电厂废水零排放工艺路线探究

单 涛

（北京姚魏环保技术有限公司，北京 100029）

电厂废水零排放工艺路线探究

单 涛

（北京姚魏环保技术有限公司，北京 100029）

烟气湿法脱硫技术在燃煤工业领域得到广泛应用，但燃煤电厂排放的工业废水对环境造成了严重污染，特别是脱硫废水及其他废水，需要采取相应的技术措施实现真正的废水零排放。文章对燃煤电厂脱硫废水零排放工艺进行了探讨。

脱硫废水；零排放；蒸发浓缩

1 前言

随着国家对大气环境保护和水环境保护的高度重视，对燃煤电厂等大型工业排放的二氧化硫标准愈加严格。烟气湿法脱硫技术在燃煤工业领域广泛应用后，其系统产生的脱硫废水由于盐分含量较高，已成为废水处理的难题。近年来，随着国家对工业废水排放的要求逐渐提高，废水的零排放技术已得到相关技术领域的重视，尤其是燃煤电厂脱硫废水零排放技术的可靠性得到了更多关注。

燃煤电厂耗水量大，且有大量余热可供利用，是废水零排放的主要应用领域。燃煤电厂湿法脱硫废水与电厂其它系统产生的废水差异较大，是燃煤电厂水系统内水质最复杂、污染最严重的水体。脱硫废水含有高浓度的悬浮物、高氯根、高含盐量、高浓度重金属，对环境的污染性极强，因此脱硫废水零排放势在必行。

目前，燃煤电厂的循环水、排污水、反渗透浓水等电厂生产环节废水都汇集到脱硫塔，因此脱硫废水是电厂的终端废水，水质最为恶劣。最简单的处理方法是将高含盐废水用于灰库搅拌和煤场喷淋，但这会影响灰渣的回用质量和煤场及输煤系统的喷淋运行。也有采用“预处理+ 蒸发系统+结晶系统”废水零排放技术，蒸干系统的凝结水用作电厂工业用水，可节约淡水资源。

2015年4月，国务院发布《水污染防治行动计划》（以下简称“水十条”），将强化对各类水污染的治理力度，提出史上最严格的源头保护和生态修复制度，全面控制污染物排放，着力节约保护水资源，全力保障水生态安全。“水十条”明确提出， 到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，“狠抓工业污染防治”成为重要任务，多项标准进一步趋严，一些重点区域甚至将禁止污水排放。

2016年9月，环保部发布关于征求《火电厂污染防治技术政策》和《火电厂污染防治最佳可行性技术指南》意见函，对火电厂排放的废气、废水、噪声、固体废物等造成的污染制定了基本的技术政策。对于火电厂排放废水明确指出：1）火电厂水污染防治应遵循清污分流、一水多用、集中处理与分散处理相结合的原则，鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排；2）脱硫废水应经过中和、沉淀、絮凝、澄清等传统工艺处理，鼓励利用余热蒸发干燥、结晶等处理工艺。

2 脱硫废水零排放技术

2.1 脱硫废水的水质

脱硫废水中的污染物成分及含量与燃烧煤种、脱硫工艺、运行方式、烟尘量、石灰石品质、石膏脱水效果、氨逃逸率等多种因素有关。

脱硫废水的水质特点：1）pH值为4～6.5，呈若酸性，包含大量悬浮物、过饱和亚硫酸盐、硫酸盐和重金属；2）悬浮物含量高（石膏、SiO2、Al和Fe的氢氧化物），一般在6000～15,000mg/L；3）含有微量的汞、铅、铬等重金属离子和砷、硒、氰化物等污染物；4）含有大量Ca2+、Mg2+阳离子和Cl-、SO42-等阴离子，溶解性固体总量（TDS）在25,000～60,000mg/L，其中Cl-含量在5000～20,000mg/L。

