燃煤電廠脫硫廢水深度處理技術分析

劉顯麗，張晗

（內蒙古電力科學研究院，內蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

火電是我國現代電力系統的重要組成部分，截止到2015年，國內火電發電量超過4×1013KWh。然而煤炭燃燒后形成的二氧化硫會對環境造成嚴重危害。近年來，隨著國家對環境保護的注重程度提高，相繼出臺了一系列的法律法規和行政意見。例如，2015年《水污染防治行動計劃》（水十條）、2018年《關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》，都對于工業廢水污水的處理也提出來了更高的要求[1]。

1 燃煤電廠脫硫廢水的來源

我國的電力系統主要由火電、風電、水電及核電等幾部分構成，其中，火電是主要的電力來源，2016年，我國的火電裝機量超越美國，成為世界上火電裝機量最大的國家，滿足了國內的生產和生活的能源供應。隨著裝機量的增加，電廠排污也急速增加，為了抑制火電燃煤時產生的二氧化硫煙氣，目前國內電廠幾乎全部都安裝了脫硫系統。主流的脫硫技術是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，如圖1所示。該技術運行穩定，主要脫硫環節是在吸收塔中進行，石灰石漿液與煙氣充分接觸，生成二水硫酸鈣（CaSO4?2H2O），再經過除霧環節，從煙囪中排除廢氣。

圖1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程

在脫硫處理環節中，需要控制脫硫漿液中的氯離子濃度，防止對吸收塔的腐蝕。如果濃度提高則需要排出脫硫廢水。經統計，煤炭中進入石膏中的氯離子中70%會隨著廢水排放出去，每年脫硫廢水總量超過9000萬噸，脫硫廢水中含有大量的污染物，對于脫硫廢水的深度處理投入資金在700億以上。

2 燃煤電廠脫硫廢水的水質特點及危害

國內的脫硫廢水一般經過三聯箱出水，脫硫廢水中含有大量的污染物質。脫硫廢水的水質特點如下：

（1）強腐蝕性。脫硫廢水中含有眾多無機鹽離子以及Cl-、SO42-、F-等酸根離子，pH值到達4.1甚至更低，在水中會形成酸性環境，腐蝕排污系統中的管道及設備，造成設備老化和損壞。

（2）懸浮物含量高。最高能高達60000mg/L，最低也在10000mg/L以上。固體物質含量較高導致廢水的粘附性和沉淀性也相對較大。

（3）成分變化大。不同的燃煤，成分存在差異，經過燃燒后產生的廢水中存在的重金屬離子會發生變化，通常會包括Hg、As、Pb等一類污染物。

（4）硬度高。Ca2+、Mg2+和SO42-均在3000mg/L以上，在加熱濃縮過程中非常容易結垢，造成腔體和管壁的阻塞老化等問題。

通過上述脫硫廢水的4個顯著特點，可以發現，脫硫廢水的污染物濃度高、成分雜、破壞性強，若不及時的處理，排放后對當地的土壤、水質、空氣造成一定的破壞，環境污染嚴重，甚至破壞局部的生態平衡，影響人們的生活健康[2]。

3 脫硫廢水深度處理工藝

對于脫硫廢水的處理，化學沉淀法是最為成熟普遍的傳統工藝，該方法工藝簡單，效果明顯，能夠快速的去除大部分重金屬以及污染物，但殘留的污泥需要按照危害、分等級處理，而廢水中的一價鹽難以去除，無法實現生成水的循環利用。

深度處理技術能夠有效的去除廢水中的鹽分、重金屬、懸浮物，它對二級處理出水進行三級處理，通過物理、化學或生物方法，去除污水中各種雜質，最終實現廢水的零排放。現階段的脫硫廢水深度處理流程可分為預處理+濃縮+結晶三個步驟，從工藝上來講主要有蒸發法、膜分離技術。

