淺析燃煤電廠脫硫廢水處理技術(shù)研究與運(yùn)用

蔡竟

【摘 要】煤炭是我國目前使用最多的化石能源，煤炭燃燒過程中會產(chǎn)生一些污染氣體，如SO2等，故需對其進(jìn)行脫除處理，脫除后的廢水中會含有硫的成分，導(dǎo)致污水不能達(dá)標(biāo)排放。我國是全球最大的煤炭消費(fèi)國，短期內(nèi)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不會改變。當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)向電氣化發(fā)展，用于發(fā)電的能源占比逐年上升。我國目前仍主要采用燃煤方式發(fā)電，2016年，火力發(fā)電占全國整個發(fā)電行業(yè)的71.6%，其中91.1%的火力發(fā)電量由煤炭燃燒發(fā)電提供。

【關(guān)鍵詞】燃煤電廠；脫硫廢水；處理技術(shù)

引言

我國是一個以火力發(fā)電為主的國家，2017年煤電發(fā)電量38803億千瓦時，占全國發(fā)電量的60.5%。由此可見，燃煤發(fā)電仍然是我國發(fā)電的主體方式，燃煤發(fā)電會產(chǎn)生大量的SO2和粉塵，且SO2是造成酸雨的主要大氣污染物，因此需要對燃煤電廠所排放的煙塵進(jìn)行嚴(yán)格控制。我國常用的脫硫技術(shù)是濕法中的石灰石—石膏法，該工藝是脫硫技術(shù)中最成熟的工藝，具有脫硫效率高、脫硫反應(yīng)速度快、運(yùn)行成本低、石膏利用效率高等優(yōu)點(diǎn)。但此工藝所產(chǎn)生的廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，直接排放會對周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，本文對脫硫廢水的來源、水質(zhì)特點(diǎn)以及工藝進(jìn)行綜述，重點(diǎn)將從脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝和深度處理技術(shù)對脫硫廢水進(jìn)行探討。

1、脫硫廢水的危害分析

從燃煤電廠運(yùn)行實際來說，脫硫廢水中含有主要危害物質(zhì)，包括重金屬離子和鈣離子等，隨著設(shè)備的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，脫硫廢水水質(zhì)會繼續(xù)惡化，程度較大，極易造成水污染。以石膏脫水系統(tǒng)為例，在實際運(yùn)行的過程中，將10%～20%的石膏反應(yīng)產(chǎn)物利用脫水機(jī)，排出系統(tǒng)，部分回經(jīng)溢流箱，旋流后，將固體含量<1.2%的廢水，送到廢水系統(tǒng)排出。廢水的不達(dá)標(biāo)排放，會造成水污染，長期以往，會造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)蒸發(fā)后，極易造成大氣污染問題，形成酸雨。基于此，實現(xiàn)廢水零排放，有著重要的意義。

2、脫硫廢水特征與排放標(biāo)準(zhǔn)

脫硫廢水主要是石灰石-石膏濕法脫硫過程后的排放水。為維持脫硫工藝中漿液循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡，控制吸收塔漿池中的Cl-、F-等惰性物質(zhì)的濃度，保證脫硫效率與石膏品質(zhì)，維持脫硫系統(tǒng)連續(xù)高效運(yùn)行，需從脫硫系統(tǒng)中排出一定量的高鹽度脫硫廢水。脫硫廢水的出水量大、水質(zhì)波動性強(qiáng)、成分復(fù)雜，是整個電廠系統(tǒng)排出的最難處理的廢水。脫硫廢水的水質(zhì)有如下特點(diǎn)：排水溫度范圍在40～50℃；呈弱酸性，pH值變化范圍為4～6；溶解性總固體（TDS）高達(dá)10000～60000mg/L；懸浮物（SS）含量高，導(dǎo)致水硬度高、易結(jié)垢；含鹽量高，一般在30000～60000mg/L，主要成分為Cl-、F-、BO3-、SO42-、SO32-、NO3-、NO2-等，其中氯化物濃度尤其高，腐蝕性強(qiáng)；重金屬種類多，有Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni、Cu、Zn、Co、Mn、Al、Fe等；化學(xué)需氧量（COD）大，通常在150～400mg/L。

電廠脫硫廢水主要來自于石膏脫水系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的排放水、水力旋流器的溢流水、皮帶過濾機(jī)的濾液等，水質(zhì)與水量則取決于煤源、添加劑種類、補(bǔ)給水質(zhì)、設(shè)備與操作條件等因素。雖然脫硫廢水中的重金屬濃度通常不高，卻是脫硫廢水的主要污染物，難以去除。廢水中的重金屬種類眾多，其中含有的Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni等為一類污染物。金屬種類主要取決于煤的品質(zhì)，其中石灰石也是Ni、Zn、Al的重要來源。

