脱硫废水常规处理及零排放工艺介绍

2017-03-05姚远博天环境集团股份有限公司上海200000

化工管理 2017年1期

姚远(博天环境集团股份有限公司，上海 200000)

脱硫废水常规处理及零排放工艺介绍

姚远(博天环境集团股份有限公司，上海 200000)

我国是个煤炭资源丰富的国家，当前燃煤发电在整个发电行业内占比超过了70%。而绝大多数的燃煤电厂采用“石灰石-石膏湿法脱硫工艺”对烟气进行脱硫后，废水中的SS和COD虽然能达到排放标准，但随着国家和地方政府对废水中含盐量的要求越来越严格，导致这部分水无法直接外排。同时，由于废水中的TDS以及氯根离子含量高，若不加处理也无法直接进入系统中回用。如何处理好这最后一部分水成为了阻碍企业发展的当务之急。本文重点介绍了脱硫废水水质特点以及常用处理工艺方法。

脱硫废水；处理工艺；零排放

1 脱硫废水概述

1.1 脱硫废水的水质特点及常规处理工艺

典型热电厂脱硫废水中一般含有大量的盐分、硫酸根离子、重金属离子及氯化物，并含有难处理的COD等，pH值一般在5～6之间，水质呈弱酸性。处理时需要在水中加入Ca(OH)2，将pH值调节到8.5～9.0之间，使得重金属离子(如铜、铁、镍、铬和铅)生成氢氧化物沉淀；同时反应过程中还会生成CaCl2、CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物，以分离氯根离子、氟化物、亚硝酸盐、硫酸盐等盐类物质；对于汞、铜等重金属，目前普遍采用15%TMT溶液替代Na2S来将其沉淀出来。

1.2 脱硫废水处理难点

从脱硫废水常规处理工艺中可以看出：预处理工艺中添加了大量的熟石灰，会导致水中硬度离子含量较高，且水中残留有高浓度的SO42-、Cl-，属于典型的高含盐废水。水中硬度离子含量高会导致处理设备结垢污堵，Cl-离子含量高会对设备、管道产生严重腐蚀。

其次，脱硫废水水质成分复杂，污染物超标严重，水中镉、汞、硫化物、氟化物含量高。

另外，脱硫废水受燃煤品种、脱硫工艺、吸收剂等多种因素影响，水质变化较大。

1.3 脱硫废水排放标准滞后与现实环保要求

脱硫废水水质控制的行业标准：DL/T997－2006《火电厂石灰石－石膏湿法脱硫废水水质控制指标》，其对脱硫废水中总汞、总铬、总镉、总铅、总镍、悬浮物等指标进行了限制，但是总体标准偏低，如汞的最高排放限值为0.05mg/L，同时也没有对Cl-的排放浓度进行限制。而目前火电厂的废水排放是按照GB8978- 1996《污水综合排放标准》进行控制的，但该标准规定的控制项目和指标也不能完全适用于脱硫废水。

2015 年4 月16 日，国务院发布《水污染防治行动计划》，强调将强化对各类水污染的治理力度，脱硫废水因成分复杂、含有重金属引起业界关注。目前行业内工程案例基本上都是：利用浓缩工艺对脱硫废水减量化处理，产水回用循环水系统，浓缩水进入蒸发器结晶生成固态盐。从而实现脱硫废水“零排放”的目标。

2 、脱硫废水“零排放”常规处理工艺介绍

2.1 预处理工艺系统

经三联箱处理后的脱硫废水中硬度离子含量很高，若不加处理会对后续设备及管道造成严重的污堵，所以在预处理时常会采用“pH调节＋混凝+沉淀”的处理工艺降低水中钙镁离子的含量。

首先在pH调节池中将进水调整至9.0～10.0，将Mg 硬度转换为钙硬度。然后在混凝池中分别加入碳酸钠药剂，可以有效的将水中的硬度离子降低至1～2mmol/L。再投加PAM药剂，通过絮凝、沉淀工艺将无机泥排出。处理后的水进入浓缩工艺段进一步处理。

2.2 浓缩减量工艺系统

零排放工艺的最终目标是将水送至蒸发器中结晶，但由于蒸发器造价高昂，且运行费用高，所以最大限度的将废水减量是本工艺段的主要目标。

(1)反渗透工艺(预浓缩工艺—不分盐)

反渗透工艺是利用半透膜的原理，通过在高浓度侧施加压力将水和盐分离出来。系统回收率通常可以设计在70%～80%之间，产出的干净水由于离子含量低，可以回用到工业系统中。而反渗透膜截留下的有机物、胶体和无机盐由浓水侧排至浓水收集水箱，后续进入高效浓缩工艺单元进一步处理。

