燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究與應用進展分析

劉維平

（長沙環境保護職業技術學院，長沙 410004）

我國煤炭資源豐富，人口眾多，目前仍主要依靠燃煤發電，而新能源如核能、風能和太陽能等清潔能源還遠遠不能滿足社會發展需求。現階段，煤炭在我國能源結構中依然占據很大的比例，而燃煤污染一直是急需解決的環境問題。燃煤煙氣成分復雜，污染物種類繁多，其中二氧化硫的排放尤為引人關注，其不僅能直接對生態系統造成危害，而且是引起酸雨、霧霾等危害的元兇。為了保護賴以生存的環境，人們需要對燃煤煙氣進行脫硫處理。

目前，我國絕大多數電廠采用石灰石濕法脫硫技術脫除煙氣中的二氧化硫，其間會產生大量脫硫廢水，其水質較為復雜，受燃煤品質、脫硫系統設計、石灰石品質、脫硫塔前污染物控制處理設備以及脫水處理設備等多種因素的影響，懸浮物、氯離子含量極高，一般呈弱酸性，成分復雜，污染物多，直接排放容易造成二次污染。2015年以來，隨著國務院《水污染行動計劃》的發布，脫硫廢水的處理標準被提升到了新高度，其排放標準被逐漸提高，處理工藝也越來越多元化。近年來，越來越多的學者致力于研究一種高效的方法，其中有較多新型技術被引入脫硫廢水處理中。本文全面介紹了燃煤電廠脫硫廢水處理技術的研究現狀與應用進展，系統分析了主要方法及其具體應用情況，以期為相關研究人員提供參考。

1 廢水來源及其特點

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術具有脫硫效率高、技術比較成熟、水質變化適應性強、設備布置方便等優點，已成為我國當前燃煤電廠煙氣脫硫的主要處理工藝。在煙氣脫硫過程中，由于煙氣成分復雜，煙氣中的氟離子和氯離子在漿液中溶解，會造成二者的濃度升高，一方面，氟離子與漿液中的鋁離子發生化學反應，對石灰石的溶解產生屏蔽作用，因此影響煙氣脫硫效率；另一方面，溶液中氯離子濃度的提高也會影響脫硫效率和石膏品質，還會腐蝕脫硫機組管道。為了保持高效穩定的脫硫過程，人們需要對溶液中氟離子和氯離子的含量進行控制，因此需要排出部分漿液。脫離廢水在電廠排出的廢水中占比很小，但是其中的含鹽量極高，污染物種類繁多，同時這些廢水硬度高，不能輕易進行排放，因此在燃煤電廠中，脫硫廢水的處理是件棘手的問題。

2 脫硫廢水處理技術

目前，我國的多數電廠設置了獨立的脫硫廢水處理系統，其應用的主要方法有化學沉淀法、吸附法、電絮凝法等。

2.1 化學沉淀法

大部分燃煤電廠使用化學沉淀法來處理脫硫廢水，該技術主要的原理是除去脫硫廢水中的重金屬化合物與雜質，其工作流程主要是通過對雜質進行氧化、中和、沉積、絮凝等方式對廢水進行處理來達到目的。化學沉淀工藝的流程如圖1所示。

圖1 化學沉淀工藝流程

在整個化學沉淀過程中，先把脫硫廢水引入調節池中，由于脫硫廢水呈酸性，進入中和池后加入石灰乳調節溶液的酸堿度，也可加入其他強堿類物質將溶液調節為堿性，一般調節的pH值范圍為9.0～9.5。這樣可以使多數重金屬離子以氫氧化物沉淀的形式從脫硫廢水中分離出來。通過中和反應，大多數重金屬離子會分離出來，但是部分離子如汞等很難從中分離，因此中和反應后的廢水進入反應池中，加入硫化物與其反應來沉淀汞金屬。為避免添加的試劑造成再次污染，硫化物質一般選用有機硫TMT-15[1-2]。化學沉淀反應后，將廢水引入絮凝池進行澄清，上層液體在經過酸堿度調節后可以達到排放標準。沉淀下來的污泥等雜質部分進入中和池進行二次處理，底層的雜質進行脫水、干燥處理。

化學沉淀法是使用最為普遍的一種方法，具有很多優點，石灰乳原料易得，價格低廉，工藝相對簡單，成本較低，實際操作步驟明確。但是，該方法也有一些缺點。例如，石灰乳在使用過程中容易沉淀下來堵塞管道，給反應池的清理帶來不便，容易影響工藝流程的進行。另外，整個流程需要用到的設備較多，步驟較多，前期建造成本較高。

