燃煤电厂脱硫废水处理技术研究进展

摘 要：本文将国内脱硫废水处理技术分为传统处理方法、达标排放和零排放三类，对各类技术进行了综述，分析了其优缺点，并对值得推广的化学沉淀技术、蒸发结晶技术和烟道蒸发技术进行了总结。其中，化学沉淀技术可有效去除廢水大多数污染物，在应用中应对工艺加强精准化控制，提升废水处理效果；蒸发结晶技术可在零排放的同时回收净水和盐，但目前受到国家制盐政策的限制，可从简化工艺流程和降低成本方面做出进一步的改进；烟道蒸发技术具有系统简单和成本低的特点，但存在将污染物经粉煤灰转移到环境中的风险，可结合针对性的污染物处理技术做进一步的完善。

关键词：脱硫废水 达标排放 零排放

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）02（a）-0093-03为了实现国家对烟气超低排放的要求，国内大多数燃煤机组均加装了烟气脱硫系统。在诸多脱硫技术中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术由于脱硫效率高和适应性强等优点得到了最广泛的应用，据统计全国约有90%以上的燃煤电厂均采用了该技术，其工作原理是通过吸收浆液与烟气的充分接触，将烟气中的二氧化硫吸收转化为石膏[1]。在系统运行过程中，随着浆液的循环使用，其盐含量和杂质含量逐渐增大，为了防止对相关设备和管道造成腐蚀，需定期排出废液将氯离子浓度控制在20000mg/L以下，由此产生了成分复杂和处理难度大的脱硫废水[2]。该废水的水质较为复杂，受机组燃煤品质、石灰石品质、脱硫系统设计及运行、脱硫塔前污染物控制设备以及脱水设备等多种因素的影响，一般呈弱酸性，氯离子和悬浮物含量极高（分别能达到1万～2万mg/L和数万mg/L），且含有多种有害重金属（如Hg、Pb、Cr、Cd等），直接排放会对生态环境造成严重的污染[3]。

早期，国家对燃煤电厂脱硫废水并未制定严格的排放标准，虽然行业标准《DL/T997-2006火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》对废水重金属和悬浮物等水质指标进行了限制，但其排放标准仍然较低。2015年以来，随着国务院《水污染行动计划》的发布，脱硫废水的处理被提升到了新的高度，其排放标准被逐渐提高，处理工艺也趋于多元化。本文将国内脱硫废水处理技术分为传统处理方法、达标排放和零排放三类，对各类技术进行了总结，分析了其优缺点，并为技术的未来发展提出了相应的建议。

1 传统处理技术

早期国家对燃煤电厂脱硫废水处理的限制较少，传统的处理工艺较为粗放，主要有煤场喷洒、灰场喷洒与水力冲灰等[4，5]。煤场喷洒和灰场喷洒是出于安全和抑尘等目的将脱硫废水喷洒入煤场和灰场，在实际应用中存在废水用量小的问题，其次由于工艺未对污染物本身进行任何处理，在其转移过程中容易对周边环境造成一定的污染。水力冲灰是将脱硫废水混入水力除灰系统，能同时对灰分起到输送和中和作用，但该工艺不能用于气力清灰等类型机组，对废水的用量较少，难以消纳每小时数吨甚至十余吨的新生废水，而且由于氯离子含量高，会对相关的金属管道造成一定的腐蚀。

2 达标排放

脱硫废水达标排放一般采用常规的化学沉淀技术，即“三联箱”技术[6]。该技术的典型工艺流程如图1所示。脱硫废水经废水箱缓冲后首先进入中和箱，向其中投加熟石灰或烧碱，将pH调整至9左右，大部分重金属离子形成难溶的氢氧化物沉淀，从溶液中分离；中和箱的上清液进入沉淀箱，向其中投加有机硫TMT-15或Na2S等，将Pb2+和Hg2+等未在中和箱去除的金属离子沉淀分离；沉淀箱的上清液进入絮凝箱，向其中投加絮凝剂和助凝剂等，废水中的悬浮颗粒和胶体物质凝聚为大颗粒沉淀沉降分离；最后，废水经澄清箱调节pH到中性后排出。

