脱硫废水零排放预处理技术分析及工程应用

陈艳艳，吴志勇，陈 锋，高占奎，官祎男，樊陈子，罗小红

(北京朗新明环保科技有限公司，北京 100039)

0 引言

随着国家、地方对水资源严格调控政策的密集出台，完全零排放已成为废水治理的必然发展方向，电厂节水、零排放工作已经开始全面启动[1]。为实现完全零排放，目前普遍接受的主体思路是采用预处理→浓缩减量→结晶→固体结晶物处理来达到这一目标[2]。具体采用的技术工艺如：传统的混凝沉淀、微滤；超滤、纳滤、反渗透、高压反渗透；自然蒸发结晶、蒸发塘、机械喷雾蒸发、烟道喷雾蒸发、旁路烟气蒸发等改良工艺或者其组合工艺。

这些技术都各具优势，但存在的问题是：不管是膜浓缩、热法浓缩或者末端结晶阶段，污垢、盐垢、腐蚀问题刻不容缓，设备维护成本高，因此如何做好废水的预处理，减少废水中污染因子，保证末端进水水质显得尤为重要。本文针对脱硫废水的零排放，结合目前理论研究及电厂实际应用，探讨了一种应用于实践工程的脱硫废水预处理方法，以期为将来零排放技术的研究开发及工程应用提供参考。

1 脱硫废水预处理技术现状分析

脱硫废水的水质受石灰石的品质、煤种的不同、吸收塔内浆液的浓缩倍率等影响很大，但普遍呈现出水质偏酸性、悬浮物含量高、微量重金属及氟化物、过饱和的亚硫酸盐和硫酸盐、含硅、硬度大、氯离子浓度高的特点[3-6]。目前应用广泛的预处理方法主要是化学加药混凝沉淀法、微滤、平板/卷式纳滤、电渗析、晶种软化法等，目的是在废水蒸馏前，先尽可能多的去除水中易结垢的Ca2+、Mg2+或SO42-，降低废水浓缩蒸发过程中的易结垢倾向，常规的处理工艺流程如图1所示。

电厂普遍采用的石灰澄清池/高密池单元即是传统的化学沉淀-混凝澄清工艺，它自身有着不可替代的优势[7]。在长期的应用过程中，我们对药剂的投加种类、投加方式、数量、比例、搅拌时间等参数把握的更加准确，随着工艺设备的不断改进以及运行经验的积累，该工艺可以去除大部分的悬浮物、重金属及有机物，出水水质较好。其缺点：一是处理效果不稳定，容易受到来水水质水量波动、水温变化等因素的影响；二是加入的消石灰、絮凝剂、助凝剂等一系列药剂去除的是水中大部分的暂硬，对永硬成分并未去除，这部分溶解性固体仍会在后续处理过程中浓缩结晶出来引起设备严重结垢；三是出水水质中一些离子浓度不能满足膜浓缩减量系统进水要求。而且从图1中可以看到，澄清池出水还需要经过多介质过滤器、阳床、超滤、保安过滤器等工艺设备后才可进入反渗透膜浓缩阶段，操作流程复杂，运行管理不方便。

2 改良的预处理工艺路线

针对预处理阶段及现有工艺流程中存在的问题，通过实验摸索，我们提出采用传统的化学混凝-澄清+软化-管式微滤为预处理方法的工艺流程，具体见图2所示。

图2中我们保留有效的传统混凝沉淀工艺，同时结合化学软化-管式微滤膜过滤取代现有的多介质过滤器、阳床、超滤等工艺，缩短了工艺流程、减少了占地面积。

图1 典型脱硫废水处理工艺流程

图2 优化脱硫废水处理工艺流程

2.1 软化去除钙、镁、硅[8]