2.2 吸附法

吸附法是脫硫廢水處理中常用的方法，可以把廢水中的離子較為完全地去除。在燃煤電廠的脫硫廢水處理中，很多學者采用這種方法。吸附法主要采用吸附劑來對廢水中的離子產生吸附力，選擇不同的吸附劑會對廢水中的離子產生不同的吸附作用，合適的吸附劑會高效地去除金屬離子，而且加入過量的吸附劑不會對廢水產生二次污染。吸附法對大多數離子的去除率可以至少達到80%，其具有很多優點，如運行成本低、工藝操作簡單、處理效率高、步驟少。金屬離子的去除是脫硫廢水處理的重要內容，由于廢水含鹽量極高，在使用吸附劑吸附金屬離子時，很多無機離子也會被吸附，容易導致金屬離子吸附率低。目前，吸附法還沒有廣泛用于燃煤電廠脫硫廢水處理中，還有待進一步的研究。要實現吸附法在脫硫廢水中的實際應用，人們需要對其不斷優化，如吸附劑的選擇、吸附劑所需要的條件、工藝流程和設備等[3]。

2.3 電絮凝法

電絮凝法是利用電化學原理，將其他化學反應結合起來的廢水處理方法。其間，陰極處水電解產生氫氣和OH-，陽極產生金屬陽離子，在電流的作用下，OH-和金屬陽離子發生反應，產生金屬陽離子的氫氧化物。電解產生的絮狀物具有很強的吸附能力，可以有效去除廢水中的有機離子等污染物。電解過程中產生的氫氣可以將絮體上浮，使其漂浮在溶液表面而分離。電絮凝法是人們提出的一種新型廢水處理方法，從理論上能夠高效地處理掉廢水中的大部分雜質。這種方法有很多優點，如建設成本低、占地面積小、廢水處理效率高等，因此人們對它不斷進行優化創新。但是，電絮凝法存在很多不足，如不能去除氯離子、耗能高，廢水中的氯離子含量很高。目前，這種方法很少用于燃煤電廠中脫硫廢水處理，主要用于化工廢水處理[4]。

3 脫硫廢水零排放技術

廢水零排放技術指的是脫硫廢水在經過一系列處理后達到一定的指標，這些水資源可以循環利用而不向外面排出，從而達到節約水資源、保護環境的目的。從理論上說，這種零排放是完全可以實現的，但是考慮到科技、經濟現狀，在實際操作過程中，所實現的零排放僅僅指的是廢水的近零排放，實現真正的零排放還有一定難度。目前，國內常用化學沉淀法，這種方法處理后的廢水雖然達到排放標準，但是仍然含有高濃度的氯化物等物質，很難再次回收利用，往往直接排放。直接排放是一種對水資源的浪費，同時由于廢水含鹽量很高，直接排放會對土壤、水生物及地下水造成一定污染。隨著國家對環保的要求越來越嚴格，化學沉淀處理脫硫廢水的方法在將來會受到限制，因此積極研究一種高效、環保的處理方法才是重中之重。為了實現廢水零排放和水資源的回收利用，脫硫廢水零排放技術引起越來越多學者的關注。其技術核心在于如何去除廢水中高濃度的鹽，在方法比較中，由于廢水鹽分過高，排放的廢水也會抑制微生物的產生，所以微生物法除鹽基本上是行不通的，目前主要采用物化處理方法[5]。

3.1 蒸發法

蒸發法是廢水處理中常用的一種方法。它是指廢水經過蒸發器加熱至沸騰，水分會蒸發出來，待水蒸氣冷卻后凝結為水，對其重新利用，而廢水中的雜質留在殘渣中，隨著繼續蒸發，固體殘留物將會以晶體的形式析出。目前，蒸發法已得到廣泛應用。

隨著近年來科技水平的不斷提高，蒸發法得到飛速的發展，其具有成本低、進水預處理簡單、操作簡單和能耗較低的優點。但是，能耗高、設備易結垢和投資大等缺點是限制其廣泛應用的重要因素。因此，要保障蒸發系統正常、穩定運行，人們需要從蒸發法的耗能以及防結垢處理兩方面來考慮。一方面，可以通過膜分離法對廢水進行量化處理，減少蒸發器的處理負荷進而減少耗能，有效降低成本。另一方面，通過軟化法即向廢水中加入石灰、純堿等物質，降低廢水中的離子濃度，進而滿足蒸發結晶工藝水質要求。國內外廢水零排放技術應用對比如表1所示，數據表明，國外的應用比例要遠遠高于國內。

表1 國內外廢水零排放技術應用對比

3.2 煙道處理法

煙道處理法是在煙道內對廢水進行噴霧蒸發處理的一種方法。噴霧蒸發法在廢水處理中屬于一種新方法，這種方法主要應用于食品、化工等領域。采用煙道蒸發法處理燃煤電廠脫硫廢水時，首先采用一定的噴射方法將脫硫廢水霧化后噴入煙道內，廢水以小液滴的形式存在，經過高溫煙氣加熱后迅速蒸發氣化，氣化物中的懸浮物和可溶性固體形成細小固體顆粒，然后在氣流的夾帶作用下進入電除塵器并被電極捕捉去除，最終實現脫硫廢水的近零排放處理。

4 結語

燃煤電廠脫硫廢水的處理是很多學者一直研究的課題，處理的難點在于污染組分差別大、離子濃度含量高、硬度高等。隨著科技的不斷進步，越來越多的難題被攻克，很多新技術、新方法被應用到廢水處理中，諸多學者在脫硫廢水的零排放方面做了大量研究，隨著很多新理論的提出，脫硫廢水的零排放技術將會更加完善。