電廠脫硫廢水處理方法分析及工藝選擇

涂子霞

摘? ?要：脫硫廢水的處理主流方向為液體零排放，經處理后淡水回用到生產過程中，反應產生的結晶鹽滿足工業級純鹽要求。脫硫廢水因為其成分復雜，水處理難度非常大，選擇既能取得一定經濟效益，又能達到回用和結晶品質的工藝路線是廢水處理的關鍵。通過對各種工藝和技術優缺點的分析，總結脫硫廢水處理各個階段的工藝特點，并以元壩項目為例，證明了合理的工藝選擇可以使脫硫廢水處理系統各模塊之間互補，使系統更加經濟穩定，為電廠脫硫廢水處理工藝的優化提供參考。

關鍵詞：脫硫廢水;預處理;膜分離技術;蒸發結晶

隨著中國經濟社會的快速發展和大型燃煤電廠的建設，人們對環境污染問題越來越重視，煙氣脫硫廢水受到特別多的關注。石灰石—石膏濕法脫硫工藝產生的脫硫廢水中含有大量的懸浮物、鹽類物質以及微量的重金屬[1]。這種特殊的水質情況，使脫硫廢水的處理難度非常大。另外，因為重金屬具有富集性，造成污染后不容易降解，對環境的污染幾乎是永久性的，決定了脫硫廢水必須單獨處理。脫硫廢水處理工藝選擇應遵循“分質收集，分類處理”原則。

1? ? 脫硫廢水性質及處理要求

根據廢水水質將其分為高鹽度低懸浮廢水、低鹽度高懸浮固體廢水、高鹽度高懸浮固體廢水、低鹽度低懸浮固體廢水;根據排水的周期性，可分為定期排水和非定期排水。

根據處理出水的使用和出水水質標準選擇經濟上可行的工藝，最小的建設投資，最經濟的運營成本，獲得更好的社會效益。一般考慮廢水處理后再進行回收利用，用于工業循環冷卻水補水、綠化澆灑、地面沖洗等，達到水資源再利用的目的。

1.1? 脫硫廢水水質

以四川某自備電廠脫硫廢水為例，脫硫廢水水質如下：流量120 m3/h，pH=12，COD 204 mg/L，氨氮445 mg/L，電導率 15 780 uS/cm，全鹽量8 708 mg/L，硫酸根2 780.6 mg/L，氯離子1 055 mg/L，堿度22 mmoL/L，硬度65.2 mmoL/L，二氧化硅20 mg/L，鈉離子488 mg/L。

1.2? 出水水質

項目設計處理后的水質要求：符合“城市污水回用—工業水質（GB/T 19923—2005）”中洗滌水的要求，使再生水可以重復使用[2]。

2? ? 脫硫廢水零排放系統工藝流程

以元壩汽田自備電廠脫硫廢水的處理工藝設計為例，工藝路線分3個單元完成。

2.1? 預處理單元

除去水中的懸浮物、濁度及部分鈣鎂離子、硫酸根離子等，工藝建設以土建池為主，預處理單元包括調節池、加藥處理、清水池等。

2.2? 膜濃縮單元

通過反滲透膜和電滲析膜濃縮工藝，將水中的高含鹽分廢水進一步濃縮，將水中鹽的質量分數從0.5%提升到15%左右。

2.3? 蒸發除鹽單元

水中的鹽（硫酸鈉和氯化鈉）通過蒸發結晶，冷凝水可以再循環和再利用。

2.4? 總體工藝流程

首先，在廢水通過預處理單元去除鈣鎂硬度、硫酸根等易結垢的成分，本單位主要是沉淀，絮凝和添加中和藥劑。預處理完成后進入膜濃縮工藝，膜淡水回用到脫硫系統中，膜濃水進行結晶蒸發，最終產物為較高純度的氯化鈉結晶鹽，廢水零排放處理工藝流程如圖1所示。