由此可见，脱硫废水具有高含盐量、高硬度、高Cl-浓度的特征，具有较强的腐蚀性和结垢性。

脱硫过程中，由于脱硫系统水的循环使用，Cl-在吸收液中逐渐富集，会影响脱硫石膏产出，腐蚀性随之增强，多数不锈钢已不能使用，需采取更有效的防腐措施。

2.2 脱硫废水的常规处理工艺（见图1）

图1 脱硫废水的常规处理工艺

（1）脱硫废水用于煤场喷洒：废水中的氯在燃烧过程中挥发出来，增加了锅炉尾部的腐蚀风险；钠盐在高温条件下容易在炉内结焦；对煤场喷洒易造成地下水重金属污染，需做防渗处理；部分氯随烟气进入脱硫系统，造成累积，影响石膏结晶，脱硫难以运行。

（2）脱硫废水用于湿式除渣系统：对于采用水力除渣或湿式除渣系统的燃煤电厂，有电厂尝试将脱硫废水作为除渣系统补水，这种回用途径受到渣系统闭式循环水量的限制，还会引起系统堵塞、设备及管道腐蚀问题而影响系统可靠性；废水呈弱酸性，对金属会存在腐蚀问题；含有的重金属会对灰渣的综合利用有影响；冲冼水需进行二次处理。

燃煤电厂目前普遍采用干除灰、灰渣综合利用等措施，除灰、除渣系统已不具备回用大部分废水的能力。

2.3 脱硫废水零排放技术

（1）自然蒸发技术

占地面积大，适用于干燥少雨地区，存在风吹损失。

（2）机械雾化法蒸发技术

存在风吹损失，影响周边生态环境。

（3）预处理+蒸发浓缩+结晶技术

预处理过程：1）加入石灰乳等调整废水pH值至8.9～9.5，大多数重金属离子均形成了难溶的氢氧化物。同时石灰浆液中的Ca2+还能与废水中的部分F-、As3+生成难溶物质；2）加入有机硫化物、絮凝剂、助凝剂，使废水中大部分重金属形成沉淀物并沉降；3）通过投加絮凝剂使废水中大部分悬浮物沉淀下来，通过澄清池予以去除；4）沉淀浓缩为污泥，污泥通过板框压滤机等设备压制成泥饼外运处理。

一般情况下，以上所述的脱硫废水预处理部分包含在湿法脱硫系统中，最终的脱硫废水需满足火电厂《污水综合排放标准》（GB8978-2002）即可排放。但在实际运行中存在较多问题，部分电厂出水中SS和COD往往不能稳定达标排放。在污泥脱水处理中，也存在板框压滤机故障率高、运行维护频率高、维护困难等问题。

热法蒸发技术：通过加热蒸发可达到浓缩溶液、获得固体结晶物质的目的。一般采用多效蒸发（MED）或机械式蒸气再压缩（MVR）技术等。但投资和运营的费用很高，如何能提高浓缩比减少蒸发量是设备经济运行的关键。

蒸发回收是整个零排放要求的最终环节。因氯离子含量高，对一般钢材腐蚀严重，需使用特殊合金，制造成本较高。

由于蒸发法具有能耗高、设备易结垢和投资大的缺点，限制了其应用。因此，要降低零排放的处理成本和保证系统的正常运行，需从以下两方面对废水进行预处理，即废水的减量化和防结垢措施。一方面，通过减量化处理方法对废水进行预处理，可减少蒸发结晶装置的处理负荷，有效降低成本；另一方面，通过软化法对废水进行预处理，防止蒸发器或烟道内结垢堵塞。

为降低蒸发量，膜分离法是最常用的废水减量化处理技术，如采用反渗透等膜分离技术先对废水进行减量化处理，膜分离产生的浓水再进行蒸发结晶，可有效降低蒸发处理负荷和节约处理成本。为确保蒸发结晶器正常运行和保证结晶盐的品质，需要对脱硫废水进行严格的预处理，如去除废水中的硬度、有机物和重金属等。有些采用RO膜技术进行浓缩，脱硫废水硬度达到3万mg/L，易对膜产生严重堵塞。因此，必需进行加药处理，以降低脱硫废水硬度。但投药费用高，还会产生更大量的含重金属污泥，属于危险废物，增加了处置费用。

