一步加药法在650MW超临界机组脱硫废水零排放预处理中的研究与应用

王涛　沈迎　张勇　任乾超

摘 要：针对某电厂2X650MW机组脱硫废水“三联箱”处理系统处理能力不足、产水水质难以达标、设备维护费用高、吨水处理电耗高、以及药剂安全隐患等问题，按照“一步加药法”高效絮凝处理工艺，对该电厂2X650MW机组脱硫废水处理系统进行了利旧改造，解决了当前脱硫废水三联箱处理工艺技术中易堵塞系统设备与管道的问题，运行连续稳定，为脱硫废水最终实现零排放创造了良好的条件。

关键词：650MW超临界机组；一步加药法；脱硫废水；达标排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.186

0 引 言

某电厂2×650MW机组烟气脱硫采用湿法脱硫，系统产生的脱硫废水中含有的杂质主要是悬浮物、过饱和的亚硫酸鹽、硫酸盐以及重金属，其中很多是国家环保标准中要求控制的一类污染物。由于脱硫废水的水质不同于其它的工业废水，因此必须对脱硫废水进行单独处理。原脱硫废水处理系统采用“三联箱”工艺（又称作三箱五药），原设计处理能力为25m?/h，自2007年建成以来，由于脱硫废水高含盐、高浊度、高硬度、高氯化物、高硫酸根，尤其是含有世卫组织和我国严格控制的一类污染物等；且受燃煤、脱硫工艺水质、脱硫剂等的影响，脱硫废水水质成分复杂、经常性波动很大。系统实际运行中存在如下问题，造成系统难以稳定运行，设备一直处于停运状态。

1 实施脱硫废水达标排放改造必要性

随着国务院《水污染防治行动计划》的实施，以及推行排污许可证制度，排水标准日益提高，企业自证守法的难度提高，脱硫废水外排存在极大环保风险。因此，因此该电厂迫切需要进行脱硫废水综合治理，实现脱硫废水达标排放的目标。2015年4月2日，国务院发布《水污染防治行动计划》，对企业的废水排放标准和污染物排放总量均提出了严格要求[1]。随着国家环保政策的日益严格，电厂废水零排放工作被提上日程。在电厂各类废水中，脱硫废水水质成份最复杂、含盐量最高、水质最差，是全厂废水达标排放工作的重点与难点，是达标排放工作的关键步骤之一。

该电厂现有脱硫废水处理工艺在实际运行过程中存在以下问题：

（1）旋流器出水含固率高，导致后续处理设施的处理负荷增大，特别是一次澄清池，水中的悬浮物都随水流出。

（2）三联箱搅拌器桨叶小，搅拌力度不够，药剂不能很好的混匀。

（3）三联箱体外围四周未进行加固，整个箱体已出现挤压变形，存在安全隐患。

（4）处理废水药剂投加种类较多，药泵多，设备维护复杂，污泥量大。

（5）二次澄清池刮泥机桨叶已腐蚀，无法刮泥，严重影响水质澄清效果，直接影响出水水质。

因上述设备异常及工艺弊端的存在使得脱硫废水整套系统已无法正常运行，目前出水带有明显黄色泥浆，机组脱硫废水无法达到达标排放的要求。

2 改造技术路线确定

目前脱硫废水预处理成熟工艺为化学沉淀法，大多数已投运脱硫废水零排放处理工程选用了早期随脱硫岛建设的“三联箱”系统。以最大程度利旧降低工程造价，本工程主要对传统“三联箱”工艺及“一步法”高效絮凝工艺进行对比选择。

2.1 方案一：“三联箱”工艺

目前国内应用最广泛的脱硫废水化学沉淀工艺为中和/沉淀/絮凝工艺。其主要流程见下图。

从上图可知，常规脱硫废水处理工艺核心为中和/沉淀/絮凝。脱硫废水通过缓冲水池后进入反应器，首先在中和池内调节脱硫废水的pH，一般采用的碱性中和剂为 NaOH或Ca（OH）2，在中和池箱将脱硫废水的pH值调节至9.0～9.5之间，在该pH范围内，废水中的Zn2+、Cu2+、Ni2+、Fe3+等大部分重金属离子会生成氢氧化物沉淀被去除；中和反应箱出水进入沉降箱，在沉降箱内加入可溶性硫化物，使脱硫废水中的Hg2+、Pb2+、As3+等金属离子形成金属硫化物沉淀，进一步去除脱硫废水中重金属离子；沉降池出水进入絮凝箱，通过投加絮凝剂（FeCl3或PFS）及助凝剂（PAM），使脱硫废水中细小颗粒进一步碰撞结合成为大颗粒；脱硫废水经反应器处理后进入澄清池，在重力作用下沉淀，澄清池底部沉降污泥定期通过污泥泵输送至污泥处置系统进行处理，澄清池上清液溢流至清水池；处理完后脱硫废水在进入清水池前，通过投加盐酸对出水pH值进行调节，同时投加次氯酸钠对COD进行去除。通过上述反应后，出水重金属、悬浮物、COD、pH等指标满足废水排放限值要求[2]。