化学沉淀工艺对脱硫废水中的大部分重金属和悬浮杂质均有很好的去除效果，但由于其对工艺控制的要求较高，电厂在实际应用中往往达不到相对精准的控制要求，导致个别指标难以达到排放标准。鉴于此，电厂应加强工艺控制，针对性地分析指标超标原因，尤其对系统加药方式和用量等进行必要的调整优化。此外，化学沉淀法对于废水中高浓度的氯离子（高达1万～2万mg/L）无任何去除作用，其出水的可溶性盐含量仍然很高，限制了其回收利用与排放[3]。

3 零排放

零排放一般是指电厂通过一系列工艺流程将脱硫废水中的污染物质固化分离，不再以液体的形式向外排放废水[7]。目前国内主要采用的技术路线可以分为蒸发结晶和烟道蒸发两类[4]。

3.1 蒸发结晶

蒸发结晶是指通过浓缩和加热等方法，使脱硫废水浓度不断提高，最终形成过饱和溶液，析出结晶盐并与溶液分离。其典型的技术路线可以概括为“预处理+浓缩+结晶”。预处理的主要目的在于降低废水硬度，缓解或防止溶液在浓缩过程中结垢和堵塞，常用软化方法主要为双碱法，即向废水投加“熟石灰/烧碱+纯碱”，去除废水钙离子和镁离子等。浓缩的目的在于增大废水浓度，提高结晶效率和降低结晶能耗，常用的方法主要有膜浓缩，如反渗透（RO）、电渗析（ED）和膜蒸馏（MD）等以及配套使用的微滤（MF）和纳滤（NF）等。结晶采用的方法主要包括多效蒸发结晶（MED）和机械压缩式蒸发结晶（MVR）[8]。

多效蒸发结晶（MED）系统一般由多个蒸发器（即多效）组成，废水和新蒸汽进入一效蒸发器发生换热，产生二次蒸汽和浓缩液均进入第二效蒸发器继续换热蒸发。以此类推，前一效蒸发产生的二次蒸汽作为下一效的蒸发热源，同时前一效产生的浓缩液进入后一效继续浓缩，最终废水中析出结晶盐实现固液分离。该工艺可将蒸汽的热能多次利用，因此能量利用率较高[4]。

机械压缩式蒸发结晶（MVR）系统是将蒸汽和废水送入加热器进行换热，废水汽化产生的二次蒸汽经气液分离后送入压缩机，在压缩机内被压缩做功，热焓提高后，再次送入加热器与废水进行换热，废水吸收热量后产生的二次蒸汽再次进入压缩机，以此类推循环使用，蒸汽多次进入压缩机和加热器，废水随着浓度的提高达到过饱和状态最终析出结晶盐[9]。

总体而言，蒸发结晶技术可将脱硫废水中的盐进行结晶分离和提纯，同时得到可回收利用的净水，实现废水的零排放。然而，该工艺路线的流程和控制往往过于复杂，成本也非常之高，如广东河源某电厂2×600MW機组采用多效强制循环蒸发结晶技术，其处理废水能力约为20t/h，投资成本高达将近1亿元；佛山某电厂采用MED+MVR相结合的处理方式，投资成本高达4600万元[4]。此外，国家在《盐业管理条例》中明确提出“禁止利用盐土、硝土和工业废渣、废液加工制盐”，蒸发结晶工艺得到的结晶盐难以销售，当作固废处理又成本很高。若能得到国家在政策上的支持，蒸发结晶技术虽然投资成本高，但可以再实现零排放的同时回收利用部分资源（净水和结晶盐），从长久来看是一种较为经济高效的废水处理方法。该技术可以从简化工艺流程和优化控制等方面做出进一步的改进，在预处理软化和结晶等环节进一步降低工艺运行成本。

3.2 烟道蒸发

烟道蒸发技术是指将脱硫废水雾化喷射于锅炉尾部烟道，利用其排烟余热将废水蒸发，蒸发产生的结晶盐等杂质随烟气进入电除尘器被捕捉。按照蒸发选取烟道位置的不同，该工艺可分为低温烟道蒸发技术和高温烟道旁路蒸发技术[10]。

