燃煤電廠脫硫廢水處理工藝研究

冉 瓊

（西安益通熱工技術服務有限責任公司，陜西 西安 710054）

在燃煤電廠生產過程中，水資源的使用量和排放量都很大，一個裝機容量為2*60 MW的火力發電廠，日耗水量高達60 000 m3，每小時排水量更是多達100～200 m3。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫處理技術產生的廢水中含有多種污染物，從保護自然生態環境和經濟可持續性的角度看，廢水中的無機鹽、重金屬和懸浮固體的含量沒有達到可排放廢水標準。因此降低燃煤電廠用水量、提高水資源的利用率，最終實現廢水零排放對環境保護和資源合理利用具有十分重要的意義。

1 燃煤電廠脫硫廢水主要處理難點

1.1 廢水成分復雜

燃煤電廠在生產過程中，經過煤的充分燃燒后水會吸收大量煙氣，并在其他發電設備運行的影響之下，造成脫硫廢水的成分在不同階段都處于動態變化的狀態。使用傳統的物理法和化學法，會使得脫硫廢水的水質更加不穩定，處理過后仍然含有大量有害物質例如重金屬離子，依然不滿足國家對于排放廢水的標準。

1.2 脫硫廢水含鹽量過高

生產過程產生的脫硫廢水中含有多種高濃度的無機鹽離子例如鈣離子和鈉離子，除此之外還有各種高含鹽量的結晶鹽?；邴}物質難以被凈化的特點，使得這一類脫硫廢水的處理難度也比較高。并且在廢水處理過程中，其內部成分也一直處于動態變化的不穩定狀態，其狀態的變化和不穩定程度主要受到電廠的發電情況的影響[1]。

1.3 脫硫廢水懸浮物含量過高

脫硫廢水中的懸浮固體含量一般較高。由于煤種的不同，脫硫工藝條件等因素的影響，廢水中懸浮物的濃度一般會達到6 000～15 000 mg/L，需要一定的時間才能澄清[2]。為了處理懸浮物，必須確保同時處理在中和池和反應池中產生的新固態產物，因此在設備運行期間，必須確保沉淀絮凝箱滿足一定要求。

1.4 設備工況要求過高

燃煤電廠在生產中產生的廢水成分十分復雜，且含有大量酸性物質，這會對廢水處理設備等造成一定程度的腐蝕。由于廢水中存在大量鈣離子等金屬離子，會使得廢水的溫度在凈化過程中升高后在設備表面形成多種結垢，這也會對設備造成一定程度的損壞和磨損[3]。

2 燃煤電廠廢水常規處理工藝

2.1 廢水常規處理工藝

為減少二氧化硫對環境的污染，燃煤電廠使用脫硫技術對產生的煙氣進行處理。在循環操作過程中，脫硫裝置漿液中的水不斷富集重金屬元素、氯離子和一些細微顆粒，這些物質對脫硫裝置會產生腐蝕，既影響脫硫效率又影響石膏質量。為避免此現象，需要使用專業的處理裝置對具有腐蝕性的廢水進行中和、沉淀、絮凝和脫水，使其達到工業廢水的排放標準并集中排放至廢水調節池，使電廠完成零排放的目標（見圖1）。

圖1 廢水常規處理工藝流程圖

2.2 脫硫廢水來源

“石灰石-石膏濕法脫硫”是我國燃煤電廠普遍使用的煙氣脫硫技術，過程較為簡單，能有效脫除廢水中的二氧化硫并降低廢水中顆粒物的濃度。但會產生含有硫酸鹽和亞硫酸鹽等污染物的廢水，仍然會對環境造成破壞。

2.3 脫硫廢水主要特點

燃煤電廠的脫硫廢水水質在不同處理階段會不斷變化。煤種類、石灰石純度、脫硫氧化風量等因素都會對水質產生影響。脫硫廢水含鹽量較高，通常在10 000～45 000 mg/L之間；脫硫廢水中懸浮物含量也會受燃煤種類和脫硫運行工況等因素影響，懸浮物濃度一般為6 000～15 000 mg/L，且需要時間澄清[4]。

