电厂脱硫废水处理方法分析及工艺选择

涂子霞

摘   要：脱硫废水的处理主流方向为液体零排放，经处理后淡水回用到生产过程中，反应产生的結晶盐满足工业级纯盐要求。脱硫废水因为其成分复杂，水处理难度非常大，选择既能取得一定经济效益，又能达到回用和结晶品质的工艺路线是废水处理的关键。通过对各种工艺和技术优缺点的分析，总结脱硫废水处理各个阶段的工艺特点，并以元坝项目为例，证明了合理的工艺选择可以使脱硫废水处理系统各模块之间互补，使系统更加经济稳定，为电厂脱硫废水处理工艺的优化提供参考。

关键词：脱硫废水;预处理;膜分离技术;蒸发结晶

随着中国经济社会的快速发展和大型燃煤电厂的建设，人们对环境污染问题越来越重视，烟气脱硫废水受到特别多的关注。石灰石—石膏湿法脱硫工艺产生的脱硫废水中含有大量的悬浮物、盐类物质以及微量的重金属[1]。这种特殊的水质情况，使脱硫废水的处理难度非常大。另外，因为重金属具有富集性，造成污染后不容易降解，对环境的污染几乎是永久性的，决定了脱硫废水必须单独处理。脱硫废水处理工艺选择应遵循“分质收集，分类处理”原则。

1    脱硫废水性质及处理要求

根据废水水质将其分为高盐度低悬浮废水、低盐度高悬浮固体废水、高盐度高悬浮固体废水、低盐度低悬浮固体废水;根据排水的周期性，可分为定期排水和非定期排水。

根据处理出水的使用和出水水质标准选择经济上可行的工艺，最小的建设投资，最经济的运营成本，获得更好的社会效益。一般考虑废水处理后再进行回收利用，用于工业循环冷却水补水、绿化浇洒、地面冲洗等，达到水资源再利用的目的。

1.1  脱硫废水水质

以四川某自备电厂脱硫废水为例，脱硫废水水质如下：流量120 m³/h，pH=12，COD 204 mg/L，氨氮445 mg/L，电导率 15 780 uS/cm，全盐量8 708 mg/L，硫酸根2 780.6 mg/L，氯离子1 055 mg/L，碱度22 mmoL/L，硬度65.2 mmoL/L，二氧化硅20 mg/L，钠离子488 mg/L。

1.2  出水水质

项目设计处理后的水质要求：符合“城市污水回用—工业水质（GB/T 19923—2005）”中洗涤水的要求，使再生水可以重复使用[2]。

2    脱硫废水零排放系统工艺流程

以元坝汽田自备电厂脱硫废水的处理工艺设计为例，工艺路线分3个单元完成。

2.1  预处理单元

除去水中的悬浮物、浊度及部分钙镁离子、硫酸根离子等，工艺建设以土建池为主，预处理单元包括调节池、加药处理、清水池等。

2.2  膜浓缩单元

通过反渗透膜和电渗析膜浓缩工艺，将水中的高含盐分废水进一步浓缩，将水中盐的质量分数从0.5%提升到15%左右。

2.3  蒸发除盐单元

水中的盐（硫酸钠和氯化钠）通过蒸发结晶，冷凝水可以再循环和再利用。

2.4  总体工艺流程

首先，在废水通过预处理单元去除钙镁硬度、硫酸根等易结垢的成分，本单位主要是沉淀，絮凝和添加中和药剂。预处理完成后进入膜浓缩工艺，膜淡水回用到脱硫系统中，膜浓水进行结晶蒸发，最终产物为较高纯度的氯化钠结晶盐，废水零排放处理工艺流程如图1所示。

整个工艺设计高效、低耗，充分考虑了节能环保的设计要求。其中双膜浓缩淡水和蒸发后的冷凝水回用到脱硫系统中。

3    脱硫废水处理的技术分析

根据元坝项目废水的特点，我们选择的处理工艺主要从以下几方面进行着重考虑分析，选择最有效、低耗、经济的处理工艺：（1）废水处理后能够确保水质达标回用。（2）能最大限度地回收废水中的盐分等有用物质。（3）处理工艺设施需运行稳定，有较强的耐冲击能力，能适应水质不稳定，水量变化大。（4）处理工艺的设备设施材质的选择充分考虑其耐腐蚀性。

3.1  预处理

预处理是整个脱硫废水零排放工艺的前提和基础，主要目的是去除悬浮物及部分溶解性的盐类降低硬度、调节pH。传统预处理工艺一般为化学沉淀法，通过投加纯碱和硫化物去除悬浮物和重金属，经处理，废水可达到排放要求，但传统工艺处理效果不稳定，不能满足后续的浓缩减量和结晶蒸发的零排放要求，为满足后续处理工艺的要求，设置预处理流程如下：（1）为防止废水中高硬度及高浓度硫酸根对后续的浓缩工艺造成严重结垢的危害，所以，本工艺中设置软化预处理工艺段，分为沉淀、絮凝和中和，去除水中的杂质。（2）在沉淀池1中加入碳酸钠沉淀钙镁离子，沉淀池2中加絮凝剂使悬浮物聚集加速沉淀，沉淀池后设置混凝反应器，废水在反应器中进行充分反应并沉淀。（3）废水经混凝反应器中的沉淀反应后，底部的污泥进入板框压滤机进行泥水分离，上部出水流入清水池，此时清水池中的废水处于碳酸钙饱和状态，需加酸将pH调至中性，减少钙结垢风险。（4）因清水池中的水可能会放置一段时间再进行下一步处理，为确保后续反渗透膜和电渗析膜系统的正常运行，清水池中的废水后续应再经过砂过滤、活性碳过滤和超滤系统，目的是去除水中颗粒杂质等。本工艺是在传统预处理技术的基础上，进行了升级改造，将传统预处理与超滤技术相结合，提高出水水质指标，确保出水满足膜处理的水质要求，对保护后续工艺的膜组件有着非常重要的作用。

