脱硫废水零排放新型处理工艺

2021-01-09寿冬金冯婷孙华梁平周紫薇浙江天蓝环保技术股份有限公司浙江杭州311202

化工管理 2021年17期

寿冬金，冯婷，孙华，梁平，周紫薇(浙江天蓝环保技术股份有限公司，浙江杭州 311202)

1 脱硫废水深度处理工艺

目前，膜浓缩法、蒸发浓缩法和结晶工艺在燃煤电厂中的应用较为普遍。

1.1 膜浓缩法

膜浓缩法包括多种工艺，分别为反渗透、微滤、纳滤等。目前，这项技术在废水处理领域已经取得了良好的应用效果。基于燃煤电厂常规处理后的脱硫废水水质，在处理过程中，可采用的方法以渗透和反渗透工艺为主。第一，反渗透工艺。在压力的作用下，利用半透膜对水中的各种杂质进行截留，从而获得纯净水。在大分子有机物溶液预浓缩中应用这项工艺，亦可取得良好的效果。第二，正渗透工艺。该工艺原理与反渗透较为类似，通过对自然渗透压差的利用，将浓盐水中的水分子挤压出来，同时截留废水中的其他杂质，然后采用其他工艺将杂质分离，最终实现净化的目的。这项处理工艺中的汲取液可重复利用。正渗透工艺无需使用高压泵，系统耗能也相对较低[1]。

1.2 蒸发浓缩

这项工艺在工业领域的应用十分普遍。在燃煤电厂脱硫废浓缩处理中应用最多的工艺为多效蒸发、机械蒸汽再压缩和热力蒸汽再压缩等。锅炉生成的蒸汽是传统多效蒸发装置的热源。在加热后，蒸汽不会进入冷凝器，而是作为第二效加热介质被重复利用，在重复此步骤后，就会形成一个多蒸发系统。

1.3 结晶工艺

效率最高的结晶系统是强制循环结晶装置，在处理易结垢液体、高黏度液体时较为适用。其处理流程为：利用泵将盐水打入到结晶器，与浓盐水相混合，在泵的推动作用下进入加热器。循环卤水会以切线为起点进入结晶器，从而实现连续结晶的目的。小部分卤水会蒸发，并在内部产生晶体，而大部分卤水会进入加热器，其中，小股带晶体的卤水会被抽送到后续脱水干燥装置，在分离卤水后获得纯净的晶体。

2 脱硫废水和零排放特征及难点

2.1 脱硫废水的特征

在脱硫吸收液被循环浓缩后，脱硫废水会表现出以下特征：第一，悬浮物所占比重较大。脱硫废水会聚积大量的飞灰，因此，悬浮物在废水中所占的比重较大，并且悬浮物比重还会因为煤质和电厂负荷不同而发生变化。第二，无机盐浓度较高。脱硫废水中的主要盐离子以Ca2+、Mg2+、F-、Na+、Cl-、SO42-为主。第三，水质容易结垢。脱硫废水含有大量的钙离子、硫酸根离子，再加上硫酸钙经常处在饱和状态，导致结垢问题常常出现。第四，重金属含量严重超标。第五，废水含量会受到负荷变化的影响。简言之，就是同一种脱硫废水处理工艺在不同电厂中应用，可能会取得不同的效果，因此对工艺适应性提出了更高的要求。

2.2 脱硫废水零排放的难点

第一，传统脱硫废水处理方法无法对悬浮物进行高效处理，分离所消耗的时间较长。第二，脱硫废水中含有大量的有毒有害物质，并且部分物质具有腐蚀作用，容易威胁设备和管道的安全。第三，脱硫废水处理后所得到的化学污泥，其有毒物质含量较多，如果处理不当容易产生严重的危害。第四，负荷或煤质变化，容易影响处理结果。上述问题的存在，对燃煤电厂脱硫处理而言可谓是严峻的考验，传统脱硫处理工艺已经不再适用。而废水零排放技术的出现，为上述问题的解决创造了有利的条件，目前，这项工艺已经被世界各国及我国广泛应用。

3 国内外脱硫废水零排放案例

3.1 阿奎特脱硫废水零排放工艺

阿奎特脱硫废水零排放工艺被意大利电力公司旗下的燃煤电厂所使用，这些零排放项目自2015年以来陆续投入使用，截至今日依然保持稳定的运行状态。零排放项目所使用的工艺大致相同。脱硫废水在经过中和、混凝、沉淀和软化处理后，由晶种式竖管降膜蒸发器进行浓缩处理，最后由强制循环结晶器对其进行结晶。这种工艺的蒸发浓缩处理方式主要以竖管降膜蒸发为主，在蒸发效率上具有优势。化学软化是主要的软化方法，但在处理过程中考虑化学软化方法对硬度的去除效果不佳，因此在进入蒸发浓缩处理环节时，需要晶种运行模式的融入。

