燃煤电厂脱硫废水零排放研究

武作民

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，燃煤电厂建设越来越多。在燃煤电厂排出的脱硫废水中含有的污染物有很多，如硫化物、氟化物、悬浮物、重金属离子、COD等含量都会超过国家标准，对环境的污染非常严重。如果将这些废水直接排放入河流中，会严重污染到水源和土壤。可以对燃煤电厂的脱硫废水中的零排放进行研究，以确保脱硫废水中的污水得到合理清理。基于此，本文主要对燃煤电厂脱硫废水零排放进行研究。

关键词：燃煤电厂;脱硫废水;零排放

引言

燃煤电厂在实际运行过程中，用、排水的数量都比較多，装机容量在2×60MW的火电厂，每天生产运行的耗水量可以达到6万m3左右，约有每小时100～200m3左右的废水需要排放出来。石灰石-石膏湿法烟气脱硫处理技术产生的废水当中的污染成分较多，无机盐类、重金属成分和悬浮物等的指标都高于国家规定的排放要求，从保护自然生态环境和经济可持续发展的角度来看，减少燃煤电厂工业用水，提升废水的重复利用率，实现废水零排放具有十分重要的意义。

1燃煤电厂脱硫废水性质

脱硫废水具备水质、水量不稳定特征，悬浮物含量高、易沉淀，还含有一些重金属物质，湿法脱硫废水的基本特征是：呈弱酸性，pH值约为4-6;悬浮物高，但颗粒比较小，主要成分是粉尘、脱硫产物;脱硫废水中还含有可溶性较强的硝酸盐等，还包含一些重金属离子，如汞、铅等。

2脱硫废水来源

为了维持内部的物质平衡，必然产生一些废水的排放，即脱硫废水，其中含有悬浮物、过饱和的硫酸盐、亚硫酸盐及重金属等污染物，其中很多的物质都是国家在环保标准中重要提出要处理的污染物，脱硫废水对环境造成了严重的影响，由此可见对于燃煤电厂的脱硫废水零排放十分必要。

3燃煤电厂废水处理技术分类

燃煤电厂废水种类较多，来源不一样，成分不一样，去向和处理方法均不一样，所以应采用集中处理和分类处理互相融合的方式。1）锅炉停炉保护和化学清洗废水（含有机清洗剂）处理。锅炉化学清洗方式较多，用柠檬酸或EDTA进行锅炉酸洗产生的废液中残余清洗剂量很高。上述锅炉酸洗废水水质特点是COD，SS含量较高。为降低过高的COD，在常规混凝澄清处理、pH调整等工艺之前应增加氧化处理环节，以分解废水中的有机物。2）空气预热器、省煤器和锅炉烟气侧等设备冲洗排水处理。该类废水为燃煤锅炉非经常性排水，由于其含有较高的悬浮物和含铁量，不能直接混入日常排水系统处理。通常采用化学沉淀法进行处理，也可采用氧化、化学沉淀法，即首先进行曝气氧化，再进行中和、混凝澄清等处理。3）化学水处理工艺废水处理。燃煤电厂化学水处理根据处理工艺的不同，会产生不同的酸碱废水或浓盐水。酸碱废水多采用中和处理，即采用加酸或碱调节pH值至6～9之间，出水直接排放或回用。该工艺系统一般由中和池、酸储槽、碱储槽、在线pH计、中和水泵和空气搅拌系统等组成，运行方式大多为批量中和。采用反渗透预脱盐的处理工艺，一方面排水量较大，一方面水质没有超标项目，主要是含盐量较高，可直接利用或排放，必要时可进行脱盐处理。4）冲灰废水处理。采用水力除灰方式会产生冲灰废水。燃煤电厂冲灰废水主要是pH值和含盐量较高，有时候悬浮物也较高。只要保证水在灰场有足够的停留时间，并采取措施拦截“漂珠”，悬浮物大多可满足排放要求。pH值则需要通过加酸，使pH值降至6～9范围内。冲灰废水一般采用物理沉淀法处理后循环使用。处理过程中需添加阻垢剂，防止回水系统结垢。5）含油废水处理。含油废水处理通常采用气浮法进行油水分离，出水经过滤或吸附后回用或排放;也可采用活性炭吸附法、电磁吸附法、膜过滤法、生物氧化法等除油方法。6）脱硫废水处理。燃煤电厂脱硫废水一般是酸性较强、悬浮物浓度高、COD高等。一般是通过加石灰浆对脱硫废水进行中和、沉淀进行处理，然后经絮凝、澄清、浓缩等步骤处理后，清水回收利用，沉降物脱硫废水污泥经脱水后运出处置。7）氨区废水处理。氨区废水包括液氨贮存或氨水贮存区卸氨后设备及管道中氨气、事故或长期停机状态下氨罐及管道中氨气排至吸收槽用水稀释产生的废水、氨泄漏时稀释废水、夏季气温较高时对液氨储罐进行冷却产生的废水等。氨区废水水质特点是氨氮较高、pH值稍高，且不连续产生。一般将氨区废水送入厂区酸碱废水处理系统进行中和处理后回用。