3.2  浓缩减量处理

零排放的目标就是要实现溶解盐的结晶和回收，为了能提高能源的利用效率和盐结晶品质以及废水回用，浓缩减量是脱硫废水处理的关键过程。现阶段，浓缩减量主要有膜法和热法，膜法适用于废水含盐量高，范围较宽;热法只适用于废水含盐量15%～20%。本工艺中预处理后的混合废水选择经反渗透浓缩，废水含盐量由6×10-3浓缩至45×10-3，反渗透浓水进入电渗析膜进行进一步浓缩，通过电渗析膜浓缩装置将废水中盐分的质量分数浓缩到13%～15%，反渗透膜淡水和电渗析膜淡水达到回用水要求，淡水回收到脱硫系统中。

膜的选择：膜分离技术，是一种分子级别的过滤，在工艺选择时根据具体要求选择合适的分离孔径级别，达到分离除杂或浓缩脱盐的目的。现今膜分离技术越来越多的被用于水处理的工艺过程中。纳滤膜（NF）和反渗透膜（RO）都可以拦截水中的钙和镁离子，从而降低水的硬度。除此之外，反渗透法还可以脱离胶体物质，使水的利用率可以达到75%;纳滤膜与反渗透膜比较下来，反渗透膜相对设备便宜，操作简单，能耗低，更能有效净化水，符合国家标准。因此，本工艺采用两套反渗透膜装置分步浓缩。第一套反渗透装置将废水的含盐量由6×10-3浓缩至24×10-3，反渗透膜排列方式为一级两段;第二套反渗透装置废水的含盐量由24×10-3浓缩至45×10-3，反渗透膜排列方式为一级两段。最后反渗透膜的浓水进入电渗析装置进行进一步的浓缩，即电渗析膜分为均相膜和异相膜，均相膜的电阻低、能耗低;异相膜的电阻高、能耗高，因此，本工艺选择均相膜电渗析设备处理，能耗低，符合节能减排的要求。

3.3  蒸发结晶处理

3.3.1  多效蒸发技术

多效蒸发是目前大多数工艺采用的一项蒸发结晶技术，通过多效蒸发技术可以在一定程度上达到节能的目的。节能在于多效蒸发是将蒸汽进行反复利用，实际应用中一般采用三效蒸发，最多可以做到四效蒸发，一套四效蒸发器蒸发1.0 t水消耗蒸汽0.5 t，电耗为15 kWh。蒸汽价格200元/t，电费按1元/kWh，合计每蒸发1.0 t水需要0.5 t×200元/t+ 15 kWh×1元/kWh=115元。

多效蒸发工艺的優点是投资相对较少;但缺点是需要大量蒸汽和电耗，运行成本高，且占地面积非常大，设备腐蚀性高，后期维修费用巨大，因此蒸发结晶必须寻求能够最大限度减少蒸汽消耗量的新技术。

3.3.2  MVR节能蒸发

节能蒸发器是机械蒸汽再压缩蒸发器（Mechanical Vapor Recompression，MVR）的一种新型蒸发结晶技术，也是利用多效蒸发技术的基本原理，不同点是通过MVR节能蒸发器是通过压缩机对物料蒸发产生的二次蒸汽进行压缩做功，使得二次蒸汽的压力和温度被再次提高，也就是将电能通过对物料做功转化为热能[3]。当温度和压力被再次升高后的二次蒸汽回到蒸发系统，可以再次对物料进行加热，从而达到二次蒸汽循环再利用的目的，工作过程消耗的主要是电力，仅需补充少量的生蒸汽。

MVR工艺优点在于其单位能耗低、占地面积小、减少公共设施，减少或不需要供应生蒸汽，无需制冷设备即可在40 ℃以下蒸发。MVR蒸发1.0 t水仅需蒸汽0.02 t，耗电23～70 kWh，取中间值50 kWh计算，蒸发1.0 t水需要费用0.02 t×200+50 kWh×1元=54元;由此看出，MVR节能蒸发器的节能效果显著，与多效蒸发器相比，采用MVR蒸发技术可以节约1/2以上的能耗，实现可观的经济效率。

因此，本工艺选择双膜浓缩后的浓水进入MVR节能蒸发系统，将废水中的盐分结晶出来，蒸发冷凝水回用到生产、生活用水，实现了废水的零排放。

4    结语

随着国家环保要求的提高，废水零排放是今后脱硫废水处理的主流方向，电厂脱硫废水的处理要求系统具有寿命长、维护费用低、清洗周期长、抗污染能力强、能耗低、运行成本低等优点，通过上述各工艺比较可以得出，采用“预处理+反渗透+电渗析+MVR节能蒸发”为主的零排放工艺路线，膜法浓缩和新型蒸发技术的组合，能够最大程度地保证系统的高效、低耗，确保系统长周期的运行稳定及维护保养简便快捷，同时符合废水处理零排放的各项要求。

[参考文献]

[1]虞  钢，马浩栋.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理技术探讨[J].山东工业技术，2017（9）：14.

[2]中华人民共和国建设部.城市污水再生利用工业用水水质（GB/T 19923—2005）[S].中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会，2005.

[3]陈  彪.基于MVR技术的板蓝根浸提液浓缩的工艺设计[D].南宁：广西大学，2017.