反渗透法制取除盐水是一个物理过程，所以比离子交换法环保。同时处理过程简单，易操作，自动程度化高，人工干预量小，同时系统的管理与维护简单。

(2)纳滤工艺(预浓缩工艺-分盐)

纳滤膜元件是一种特殊分离膜品种，原理与反渗透类似，其截留特性介于超滤与反渗透之间。因此，纳滤膜元件对水中溶解的小分子有机物有很高的脱除率，同时纳滤膜元件对水溶液中的离子也有一定的脱除率(一般在20%～98%之间)。主要是对二价及以上的高价离子去除率较高，而一价离子则没有什么去除效果，适合进行分盐处理设计。由于纳滤的产水中一阶离子含量高，而浓水中二阶离子含量高。由此可以把NaCl和Na2SO4分开，在蒸发结晶时得到较高纯度的结晶盐。

(3)DTRO工艺(再浓缩工艺)

脱硫废水经过预处理和反渗透浓缩后，残留废水还会剩下20%～30%。水中的TDS一般也会达到3万～4万mg/L，此时选择普通的反渗透系统将无法进一步对水浓缩减量。

DT膜组件构造与传统的卷式膜截然不同。它最高可选用120bar的给水压力对浓水进一步浓缩。它采用开放式流道，料液进入导流盘中，以最短的距离快速流经过滤膜，然后180釆逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入到下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双”S”形路线。这种特殊的水力学设计使处理液在压力作用下流经滤膜表面遇凸点碰撞时形成湍流，增加透过速率和自清洗功能，从而有效地避免了膜堵塞和浓度极化现象，成功地延长了膜片的使用寿命；

经过DTRO再浓缩工艺后，废水量通常只是原来的5%～10%(视水中TDS含量决定)，此时由于水中TDS含量高达12万～16万，可以送至蒸发工艺单元结晶处理。

2.3 蒸发结晶工艺系统

(1)多效蒸发器

原料液首先经过换热器预热后进入蒸发器进行蒸发浓缩，溶液在一效蒸发器内受热蒸发，气液混合物在结晶分离器内进行气液分离。一效分离室内部分物料在循环泵的作用下通过液位自动控制系统进入一效循环管，部分物料在转料泵的作用下进入二效分离器。二效分离室内部分物料在循环泵的作用下通过液位自动控制系统进入二效循环管，部分物料在转料泵的作用下进入三效分离器，依次递进。当蒸发达到一定浓度后出现大量晶体，出料后进入稠厚器增浓，然后进离心机进行固液分离，母液返回蒸发器重新蒸发。

(2)机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器

机械式蒸汽再压缩(MVR)蒸发器，其原理是利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发产生的二次蒸汽，把电能转换成热能，提高二次蒸汽的焓，被提高热能的二次蒸汽打入蒸发室进行加热，以达到循环利用二次蒸汽已有的热能，从而可以不需要外部鲜蒸汽，通过蒸发器自循环来实现蒸发浓缩的目的。通过PLC、工业计算机(FA)、组态等形式来控制系统温度、压力、马达转速，保持系统蒸发平衡。从理论上来看，使用MVR蒸发器比传多效蒸发器节省80%以上的能源，节省90%以上的冷凝水，减少50%以上的占地面积。

蒸发结晶工艺系统属于“零排放”装置的末端系统，在处理过程中会耗费厂区内的电量和厂区内的水蒸汽，系统的运行成本和建设成本较高。而且蒸发器在运行时会排出一定量的循环母液，不能做到100%的“零排放”。蒸发结晶单元产生的结晶盐为工业用盐，盐中含有一定量的杂质，行业内对废水结晶盐的用途还有争论，目前大多是自我消化处理。

3 脱硫废水其它处理工艺介绍

3.1 高温烟道蒸发工艺

高温烟道蒸发工艺流程：将脱硫废水输送到空气预热器后的烟道，对脱硫废水进行雾化处理。雾化后的废水在烟道内进行蒸发，杂质以固体物质的形式进入除尘设备进行处理。除尘设备将颗粒进行捕捉后随灰一起外排。该方法在发达国家拥有较多应用案例，具有运行成本低，需要新增设备少等优点。

3.2 水力排渣系统外排工艺

水力排渣系统外排工艺流程：经常规处理后的废水进入厂区的排渣系统，废水中的重金属和杂质与渣水(呈碱性)发生反应。发生反应后，渣水可以过滤掉废水中的杂质以及重金属物质。另一方面，废水可以对渣水排放系统起到水量补充作用，节省排渣系统的用水量。其特点是：不需要对原除灰系统进行改造，投资成本低，运行维护简单。但由于受到排渣方式的限制并不适用所有电厂。