的課題之一。

對于燃煤電廠深度處理系統而言，進水段雖然經過脫硫廢水處理系統處理，在一定程度上降低了進水鈣硬度以及懸浮物，但仍然難以實現脫硫廢水的零排放。除此以外，燃煤電廠脫硫廢水內存在大量氯離子，溶解性固體所占比例較高，可能導致深度處理系統在實際運行中出現結垢等問題，直接影響系統運行的穩定性，以上問題都必須在脫硫廢水零排放技術研究中加以重視。

2 脫硫廢水零排放技術分析

2.1 預處理-傳統蒸發結晶技術

選用碳酸鈉、有機硫、重力沉降以及絮凝劑等藥劑投加至脫硫廢水中進行預處理，能夠將脫硫廢水中大量懸浮物、重金屬等結垢物質加以去除，在此基礎上通過多效蒸發器或機械蒸汽再壓縮蒸發器處理進行蒸發結晶，所生成冷凝水可直接回用，結晶鹽則另行處理。當前，國內已經在部分600 MW及以上燃煤電廠中實現了對預處理-傳統蒸發結晶技術的應用，系統處理量可達到22 m3/h，從而實現脫硫廢水零排放的目的。

2.2 預處理-膜濃縮-傳統蒸發結晶技術

選用碳酸鈉、有機硫、重力沉降以及絮凝劑等有關材料投加至脫硫廢水中進行預處理，能夠將脫硫廢水中大量懸浮物、重金屬等結垢物質加以去除，在此基礎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對經預處理后的脫硫廢水進行濃縮減量處理，其中淡水部分可直接回用，濃水部分則通過多效蒸發器或機械蒸汽再壓縮蒸發器處理進行蒸發結晶，所生成冷凝水可直接回用，結晶鹽則另行處理。整套處理技術在燃煤電廠脫硫廢水處理領域應用廣泛，相較于前述工藝技術而言增加了膜濃縮減量單元，不但技術成熟，而且能夠顯著減少終端蒸發廢水量，降低系統投資費用。目前，國內部分電廠已將該工藝技術投入使用，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

此項技術是指將燃煤電廠運行過程中所產生脫硫廢水經泵送方式傳輸至除塵器前煙道，經壓縮空氣處理通過霧化噴頭將脫硫廢水進行霧化反應，借助于煙氣溫度的方式使霧滴逐步蒸干，由除塵器對脫硫廢水中各種固體進行收集。整套工藝技術具有流程簡單、投資較低、維護費用較少等優勢，但國內針對該技術的應用尚處于試驗階段，有關煙道腐蝕、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一步驗證。

3 脫硫廢水零排放預處理工藝分析

燃煤電廠脫硫廢水雖然已經經過三聯箱加藥沉淀處理，但廢水內仍然含有較高的懸浮物、鈣離子、鎂離子、硫酸根等，這對于后續膜處理工藝的運行而言是非常不利的。因此，為了實現燃煤電廠脫硫廢水的零排放，人們必須重視軟化預處理方面的問題，以確保經預處理后的脫硫廢水能夠符合膜處理進水水質要求。在當前技術條件支持下，燃煤電廠脫硫廢水的軟化預處理技術主要有兩種。

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-過濾器工藝技術方案對脫硫廢水進行預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出水依次進入反應池1以及反應池2中，在兩個反應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、鈣離子等經化學反應生成沉淀物，然后在沉淀池中進行固液分離，經沉淀后上層清液可經過濾器及超濾進行過濾處理，出水進入膜濃縮處理系統中作為進水直接使用。

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-管式膜工藝技術方案對脫硫廢水進行預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出水依次進入反應池1以及反應池2中，在兩個反應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、鎂離子等經化學反應生成沉淀物，然后經錯流式管式微濾膜替代傳統意義上的澄清以及過濾，經微濾膜對廢水中沉淀物進行分離，出水進入膜濃縮處理系統中作為進水直接使用。

圖2 氫氧化鈉-碳酸鈉軟化-管式膜工藝路線

為選擇最佳預處理工藝技術方案，筆者從出水水質、水質適應性、操作環境、占地面積、技術成熟度以及國產化程度等方面，綜合對比以上工藝技術方案，對比結果如表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處理環節中的綜合應用優勢顯著，值得廣泛應用。

表1 工藝技術方案綜合對比

4 脫硫廢水零排放膜濃縮工藝分析

在脫硫廢水經預處理后，人們可利用膜濃縮單元處理的方式以實現減量化目的，膜處理工藝中所產生廢水可直接作為燃煤電廠脫硫工藝補充進水，濃水部分則可進入蒸發結晶系統中進一步處理。目前，燃煤電廠脫硫廢水膜濃縮環節中常見的工藝技術方案包括特殊流道反滲透技術、碟管式反滲透技術、正滲透技術以及高效反滲透技術等。

反滲透膜濃縮工藝技術采用卷式膜進行處理，壓力等級為8.3 MPa，對高鹽分廢水濃縮有良好適應性，抗污堵性良好，技術成熟，操作簡單，兼具工程造價低廉以及運行能耗較低的優勢。

碟管式反滲透膜濃縮工藝技術采用碟片式膜進行處理，壓力等級為7.5 MPa、9.0 MPa、12.0 MPa、16.0 MPa，對高鹽分以及高濃度廢水濃縮有良好適應性，也可在回收垃圾滲濾液中使用，抗污堵性良好，技術成熟，操作簡單，但在實際使用中清洗維護周期長，工程造價偏高，能耗較高。

高效反滲透工藝技術采用常規反滲透膜進行處理，對低鹽含量廢水的濃縮減量回收有良好適應性，抗污堵性良好，技術成熟，操作相對復雜且預處理流程較長，日常維護難度較大，并且工程造價偏高，能耗較高。

正滲透工藝技術采用正滲透專用膜進行處理，壓力等級為常壓，對高鹽分以及高濃度廢水減量化處理有良好適應性，抗污堵性良好，但技術成熟度一般，操作流程相對復雜，工程造價較高，運行能耗較低。

5 結語

本文以燃煤電廠脫硫污水零排放技術為研究對象，在分析燃煤電廠脫硫廢水水質特征以及零排放難點的基礎上，就脫硫廢水零排放技術及其關鍵工藝路線進行研究，通過對各環節工藝技術的綜合比選，采用加藥軟化預處理-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機械蒸汽再壓縮蒸發的技術路線對脫硫廢水進行處理，可以作為工程項目可行性的工藝方案。

1 劉 勇，趙 汶，劉 瑞，等.化學團聚促進電除塵脫除PM2.5的實驗研究[J].化工學報，2014，（9）：3609-3616.

2 邵國華，方 棣.電廠脫硫廢水正滲透膜濃縮零排放技術的應用[J].工業水處理，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特性流場模擬[J].煤炭學報，2015，40（3）：678-683.

4 劉 暢，趙 虹，滕衛明，等.n（Na+）/n（Cl-）對煙氣脫氯及脫硫廢水零排放的影響[J].煤炭轉化，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進展[J].環境工程，2016，34（4）：33-36.41.

6 吳優福，劉 捷，海玉琰，等.超超臨界1 000 MW機組脫硫廢水零排放技術[J].熱力發電，2017，46（5）：108-114.