整個工藝設計高效、低耗，充分考慮了節能環保的設計要求。其中雙膜濃縮淡水和蒸發后的冷凝水回用到脫硫系統中。

3? ? 脫硫廢水處理的技術分析

根據元壩項目廢水的特點，我們選擇的處理工藝主要從以下幾方面進行著重考慮分析，選擇最有效、低耗、經濟的處理工藝：（1）廢水處理后能夠確保水質達標回用。（2）能最大限度地回收廢水中的鹽分等有用物質。（3）處理工藝設施需運行穩定，有較強的耐沖擊能力，能適應水質不穩定，水量變化大。（4）處理工藝的設備設施材質的選擇充分考慮其耐腐蝕性。

3.1? 預處理

預處理是整個脫硫廢水零排放工藝的前提和基礎，主要目的是去除懸浮物及部分溶解性的鹽類降低硬度、調節pH。傳統預處理工藝一般為化學沉淀法，通過投加純堿和硫化物去除懸浮物和重金屬，經處理，廢水可達到排放要求，但傳統工藝處理效果不穩定，不能滿足后續的濃縮減量和結晶蒸發的零排放要求，為滿足后續處理工藝的要求，設置預處理流程如下：（1）為防止廢水中高硬度及高濃度硫酸根對后續的濃縮工藝造成嚴重結垢的危害，所以，本工藝中設置軟化預處理工藝段，分為沉淀、絮凝和中和，去除水中的雜質。（2）在沉淀池1中加入碳酸鈉沉淀鈣鎂離子，沉淀池2中加絮凝劑使懸浮物聚集加速沉淀，沉淀池后設置混凝反應器，廢水在反應器中進行充分反應并沉淀。（3）廢水經混凝反應器中的沉淀反應后，底部的污泥進入板框壓濾機進行泥水分離，上部出水流入清水池，此時清水池中的廢水處于碳酸鈣飽和狀態，需加酸將pH調至中性，減少鈣結垢風險。（4）因清水池中的水可能會放置一段時間再進行下一步處理，為確保后續反滲透膜和電滲析膜系統的正常運行，清水池中的廢水后續應再經過砂過濾、活性碳過濾和超濾系統，目的是去除水中顆粒雜質等。本工藝是在傳統預處理技術的基礎上，進行了升級改造，將傳統預處理與超濾技術相結合，提高出水水質指標，確保出水滿足膜處理的水質要求，對保護后續工藝的膜組件有著非常重要的作用。

3.2? 濃縮減量處理

零排放的目標就是要實現溶解鹽的結晶和回收，為了能提高能源的利用效率和鹽結晶品質以及廢水回用，濃縮減量是脫硫廢水處理的關鍵過程。現階段，濃縮減量主要有膜法和熱法，膜法適用于廢水含鹽量高，范圍較寬;熱法只適用于廢水含鹽量15%～20%。本工藝中預處理后的混合廢水選擇經反滲透濃縮，廢水含鹽量由6×10-3濃縮至45×10-3，反滲透濃水進入電滲析膜進行進一步濃縮，通過電滲析膜濃縮裝置將廢水中鹽分的質量分數濃縮到13%～15%，反滲透膜淡水和電滲析膜淡水達到回用水要求，淡水回收到脫硫系統中。

膜的選擇：膜分離技術，是一種分子級別的過濾，在工藝選擇時根據具體要求選擇合適的分離孔徑級別，達到分離除雜或濃縮脫鹽的目的?，F今膜分離技術越來越多的被用于水處理的工藝過程中。納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）都可以攔截水中的鈣和鎂離子，從而降低水的硬度。除此之外，反滲透法還可以脫離膠體物質，使水的利用率可以達到75%;納濾膜與反滲透膜比較下來，反滲透膜相對設備便宜，操作簡單，能耗低，更能有效凈化水，符合國家標準。因此，本工藝采用兩套反滲透膜裝置分步濃縮。第一套反滲透裝置將廢水的含鹽量由6×10-3濃縮至24×10-3，反滲透膜排列方式為一級兩段;第二套反滲透裝置廢水的含鹽量由24×10-3濃縮至45×10-3，反滲透膜排列方式為一級兩段。最后反滲透膜的濃水進入電滲析裝置進行進一步的濃縮，即電滲析膜分為均相膜和異相膜，均相膜的電阻低、能耗低;異相膜的電阻高、能耗高，因此，本工藝選擇均相膜電滲析設備處理，能耗低，符合節能減排的要求。