据电力规划设计总院2014年脱硫废水处理抽样调研显示，国内电厂设置常规处理设备的占100% （但部分电厂的废水处理系统不能正常投运），废水产生的污泥全部送到灰场填埋或其他地方深埋。

膜法浓缩需注意以下问题：1）蒸发结晶技术对结晶盐的纯度有要求，需对脱硫废水进行深度预处理；2）考虑膜浓缩及蒸发结晶工况，脱硫废水过饱和，在浓缩阶段很容易结垢，影响设备的运行和使用寿命；3）脱硫废水中氯离子浓度高，对金属材质会出现晶间腐蚀，对设备选材要求高；4）脱硫废水中镁离子浓度高，软化生成的氢氧化镁为絮状胶体，难沉淀，很难过滤分离，给工艺操作带来困难；5）运行费用较高，蒸发结晶部分的运行成本约占总运行费用的一半；6）系统外排的少部分含盐水或污泥属危险废物。

（4）预处理+蒸发浓缩+烟道蒸发

烟道处理法是在烟道内对废水进行喷雾蒸发处理的一种方法。采用烟道蒸发法处理脱硫废水时，需先将脱硫废水雾化后喷入电除尘器之前的烟道内，废水通过喷枪雾化以小液滴的形式经过高温烟气加热后迅速蒸发，其中的悬浮物和可溶性固体形成细小固体颗粒，在气流的夹带作用下进入电除尘器并被电除尘器捕捉，随粉煤灰一同被收集，最终实现脱硫的废水达标近零排放处理。

与现行的脱硫废水处理技术相比，蒸发法具有如下优点：设备简单，可有效克服现有废水处理系统设备多、投资大、运行成本高和设备检修维护工作量大的缺点；运行操作简单，废水中的污染物可以混入除尘器粉煤灰中，无污泥处置问题；可提高烟气的湿度，从而降低烟气中灰尘的比电阻，有利于提高电除尘器的收尘效率。

近两年，国内部分燃煤电厂有采用烟道法处理脱硫废水的方法。从运行情况看，烟道蒸发技术应用于脱硫废水的零排放有以下问题：1）烟道蒸发工艺中存在许多潜在问题尚未解决，如废水组成对烟气组成的影响、废水水质成分的变化可能对烟气后续处理产生的影响；2）烟道蒸发技术受机组负荷影响大，处理量小，达不到废水零排放标准；3）浓缩后的废水对喷嘴造成堵塞，导致积灰、结垢，增大机组正常安全运行的风险；4）空预器后烟温偏低，可利用烟道长度不足，蒸发不彻底，导致积灰、结垢，污染物在烟道内壁、低温省煤器处吸附可能引起烟道腐蚀等问题（如图2）。

图2 烟道蒸发技术应用常见的问题

（5）预处理+蒸发浓缩+高温烟气蒸发

高温烟气蒸发：蒸发塔处理技术、旁路烟道蒸发处理技术。利用电厂锅炉空预器前高温烟气做为对脱硫废水蒸发的热源。热烟气经烟道接入蒸发塔或旁路烟道中，处理后的脱硫废水经喷射系统形成雾滴与高温烟气进行充分换热，从而实现脱硫废水的完全蒸干。蒸发塔出口烟气进入除尘器入口烟道，蒸干盐混入烟气中，随烟气中的粉尘一起进入除尘器被收集。

高温烟气蒸发的特点：1）以低成本实现脱硫废水零排放，且对原有系统影响较小；2）由于每个燃煤电厂排放的脱硫废水量不同，需要考虑脱硫废水减量化处理；3）对高温蒸发产物迁移转化的规律尚不明晰，尤其是溶解性盐和重金属等在高温条件下的蒸发特性，对后续系统如烟道腐蚀、粉尘的综合利用、除尘器的除尘性能及脱硫系统运行及环境的影响需要做出更深入、更全面的评价；4）目前还要依赖前部的预处理+膜浓缩系统，投资、运行成本较高。

