燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝路線分析

收稿日期：2023-11-01

作者簡介：章小園（1983—），男，江西宜春人，工程師。研究方向：化工環保。

摘要：脫硫廢水存在極大的環境污染風險，零排放是燃煤電廠實現綠色發展的客觀要求。本文結合石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過程的廢水特性，分析燃煤電廠脫硫廢水零排放的工藝路線，從而實現廢水的減量化和零排放。研究表明，“加藥軟化+管式膜+碟管式反滲透（DTRO）+多效蒸發”組合工藝是經濟可行的工藝路線，為燃煤電廠脫硫廢水零排放提供一種環保高效的解決方案。

關鍵詞：脫硫廢水；零排放；工藝路線；膜濃縮；燃煤電廠

中圖分類號：X784 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.044

Analysis of zero discharge process route for desulfurization wastewater in coal-fired power plants

Zhang Xiaoyuan

（Shanghai Lanke Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201803， China）

Abstract： Desulfurization wastewater poses great environmental pollution risks， and zero discharge is an objective requirement for coal-fired power plants to achieve green development. Based on the wastewater characteristics of limestone gypsum wet flue gas desulfurization process， this paper analyzes the process route for zero discharge of desulfurization wastewater in coal-fired power plants， in order to achieve wastewater reduction and zero discharge. Research has shown that the combination process of “drug softening+tubular membrane+disc tube reverse osmosis （DTRO）+multi effect evaporation” is an economically feasible process route， providing an environmentally friendly and efficient solution for zero discharge of desulfurization wastewater from coal-fired power plants.

Keywords： desulfurization wastewater; zero discharge; process route; membrane concentration; coal-fired power plants

脫硫廢水是指燃煤電廠煙氣脫硫過程產生的廢水，富含硫酸鹽、重金屬離子等有毒有害物質，直接排放將導致嚴重的環境污染，對人體健康和生態平衡構成潛在威脅。因此，如何高效處理脫硫廢水并實現零排放，成為當前環保領域亟待解決的問題。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫產生的廢水具有復雜的成分，直接影響廢水處理工藝的選擇。廢水pH通常保持在4.0～5.5，其偏酸性。廢水含有大量懸浮物，這是脫硫時吸附或沉淀的產物，廢水濁度較高。廢水含有氟化物、化學需氧量（CODCr）和重金屬等成分[1]，生態風險大。廢水含有極高的鹽分，電導率較高。

1 脫硫廢水處理的影響因素

不同燃煤電廠脫硫廢水組分存在較大差異，這對零排放工藝設計和選擇產生重大影響。受煤種、補充水水質和排放周期的影響，脫硫廢水水質波動較大，從而影響廢水組分的濃度和穩定性。廢水硬度極高，高硬度會導致廢水中難溶性鹽的析出，造成膜濃縮系統或蒸發系統換熱器的結垢，影響系統正常運行。脫硫廢水含有高CODCr，其生物處理的主要難點是防止膜污染。當微生物大量繁殖并形成生物膜時，膜元件的性能將會大大降低，而且很難清洗恢復，影響膜系統的穩定性。脫硫廢水鹽分高，氯離子濃度高，對膜元件的選擇和運行造成困難，同時對設備和管道的腐蝕嚴重，要根據實際工況，選擇耐氯離子、耐高溫的材質。

2 現有零排放技術

2.1 預處理-傳統蒸發結晶

脫硫廢水首先需要簡單進行預處理，達到蒸發結晶的進水條件。預處理方式包括加藥軟化（投加石灰、碳酸鈉、有機硫、絮凝劑）和重力沉降等，使廢水部分軟化和澄清。廢水預處理后，通過多效蒸發或蒸汽機械再壓縮（MVR）進行蒸發結晶，將廢水中的污染物濃縮，形成結晶鹽和回用的冷凝水[2]。該技術簡單高效，但投資費用及運行成本較高。

2.2 預處理-膜濃縮-傳統蒸發結晶

為了降低系統投資費用和運行成本，可以采用預處理-膜濃縮-傳統蒸發結晶技術處理脫硫廢水，以實現廢水零排放。預處理是對廢水進行初步處理，去除廢水中大部分結垢物質，降低濁度。預處理通常會投加石灰、碳酸鈉、有機硫、絮凝劑等化學藥劑，并進行重力沉降等物理處理，使廢水水質得到初步改善。膜濃縮的主要目的為濃縮減量，經過膜濃縮后，廢水中的污染物在膜的濃水側得到濃縮，濃度升高，水量變小，使蒸發結晶設備的規?？梢猿杀督档停瑥亩档凸こ淘靸r及運行費用。蒸發結晶設備主要包括多效蒸發器和蒸汽機械再壓縮蒸發器。蒸發結晶可以進一步濃縮廢水中的污染物，最終形成結晶鹽并回收冷凝水，實現廢水零排放[3]。將預處理、膜濃縮和蒸發結晶技術組合使用，可以充分提高廢水處理效率，降低廢水排放量和處理成本。這種組合工藝在大型燃煤電廠已經得到應用，為廢水零排放提供可行的技術方案。

2.3 煙道噴霧干燥技術

煙道噴霧干燥技術是一種常用的廢水處理方法，適用于脫硫廢水的處理。該技術利用煙氣中的高溫熱量，廢水噴霧到高溫煙氣中，水分快速蒸發，鹽分固化，從而達到濃縮減量的目的。該技術有很多優點，但在國內仍處于研發試驗階段，需要通過實踐來驗證其效果和可行性。