3.3? 蒸發結晶處理

3.3.1? 多效蒸發技術

多效蒸發是目前大多數工藝采用的一項蒸發結晶技術，通過多效蒸發技術可以在一定程度上達到節能的目的。節能在于多效蒸發是將蒸汽進行反復利用，實際應用中一般采用三效蒸發，最多可以做到四效蒸發，一套四效蒸發器蒸發1.0 t水消耗蒸汽0.5 t，電耗為15 kWh。蒸汽價格200元/t，電費按1元/kWh，合計每蒸發1.0 t水需要0.5 t×200元/t+ 15 kWh×1元/kWh=115元。

多效蒸發工藝的優點是投資相對較少;但缺點是需要大量蒸汽和電耗，運行成本高，且占地面積非常大，設備腐蝕性高，后期維修費用巨大，因此蒸發結晶必須尋求能夠最大限度減少蒸汽消耗量的新技術。

3.3.2? MVR節能蒸發

節能蒸發器是機械蒸汽再壓縮蒸發器（Mechanical Vapor Recompression，MVR）的一種新型蒸發結晶技術，也是利用多效蒸發技術的基本原理，不同點是通過MVR節能蒸發器是通過壓縮機對物料蒸發產生的二次蒸汽進行壓縮做功，使得二次蒸汽的壓力和溫度被再次提高，也就是將電能通過對物料做功轉化為熱能[3]。當溫度和壓力被再次升高后的二次蒸汽回到蒸發系統，可以再次對物料進行加熱，從而達到二次蒸汽循環再利用的目的，工作過程消耗的主要是電力，僅需補充少量的生蒸汽。

MVR工藝優點在于其單位能耗低、占地面積小、減少公共設施，減少或不需要供應生蒸汽，無需制冷設備即可在40 ℃以下蒸發。MVR蒸發1.0 t水僅需蒸汽0.02 t，耗電23～70 kWh，取中間值50 kWh計算，蒸發1.0 t水需要費用0.02 t×200+50 kWh×1元=54元;由此看出，MVR節能蒸發器的節能效果顯著，與多效蒸發器相比，采用MVR蒸發技術可以節約1/2以上的能耗，實現可觀的經濟效率。

因此，本工藝選擇雙膜濃縮后的濃水進入MVR節能蒸發系統，將廢水中的鹽分結晶出來，蒸發冷凝水回用到生產、生活用水，實現了廢水的零排放。

4? ? 結語

隨著國家環保要求的提高，廢水零排放是今后脫硫廢水處理的主流方向，電廠脫硫廢水的處理要求系統具有壽命長、維護費用低、清洗周期長、抗污染能力強、能耗低、運行成本低等優點，通過上述各工藝比較可以得出，采用“預處理+反滲透+電滲析+MVR節能蒸發”為主的零排放工藝路線，膜法濃縮和新型蒸發技術的組合，能夠最大程度地保證系統的高效、低耗，確保系統長周期的運行穩定及維護保養簡便快捷，同時符合廢水處理零排放的各項要求。

[參考文獻]

[1]虞? 鋼，馬浩棟.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫廢水處理技術探討[J].山東工業技術，2017（9）：14.

[2]中華人民共和國建設部.城市污水再生利用工業用水水質（GB/T 19923—2005）[S].中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 中國國家標準化管理委員會，2005.

[3]陳? 彪.基于MVR技術的板藍根浸提液濃縮的工藝設計[D].南寧：廣西大學，2017.