【氣浮機】燃煤電廠(chǎng)濕法脫硫廢水零排放處理技術(shù)解析

我國絕大多數電廠(chǎng)采用了石灰石濕法脫硫技術(shù)脫除煙氣中的SO2，在運行中產(chǎn)生的脫硫廢水因成分復雜、污染物種類(lèi)多，成為燃煤電廠(chǎng)最難處理的廢水之一。目前國內主要采用化學(xué)沉淀法（俗稱(chēng)三聯(lián)箱沉淀）處理脫硫廢水，處理出水含鹽量很高，直接排放后容易造成二次污染。由于脫硫廢水水量較小、含鹽量高，近年來(lái)，國內外都很多學(xué)者開(kāi)始研究脫硫費零排放處理技術(shù)。但是由于廢水零排放技術(shù)的投資和運行成本高昂，目前實(shí)際應用案例很少。本文介紹了脫硫廢水現行處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足，重點(diǎn)分析了脫硫廢水零排放處理技術(shù)研究和應用現狀，以期為相關(guān)研究和工程技術(shù)人員提供有益參考。

目前我國90%以上燃煤電廠(chǎng)采用了石灰石—石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)。在濕法煙氣脫硫工藝中，為了維持系統穩定運行和保證石膏產(chǎn)品質(zhì)，需要控制將液中氯離子濃度不能過(guò)高，因此需排出一部分漿液，從而產(chǎn)生脫硫廢水。目前大多數電廠(chǎng)采用化學(xué)沉淀法處理脫硫廢水，主要是通過(guò)氧化、中和、沉淀、絮凝等工藝去除脫硫廢水中的重金屬和懸浮物等污染。化學(xué)沉淀法工藝流程如圖1所示。

圖1   典型脫硫廢水化學(xué)沉淀處理工藝

化學(xué)沉淀法具有操作簡(jiǎn)單、運行費用較低的優(yōu)點(diǎn)，但是其設備較多、建設投資高。而且在實(shí)際運行中也存在較多問(wèn)題，研究者對40余家燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統運行結果分析表明，出水中SS和COD往往不能穩定達標排放。此外，在污泥脫水處理中，也存在板框壓濾機故障率高、運行維護困難等問(wèn)題。

所謂零排放是一種理想的封閉用水系統，系統不向外排水，系統內的水不斷進(jìn)行循環(huán)或處理后復用。而廢水零排放則是要求不向系統外排放任何形式的廢水，從而節約水資源和保護環(huán)境。從理論上講，廢水零排放是可以實(shí)現的，但是綜合考慮經(jīng)濟和技術(shù)現狀，目前所謂的零排放只是廢水的近零排放，很難實(shí)現真正的零排放。美國德克薩斯州的2座新建燃氣電廠(chǎng)將采用GE的液體零排放系統處理循環(huán)冷卻水，主要采用鹽水濃縮和結晶處理工藝，回用率超過(guò)98%。目前國內外脫硫廢水主要采用化學(xué)沉淀法處理，但是經(jīng)過(guò)化成沉淀法處理達標后，廢水中仍含有高濃度的溶解性固體，主要包括氯化物等，很難回用，一般采取直接排放的方法處置。然而將處理后的廢水直接排放，不僅浪費水資源，同時(shí)由于廢水含鹽量較高，也會(huì )造成土壤和水體理化性質(zhì)的改變，引起二次污染，如破壞土壤生態(tài)、影響水生生物以及地表和地下水源。隨著(zhù)水污染控制技術(shù)的進(jìn)步和污染物排放標準的日益提高，該方法在未來(lái)廢水處理中將受到限制。例如北京市規定排水中可溶性固體總量一級排放標準和三級排放標準分別不能大于1000mg/L和2000mg/L。為了實(shí)現廢水達標排放和回用水資源，脫硫廢水的零排放處理得到越來(lái)越多的關(guān)注。脫硫廢水零排放的核心在于脫鹽處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)，由于廢水中高濃度的鹽分會(huì )對微生物產(chǎn)生抑制或毒害作用，采用生物法除鹽很難達到較好效果，因此只能采用相應的物化處理方法。在脫硫廢水的零排放處理中，主要包括以下兩類(lèi)工藝路線(xiàn)。

