火电厂烟气脱硫废水零排放技术的可行性与应用研究

赵孝光 赵志勇

摘要：随着全球能源需求的不断增长和环境污染问题日益突出，火电厂作为重要的能源供应单位，在发展中面临着巨大挑战。其中，火电厂烟气脱硫废水是一项重要的环境治理难题。传统的烟气脱硫技术虽然在一定程度上能减少硫化物的排放，但产生了大量废水，给水资源和水环境带来了极大压力。因此，实现火电厂烟气脱硫废水的零排放成为环境保护和可持续发展的迫切需求。通过减少废水排放量、提高废水处理效果以及回收利用废水中有价值物质，可以实现对水资源的有效节约和环境的可持续发展。本文主要探索火电厂烟气脱硫废水零排放技术的可行性与应用，以供参考。

关键词：火电厂；烟气脱硫；废水零排放

DOI：10.12433/zgkjtz.20240714

一、火电厂烟气脱硫废水零排放技术的基本原理

（一）烟气脱硫过程中产生的废水

火电厂烟气脱硫过程中，通过使用脱硫剂（如石灰石、氨水等），将烟气中的二氧化硫转化为硫酸或其他可被固体吸收的形态，从而实现脱硫。这个过程会产生大量含有二氧化硫、悬浮固体、重金属离子等物质的废水。

（二）废水处理

针对火电厂烟气脱硫过程中产生的废水，需要采取一系列处理措施，达到零排放的要求。常见的处理方法包括：

生物处理：通过利用特定微生物的作用，在生物反应器中将废水中的有机物降解为无害物质。优点是高效降解有机废水，操作和维护成本相对较低。

物理化学处理：通过物理和化学手段，例如，沉淀、吸附、离子交换等过程，去除废水中的悬浮固体、重金属离子和有机物等污染物。常用的处理设施包括沉淀池、活性炭吸附器、离子交换柱等。

膜技术：利用微孔滤膜、透析膜等膜分离技术，将废水中的溶解性物质和微小颗粒进行分离和去除。这种方法具有高效能耗低、操作简便等优点，适用于处理含有高浓度溶解物质的废水。

高级氧化技术：通过添加臭氧、过氧化氢等氧化剂，对废水中的有机物进行氧化反应，将其转化为无害物质，适用于难降解有机物的处理。

（三）回收利用

经过处理的废水，可以根据实际情况进行合理的回收利用。例如，将废水中的水分回收并用于脱硫反应液的制备，或作为火电厂的循环冷却水。此外，废水中还存在一些可回收利用的溶解性物质，如盐类等，可以采用适当的工艺回收和利用。

二、火电厂烟氣脱硫废水零排放技术的可行性分析

（一）技术可行性

技术成熟度：评估火电厂烟气脱硫废水零排放技术的成熟程度，是否已在实际应用中得到验证和推广。

技术难度：分析火电厂烟气脱硫废水零排放技术是否存在技术难题，以及解决这些难题的可能性和方法。

可靠性和稳定性：考察火电厂烟气脱硫废水零排放技术在长期运行中的可靠性和稳定性，是否能持续达到零排放要求。

（二）经济可行性

投资成本：评估引入火电厂烟气脱硫废水零排放技术所需的投资成本，包括设备采购、工程建设、运维等。

运营成本：分析火电厂烟气脱硫废水零排放技术在运营过程中的人力、能耗和化学药剂等方面的成本。

收益效果：评估火电厂引入零排放技术后，对减少废水处理和排放成本、节约能源消耗等方面的收益效果。

投资回收期：计算火电厂引入零排放技术的投资回收期，判断是否具备经济可行性。

（三）环境可行性

污染物减排效果：评估火电厂烟气脱硫废水零排放技术对烟气中二氧化硫等有害气体的减排效果，以及对废水中污染物的去除率。

水资源保护：分析火电厂烟气脱硫废水零排放技术是否对水资源产生过度消耗，是否符合可持续发展的需求。

生态影响：考察火电厂烟气脱硫废水零排放技术对环境生态系统的影响，包括水体、土壤和大气等。

（四）政策支持和社会认可

政策支持：了解相关政策法规对火电厂烟气脱硫废水零排放技术的支持力度，是否有优惠政策和补贴政策。

社会认可：调查社会对火电厂烟气脱硫废水零排放技术的认知程度和接受度，是否存在公众关注和舆论压力。

三、火电厂烟气脱硫废水零排放技术的应用分析

（一）技术选择

1.硫酸法脱硫技术

硫酸法脱硫技术的原理是通过将烟气中的二氧化硫与进入吸收塔中的稀硫酸溶液进行反应，生成稳定的硫酸盐，从而达到脱除烟气中二氧化硫的目的。硫酸法脱硫技术具有操作简单、脱硫效率高、处理效果稳定等特点，适用范围包括烟气中二氧化硫浓度较高的火电厂，能有效降低二氧化硫的排放浓度，实现烟气脱硫废水的零排放。

