探析蒸發結晶工藝在火電廠脫硫廢水零排放中的應用

邵小龍

摘要：水資源危機是當今世界面臨的重要問題，水資源的嚴重匱乏已經成為制約我國國民經濟發展的一個重要因素。近幾年國家環保要求越來越嚴格，部分地區環保法要求火力發電廠實現廢水零排放，并且新建電廠將不再預留排污口。火電廠廢水零排放要求利用先進的水處理技術，實施廢水處理后回用，真正實現火電廠廢水零排放，這將是發電企業節約水資源、降低環境污染、實現可持續發展的重要課題。

關鍵詞：蒸發結晶工藝;火電廠;脫硫廢水

1、蒸發結晶工藝概述

蒸發結晶工藝是化學生產中常見的單元操作，其主要用于化肥生產、火力發電等方面的廢水處理，從原理上來看，隨著溫度的升高，不飽和溶液中的溶劑會不斷揮發，而不飽和溶液在溶劑揮發的過程中則會逐漸轉變為飽和溶液，之后再變為過飽和溶液，在這一階段，溶質就會從過飽和溶液中析出。蒸發結晶工藝正是利用這一原理，將廢水中含有的有害溶質析出，從而實現廢水的有效處理，降低廢水的危害。蒸發結晶工藝一般可分為多效蒸發技術與機械熱壓縮技術兩種，其中多效蒸發技術是將多個蒸發器串聯起來運行，使其在進行蒸發操作時能夠利用更多的蒸汽熱能，進而提高水溶液的處理效果，具有著操作簡單、分離效果好、殘留濃縮液少、溶質容易處理、使用靈活等多種特點。而機械熱壓縮技術則是通過壓縮機對蒸發器中的二次蒸汽進行壓縮處理，使壓力、溫度得到進一步提高，之后再將二次蒸汽作為加熱蒸汽進行利用，以保證料液能夠始終保持在沸騰狀態下，同樣能夠起到提高熱效率與蒸汽利用率的效果。此外，這一技術還具有著能耗低、污染少、占地面積小、穩定性高等特點。從目前來看，應用于火電廠脫硫廢水處理的蒸發結晶工藝主要以多效蒸發技術為主。

2、火電廠脫硫廢水的水質與危害

對于火力發電所產生的脫硫廢水來說，脫硫裝置、煤炭種類、脫硫裝置運行條件等因素都會對其水質造成不同的影響，因而不同火電廠的脫硫廢水水質往往存在著一定的差異。但從總體上來看，火電廠脫硫廢水中一般會含有鉀、鈉、鈣、鉛、汞、鋅、銅、鐵、非活性硅、氯化物、氟化物等污染物，這里以某電廠脫硫廢水的水質分析結果為例。對該電廠的脫硫廢水進行水質分析后發現，脫硫廢水中懸浮物≤70mg/L、化學需氧量≤100mg/L、氨氮在15～30mg/L左右、硫化物≤1.0mg/L、氟化物≤15mg/L、氯根離子約15000mg/L、硫酸根離子在1000～2000mg/L、鈣離子與鈉離子均大于1000mg/L，而銅、鐵、鋅、鉛、鋁、鎂、汞等金屬元素的含量則相對較少，大多在0.1～2.0mg/L。在這些污染物的影響下，脫硫廢水的危害也是非常之大的，一旦未能對其進行有效的處理，那么在排放后就會對環境造成極大的危害，例如脫硫廢水中的溶解性鹽會使地表水的含鹽量增高，從而造成土地鹽堿化，并導致水生生物大量死亡，甚至是造成區域內生物種群消失，破壞區域生態平衡。

3、脫硫廢水零排放處理方案

通常，脫硫廢水處理系統采用中和+絮凝+沉淀+澄清等常規處理工藝，以降低脫硫廢水的濁度、重金屬和部分硬度，但廢水的含鹽量沒有明顯降低，處理后無法回用，排放后對生態環境影響較大。針對以上問題，我們采用脫硫廢水零排放系統主要包括4個處理單元，即脫硫廢水預處理單元、鹽水濃縮單元、蒸發結晶單元和固體廢棄物處置單元，工藝流程如下：