3.1 蒸發法

蒸發法主要有三種，分別為機械蒸發結晶、石膏晶種法和煙道蒸發。

3.1.1 機械蒸發結晶工藝

機械蒸發結晶工藝主要有多效蒸發（MEE）和蒸汽再壓縮（MVR）兩種技術。MEE的工藝流程如圖2所示，特點是串聯了多個蒸發器進行級聯加熱，每個蒸發器稱作“一效”，可以串聯3~4個蒸發器，將上一個蒸發器的蒸汽作為下一個的熱源，通過級聯蒸汽多次利用使鹽水蒸汽凝結為水，能顯著提高蒸汽的利用率，減少浪費。缺點是多個蒸發器加熱器的串聯會占用較大面積[2]。

圖2 脫硫廢水多效蒸發工藝流程

MVR則是將壓縮機引入蒸汽系統，對二次蒸汽進行壓縮回收再供蒸發器循環使用。因此，MVR系統能夠充分回收熱量，提高熱效率，減少了能耗需求。系統的占地面積比MEE系統小很多，效率更高，更適合于蒸氣源較少的工廠。

3.1.2 石膏晶種工藝

MVR雖然具備高效節能等優勢，但在工藝上存在鹵水結垢問題現象，由于脫硫廢水中形成的CaSO4會結垢堵塞換熱管道，熱管道結垢后較難清理。因此，引入石膏晶種工藝來防止加熱管的結垢，結合CaSO4的分子結構特點，通過在蒸發器中加入特定濃度的晶種，使得脫硫廢水中析出的CaSO4附著在晶種表面，達到抑制結垢的效果。

3.1.3 煙道蒸發工藝

煙道蒸發工藝術是將脫硫廢水霧化并噴入煙道中，利用煙氣的熱量蒸發廢水。該技術關鍵在于煙道熱氣量與噴霧液體的體積，煙氣熱量越大，噴霧液滴體積越小，越有利于廢水的蒸發結晶。同時，有研究表明，煙氣溫度對蒸發效果影響較大，控制在180°C左右時蒸發效果最佳。廢水的凈流量如果太大，達到臨界值后，則無法進行更為精細化的霧化噴射。煙道蒸發技術的工藝缺點是廢水被直接蒸發無法回收利用，能耗高，廢水噴射過程中造成煙道的濕度增大，增加了對除塵器和煙道的腐蝕性[4]。

3.2 膜分離技術

目前，蒸發工藝需要進行大量的熱處理，膜分離技術則是利用化學方法，在減少蒸發處理的同時達到脫硫廢水濃縮的目的。當前的處理工藝有：電滲析（ED）、正/反滲透（FO/RO）、微濾/納濾（UF/NF）。

RO容易污染滲透膜，較難達到濃縮結晶固化的效果。FO方法則能夠將鹽度濃縮到結晶水平，再結合RO技術，可將產水循環用于鍋爐補給。但是該工藝路線長、系統復雜、成本高，不利于大型電廠的推廣使用。

EDR與RO相比，需要做的預處理少，能夠承受含硅廢水，可減少鈣鎂結垢造成的膜污染。EDR可將脫硫廢水的鹽度濃縮到120~200g/L，使得更多的淡水可回收利用。

圖3 電滲析脫硫廢水濃縮工藝流程

脫硫廢水經過RO、FO等滲透處理能減少由氯化物引起的BOD和COD，但總溶解固體無法有效去除，同時對于水資源的回收利用率不高。因此，再RO系統中加入微濾器（UF/NF）對脫硫廢水進一步處理，能夠從一次處理的廢水中回收75%以上且TDS<500mg/L的優質水。

4 結語

脫硫廢水的凈化處理對于環境保護和水資源的回收利用起著重要作用，為了實現廢水零排放，當前已經發展了較多的脫硫廢水處理工藝。不同的電廠應結合自身的場地規模、經濟能力、所處區域等特點，選擇較為成熟穩定的廢水處理工藝搭建脫硫廢水處理系統，做到節能環保，更好的服務于生產生活。