蒸發(fā)法是廢水零排放處理中常用的方法之一，該工藝也被應用于脫硫廢水的處理中。蒸發(fā)法的基本原理是：進(jìn)入蒸發(fā)器的廢水通過(guò)蒸汽或電熱器加熱至沸騰，廢水中的水分逐漸蒸發(fā)成水蒸汽，水蒸氣經(jīng)冷卻后重新凝結成水而重復利用，廢水中的溶解性固體被截留在蒸殘液中，隨著(zhù)濃縮倍數的提高，最終以晶體形式析出。蒸發(fā)法已經(jīng)廣泛應用于化工領(lǐng)域，既可以單獨使用，也可以與其他工藝聯(lián)合使用。隨著(zhù)近年來(lái)水處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，蒸發(fā)法中的多效蒸發(fā)工藝得到快速發(fā)展，因其具有傳熱系數高、操作彈性大、進(jìn)水預處理簡(jiǎn)單和能耗相對較低的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于化工、醫藥、海水淡化以及廢水處理等領(lǐng)域中。王安治等采用混凝沉淀預處理結合多效蒸發(fā)結晶深度處理的工藝處理脫硫廢水，以達到實(shí)現廢水零排放目的。

由于蒸發(fā)法具有能耗高、設備易結垢和投資大的缺點(diǎn)，這也是限制其應用的重要因素。因此，要降低零排放處理成本和保證系統正常運行，需要從以下兩方面對廢水進(jìn)行預處理，即廢水的減量化和防結垢處理。一方面，通過(guò)減量化處理方法對廢水進(jìn)行預處理，可以減少蒸發(fā)結晶器的處理負荷，金正環(huán)保采用DTRO膜法對脫硫廢水進(jìn)行高倍濃縮，可以有效降低處理成本。采用DTRO碟管式反滲透膜分離技術(shù)首先對廢水進(jìn)行高倍數濃縮，減量化處理，高壓DTRO膜產(chǎn)生的濃水再進(jìn)行蒸發(fā)結晶，可以有效降低蒸發(fā)處理負荷和節約處理成本。另一方面，通過(guò)軟化法對廢水進(jìn)行預處理，處理防止蒸發(fā)器內結垢。

脫硫廢水蒸發(fā)結晶系統為高含鹽廢水處理過(guò)程的主要耗能系統，為了降低投資成本和運行成本，在廢水進(jìn)入蒸發(fā)器濃縮前進(jìn)入高壓反滲透（DTRO）預濃縮系統，將脫硫廢水TDS的質(zhì)量濃度25~40g/L預濃縮到80~100g/L，降低進(jìn)入蒸發(fā)器系統水量，提高運行效率。

煙道處理法是在煙道內對廢水進(jìn)行噴霧蒸發(fā)處理的一種方法。噴霧蒸發(fā)法在食品、化工等領(lǐng)域應用廣泛，但在廢水處理中應用較少。采用煙道蒸發(fā)法處理脫硫廢水時(shí)，首先采用一定的噴射方式將脫硫廢水霧化后噴入電除塵器之前的煙道內，廢水以小液滴的形式經(jīng)過(guò)高溫煙氣加熱后迅速蒸發(fā)氣化，其中的懸浮物和可溶性固體形成細小固體顆粒，然后在氣流的夾帶作用下進(jìn)入電除塵器并被電極捕捉去除，最終實(shí)現脫硫的廢水近零排放處理。

與現行脫硫廢水處理技術(shù)相比，蒸發(fā)法具有眾多優(yōu)點(diǎn)：設備簡(jiǎn)單，無(wú)需添加化學(xué)藥劑，可以有效克服現有廢水處理系統設備多、投資大、運行成本高和設備檢修維護工作量大的缺點(diǎn)；運行操作簡(jiǎn)單，廢水中的污染物以灰分形式排出，無(wú)污泥處置問(wèn)題；由于廢水向煙道內引入，可以適當提高煙氣濕度，從而降低煙氣中灰塵顆粒的比電阻，有利于提高除塵效率。康梅強等采用計算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法建立廢水液滴在煙道內的運動(dòng)和蒸發(fā)等過(guò)程的數學(xué)模型，開(kāi)展了煙道結構、煙氣溫度以及噴霧粒徑等參數對廢水蒸發(fā)影響的研究。張志榮等還提出了針對國產(chǎn)機組特性的脫硫廢水煙道蒸發(fā)處理方案，對液滴群蒸發(fā)質(zhì)量及其關(guān)鍵影響因素、液滴氣動(dòng)破碎特性和蒸發(fā)特性等進(jìn)行了系統的研究，并計算得到與廢水排放量對應的煙道中噴嘴具體布置方式和數量。值得注意的是，向脫硫廢水中加入適當的化學(xué)藥劑后再進(jìn)行煙道蒸發(fā)處理，還可以起到協(xié)同效應，促進(jìn)煙氣中其他污染物的去除。向脫硫廢水中加入聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚硅硫酸鋁等團聚劑后再經(jīng)過(guò)煙道蒸發(fā)處理，不僅可以實(shí)現廢水零排放處理，還可以有效提高煙氣中PM2.5的去除效率，工藝除塵效率可提高37%。唐念等向脫硫廢水中加入鹵素添加劑和脫汞催化劑，然后將廢水送入煙道處理，通過(guò)與煙氣中的粉塵充分接觸，可以有效提高汞去除率。