脫硫廢水→高密度沉淀池→管式微濾→反滲透裝置→MVC蒸發器→干燥器→固體鹽反滲透、蒸發器的產品水回收。

3.1脫硫廢水預處理單元

在脫硫廢水中，含有大量的致垢成分（鈣、鎂、硅等），這些物質與水中相應的陰離子如碳酸根、硫酸根等結合，在反滲透膜表面或蒸發器表面形成沉淀，從而影響設備的連續運行。因此，為了保障后續回用核心設備的良好運行，就需要針對致垢成分進行處理，采用高密度沉淀池+化學加藥軟化+管式微濾膜裝置+軟化器處理工藝，在實現常規處理的目標的同時，最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、鍶、硅等結垢因子和重金屬，出水水質基本消除了結垢傾向。為了降低無效化學藥劑的投加量，在管式過濾膜之前設置高密度沉淀池，以去除水中大量的懸浮物、部分膠體等物質。在管式微濾膜裝置產水中還殘留有少量的鈣、鎂等物質，直接進入后續的設備經過高倍率濃縮之后，還是會在水中生成沉淀物質，微濾之后還需設置鈉離子交換器，以避免上述的情況產生。鈉離子交換器產生的再生廢水進入前段系統進行處理，從而實現廢水的循環利用。

3.2鹽水濃縮單元

脫硫廢水經過脫硫廢水預處理單元的處理，水中懸浮物、膠體、Ca2+、Mg2+、鍶、硅等結垢因子和重金屬含量已經降至后續設備安全運行的控制范圍內。但是此時脫硫廢水的TDS含量還是維持在29450mg/L左右，如果此時的脫硫廢水直接進入MVC蒸發器裝置進行處理，處理水量很大，MVC蒸發器裝置的設備投資比較高。TDS含量在29450mg/L左右的水質，完全可以利用反滲透裝置進行再濃縮。這樣不但節省能耗而且可以節省設備投資。我們選用反滲透裝置作為鹽水濃縮單元的主要設備。反滲透裝置的產品水TDS含量在1000mg/L以下，可以作為電廠循環冷卻水補水使用。反滲透裝置的濃水TDS含量在73750mg/L左右，這樣的水質進入MVC蒸發器進行處理比較經濟可行。

3.3蒸發結晶單元

經過反滲透裝置濃縮的廢水進入蒸發結晶單元進行蒸發濃縮，產生的二次蒸汽經過壓縮后進入蒸發器循環利用，濃縮液進入結晶裝置進行蒸發結晶，同時將結晶后的濃縮液和晶體顆粒進行固液分離，分離后的母液返回蒸發器繼續結晶，分離后的晶體再進入離心干燥包裝系統進行稱量包裝，同時該工藝熱效率高，能耗低以及節省能源，能夠有效的降低廢水處理成本，且在廢水處理過程中溫差相對較小，不易產生結垢和腐蝕，有效的保障了設備的使用壽命。在廢水蒸發濃縮處理工藝中，蒸發結晶系統能夠使廢水中80%左右的水得以蒸發，換熱效率相對較高，同時蒸發過程中能耗相對較低，蒸發器占地面積相對較小。

3.4固體廢棄物處置單元

固體廢棄物主要包括來自廢水預處理系統的污泥和結晶單元產生的結晶鹽。預處理系統的污泥處置可以拋棄到灰場或送至垃圾填埋場處置。采用充分軟化的深度預處理，結晶鹽為白色，品質較好，可作為工業鹽銷售。

4、結論

經濟的發展對于電能的需求量也會逐漸的增大，燃煤電廠在經濟的發展過程中發揮著巨大的作用。但是燃煤電廠在運行過程中產生大量脫硫廢水，若不妥善處理，會嚴重影響了我們的環境。本文介紹的采用高密度沉淀池+化學加藥軟化+管式微濾膜裝置+軟化器工藝已在某火電廠成功應用，系統運行穩定，實現了脫硫廢水處理的零排放。隨著科學技術的不斷發展和進步，為我國各項工程建設的發展帶來了極大的推動作用。目前，各種脫硫廢水零排放工藝百花齊放，百家爭鳴，我們相信真正意義上的脫硫廢水零排放工藝越來越受到相關環保部門的重視。

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