關于火電廠脫硫廢水零排放技術應用

黃珊

（北京朗新明環保科技有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

引言

煤炭作為火電廠主要燃料，但其使用過程中造成的污染不容忽視，為了維持系統的正常運行，處理過程中會產生的一定量的廢水，此類廢水屬于最末端的廢水，若直接排放，會對環境造成嚴重污染。因此采用合適的處理工藝達到脫硫廢水零排放，最大程度地節約成本成為國內外學者主要研究方向。

一、火電脫硫廢水水質

煤炭作為火力發電機的主要燃料，其中含有大量的硫化物和金屬離子等。濕法煙氣脫硫工藝的特點是利用液態脫硫劑如水或堿液與通過吸收塔煙氣中的SO2反應最終形成硫酸鹽以達到脫硫的效果，在此過程中會產生含硫酸鹽的脫硫廢水。脫硫廢水水質一般呈酸性，并且含有大量的重金屬離子和Ca2+、Mg2+，其中Ca2+、Mg2+會對系統設備造成結垢或者腐蝕，不僅會影響發電系統管道及設備使用壽命，而且是火電廠生產運行潛在的安全隱患，還會影響到火電廠廢水污染減排及機組安全運行。

二、脫硫廢水零排放處理工藝

（一）預處理工藝

廢水預處理系統主要是去除脫硫廢水中的懸浮物和Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，滿足后續系統的進水要求，避免后續處理系統出現結垢、污堵。雖然“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法的加藥量少，加藥成本是根據氫氧化鈉和石灰的市場價格波動，現階段因石灰加藥量大、價格高，“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法加藥成本更低。“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法對F 離子去除效果不好，對氫氧化鎂的沉降效果也不好，會發生氫氧化鎂沉淀一直懸浮在水中無法沉降的情況，氫氧化鎂沉淀的小晶體顆粒會隨著廢水進入下級系統，對后面膜系統運行產生較大影響，故“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法需要更精細的控制、更高的運行水平，而“石灰+碳酸鈉”軟化法沉降效果更好、藥品安全性更好、購買更容易、加藥費用高。

（二）正滲透(FO)

正滲透不需要外界壓力驅動，能耗低，但需要汲取液來提供推動力。對于正滲透膜材料，可應用于反滲透的膜材料一般均可應用于FO 技術。正滲透處理效果的影響因素有FO 膜、汲取液、運行條件等。多種因素對正滲透濃縮濃鹽水的影響，濃鹽水TDS 可從60000mg/L 濃縮至126000mg/L，同時證實氯化鈉適合作驅動液。國內第1 套正滲透系統脫硫廢水零排放項目在華能長興電廠已投產運行，可將22m3/h 含鹽水濃縮至1.5～2.0m3/h，將含鹽量＞60000mg/L 的濃水濃縮至含鹽量＞200000mg/L。該技術引自美國，其核心技術尚未掌握，技術服務難度大，整套裝置占地700m2，正滲透仍需部分蒸汽量，同時存在較多運行問題，以及正滲透進水水質的保證問題。R O 應用范圍廣，但易發生膜污染與結垢堵塞問題；FO 屬自發過程，能耗低，不需要額外壓力，設備簡單，其膜表面不易形成濾餅層，膜污染可逆，但需選取合適的汲取液，汲取液的再生需額外能量，同時，正滲透膜存在嚴重的內部濃差極化現象。

（三）反滲透膜

反滲透膜一般用高分子材料制成，原理是將滲透過程進行逆反操作，表面微孔的直徑一般在0.5～10nm 之間，滲透性的大小與膜本身的化學結構有關。有的高分子材料對鹽的排斥性好，而水的滲透速度并不好。有的高分子材料化學結構具有較多親水基團，因而水的滲透速度相對較快。因此一種滿意的反滲透膜應具有適當的滲透量或脫鹽率。

（四）電滲析

電滲析是在直流電場中設置若干交錯排列的陽膜和陰膜，利用電極對陰陽離子的驅動力和濾膜的選擇透過性實現廢水的濃縮減量。在外加電場下，廢水中的陰陽離子會在電極驅動下向相反電極移動，由于陰離子不能透過陽膜，陽離子不能透過陰膜，因此會在兩極之間形成交錯排列的淡水室和濃水室。ED 的濃縮效果非常顯著，其濃縮液TDS 可達200g/L 以上，可以極大地減少廢水流量。對某電廠脫硫廢水進行了濃縮試驗，先用RO 將廢水濃縮至70g/L 左右，再將RO 濃水通過ED 濃縮為210g/L 左右，廢水流量可減小90%，濃縮效果極其顯著。ED 技術具有能耗低、運行穩定等優點，其抗污染能力較RO 強，但是耗水量較大，難以處理不易電離物質，對電極材料的要求較高。目前，該技術已較為成熟，被廣泛應用于化工、冶金、造紙、醫藥工業和環境保護等領域，電滲析技術在高含鹽廢水處理方面仍存在一些瓶頸，比如如何在提高濃縮倍率的同時降低系統能耗。

三、脫硫廢水煙道蒸發零排放關鍵技術

目前較為主流的濃鹽蒸發脫鹽水處理工藝有三種，分別是主煙道煙氣余熱噴霧蒸發干燥技術、旁路蒸發器煙氣噴霧蒸發干燥技術、蒸發結晶工藝。主煙道煙氣余熱噴霧蒸發干燥技術在末端濃鹽水的處理中已有較多的應用案例，具有系統簡單、投資運行成本低、無結晶鹽處置問題等優點，不過系統運行穩定性受機組負荷影響較大。旁路煙道蒸發的脫硫廢水零排放技術具有的優點是：自動化程度高、操作方便，提高了系統的運維水平；旁路煙道入、出口隔離門的設計可實現與電廠主體的隔離，不影響電廠的日常運作。基于旁路煙道蒸發的脫硫廢水零排放技術具有可行性，該技術中預處理是基礎，膜減量是保障，旁路煙道蒸發是核心。應用該技術時應根據允許蒸發水量反推膜濃縮倍數，設計合理的預處理工藝參數。該技術利用高溫煙氣實現脫硫廢水的高效蒸發，不需要額外熱源，運行能耗低；且旁路煙道可充分利用煙道間空隙，占地面積小，工程投資省。能夠一定程度減少系統運行中的積灰、結垢等問題，但是對鍋爐效率略有影響。旁路蒸發器煙氣噴霧蒸發干燥技術投資運行費用較低，無結晶鹽處理處置等問題，對空氣預熱器、粉煤灰品質等影響較小，近年來火電廠投運案例漸增。蒸汽機械再壓縮蒸發結晶工藝存在占地面積大、運行費用高以及結晶鹽的處理處置問題，電廠應用考慮較少。灰場噴灑蒸發作為一個末端濃鹽水消納手段，無新增投資，運行成本較低，不過面臨較大的環保政策風險。

結語

電廠廢水零排放是目前及未來電力環保的必然要求，現階段廢水處理技術參差不齊，在系統可靠性、技術經濟性方面表現不佳，通過對多種廢水處理技術的分析比較:1)大多數舊電廠的預處理技術仍采用三聯箱設備，或對現有設備進行改造;對于新建電廠，針對不同電廠的廢水特點，預處理環節有時可省略，減少廢水處理的投資及運行成本。2)廢水零排放技術路線需結合電廠的生產特點選擇。由于電廠廢水水質普遍較差，對電廠煙氣余熱的利用是未來廢水處理技術的發展趨勢，尤其在低溫余熱利用，但仍存在諸多問題。