4燃煤电厂常用的脱硫废水处理办法

依据国内燃煤电厂的现状和特点，一般情况下，会把氯离子在浆液中的含量保持在不超过20g/L。在对工业废水进行处理过程中，应该依据燃煤电厂脱硫废水具备的特征，选择科学合理的处理办法，把重金属以及其它物质进行有效的隔离，之后对经过分离之后的物质进行全面的处理，从而实现对脱硫废水处理的全部过程。当前，国内对燃煤电厂采用的脱硫废水处理方法为混凝沉淀治理方法，具体的处理工序有下面几个步骤。

4.1中合处理

依据国内针对工业废水进行处理的有关规定，结合电厂的实际生产运行情况，对废水进行中和处理，应该先把废水排入混合池中，再应用石灰石或者碱性化学药剂，对经过脱硫处理的废水酸碱度进行调节，之后采用中和处理酸碱度中和反应，把有关的离子物质进行滤除。

4.2去重金属

电厂废水当中不仅含有硫化物，同时也有较大含量的重金属，重金属也就因此成为了废水处理工作的重点。现在的技术手段当中，碱性药剂的应用非常广泛，这些碱性药剂可以和废水中的重金属融合起来，这样一来，其就会形成沉淀，从而脱离废水。同时也由于使用了碱性药剂，在处理重金属元素时，也会大大提高其酸碱度，很多氢氧化物也因此可以排除。

4.3絮凝处理

经过上述的处理工序之后，还应该对脱硫废水进行絮凝处理，从而把废水内形成的胶体以及其余杂质进行滤除。絮凝剂大多都应用氯化铁，在出口部位添加相对应的助凝剂，让胶体以及其它物质生成的絮状物质更容易形成沉淀，可以有效提高其它氢氧化物以及硫化物的沉淀速度，确保脱硫废水中的悬浮物都可以实现有效的治理，为后续的综合处理创造条件。

4.4去除氟原子

氟原子的去除首先需要将废水排放到废水池当中，加入适量的石灰，之后在混合池进行反应，最后加入碱性药剂，在充分混合一段时间之后，其中的氟原子即可去除。

4.5膜浓缩-传统蒸发结晶

该项技术起源于预处理和传统蒸发结晶技术，在应用该项技术时，会将系统中的大颗粒悬浮物进行沉降操作，并由该系统中的专业设备对这些沉降物进行收集和处理。然而在进行处理的过程中，脱硫废水中的无机盐无法被有效处理，为了能够进一步降低脱硫废水中的污染物含量，要在现有的基础上在系统中设置反渗透膜，在反渗透膜的使用中，经过第一步处理的脱硫废水施加压力，将废水中的清洁水挤出，实现对废水的有效浓缩，在后续的处理过程中，会将浓缩后的脱硫废水进行蒸发结晶，最终得到结晶盐。

