燃煤电厂脱硫废水处理工艺研究

2021-05-08冉琼

皮革制作与环保科技 2021年4期

冉琼

（西安益通热工技术服务有限责任公司，陕西西安 710054）

在燃煤电厂生产过程中，水资源的使用量和排放量都很大，一个装机容量为2*60 MW的火力发电厂，日耗水量高达60 000 m3，每小时排水量更是多达100～200 m3。石灰石-石膏湿法烟气脱硫处理技术产生的废水中含有多种污染物，从保护自然生态环境和经济可持续性的角度看，废水中的无机盐、重金属和悬浮固体的含量没有达到可排放废水标准。因此降低燃煤电厂用水量、提高水资源的利用率，最终实现废水零排放对环境保护和资源合理利用具有十分重要的意义。

1 燃煤电厂脱硫废水主要处理难点

1.1 废水成分复杂

燃煤电厂在生产过程中，经过煤的充分燃烧后水会吸收大量烟气，并在其他发电设备运行的影响之下，造成脱硫废水的成分在不同阶段都处于动态变化的状态。使用传统的物理法和化学法，会使得脱硫废水的水质更加不稳定，处理过后仍然含有大量有害物质例如重金属离子，依然不满足国家对于排放废水的标准。

1.2 脱硫废水含盐量过高

生产过程产生的脱硫废水中含有多种高浓度的无机盐离子例如钙离子和钠离子，除此之外还有各种高含盐量的结晶盐。基于盐物质难以被净化的特点，使得这一类脱硫废水的处理难度也比较高。并且在废水处理过程中，其内部成分也一直处于动态变化的不稳定状态，其状态的变化和不稳定程度主要受到电厂的发电情况的影响[1]。

1.3 脱硫废水悬浮物含量过高

脱硫废水中的悬浮固体含量一般较高。由于煤种的不同，脱硫工艺条件等因素的影响，废水中悬浮物的浓度一般会达到6 000～15 000 mg/L，需要一定的时间才能澄清[2]。为了处理悬浮物，必须确保同时处理在中和池和反应池中产生的新固态产物，因此在设备运行期间，必须确保沉淀絮凝箱满足一定要求。

1.4 设备工况要求过高

燃煤电厂在生产中产生的废水成分十分复杂，且含有大量酸性物质，这会对废水处理设备等造成一定程度的腐蚀。由于废水中存在大量钙离子等金属离子，会使得废水的温度在净化过程中升高后在设备表面形成多种结垢，这也会对设备造成一定程度的损坏和磨损[3]。

2 燃煤电厂废水常规处理工艺

2.1 废水常规处理工艺

为减少二氧化硫对环境的污染，燃煤电厂使用脱硫技术对产生的烟气进行处理。在循环操作过程中，脱硫装置浆液中的水不断富集重金属元素、氯离子和一些细微颗粒，这些物质对脱硫装置会产生腐蚀，既影响脱硫效率又影响石膏质量。为避免此现象，需要使用专业的处理装置对具有腐蚀性的废水进行中和、沉淀、絮凝和脱水，使其达到工业废水的排放标准并集中排放至废水调节池，使电厂完成零排放的目标（见图1）。

图1 废水常规处理工艺流程图

2.2 脱硫废水来源

“石灰石-石膏湿法脱硫”是我国燃煤电厂普遍使用的烟气脱硫技术，过程较为简单，能有效脱除废水中的二氧化硫并降低废水中颗粒物的浓度。但会产生含有硫酸盐和亚硫酸盐等污染物的废水，仍然会对环境造成破坏。

2.3 脱硫废水主要特点

燃煤电厂的脱硫废水水质在不同处理阶段会不断变化。煤种类、石灰石纯度、脱硫氧化风量等因素都会对水质产生影响。脱硫废水含盐量较高，通常在10 000～45 000 mg/L之间；脱硫废水中悬浮物含量也会受燃煤种类和脱硫运行工况等因素影响，悬浮物浓度一般为6 000～15 000 mg/L，且需要时间澄清[4]。