（6）余热蒸发浓缩+旁路烟气蒸发

余热蒸发浓缩+旁路烟气蒸发即两级蒸发技术：一级蒸发（浓缩系统）+两级蒸发（蒸发炉系统）。

一级蒸发：由除尘器后引一路烟气接入浓缩系统，脱硫废水送入浓缩系统内形成自循环，与热烟气在浓缩系统内充分换热进行一级蒸发。水蒸汽随烟气接入脱硫系统，在喷淋冷却作用下，凝结到脱硫系统的循环浆液中，节约相同数量的脱硫工业补充水，可以降低脱硫系统的耗水量，达到节水、节能的作用。

两级蒸发：由锅炉空预器前引高温烟气作为两级蒸发的热源接入蒸发炉中，浓水送至在蒸发炉内与高温烟气混合换热进行两级蒸发，从而实现脱硫废水的完全蒸干，蒸干盐随烟气进入除尘系统与粉煤灰一同被收集。两级蒸发技术是完全利用烟气余热进行蒸发浓缩、蒸干。此技术已完成中试试验。工艺流程见图3。

图3 工艺流程示意

3 几种工艺路线的比较（见下表）

几种工艺路线比较表

4 总结

目前很多燃煤电厂的原有废水处理系统运行故障多、缺陷多，造成水耗大、污染重。电厂废水零排放应将节水、节能放在首位，在保证电厂安全、经济运行的前提下，最大限度地合理利用水资源，提高回收利用率，降低最终处理的废水量。

燃煤电厂全厂废水零排放是一项系统工程，应在现有水处理系统稳定运行的情况下，通过开展水平衡试验，掌握电厂的实际用水、排水现状与设计工况的差异和各系统的节水潜力。尤其是对终端处理系统，如何减少流程、降低运行费用、减小维护量，需要深入研究，最大限度降低系统的运行成本并减轻维护负荷，确保废水零排放系统的稳定运行。

任何一种废水“零排放”技术均具有优缺点和适用边界条件，在制定技术路线时，应针对电厂的实际情况，进行详细的可行性分析（投资运行成本对比、经济社会效益分析等），从而得出最适合的技术路线。

[1] 管一明.燃煤电厂烟气脱硫废水处理[J].电力环境保护，1998，14（1）：38-44．

[2] 周卫青，李进.火电厂石灰石湿法烟气脱硫废水处理方法[J].电力环境保护，2006，22（1）：29-31.

[3] 罗渊涛，姜威.火力发电厂烟气脱硫废水处理[J].黑龙江电力，2007，29（3）：161-163.

[4] 崔丽，陈颖敏.石灰石一石膏湿法脱硫废水的处理[J].吉林电力，2008，36（2）：16-19.

[5] 高原，陈智胜.新型脱硫废水零排放处理方案[J].华电技术，2008，30（4）：73-75.

[6] 吴怡卫.石灰石－石膏湿法烟气脱硫废水处理的研究[J].中国电力，2009，39（4）：75-78.

[7] 禾志强，祁利明.火力发电厂烟气脱硫废水处理工艺[J].水处理技术，2010（3）：133-135.

[8] 全晓权.浅谈火电厂脱硫废水零排放处理方案[J].科技创新与应用，2014（9）.

[9] 张广文，孙墨杰，等.燃煤火力电厂脱硫废水零排放可行性研究[J].东北电力大学，2014（10）.

Probe into Technological Route of Wastewater Zero Discharge in Power Plant

SHAN Tao
(Beijing Yaowei Environmental Protection Technology Co., Ltd, Beijing 100029, China)

The flue gas wet desulfurization technology is widely used in the coal-fired industrial field, but the industrial wastewater, particularly desulfurization wastewater and other wastewater discharged from the coal-fired power plant cause the serious pollution to environment. It is necessary to take the corresponding technical measures to realize the real wastewater zero discharge. The paper probes into the zero discharge technology of desulfurization wastewater in the coal-fired power plant.

desulfurization wastewater; zero discharge; evaporation and concentration

X703

A 文章编号：1006-5377（2017）07-0059-04