3 預處理工藝比選

選擇預處理工藝時，燃煤電廠要綜合考慮脫硫廢水的特性和處理需求。預處理的主要作用一般為化學軟化、pH調節和機械過濾等。一是石灰-碳酸鈉軟化+沉淀池+過濾處理工藝。該工藝通過加藥化學沉淀和過濾，去除廢水中的懸浮物、重金屬等污染物，從而為蒸發結晶等處理步驟提供相對清潔的水質，同時減少對設備的堵塞、結垢和腐蝕。其工藝流程如

圖1所示。二是氫氧化鈉-碳酸鈉軟化+管式膜處理工藝。該工藝是一種先進的廢水預處理技術，綜合化學軟化合管式膜技術的優勢。加藥反應后，直接通過膜過濾，可以高效地去除廢水中的懸浮物、重金屬等不溶物，保障產水水質。其工藝流程如圖2所示。兩種工藝比較如表1所示。

兩種工藝各有優缺點。當預處理要求不高，采用預處理+蒸發結晶工藝時，建議采用石灰-碳酸鈉軟化+沉淀池+過濾處理工藝，可降低預處理的投資費用。當預處理要求較高，需要進行膜濃縮時，建議采用氫氧化鈉-碳酸鈉軟化+管式膜處理工藝，可同步替代軟化沉淀+過濾+超濾系統，優勢明顯。

4 膜濃縮工藝比選

在脫硫廢水的膜濃縮過程中，通過膜過濾將水分和污染物分離，得到濃縮后的廢水。膜處理過程中產生的淡水通常被稱為脫鹽水或回用水，可以用作脫硫工藝的補水，節約用水[4]。目前，膜濃縮工藝主要有4種。

一是高效反滲透。它克服單純離子交換和反滲透的缺點，并結合離子交換和反滲透的優點。高效反滲透系統在高pH條件下運行，硅主要以離子形式存在，不會污堵反滲透膜并可通過反滲透去除。二是振動膜濾。它是一種新型高效的動態膜分離技術，通過機械高頻振動，在濾膜表面產生高剪切力。該技術可有效解決目前困擾靜態膜分離技術的膜污染、堵塞等問題，大大增加過濾效率，降低膜清洗頻率。三是碟管式反滲透（DTRO），它是專門用來處理高濃度污水的反滲透膜組件，即使濁度較高，它也能經濟運行。DTRO膜組件采用開放式流道，有效避免膜堵塞和濃差極化，延長膜片使用壽命。清洗時，容易將膜片上的積垢洗凈，保證碟管式膜組適用于處理各種劣質進水。四是電滲析。它是一種利用離子在直流電場下遷移作用的電化學分離工藝，廣泛應用于脫鹽。電驅離子膜裝置是利用離子交換膜對陰陽離子的選擇透過性能，在直流電場作用下，使陰陽離子發生定向遷移，從而實現電解質溶液的分離、提純和濃縮。各種膜工藝的比較如表2所示。經對比，推薦使用DTRO技術作為濃縮工藝。這種技術在垃圾滲濾液中得到廣泛應用，因此技術成熟度較高，有足夠的實踐基礎和經驗支持。

5 蒸發結晶工藝比選

膜濃縮處理后產生的濃水中，鹽含量非常高，主要包括氯化鈉和硫酸鈉，其他鹽類還有硫酸鎂和硫酸鉀等。高濃度的鹽水通常不能直接排放到環境中，會對周圍的水體和土壤造成嚴重污染。如果電廠利用濃鹽水進行干灰調濕，就可以實現資源的再利用，減少對新鮮水的需求，否則需要進行蒸發結晶處理。蒸發結晶可以使濃水中的鹽類逐漸結晶析出，得到固體鹽。固體鹽另行處理或回收利用，而凝結水可以用于脫硫工藝補水[5]。目前，蒸發結晶的成熟技術主要有兩種，如表3所示。燃煤電廠一般都有富余蒸汽，推薦采用多效蒸發作為蒸發結晶工藝，這將為電廠帶來長期的節能效益，同時有利于環境保護，實現廢水零排放。

6 結語

經工藝比選，“加藥軟化+管式膜+DTRO+多效蒸發”工藝是一種環保高效的廢水處理方案，推薦采用該工藝處理燃煤電廠脫硫廢水。這樣不僅可以實現脫硫廢水的零排放，還能夠最大限度地實現資源的回收和循環利用。

參考文獻

1 葉紫青，郭士義，姜正雄，等.燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝系統性能研究[J].水處理技術，2022（5）：128-131.

2 李 飛.燃煤電廠脫硫廢水零排放技術應用與研究進展[J].水處理技術，2020（12）：17-24.

3 黃曉亮，蔡 斌，劉 威，等.燃煤電廠脫硫廢水零排放現場中試研究[J].工業水處理，2020

（6）：72-75.

4 華玉龍，孫紅麗，吳士定，等.淺談燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝[J].廣州化工，2020（19）：118-120.

5 李城孝.關于燃煤火力發電廠脫硫廢水零排放處理工藝的探討[J].中國設備工程，2022（12）：123-125.