2.石灰石法脱硫技术

石灰石法脱硫技术利用石灰石与烟气中的二氧化硫进行反应，生成石膏，实现脱硫的目的。石灰石法脱硫技术具有脱硫效率高、副产物易处理等优点，适用范围广。在火电厂烟气脱硫废水零排放中的应用方面，石灰石法脱硫技术通常与水循环系统相结合，通过连续输送石灰石浆料实现石膏的回收和废水的零排放。

3.活性炭吸附法脱硫技术

活性炭吸附法脱硫技术利用活性炭材料对烟气中的二氧化硫进行吸附，从而实现脱硫目的。活性炭吸附法脱硫技术具有脱硫效率高、操作简便、能耗低等优点，可针对不同的烟气特性进行调整。在火电厂烟气脱硫废水零排放中的应用方面，活性炭吸附法脱硫技术通常要配备吸附剂再生系统，以实现吸附剂的循环使用和废水的零排放。

（二）工艺流程

1.排放特点

火电厂烟气脱硫废水的主要污染物成分包括二氧化硫、颗粒物、重金属离子等。其中，二氧化硫是最主要的污染物，其浓度取决于烟气中二氧化硫的含量和脱硫效率。一般情况下，火电厂烟气脱硫废水中的二氧化硫浓度较高，其他污染物浓度相对较低。排放量与火电厂发电量及脱硫效率有关。

2.处理工艺

火电厂烟气脱硫废水零排放的处理工艺流程通常包括预处理、主要处理和后处理等环节。

预处理：主要目的是对废水进行初步处理，去除悬浮颗粒物、沉淀固体等。常见的预处理方法包括沉淀、筛分、过滤等。

主要处理：根据不同的脱硫技术选择相应的处理方式，例如，硫酸法、石灰石法和活性炭吸附法。

后处理：对处理后的废水进行最终的处理，保证废水达到排放标准。常见的后处理方法包括中和、深度处理等。

3.技术优势

火电厂烟气脱硫废水零排放技术相比传统处理技术具有以下优势：

处理效率高：采用硫酸法、石灰石法和活性炭吸附法等脱硫技术，高效去除二氧化硫等污染物，大幅降低废水排放浓度，达到零排放要求。

废水质量好：脱硫技术能将废水中的二氧化硫有效转化为无害物质，处理后的废水质量稳定、可控，符合环境保护要求。

（三）设备选型

1.设备要求

在火电厂烟气脱硫废水零排放中，要使用一系列的设备实现废水的处理和处理效果的达到标准。主要设备的功能和工作原理如下：

吸收塔：吸收塔是硫酸法和活性炭吸附法中常用的设备。功能是将烟气中的二氧化硫与吸收剂（如稀硫酸溶液或活性炭吸附剂）进行接触反应，吸收二氧化硫。吸收塔通常由填料层和内部喷淋系统构成，通过喷淋吸收剂，使其与烟气充分接触，从而吸收二氧化硫。

氧化装置：氧化装置主要用于硫酸法脱硫过程中的氧化环节。功能是对吸收塔中吸收的硫酸盐进行氧化，使其转化为硫酸。常见的氧化装置包括氧气曝气池和浓缩器等。氧气曝气池通过将氧气注入废水中，利用氧化反应将亚硫酸根氧化为硫酸根。浓缩器通过对废水进行蒸发浓缩，增加废水中的溶解氧浓度，促进氧化反应的进行。

沉降池：沉降池用于石灰石法脱硫过程中的固液分離。功能是从废水中沉淀石膏颗粒。废水经过石灰石循环系统和反应器处理后，进入沉降池，通过重力作用使石膏颗粒沉降，实现固液分离。沉降池通常采用斜板或斜管等设计，以增加固体沉淀效果。

