脫硫廢水零排放方案選擇及工藝介紹

摘 要：介紹了燃煤機組運行中，煙氣脫硫過程中產生的脫硫廢水的性質和特征，脫硫廢水主要處理方案的工藝技術比較，預處理系統、膜系統、蒸發結晶系統的優化選擇，提出了脫硫廢水零排放工藝技術方案。

關鍵詞：脫硫廢水； 處理工藝； 蒸發結晶； 零排放

1概述

某2×350MW燃煤機組，脫硫工藝水采用機組循環水排污水和鍋爐補給水處理系統反滲透濃水。脫硫廢水來源于煙氣濕法脫硫過程中吸收塔排放的部分廢水，吸收塔中的漿液在不斷循環的過程中，會逐漸富集固體懸浮物、微量重金屬元素、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽、氯化物等雜質。為了維持脫硫裝置漿液循環系統物質的平衡和保證石膏質量，必須從系統中排放一定量的廢水來降低雜質濃度，而雜質中許多物質為國家環保標準中要求嚴格控制的第一類污染物，廢水處理不當勢必給環境造成嚴重污染，因此脫硫廢水零排放是必然選擇。

2 脫硫廢水的性質和特征

脫硫廢水的性質和特征主要為：

1）脫硫廢水的pH值較低，一般為4～6.5，呈酸性，與漿液的pH相同或略高。

2）含大量的懸浮物，主要為石膏顆粒、SiO2、鋁和鐵的氫氧化物，懸浮物質量分數通常為8000～14300mg/L。

3）化學耗氧量（COD）通常為140～420mg/L。

4）含有大量的Cl-、SO42-、F-等陰離子。

5）含有微量的重金屬離子。一般含汞、鉛、鎳、鋅等重金屬以及砷、氟等非金屬污染物。

3脫硫廢水水質及處理后水質要求

3.1脫硫廢水零排放系統設計來水水質

3.2脫硫廢水及零排放系統產水要求

4 脫硫廢水處理系統主要處理工藝技術比較

4.1 物理化學法：除硬、除濁處理

物化法工藝主要針對pH值、懸浮物、沉淀物及部分重金屬這些超標項目進行處理。通過曝氣、氧化、中和、沉淀、絮凝等方法去除脫硫廢水中的污染物。

物化法脫硫廢水處理主要由廢水處理、污泥處理和加藥處理等三個系統組成，包括均質、中和、沉降、絮凝、濃縮澄清等幾個工序，主要設備有pH調節箱、反應箱、絮凝箱、澄清池、凈水箱、污泥脫水機、水泵、攪拌器、刮泥機、化學藥品貯存及加藥裝置等，化學藥劑根據廢水流量及性質自動投加。

經物理化學法處理后的廢水Cl-含量通常會達到10000-2000mg/L，不會降低。由于高濃度的Cl-對設備的腐蝕很嚴重，利用難度很大，只能復用到灰場調濕等，難以真正做到重復利用不外排，因此此工藝一般不再單獨采用。

4.2 反滲透濃縮法

該方法是利用反滲透膜技術對脫硫廢水進一步濃縮以減少外排水量。根據脫硫廢水水質特點，在去除水中顆粒、硬度后，可通過反滲透系統對脫硫廢水脫鹽處理，只有約30～40%的清水可以回收利用，但60～70%的反滲透濃水因進一步濃縮而導致含鹽量進一步提高而只能復用到灰場調濕等。難以真正做到重復利用不外排。

4.3 蒸發濃縮法

該工藝為先加入堿液，調整廢水pH值，再進入蒸發系統。蒸發系統主要分為四個部分：熱輸入部分，熱回收部分、排熱部分、附屬系統部分。在鹽水加熱器內，低壓蒸汽與在熱交換管內流動的循環鹽水進行熱交換，將循環鹽水加熱沸騰，經過鹽水加熱器加熱沸騰的鹽水依次流過各個閃蒸室并在每個閃蒸室底部進行閃蒸，蒸發出的水蒸汽通過除霧器，與安裝在蒸發器上部的熱交換管進行熱交換，并冷凝下來。在熱回收部分，通過逐級提升熱交換管內循環鹽水的溫度來回收凝結蒸汽的汽化潛熱；這樣可以獲得更高的熱效率。每級所得蒸汽凝結水由安裝在熱交換管下端的蒸餾水托盤收集起來并依次流到下一級蒸餾水托盤最終匯成淡水。在排熱部分，為了使排放出的濃鹽水溫度和環境溫度之差控制在8-10℃之間，由注入排熱部分的新鮮廢水進行冷卻。其中一部分廢水經過除氣后進入到排熱部分與此部分閃蒸后的濃鹽水進行混合后，通過鹽水循環泵再輸送到熱回收部分進行再循環。

經過上述蒸發濃縮處理，40～45%的蒸餾水可至回用水池回用，但仍有55～60%左右的高濃鹽水排出，無合適的回用點復用。

4.4 煙道氣蒸發工藝

廢水煙道氣蒸發工藝是將脫硫廢水霧化后噴入空氣預熱器和電除塵器間的煙道，利用熱煙氣使廢水完全蒸發，廢水中的污染物轉化為結晶物或鹽類等固體，隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集下來，從而除去污染物，實現污水的零排放。該技術常見的問題是噴嘴結垢、堵塞，煙道壁結垢、積灰，另外處理水量不大，不能完全消化全部脫硫廢水。