2.4 脫硫廢水處理難點

脫硫廢水水質、水量受燃煤、脫硫系統補水及脫硫運行工況影響大，水質波動范圍很大；懸浮物濃度高，細顆粒物比例大，易造成膜過濾裝置污堵；硅、鎂等濃度高，硫酸鈣過飽和度高，結垢傾向強，膜系統結垢清洗恢復難；有機物濃度高時，顯著影響膜系統運行性能，造成膜污堵。

3 脫硫廢水零排放技術

3.1 脫硫廢水預處理技術

向脫硫廢水中加入石灰乳、絮凝劑、有機硫、助凝劑和純堿等試劑對脫硫廢水的預處理，可以充分軟化脫硫廢水并對廢水中懸浮物、膠體金屬離子（Ca2+、Mg2+）及二氧化硅和COD進行處理，降低和減少廢水在濃縮和固化處理中可能出現的堵塞和結垢現象。目前脫硫廢水預處理技術仍然是傳統的三聯箱工藝（如圖2所示）、兩級軟化澄清處理技術以及管式微濾膜軟化技術。

圖2 三聯箱處理工藝

3.2 脫硫廢水濃縮減量技術

預處理后，脫硫廢水中懸浮固體、膠體、各種結垢因子的含量降低到可保證后續處理設備安全進行的范圍，但TDS含量仍處于25 000～30 000 mg/L之間。為降低后端固化系統的成本，需進一步對脫硫廢水進行濃縮處理，常用的濃縮技術主要是熱法濃縮和膜法濃縮。熱法濃縮主要利用溶劑具有揮發性而溶質不揮發的特點將兩者分離，傳統的多效蒸發技術由于運行成本高，很少用于廢水處理，而是將機械壓縮蒸發技術作為廢水零排放的首選方案，該方案具有易清洗、易維護、操作簡便等特點。國內現有的蒸發器有進口技術、引進消化技術和純國產技術等，具體處理方案也不盡相同。膜法濃縮作為一種高效純化濃縮技術，是利用有效成分與液體分子量的不同實現定向分離，達到濃縮效果，與傳統熱法濃縮相比，具有能耗低、可常溫進行，對產品影響小等優點。

3.3 脫硫廢水固化處理技術

（1）蒸發結晶技術是利用火電機組產生的熱量對經過預處理的廢水進行濃縮，最終的濃縮液體在飽和狀態下析出結晶鹽固體，水蒸氣則通過冷凝管回收并進行二次利用。主要流程為預處理、濃縮和結晶。預處理是通過向廢水中加入純堿和苛性鈉去除廢水中的鈣離子和鎂離子，使廢水得到軟化，避免產生結垢。在濃縮過程中，采用膜濃縮法提高了廢水的濃度，既提高了結晶效率也節約了能源。在結晶過程中，濃縮液通過多效蒸發結晶或機械壓縮蒸發結晶被轉化為干燥的結晶鹽固體，以干燥的固體形式進行處理[5]。

（2）將預處理后的廢水霧化后噴灑至鍋爐尾部煙道也被稱為煙道蒸發技術。煙道中的熱量可以使廢水快速蒸發，蒸發后殘留的固體雜質將與煙氣一起進入電除塵器，主要分為主煙道蒸發技術和旁路煙道蒸發技術。技術流程簡單，不需要提供額外能源，減少了廢水處理的成本。同時，通過將廢水引入煙道，也可以在一定程度上增加煙道內的濕度，降低煙氣中粉塵顆粒的比電阻，不僅對除塵效率有很大提升，還具有很高的環保價值。

4 脫硫廢水深度處理的主要工藝介紹

目前，適用的脫硫廢水零排放處理工藝有多種選擇，其基本原理都是通過不同方法將脫硫廢水進行預處理以及濃縮，使水中溶解的鹽分達到接近飽和的狀態，再進一步使其自然結晶或送入結晶器進行結晶處理或蒸干處理。常見聯合工藝包括：“預處理+反滲透+正滲透+蒸發結晶”技術工藝、“預處理+四效多級蒸發+結晶”工藝、“納濾+反滲透+碟式反滲透+蒸發結晶”等。

5 結語

我國對于燃煤電廠脫硫廢水零排放技術的研究仍處于初級階段。在現有技術中，采用旁路系統對脫硫廢水進行干燥和蒸發是較好的選擇，很容易在我國進行推廣。降低廢水處理成本、提高處理效率、高效利用礦物鹽是我國環保領域的重要課題。