3.2 威立雅脱硫废水零排放工艺

为使处理后废水的烟气浓度与欧盟制定的标准相符，威立雅公司研发了一种零排放工艺，并在燃煤电厂中应用。该项目采用了世界上最先进的脱硫装置，希望通过这个装置的使用将烟气中的二氧化硫消除。威立雅在本项目使用了结晶技术与HPD蒸发技术，在主体工艺方面，与阿奎特类似，所使用的装置主要以强制循环结晶器和降膜蒸发器为主。但是在预处理过程中，会对离子交换深度进行使用，以去除硬度，在蒸发过程中不加晶种。如果采用化学方法去除硬度，投加晶种的步骤则不能省去。结果表明，使用新型处理工艺后，电厂可以通过脱硫清除系统对废水进行处理和回收，回收利用的蒸馏水能够使电厂的用水需求被充分满足。

3.3 河源电厂脱硫废水处理工艺

河源电厂在建厂之初就将废水零排放作为目标，该电厂所采取的工艺为垃圾沥滤液热力法和真空工艺相结合，是一种新型的处理工艺。针对脱硫废水，所采取的处理系统为二级预处理和蒸发结晶，最终达成零排放的目标。该电厂中的脱硫废水处理流程如下：脱硫废水会在预处理系统进行预处理，主要步骤为絮凝、沉降和中和。通过预处理，使废水中的悬浮物含量降低，并使pH值增加，为后续处理创造有利的条件。在深处理时则采用蒸发与结晶相结合的工艺，处理后产生的蒸馏水可作为循环水使用[2]。

4 脱硫废水零排放新型处理工艺的应用要点

在经过上述分析后得知，脱硫废水及零排放处理的难度相对较大，为克服难点，国内外企业积极研发新型的处理工艺。实践结果表明，这些处理工艺均取得了良好的应用效果，为此，本文在现有工艺的基础上，提出了一种新型处理工艺的应用要点。

4.1 预处理沉淀系统

首先检测脱硫废水中的离子浓度，比如：Ca2+、Mg2+、F-、Na+、Cl-、SO42-。通过上文分析可知，在电厂脱硫废水中，悬浮物的浓度非常高，可达到10 000 mg/L。在废水进入膜处理工序之前，应对其进行长时间的沉淀，通过这种方式，使废水中的悬浮物浓度下降。本文所研究新型处理工艺的预沉淀系统由多个大容量锥底水箱组成。

4.2 化学加药软化系统

在经过预处理沉淀工序后，对比脱硫废水和预处理后的废水，发现预处理后废水中杂质含量显著下降，但与膜浓缩系统的进水水质要求相比依然存在差距，因此，需要对预处理后的水进行软化处理。通过NaOH的投加和搅拌反应，使其形成Mg(OH)2和CaCO3沉淀。其中，在进行NaOH投加过程中，需要将pH值调节到9.5～11.5，反应时间为1 h。在投加Na2CO3时，反应时间为1 h，从而使脱硫废水中的Ca2+、Mg2+被有效去除。

4.3 管式膜系统

管式膜系统作为微孔膜，其机理为错流过滤。进料主要以混合液为主，这种混合液含有大量的悬浮固体，并通过循环泵的使用将其输送到膜管之中，并在内部快速流动。混合液在通过膜层和支撑层后，会到达膜管和膜壳内的空间，然后将产水管作为介质，被输送到后续设备，最后浓缩液会重新流回浓缩槽。在产水不断被送出的情况下，悬浮固体在槽内的浓缩度会不断上升。为确保固含量始终保持在合理范围内，应使浓缩液被不断排出。CaCO3、CaSO4和MgOH是浓缩液的主要成分，在浓缩液被输送到脱硫岛后，即可作为脱硫剂使用。总之，这种管式膜的应用，有助于拦截脱硫废水中的悬浮物，能够使纳滤进水要求被满足。

4.4 纳滤系统

通过对该系统离子选择性透过功能进行运用，将压力作为推动力，促使一价盐和小分子物质穿过膜和产水流，朝着中心管道处流动。然后将产水管作为介质，被传输到纳滤产水箱之中。在这个过程中，进水中的有机物、病毒和细菌会被膜截留到进水侧，最后由浓水管对这些污染物进行排放。经过TMF系统净化处理后的出水，其含有的成分包括NaCl和Na2SO4。通过纳滤工艺的使用，对出水进行分盐处理，有利于控制水中的含量，出水中的NaCl也会因此而提高，同时，还有助于反渗透工段渗透压和运行压力的降低。并且，反渗透浓缩液中NaCl浓度的提升，还可以使电解效率进一步提升。

4.5 电解制氯系统

文章所研究的新型处理工艺，在对脱硫废水进行上述处理后，不仅能获得可重复利用的纯净水，同时产生的浓盐水也与海水水质十分相似。为解决传统废水处理工艺耗能较高的问题，可通过电解制氯系统实现对次氯酸钠溶液的获取，以此来降低废水处理成本。

4.6 脱硫废水零排放新型处理工艺应用效果

某燃煤电厂对文章所研究的新型处理工艺进行了应用，计算结果表明，脱硫废水在喷入烟气后，烟气湿度显著增加，而温度却有所下降，烟气处在不饱和的状态，与酸露点温度相比烟气温度较高。在这种条件下，烟气对烟道和电除尘器所造成的影响微乎其微，因此，燃煤电厂无需改造和处理烟道和除尘器。与此同时，烟气湿度上升而温度下降，可以使电除尘器中灰的比电阻下降，除尘效率也会因此而提升。此外，还能节省系统的耗水量。