在實(shí)際應用方面，采用煙道法處理脫硫廢水的報道很少，只有美國B(niǎo)ailly電廠(chǎng)采用了該技術(shù)，國內尚無(wú)實(shí)際應用報道，大多停留在實(shí)驗室研究階段。主要原因包括煙道蒸發(fā)工藝中存在許多潛在問(wèn)題尚未解決，如廢水組成對煙氣組成等特性的影響、廢水水質(zhì)成分的變化可能對煙氣后續處理產(chǎn)生的影響，以及由于污染物在煙道內壁吸附可能引起煙道腐蝕等問(wèn)題。

綜上所述，為了避免高含鹽廢水污染環(huán)境并回收水資源，脫硫廢水零排放處理越來(lái)越受到重視。脫硫廢水零排放處理技術(shù)主要包括兩種：

第一種是DTRO膜濃縮+蒸發(fā)結晶法，該方法可以回收水資源和結晶鹽，完全符合政府要求廢水“零排放”要求。DTRO膜系統對廢水的高倍濃縮大大降低了零排放成本。此外，為了確保蒸發(fā)結晶器正常運行和保證結晶鹽品質(zhì)，需要對脫硫廢水進(jìn)行嚴格的預處理，如去除廢水中的硬度、有機物和重金屬等。因此，要實(shí)現蒸發(fā)結晶法的大規模應用，必須注重強開(kāi)發(fā)廢水減量化預處理技術(shù)的研發(fā)，以期降低蒸發(fā)工段的建設和和運行成本，同時(shí)還要研究高效的脫硫廢水預處理技術(shù)。

第二種是煙道蒸發(fā)處理法，該工藝操作簡(jiǎn)單，運行成本低，但是煙道處理法不能回收水資源，而且尚有大量潛在影響不能確定，包括對后續除塵等工藝的影響，以及可能引起的煙道腐蝕問(wèn)題等。因此，在煙道蒸發(fā)處理脫硫廢水方面，應注重廢水進(jìn)入煙道后對煙氣排放和煙氣處理系統的影響研究。煙道處理法要得到廣泛應用，還要進(jìn)行大量、長(cháng)期、全面的經(jīng)濟技術(shù)研究和評價(jià)。

據統計，截止2010年底，全國已投運煙氣脫硫機組超過(guò)5.6kw，約占全國煤電機組容量的86%。在全國已投運的煙氣脫硫機組中，300MW及以上煙氣脫硫機組約占86%。石灰石-石膏濕法脫硫仍是主要脫硫方法，占92%。石灰石-石膏濕法脫硫大規模商業(yè)化的同時(shí)產(chǎn)生了一定量的脫 硫廢水。目前，燃煤電廠(chǎng)主要的脫硫廢水處理工藝為脫硫后廢水經(jīng)中和、反應、好絮凝及沉淀處理，除去廢水中含有有重金屬及其他懸浮雜質(zhì)。涉及的主要常規設備有各廢水箱（如中和箱、反應箱、絮凝箱、澄清濃縮池、出水箱）、各廢水泵及污泥泵、加藥泵、攪拌器、污泥壓濾機等。通過(guò)火電廠(chǎng)環(huán)境保護評價(jià)過(guò)程發(fā)現，多數電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統存在設計、設備故障和運行管理等問(wèn)題。本文通過(guò)對脫硫廢水處理系統主要常規設備存在問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了相應的應對措施，確保脫硫廢水設施的穩定運行。

脫硫廢水系統一般為不同機組脫硫島的公用系統，隨著(zhù)機組停運，脫硫廢水系統處理水量也會(huì )變化。另外，脫硫廢水的排放量主要是根據吸收塔內氯離子濃度的大小決定的，因此系統排放的水量并不穩定，這樣會(huì )導致脫硫廢水處理系統起停比較頻繁，很容易導致系統堵塞等故障。此外，還有系統設計、運行管理和設備調試等各方面的因素。

由于脫硫廢水處理系統在設計過(guò)程中考慮不周，導致系統調試和運行過(guò)程中設備故障率較高，影響了系統的正常運行。主要存在問(wèn)題有：

（1）設計時(shí)對進(jìn)入廢水處理系統的漿液含固量考慮過(guò)于理想，設計余量小，造成系統內固體大量沉積而不能運行。

（2）廢水旋流子噴嘴尺寸選擇不當，導致溢流和底流漿液濃度不正常。進(jìn)入廢水旋流器的漿液濃度過(guò)高，旋流子底部常被堵死。廢水旋流器入口加裝的濾網(wǎng)堵塞頻繁，導致其無(wú)法正常投運。