低温烟道蒸发技术的工艺流程如图2所示，脱硫废水经过处理装置后被雾化喷射于空预器和电除尘器之间的烟道，在烟道内吸收低温烟气热量蒸发。然而，由于空预器和电除尘器之间烟气的温度一般较低，在机组额定负荷下约能达到110℃～125℃，当负荷降低时烟温甚至会降低到100℃以下，废水的蒸发效果不理想。当喷入烟道的废水未能在既定时间内完全蒸发时，残余的水分会附着于烟道内壁甚至进入电除尘器，造成烟道积灰、堵塞、腐蚀等问题，并可能影响电除尘器的安全运行，在当前国内火电机组长期低负荷运行的背景下有着非常大的安全隐患[3]。

高温烟道旁路蒸发技术的工艺流程如图3所示，系统设置与空预器并联的烟道旁路，在空预器入口处引部分高温烟气进入旁路中安装的废水蒸发器，脱硫废水经处理装置处理后被雾化喷射于蒸发器中，利用高温烟气余热将水分蒸发，产生的结晶盐和固体杂质随旁路烟气回到空预器之后的主烟道，最终进入电除尘器被捕捉[11]。该技术以空预器之前的高温烟气（约300℃～400℃）为废水蒸发热源，虽然在机组各运行工况下可以确保废水的蒸发效果，但会在一定程度上减少炉膛进风温度，降低锅炉效率，增大机组煤耗。

总而言之，烟道蒸发技术的工艺流程相对比较简单，投资成本较低，但并未对脱硫废水中的污染物进行彻底处理和分离，污染物最终经过电除尘器进入粉煤灰，其中所含的重金属和氯盐等物质可能对环境造成不同程度的污染，存在一定的环境安全隐患。低温烟道蒸发技术存在较大的安全运行风险，高温烟道旁路蒸发技术会在一定程度上增大机组煤耗。虽然目前国家未对废水污染物进入粉煤灰做出任何限制，但出于环境保护和可持续发展的理念，未来烟道蒸发技术应当结合必要的重金属等处理技术，在分离有害污染物之后再进入烟道蒸发，降低污染物经粉煤灰转移进入环境造成的风险。

4 结语

综上所述，目前具有推广价值的脱硫废水处理技术主要有化学沉淀技术、蒸发结晶技术和烟道蒸发技术，其特征分别总结如下：（1）化学沉淀技术可对大多数重金属和悬浮物等物质起到很好的去除作用，在应用中应对加药方式和加药量等加强精准化控制，提升废水处理效果。该技术不能有效去除废水氯离子，影响了产水的回用和排放。（2）蒸发结晶技术可以在实现废水零排放的同时，回收净水和盐资源，但目前受到国家制盐政策的限制。该技术可从简化工艺流程和降低成本方面做进一步的改进。（3）烟道蒸发技术具有系统简单和成本低的特点，但存在将废水污染物经粉煤灰转移释放到环境中的风险，将来可结合针对性的污染物（主要为重金属等）处理技术做进一步的完善。

参考文献

[1] 王敏琪.火电厂湿式烟气脱硫废水特性及处理系统研究[D].杭州：浙江工业大学，2013.

[2] 邓佳佳.燃煤电厂烟气脱硫吸收塔内过程优化及脱硫废水的零排放处理[D].重庆：重庆大学，2015.

[3] 马双忱，于伟静，贾绍广.燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展[J].化工进展，2016，35（1）：255-262.

[4] 杨跃伞，苑志华，张净瑞，等.燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展[J].水处理技术，2017，43（6）：29-33.

[5] 李泊娇，王旭东，张占梅，等.石灰石-石膏湿法脱硫废水的处理及利用研究[J].电力科技与环保，2014，30（2）：29-31.

[6] 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，2010，36（3）：133-135.

[7] 王森，张广文，蔡井刚.燃煤电厂湿法烟气脱硫废水“零排放”蒸发浓缩工艺应用综述[J].陕西电力，2014，42（6）：94-98.

[8] 韦飞，刘景龙，王特，等.燃煤电厂脱硫废水零排放技术探究[J].水处理技术，2017，43（6）：34-36.

[9] 万勇刚，徐峰，田旭峰，等.国电汉川发电有限公司脱硫废水蒸发结晶项目工艺解析[J].华电技术，2017，39（10）：74-76.

[10]李飞.脱硫废水烟道蒸发零排放技术简介[J].资源节约 与环保，2017，191（10）：1-2.

[11]袁伟中，刘春红，童小忠，等.燃煤锅炉采用烟气旁路干燥技 术实现脱硫废水零排放[J].电力科技与环保，2017，33（6）：18-21.