2.设备性能

在设备选型时，要评估设备的性能指标，选择合适的设备供应商。常见的设备性能指标包括：

处理能力：指设备在单位时间内能处理的废水量。根据火电厂的废水排放量和处理要求，选择符合处理能力要求的设备。处理能力通常以单位时间内处理的废水流量计算。

能耗：指设备在处理废水时消耗的能量。可通过衡量设备在工作状态下的电力或燃料消耗评估能耗水平，应选择能耗较低的设备，以降低运行成本和环境影响。

（四）运行管理

1.运行参数控制

为了保证火电厂烟气脱硫废水零排放技术的处理效果，要控制运行参数。常见的运行参数控制方法包括：

pH值控制：pH值是指废水中的酸碱度，对废水处理过程中的化学反应有着重要影响。根据不同的废水处理工艺，设定适当的pH值范围，例如，在硫酸法脱硫中通常设置为5.5～6.5。通过加碱或加酸的方式调节废水的pH值，使其处于最佳范围内，以促进吸收、氧化和沉降等处理过程的进行。

浓度控制：废水中的溶质浓度对脱硫废水处理效果有着重要影响。根据监测数据和处理要求，控制废水中关键污染物的浓度，例如，二氧化硫、硫酸盐、重金属离子等。可以通过调节吸收剂的投加量、增减反应器的容积和提高浓缩效率等方式控制浓度。

溶氧控制：溶氧是氧化装置中的重要参数，对硫酸法脱硫和活性炭吸附法的氧化反应有显著影响。保持适当的溶氧浓度有助于提高氧化效果，常见的控制方法包括增加曝气设备的氧气供应量、调节废水的循环速率以增加接触时间等。

2.运维管理

为了确保火电厂烟气脱硫废水零排放技术的长期稳定运行，要进行有效的运维管理。运维管理要点包括：

设备检修：定期对各设备进行检修和维护，包括清洁设备表面、更换损坏的部件、检查管道连接等。设备检修应按照制定的维护计划进行，并及时记录和处理存在的问题。定期的设备检修可以及时发现和排除潜在故障，确保设备的正常运行。

药剂投加：根据实际情况和监测数据，合理投加脱硫剂、氧化剂、稀释剂等药剂。药剂的投加量要根据废水的特性和处理效果进行调整，以确保废水处理效果达到或超过排放标准。同时，注意药剂的保存和管理，避免药剂浪费和污染。

设备清洗：定期清洗设备，包括各种吸收塔、氧化装置和沉降池等。清洗可以去除附着在设备内壁的污垢和沉积物，保证设备的正常工作状态和处理效果。清洗方法可根据具体设备和问题选择，例如，高压水冲洗、化学清洗等。

（五）应用效果

1.污染物去除效率

火电厂烟气脱硫废水零排放技术对烟气中二氧化硫等有害气体和废水中的污染物有着较高的去除效果。具体的去除效率取决于采用的脱硫废水处理工艺和设备的选择。常见的脱硫废水处理技术包括湿式法、干法和半干法等，可以有效去除烟气中的二氧化硫，并转化为硫酸盐，使其在废水处理过程中被沉淀或吸附，从而去除污染物。

2.水质达标

火电厂烟气脱硫废水零排放技术处理后的废水符合国家和地方的排放标准要求。根据相关的环保法规和标准，废水中的关键污染物浓度需要达到特定的排放标准。通过采用适当的脱硫废水处理工艺和控制措施，使废水中的污染物浓度降至允许的范围内。

3.经济效益

火电厂引入零排放技术后，可以实现一定的经济效益。首先，通过减少污染物的排放，避免相关的罚款和处罚，降低运营成本。其次，采用高效的脱硫废水处理工艺和设备，提高废水处理效率，减少废水处理的投资和运行维护成本。最后，树立良好的环境形象，提升社会责任感，增强市场竞争力。

四、结语

综上所述，火电厂烟气脱硫废水零排放技术在实践中具有显著的可行性和广泛的应用前景，建议进一步加大对火电厂烟气脱硫废水零排放技术的研究力度，持续优化技术方案，降低成本，并与相关政府部门、科研机构和企业进行合作，共同推动该技术的应用和推广。只有通过不断的努力和创新，才能实现火电厂烟气脱硫废水的零排放，为环境保护和可持续发展贡献力量。

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作者简介：赵孝光（1989），男，山东省济南市人，本科，工程师，主要研究方向为火电厂烟气脱硫和脱硝的超低排放技术、 SCR脱硝的精准喷氨技术、火电厂脱硫废水的零排放技术。