5脱硫废水零排放技术

蒸发结晶技术是通过一系列方法将废水浓缩，浓缩液蒸发结晶，蒸汽经冷凝回收，而盐结晶干燥成工业盐，从而达到废水零排放的目的。目前，废水蒸发结晶技术主要有以下2种：（1）多效蒸发技术。常规蒸发结晶技术为多效蒸发（MED）结晶技术，该技术一般分为热输入单元、热回收单元、结晶单元和附属系统单位4个单元。常规处理后的废水经过多级蒸发室的加热浓缩后成为盐浆，盐浆经离心、干燥后成为工业盐运输出厂出售或掩埋。2009年，广东河源电厂应用该技术建成了脱硫废水零排放工程，设计处理量为20m3/h，蒸发系统出水TDS小于30mg/L，回用于电厂循环冷却水，产生的固体结晶盐达到二级工业盐标准，以每吨约80元的价格出售，虽然该技术较为成熟，但极高的能耗还是限制了其发展和推广。（2）机械蒸汽再压缩技术。为减小能耗，科研人员又研发出采用机械蒸汽再压缩（MVR或MVC）技术的蒸发器。MVR（MVC）技术是将二次蒸汽经绝热压缩后送入加热室，压缩后的蒸汽温度升高，可重新作为热源使用，从而大大降低了蒸汽用量，降低了能耗。三水恒益电厂从美国引进了国内第一套MVR（MVC）技术设备，该技术采用两级卧式MVC+两级卧式MED工艺，设计处理量为20m3/h，用于处理树脂再生废水和脱硫废水。采用的蒸发器是卧式喷淋水平管薄膜蒸发器，水平设置，废水走管外，加热蒸汽走管内，液体经喷嘴喷淋到换热器管的外部形成薄膜，经加热后产生蒸汽，产生的浓缩液进入结晶系统处理。该技术在能耗上相对较低，但在实际运行过程中发现，一方面，因为没有深度预处理系统，产品为复杂混合盐，只能作为危险固体废弃物进行处理，成本极高;另一方面，进水未经充分软化，结垢严重，除垢清洗频繁，同样增加了成本。经过国外公司的改良，采用立式降膜蒸发器可以有效解决卧式蒸发器结垢严重和能耗较大的问题，该技术已经应用于多个废水零排放建设工程。

6燃煤电厂脱硫废水零排放应用实践分析

某燃煤电厂在脱硫的过程中采取石灰石与石膏法相结合的脱硫工艺处理烟气中的SO2气体，工艺步骤为：首先在设备中将石灰石加工变成粉末，粉末对水进行吸收，将其制作成为石灰石浆液，可以将其作为脱硫剂进行备用;同时在泵的作用下将脱硫剂注入到塔的顶部，底部在引风机的作用下进入到锅炉烟道气，在气液逆向流动的过程中脱硫剂吸收烟道气中存在的SO2，并且在吸收SO2前，要想更好的使烟道气和浆液充分接触，应该促使添加的空气喷嘴不断的朝着吸收塔内部注入空气，之后将溶解在水中的SO2氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-;在酸性的作用下浆液会溶解生成钙离子，Ca2+与SO4-接触就会生产CaSO4沉淀，之后将生产的物质作为建筑材料。其次将浆液接触过的烟气经过吸收塔之后水蒸气就达到了饱和状态，随后将下游烟气系统进行加热，这样温度就会在升高之后排空，也能确保烟道气中的硫出现脱除和利用。表1所示是这一燃煤厂在进行废水处理之后水质的检测情况。根据表1的数据显示，对废水进行处理之后废水的质量有了非常显著的改善。（1）这一燃煤电厂使用的煤炭绝大多数都是低硫燃煤，在没有对废水进行处理之前pH值在6.5～7.4之间，并且废水呈现弱酸性，不可以直接将废水排放出去;废水在经过处理之后废水呈现中性。（2）从实践分析中可以看出，采用物理化学方法对废水进行处理能够很好的清除废水中存在的污染物质，并且通过处理之后废水基本上可以对电厂用水的水质要求进行满足，也可确保其得到重复利用，从而既促使用水量得到节省，也提升了经济效益。