3、脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的應(yīng)用分析

某電廠采取石灰石—石膏法脫硫工藝對煙氣中的SO2氣體進(jìn)行處理，其主要過程為：首先石灰石在在設(shè)備中被加工成粉末，粉末吸收工藝水，制成石灰石漿液，作為脫硫劑備用；脫硫劑在泵的作用下注入吸收塔的頂部，底部在引風(fēng)機(jī)的作用下通入鍋爐煙道氣，在氣液逆流接觸過程中，脫硫劑吸收煙道氣中的SO2。在吸收SO2之前，為提高煙道氣和漿液充分接觸而添加的空氣噴嘴會源源不斷的向吸收塔內(nèi)注入強(qiáng)制空氣，溶解在水中的SO2在空氣的作用下被氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-。漿液在酸性條件下會溶解生成鈣離子，Ca2+和SO4-接觸會生成CaSO4沉淀，然后將生成的產(chǎn)物用作建筑材料，通大量漿液接觸的煙氣經(jīng)過吸收塔后水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，然后經(jīng)過下游的煙氣加熱系統(tǒng)加熱升溫后排空。從而完成對煙道氣中硫的脫除和利用。（1）該燃煤廠使用的煤種為低硫燃煤，在廢水未處理前其pH為6.5～7.4，廢水呈現(xiàn)弱酸性，不能直接排放，而經(jīng)過廢水處理后，其呈現(xiàn)中性。（2）脫硫廢水通過物理化學(xué)法處理后，硫化物、氟化物、As和SS處理效率達(dá)到90%左右，Hg處理效率30%～46.67%，有效去除了水污染物。（3）通過分析實踐可以看出，利用物理化學(xué)方法處理廢水的工藝可以有效地去除廢水中的污染物，處理后的廢水基本可以滿足電廠用水的水質(zhì)要求，基本可以實現(xiàn)重復(fù)利用，不僅可以節(jié)約用水，另外還可以提升經(jīng)濟(jì)效益。

4、脫硫廢水的深度處理工藝

4.1、膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)處理脫硫廢水的原理是通過具有選擇透過性的半透膜對廢水中的組分進(jìn)行選擇性分離，從而降低廢水中污染物的濃度。在廢水處理上，懸浮固體、膠體等大分子物質(zhì)會通過超濾被截留下來，而其中的無機(jī)鹽、有機(jī)物等小分子則是能直接通過，不能被去除。反滲透是一種有效的且常用的脫鹽技術(shù)，但也受污染物濃度、pH值以及溫度等的影響。對于微濾處理廢水，Enoch等人提出需要對廢水進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理，然后再進(jìn)行深度處理。處理結(jié)果表明，該方法對脫硫廢水處理效果好，能夠滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，且微濾膜法工藝流程簡單，操作方便。該方法還存在一些缺陷：鈣、鎂等易結(jié)垢物質(zhì)易污染微濾膜，造成堵塞，微濾膜價格較高，利用此工藝處理脫硫廢水會大大增加工廠處理廢水的費(fèi)用。

4.2、濕式電除塵及其廢水零排放技術(shù)

在脫硫塔后部煙道設(shè)置濕式電除塵器，使用金屬板臥式結(jié)構(gòu)，設(shè)計雙室兩電廠，陰極線和陽極板使用316L材質(zhì)。本體結(jié)構(gòu)使用玻璃鱗片進(jìn)行防腐，陽極總投影收塵面積為11742m2，比集塵面積總計15.9m2/（m3/s）。噴淋循環(huán)水量總計150m3/h，噴淋前利用清洗過濾器以及袋式保安過濾器，加入堿，進(jìn)行pH調(diào)整。使用廢水處理以及復(fù)用系統(tǒng)，廢水經(jīng)過處理后，再次用于脫硫系統(tǒng)，不排放出來。濕式電除塵器產(chǎn)生的廢水直接排放到頂澄清器開展物理沉降處理。經(jīng)過沉降后，下部漿液直接排放到吸收塔集水坑，用于吸收塔液池，作為補(bǔ)充水。上部清水溢流到清水箱，經(jīng)過過濾處理后，用作吸收塔除霧器沖洗水，實現(xiàn)水資源再利用。除霧器不足的沖洗水，使用脫硫系統(tǒng)工藝水補(bǔ)充。燃煤電廠脫硫工藝水，是工業(yè)廢水，pH值為9.0～9.5；電導(dǎo)550～650μS/cm；CI-濃度55～80mg/L。

4.3、蒸發(fā)結(jié)晶

一是多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。經(jīng)過預(yù)處理后的脫硫廢水經(jīng)過換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入多級蒸發(fā)室進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，冷凝水收集后作為補(bǔ)給水回用，結(jié)晶分離出的鹽經(jīng)干燥后外運(yùn)。多效蒸發(fā)法系統(tǒng)回收率高，適用于COD較低的、鹽類溶解度對溫度變化敏感的廢水，對廢水中氯化物的分離效率較低。且此技術(shù)需要的處理設(shè)備多、建筑用地大、運(yùn)行能耗大、投入成本高。二是機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)。指通過降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（MVR蒸發(fā)器）將脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。利用MVR蒸發(fā)器分段蒸發(fā)脫硫廢水生產(chǎn)二次蒸汽，將二次蒸汽再壓縮轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)行循環(huán)利用。此工藝的廢水回收利用率高，無廢液排放。MVR為單體蒸發(fā)器，集多效降膜蒸發(fā)器于一身，蒸發(fā)設(shè)備緊湊，占地面積小，投資成本低，節(jié)能環(huán)保。威立雅水務(wù)技術(shù)公司、通用電氣公司等都選用了立式降膜蒸發(fā)器進(jìn)行脫硫廢水處理。

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（作者單位：廣東華電韶關(guān)熱電有限公司）