4.5 蒸發結晶干燥處理

蒸發結晶干燥處理是先將經脫硫廢水混凝澄清過濾處理后，成為清潔水，再經加熱、濃縮、蒸發、干燥、霧化等，鹽水被干燥成為粉末，干鹽粉收集后工業化利用，除鹽水收集后回用的工藝。

要做到真正意義上的廢水零排放，廢水采用蒸發結晶干燥處理工藝是最佳選擇。蒸發結晶單元根據能源結構可采用多效蒸發結晶工藝或者機械蒸汽壓縮蒸發結晶工藝。機械蒸汽壓縮結晶技術是利用蒸汽壓縮機，將廢水蒸發的低參數二次蒸汽提升為高參數蒸汽，也就是將電能轉化為熱能，再用來加熱廢水，換熱后的冷凝水回用。電耗約為：40kwh/m3，蒸汽只是啟動及干燥器部分需少量蒸汽。

四校蒸發結晶技術是用高參數新蒸汽加熱第一效蒸發器，新蒸汽冷凝水返回電廠疏水箱，一效二次蒸汽用來加熱二效蒸發器，以此類推，直至四效，四效蒸發器二次汽通過冷凝器冷凝，所有二次汽冷凝水做到回用。整套系統傳熱推動力依靠新蒸汽與真空泵之間的飽和蒸汽對應的溫差。飽和蒸汽約0.29t/m3，總電耗15kwh/m3。綜合燃煤電廠蒸汽和電價情況，蒸發結晶單元采用機械蒸汽壓縮蒸發結晶工藝，實現脫硫廢水真正的零排放。

5 脫硫廢水零排放水處理蒸發系統的選擇

根據以上脫硫廢水處理工藝的比較，結合工程實際情況，采用預處理軟化+納濾分鹽+膜濃縮+蒸發結晶處理工藝

5.1 脫硫廢水零排放工藝流程

脫硫廢水進入調節池→雙堿法預處理裝置→管式微濾膜裝置→納濾分鹽→膜濃縮減量裝置（RO）→反滲透濃水進入MVR蒸發濃縮結晶裝置構成。

5.2 預處理軟化單元

5.2.1采用“兩級混凝沉淀”工藝，為實現除濁除硬而又不引入新的鈣離子除濁采用PAC、PAM藥劑，除硬采用氫氧化鈉、碳酸鈉加藥；澄清設備采用機械澄清池，其對水量、水中離子濃度變化適應性強，處理效果穩定，處理效率高。經過預處理軟化單元去除脫硫廢水中的懸浮物、重金屬、硬度等雜質離子，確保后續膜濃縮單元的連續、穩定運行。

5.2.2管式微濾膜單元。

經兩級軟化的廢水通過泵送入管式微濾系統，在壓力和速度的驅使下，廢水通過管式微濾膜以錯流過濾的方式，使懸浮固體物質與液體分離。管式微濾系統采用內壓式固液分離，管內流速較高，顆粒不易積存在膜表面，清洗后通量幾乎可以恢復到100%，并且壽命較長，出水直接進入反滲透系統，可以取代傳統的沉淀-過濾-超濾系統。無需投加藥劑過濾后出水清澈不夾帶微細懸浮物，濁度可達1.0NTU。

5.3膜濃縮減量單元

5.3.1納濾分鹽

由于納濾膜對COD 具有有較高的耐受性，在化學軟化工藝后采用納濾-反滲透處理工藝。廢水通過納濾處理可以截留廢水中的大部分二價離子和部分一價離子，起到預濃縮的作用，同時產水的含鹽量以及鈣、鎂等易結垢組分含量明顯降低，有助于提高后續反滲透處理工藝的回收率以及運行穩定性，提高結晶鹽的品質。如果納濾產進入海水淡化膜，采用RO膜進一步進行減量。納濾濃水回到前池，硫酸根可通過形成硫酸鈣（石膏）回收去除，不需要得到硫酸鈉的結晶鹽。

5.3.2反滲透（RO）濃縮。反滲透膜濃縮單元50%左右產水（TDS<500mg/l）進入回用水池回收利用，50%左右的濃縮液（TDS>100000mg/l）進入后續蒸發系統蒸發結晶，這樣減少了廢水量，降低蒸發結晶裝置投資費用，減少處理成本投入。

5.4蒸發結晶單元。機械蒸汽再壓縮蒸發結晶技術適用于高鹽廢水的濃縮和結晶，常用的為降膜式機械蒸汽再壓縮蒸發結晶系統，由蒸發器和結晶器兩單元組成。濃水經濃水泵提升，送到機械蒸汽再壓縮蒸發器中進行濃縮。經蒸發器濃縮之后，濃鹽水再送到強制循環結晶器系統進行進一步濃縮結晶，將水中高含量的鹽分結晶成固體，出水回用，固體鹽分經離心分離、干燥處理后由打包封裝，達到《GB/T5462-2003工業鹽》標準所規定的精制工業鹽二級標準，實現固體廢物的綜合利用和減量處置。

6 結論

通過對多種脫硫廢水處理方式的對比，經優化比選，認為本工程脫硫廢水零排放系統采用采用兩級軟化+微管過濾+分鹽+濃縮+蒸發結晶的方式處理脫硫廢水，可以做到真正意義上的全廠廢水“零排放”，適合于火電廠脫硫裝置廢水的處理和利用，符合節能環保的要求。

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作者簡介：

冀納新 大唐保定熱電廠工程管理部化學主管。（1968-），助理工程師，主要從事電廠化學運行技術管理工作。