7脱硫废水零排放技术发展

脱硫废水零排放处理技术主要包括蒸发结晶法和烟道蒸发法，这两种工艺各有优势和不足，具体工艺选择还需要依据具体水质条件等综合因素进行具体确定。在下一步燃煤电厂脱硫废水零排放技术发展中，一方面需要关注对于重金属的去除，尤其是吸附法脱除;一方面是对脱硫废水零排放技术的多元化发展进行研究与开发，以及水资源回收与利用。在蒸发结晶处理方面，为了降低运行成本，建议将废水减量化处理后，再进行蒸发结晶处理，同时结合具体水质情况，选择开发相应的预处理工艺，并注重开发脱硫废水浓水或结晶盐的资源化利用技术，最终实现循环经济。在烟道蒸发处理方面，应重点关注脱硫废水进入烟道后对大气污染区的达标排放和对于环保设施的腐蚀等影响，以及对布袋除尘器的影响研究，尤其注重对粉煤灰综合利用和烟气中氯排放的影响研究。

8降低脱硫废水排放的途径

8.1控制来煤、来水、来粉氯离子含量

脱硫系统中氯离子含量的富集来源来自煤、工艺水、石灰石粉，要从源头进行控制。吸收塔浆液氯离子含量的控制标准为5000mg/L～10000mg/L。据有关资料显示脱硫废水一天不排放，吸收塔浆液氯离子含量以500mg/L的速度递增。

8.2离子交换法

离子交换法的作用原理为，向脱硫废水中加入相应的离子，这些离子会与废水中的其余离子结合，当水体中的离子含量下降时，能够大幅降低水质的硬度。這种方法在应用过程中，拥有更高的可靠性与稳定性，另外就软化效果来看，这种方法能够使脱硫废水的硬度降低到10ppm以下，同时对于高于该硬度的脱硫废水，还可以进行二次以及多次处理。考虑到该系统的建设和运行成本，在具体的离子交换过程中，可以采用向系统中加入化学药品的方式达到软化目的，为后续的处理过程打下基础。

8.3控制脱硫废水含固率

石膏旋流站、废水旋流站旋流子需定期经常进行检查、清理、更换，真空皮带脱水机运行正常，下部保持干净，避免过多的泥浆进入回收水箱增加废水原水含固率。根据调试情况，废水旋流站存在底流易堵塞致使废水来水含固量偏高，造成废水设备损坏，故废水来水含固量应确保低于设计要求3.6%。

8.4尽可能提高脱硫补充工艺水水质

采用循环水作为脱硫工艺水时，循环水系统尽量少用含表面活性剂性质的杀菌剂，减少脱硫浆液起泡溢流。

8.5控制脱硫废水排放量

脱硫废水排放量按15kg/（MW·h）～20kg/（MW·h）控制。300MW每台机组控制每小时4.5t/h～6t/h，600MW每台机组控制每小时9t/h～12t/h，1000MW每台机组控制每小时15t/h～20t/h。

8.6多物质加入法

在这种技术的应用中，会向脱硫废水中加入硫酸钠、和石灰，原因在于在脱硫废水的环境下，这些物质的加入会影响硫酸钙的溶解度。在该技术的具体实施过程中，首先会对脱硫废水进行预处理，处理方式为向废水中加入石灰以及硫酸钠，同时对废水的酸碱度进行控制，需要保证酸碱度在12～13之间，同时将这些废水进行雾化处理。其次为将脱硫烟气排放到经过预处理的脱硫废水中，同时需要向这些烟气中通入二氧化碳，这种烟气能够在脱硫废水的环境下生成碳酸钙，由于碳酸钙不溶于水，所以可以对脱硫废水中的钙离子进行有效处理。最后为控制废水的酸碱度，需要保持在11左右。这种方法在应用过程中，能够在很大程度上降低水质软化过程中需要耗费的成本，但是也存在较为严重的问题，即在技术的具体应用中，很难对废水的酸碱度进行控制。

结束语

综上所述，脱硫废水排放量的确定是一个系统性的论证过程，需要多方面考虑、论证，在实际操作中，需要从全厂整体着眼，统筹考虑，在保证脱硫系统的安全稳定运行的前提下，尽可能减少脱硫废水排放量。通常可以通过使用消泡剂调节浆液品质，减少浆液和脱硫废水排放量。此外，建议测量脱硫系统入口烟气中氯元素含量，准确测得由烟气携带的氯元素对浆液氯离子含量的贡献。

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