该技术最大特点是集中和、沉淀、絮凝三反应区于一箱体。通过不同分区分别加入石灰、有机硫、絮凝剂和助凝剂完成pH调整、饱和硫酸钙结晶析出、混凝、絮凝反应等，使生成的絮凝物能在澄清器中沉淀、分离出来。

2.2 方案二：“一步法”高效絮凝工艺

“一步法”高效絮凝是针对脱硫废水具有高含盐、高浊度、高硬度、高氯化物、高硫酸根；含有重金属、氟化物、硫化物、氨氮、硅、有机物等特点，近年来开发成功的一种脱硫废水处理新工艺，并于2016年10月-2017年7月分别在大唐太原第二发电厂和国电菏泽发电公司进行了大型工业试验[3]。其出水指标全部满足DL/T997-2006《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》标准，世卫组织和我国严格控制的一类污染物指标优于该标准。其主要工艺流程见下图：

脱硫废水先经废水旋流器，对废水进行旋流浓缩，高浓度浓缩液返回吸收塔，旋流器低浓度出水进入高效絮凝反应器加药处理。高效絮凝反应器出水流入一次澄清池，经过固液分离后，清水流入废水箱达标排放；一次澄清池底部污泥通过污泥泵打入板框压滤机，脱水后的干污泥外运处置。

2.3 技术方案比较

对脱硫废水预处理系统方案一、方案二进行比较，结果见下表。

方案一出水水质不稳定，经常难以满足脱硫废水达标处理要求，方案二出水水质稳定，满足脱硫废水达标处理要求。方案一工艺成熟稳定，应用广泛，但投资及运行费用高于方案二。针对现有工艺的具体情况，本着充分利用现有可用设备，利用现有建设场地，利用现有可用管线的建设原则，推荐方案二作为公司脱硫废水预处理方案，即“一步法”高效絮凝工艺。

3 改造效果评价

费县公司脱硫废水达标排放改造于2018年12月31日改造完成，2019年1月1日至2019年1月26日脱硫废水系统分体及168调试，调试完成后各项指标优良、运行稳定。

3.1 改造后指标分析

改造后脱硫废水出水、压滤机泥饼含水率达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标（DL/T997-2006》、《城镇污水处理厂污泥处置、混合填埋用泥质》标准中对第一类污染物最高允许排放浓度、第二类污染物最高允许排放浓度的一级标准及污泥含水率的要求，具体出水水质如下表所示：

3.2 改造后设备可靠性

改造两台石膏旋流器和一台废水旋流器安装符合现场使用需要，管路与原有管路进行对接，实现了旋流分离的效果。通过对三台旋流器进行溢流密度和底流密度的连续运行监测，其中石膏旋流器溢流密度在1059-1090kg/m3，底流均保持大于1200kg/m3；废水旋流器溢流密度在1065-1073kg/m3，底流密度在1095-1123kg/m3。三台旋流器在进水压力满足设备运行要求的前提下，设备均可实现正常运转和使用。

本次改造恢复三联箱系统的加药反应功能，增设石灰乳加药装置和干粉投加装置，整个废水系统只需添加两种药剂，一改以往工艺需要添加四种药剂的运行工况，从设备占用空间和运行维护方面，大大减少了后续工作量。

本次改造针对二次澄清池池体严重变形和倾斜，刮泥机损坏的实际情况，对变形的二次澄清池新增设四根支腿加固整体结构，然后对已变形的池体进行变形修复矫正，对基础平台进行粉刷抹面，同时对支腿进行素混凝土防护，以減少外界条件所导致的腐蚀；针对刮泥机的损坏情况，原有刮泥机轴已腐蚀和变形，更换为316L不锈钢材质，在脱硫废水环境中具有优良的抗盐抗腐蚀性能。

3.3 改造后经济效益

通过实施一步加药法脱硫废水预处理改造，吨水处理电耗由9.5kWh/m3下降至5.2kWh/m3，按年处理脱硫废水125000m3[注：年运行5000h，处理能力25m3/h]计算，年节电537500kWh，按我厂上网电价0.422元/度计算，节电可产生经济效益为226825元。

通过实施一步加药法脱硫废水预处理改造，处理每吨废水加药成本降低4.4元，按年处理脱硫废水125000m3预期每年药品费用可节约550000元。

每年产生综合效益为226825元+550000元=776825元。

3.4 改造后社会效益

通过改造，成功解决了脱硫废水处理系统处理能力不足、产水水质难以达标、以及药剂安全隐患等问题，经济效益和环境效益十分显著，为“节能减排”和“污染物控制”工作做出了贡献。

参考文献：

[1]高原，陈智胜.新型脱硫废水零排放的处理方案[J].华电技术，2008，30（04）：73-75.

[2]徐建刚.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理[J].电力科技与环保，2010，26（04）：33-34.

[3]刘进.火力发电厂废水零排放技术方案[J].华电技术，2017，9（39）：58-62.

作者简介：王涛（1991-），男，山东临沂人，硕士研究生，注册能源管理工程师，主要从事火电机组节能理论、节能技术及锅炉燃烧稳定性的研究。