前端石灰的投加起到了提供氢氧根的作用，但是会带入钙离子，这些带入的钙离子和水中已有的钙离子都需要碳酸氢根与之反应形成沉淀，水中现有的碳酸氢根多数情况下其当量浓度高于现有钙离子浓度，但又不足以在投加石灰的情况下沉淀所有的钙离子，这样的话就要同时投加纯碱。在传统沉淀分离的软化工艺中，由于固液分离效果相对不可靠，石灰投加的另一重要目的在于充当混凝剂，起到增加污泥量、促进沉淀的作用。在管式膜进行固液分离的软化工艺中，可以更洁净且减少纯碱需要量。另一方面，水中二氧化硅被软化反应所生成的氢氧化镁沉淀物所吸附，或者说发生了共沉淀反应，通过管式膜的高效固液分离被除去，而在传统沉淀工艺中，限于固液分离的效果，二氧化硅很少能被同时除去。这样后续的反渗透可取得更高的回收率。

2.2 管式膜系统

错流式管式微滤膜利用微孔的膜把废水中的沉淀物分离出来，不需要沉淀物粒径足够大和比重足够大，是一种更有效的分离方法，能自动随时开/停机，瞬时完成过滤过程。技术优势[9-10]：微滤膜采用坚固的管式结构和烧结法成膜，从原理上杜绝了断丝泄漏现象的发生，具有出色的耐化学性和耐磨擦性；可以承受2%～5%的高污泥浓度；适用pH范围广泛；0.05～0.1μm的绝对过滤孔径，产水浊度<1NTU，可以有效的保护反渗透。

3 应用实例

根据邯郸某电厂实际进水水质分析数据显示，该进水的碳酸氢根远低于钙离子的当量，液碱加纯碱是唯一可行的选择。确定工艺后，在电厂进行现场中试试验，重点考察水中的二价阳离子钙、镁、钡、锶等和SiO2的去除率和膜通量范围，经过为期6个月的试验，摸索出合适的参数，然后应用到荥阳煤电一体化公司脱硫废水的处理工程中去。

该工程脱硫废水系统处理水量20m3/h，采用预处理+纳滤+DTRO+蒸发结晶工艺对废水进行处理，预处理主要去除废水中的悬浮物、钙镁离子，确保后续膜浓缩系统的正常稳定运行，浓缩处理段主要实现脱硫废水浓缩减量处理，利用反渗透膜的高效脱盐作用，将脱硫废水中的盐截留在浓盐水中，最大限度的减小蒸发系统处理规模。系统最终产生 14t/h 水可以回用，5.8m3/h的浓盐水进入蒸发结晶系统。软化加药产生的沉淀污泥经板框压滤机脱水至固含量大于 40%后作为一般固废处置。

3.1 运行费用核算

本工程脱硫废水零排放预处理系统直接运行成本的核算包括能耗费、药剂费、主要设备耗材费、人工费等几部分。脱硫废水系统年满负荷设计时间为7200h，电价0.52元/(kW·h)，药剂按市价计算，经核算耗电量22kW/t，水运行费用11.5元/t，水药剂费104.6元/t，再加耗材管式膜的更换费用及人工费，废水预处理系统运行费用117.6元/t。

4 结语

脱硫废水作为燃煤电厂终极高盐废水，减量处理的关键是防止结垢。零排放工艺在后续的蒸发浓缩段多采用的是进口设备，投资造价很高，既然电厂决定做零排放就要保证其的正常运行，如果预处理不稳定可靠，可能会造成高价设备无法运行的情况，带来巨大的损失。改良后的预处理工艺流程，是完全依据工程实际可行性提出的，将传统的混沉工艺与化学软化-管式微滤结合起来，从实际应用来看虽然歩序繁琐，但考虑更周全，更具实际应用价值。它可以有效分离脱硫废水中的一、二价离子，达到软化脱硫废水的效果，同时减少脱硫废水处理过程中的污泥产生量，保证了后续设备的运行。该工艺经过现场反复的中试试验，参考其他工程应用情况，摸索出合适的参数进而应用到实际工程中去，工程施工正在进行中。可以为脱硫废水的处理提供依据，对废水回用及零排放具有实际的指导意义。