（3）因系統設置的緩沖池設計容量較小，再加上廢水排放比較隨意，影響了廢水處理系統連續穩定運行，從而降低了廢水處理效果。  

（1）設備堵塞問(wèn)題。廢水系統中各箱罐因來(lái)水中固體含量太高，固體沉積而堵塞；中和箱因石灰乳加量不足，石灰乳管路堵塞，導致pH值無(wú)法提高；石灰乳加藥系統因停運后石灰乳沉積在入口管道和排污管道上造成系統堵塞；管道堵塞問(wèn)題。

（2）儀表控制問(wèn)題。由于pH測量電極、石灰石加藥管線(xiàn)清洗不及時(shí)，控制系統參數設置不合理等，均可造成pH值與設定值的偏差過(guò)大。

（3）泵異常情況。在運行過(guò)程中，出現泵振動(dòng)和雜聲較大、電動(dòng)機超載、流量顯著(zhù)下降等現象，計量泵不出藥等故障。

廢水處理系統作為脫硫系統的子系統在設備調試中未得到應有的重視，多數調試以出水合格和設備可以運行作為調試的目的，從而影響了廢水系統在脫硫設備啟動(dòng)后的穩定連續運行。再加上運行藥品昂貴，設備故障得不到及時(shí)處理，影響了脫硫廢水處理系統的正常運行。

加大緩沖池容量并保持廢水連續穩定排放。為了防止懸浮物的沉淀，廢水緩沖箱中需要設計攪拌裝置。攪拌裝置采用曝氣裝置應采取母管支管，并在支管上打曝氣孔方式，但采取母管支管結構時(shí)，支管的排列密度及曝氣強度應是普通工業(yè)廢水的2-4倍。

（1）運行前設備維護。對于廢水處理設備，應進(jìn)行定期檢查，做好運行維護的準備工作；定期對加藥系統進(jìn)行清理，并檢查藥箱內的藥量；定期對計量泵的管路進(jìn)行維護，保證其準確性；定期檢查pH測量電極，及時(shí)清洗和調整。

（2）運行中設備維護。在運行中應對泵前的保護裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，防止格柵上出現過(guò)多的殘留物而影響水流通暢；由于脫硫廢水中懸浮物含量較高，系統每次停運后應及時(shí)沖洗。具有沖洗位置為：廢水泵出口至pH值調整槽管路；石灰乳加藥系統管路；絮凝槽至澄清器管路；澄清器泥漿輸送管路。此外，若pH值調整槽、反應槽、絮凝槽為單獨的箱體，則箱體間的連續管路應當放大，并在箱體加裝液位計。

（3）脫硫廢水處理系統的主要控制。根據廢水流量實(shí)施開(kāi)環(huán)控制，按比例調節加入反應的化學(xué)藥劑量；出水pH值和濁度控制，通過(guò)在線(xiàn)監測，調節加入的HGI量，使出水達標；當出水濁度不合格時(shí)，將出水箱的水重新送回中和箱再處理度停止廢水進(jìn)入；澄清池中污泥的自動(dòng)排放。

廢水系統和脫水系統息息相關(guān)，廢水的正常排放有助于脫水系統的正常運行，而脫水效果的好壞又影響廢水旋流器的運行和排放至廢水系統的石膏含量，所以要做好系統的調試工作及運行中的控制。對石膏旋流器和廢水旋流器進(jìn)行調試，對石膏漿液濃度和結晶情況進(jìn)行分析，對旋流器的各部位漿液濃度和流量進(jìn)行測試，確保旋流器各部分漿液濃度達到設計值。投運后要定期對漿液化驗；在脫水系統各級流程上加裝可在線(xiàn)人工清理的開(kāi)放式濾網(wǎng)；建議定期對中和沉降絮凝箱進(jìn)行排污；運行中對停運的設備要及時(shí)沖洗干凈，故障及時(shí)維修。

以國內外燃煤電廠(chǎng)環(huán)保標準發(fā)展形勢看，國家在“十二五”未期可能會(huì )出臺更為嚴格脫硫廢水排放標準，因此燃煤電廠(chǎng)脫硫廢水處理系統應得到充分的重視。燃煤電廠(chǎng)應將脫硫廢水處理系統一同納入主機管理系統，加強對現有脫硫廢水系統的運行、檢修和維護管理；及時(shí)對脫硫廢水系統進(jìn)行評價(jià)，對確實(shí)存在先天缺陷的，應進(jìn)行相應的改造。保證脫硫廢水處理設施的穩定運行，滿(mǎn)足國家標準要求。