2.4 脱硫废水处理难点

脱硫废水水质、水量受燃煤、脱硫系统补水及脱硫运行工况影响大，水质波动范围很大；悬浮物浓度高，细颗粒物比例大，易造成膜过滤装置污堵；硅、镁等浓度高，硫酸钙过饱和度高，结垢倾向强，膜系统结垢清洗恢复难；有机物浓度高时，显著影响膜系统运行性能，造成膜污堵。

3 脱硫废水零排放技术

3.1 脱硫废水预处理技术

向脱硫废水中加入石灰乳、絮凝剂、有机硫、助凝剂和纯碱等试剂对脱硫废水的预处理，可以充分软化脱硫废水并对废水中悬浮物、胶体金属离子（Ca2+、Mg2+）及二氧化硅和COD进行处理，降低和减少废水在浓缩和固化处理中可能出现的堵塞和结垢现象。目前脱硫废水预处理技术仍然是传统的三联箱工艺（如图2所示）、两级软化澄清处理技术以及管式微滤膜软化技术。

图2 三联箱处理工艺

3.2 脱硫废水浓缩减量技术

预处理后，脱硫废水中悬浮固体、胶体、各种结垢因子的含量降低到可保证后续处理设备安全进行的范围，但TDS含量仍处于25 000～30 000 mg/L之间。为降低后端固化系统的成本，需进一步对脱硫废水进行浓缩处理，常用的浓缩技术主要是热法浓缩和膜法浓缩。热法浓缩主要利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特点将两者分离，传统的多效蒸发技术由于运行成本高，很少用于废水处理，而是将机械压缩蒸发技术作为废水零排放的首选方案，该方案具有易清洗、易维护、操作简便等特点。国内现有的蒸发器有进口技术、引进消化技术和纯国产技术等，具体处理方案也不尽相同。膜法浓缩作为一种高效纯化浓缩技术，是利用有效成分与液体分子量的不同实现定向分离，达到浓缩效果，与传统热法浓缩相比，具有能耗低、可常温进行，对产品影响小等优点。

3.3 脱硫废水固化处理技术

（1）蒸发结晶技术是利用火电机组产生的热量对经过预处理的废水进行浓缩，最终的浓缩液体在饱和状态下析出结晶盐固体，水蒸气则通过冷凝管回收并进行二次利用。主要流程为预处理、浓缩和结晶。预处理是通过向废水中加入纯碱和苛性钠去除废水中的钙离子和镁离子，使废水得到软化，避免产生结垢。在浓缩过程中，采用膜浓缩法提高了废水的浓度，既提高了结晶效率也节约了能源。在结晶过程中，浓缩液通过多效蒸发结晶或机械压缩蒸发结晶被转化为干燥的结晶盐固体，以干燥的固体形式进行处理[5]。

（2）将预处理后的废水雾化后喷洒至锅炉尾部烟道也被称为烟道蒸发技术。烟道中的热量可以使废水快速蒸发，蒸发后残留的固体杂质将与烟气一起进入电除尘器，主要分为主烟道蒸发技术和旁路烟道蒸发技术。技术流程简单，不需要提供额外能源，减少了废水处理的成本。同时，通过将废水引入烟道，也可以在一定程度上增加烟道内的湿度，降低烟气中粉尘颗粒的比电阻，不仅对除尘效率有很大提升，还具有很高的环保价值。

4 脱硫废水深度处理的主要工艺介绍

目前，适用的脱硫废水零排放处理工艺有多种选择，其基本原理都是通过不同方法将脱硫废水进行预处理以及浓缩，使水中溶解的盐分达到接近饱和的状态，再进一步使其自然结晶或送入结晶器进行结晶处理或蒸干处理。常见联合工艺包括：“预处理+反渗透+正渗透+蒸发结晶”技术工艺、“预处理+四效多级蒸发+结晶”工艺、“纳滤+反渗透+碟式反渗透+蒸发结晶”等。