燃煤電廠脫硫廢水零排放方案比選研究

最新 06-25

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【編者按】最近，燃煤電廠廢水零排放熱度逐步升高，本期介紹了燃煤電廠脫硫廢水傳統處理工藝及脫硫廢水「零排放」處理工藝，通過對三種脫硫廢水「零排放」處理工藝的技術和經濟方案比選研究，為項目脫硫廢水「零排放」方案選擇提供了參考依據。關鍵是文後有驚喜。

關鍵詞：脫硫廢水；零排放

目前我國電源結構仍然是以燃煤火力發電為主，2015年全國總發電量為57399億千瓦時，其中燃煤火電機組發電量為38977億千瓦，佔總發電總量的67.9%[1]。燃煤電廠脫硫技術大多數採用石灰石-石膏法煙氣脫硫技術(FGD法)，FGD法具有脫硫效率高（大於90%，可達97%）、運行可靠（大於95%）、適應範圍廣、技術成熟、附產物可出售等優勢。

這種濕法脫硫工藝為了維持脫硫系統的正常運行，漿液中氯離子與微細粉塵的濃度需維持在一定水平：為防止脫硫系統材料的腐蝕，漿液氯離子濃度一般維持在12000～20000mg/kg[2]；為維持較高的脫硫效率及防止塔體結垢，漿液密度一般控制在1075～1150kg/m3[3]，因此必須從脫硫系統中排出一定量的廢水，從而保證FGD系統安全可靠性的運行。

脫硫系統排出的廢水,其pH為4～6，同時含有大量的懸浮物(石膏顆粒、SiO2、Al和Fe的氫氧化物)、氟化物和微量的重金屬，如As、Cd、Cr、Hg等[4]，如果廢水直接排放將對環境造成嚴重危害，因此這部分廢水經處理後一般用於干灰調濕或者灰場噴洒。

隨著《水污染防治行動計劃》（水十條）的頒布及脫硫廢水「零排放」（ZeroLiquidDisge，ZLD）概念的提出，儘可能回用脫硫廢水並回收廢水中的有用資源，是火力發電廠脫硫廢水系統研究的一個重要方向。

圖1石灰石-石膏法脫硫工藝脫硫廢水來源

1、傳統脫硫廢水處理工藝

脫硫廢水的傳統處理工藝主要以化學處理為主，其處理系統可分為廢水處理系統和污泥處理系統。廢水處理系統又可分為預處理、減量濃縮和固化等工序。

（1）預處理單元：在中和水箱中加入5%左右的石灰乳溶液，將脫硫廢水的pH值提高至9.0以上，使大多數重金屬離子在鹼性環境中生成難溶的重金屬氫氧化物並沉澱，原脫硫廢水中的懸浮物（SS）也會沉澱去除。

（2）濃縮減量單元：脫硫廢水中加入石灰乳溶液後，當pH為9.0~9.5時，溶液中的Ca2+與廢水中的部分F－反應，生成難溶的CaF2，從而達到去除氟的目的。但經中和處理後的廢水中Pb2+、Hg2+含量仍然超標，因此，在沉降箱中加入有機硫化物(TMT15)，使其與殘餘的離子態的Pb2+、Hg2+反應並生成難溶的硫化物並且沉澱。

脫硫廢水中的懸浮物含量較大，設計值為6000～12000mg/L，脫硫廢水中的懸浮物主要成分為石膏顆粒、SiO2、Fe和Al的氫氧化物。採用絮凝方法使膠體顆粒和懸浮物顆粒發生凝聚和聚集，從液相中分離，是一種降低懸浮物的有效方法。

因此在絮凝箱中加入絮凝劑FeClSO4，使其中的小顆粒凝聚成大顆粒從而沉積，並且在澄清池入口加入聚丙烯醯胺(PAM)來進一步強化凝聚過程，使絮凝體更容易沉積下來。

（3）固化單元：絮凝後的廢水從反應池溢流進入澄清池中，絮凝物沉積在底部濃縮成污泥，上部則為系統出水。大部分污泥經泵排至板框式壓濾機，小部分污泥返回中和反應箱，提供絮凝體形成所需的晶核。

上部出水溢流到出水箱,出水箱設置了監測出水pH和濁度的在線監測儀錶,如果pH和濁度達到排水設計標準,則通過出水泵外排,否則將加酸調節pH或將其送回中和箱繼續處理,直到合格為止。

2脫硫廢水「零排放」處理工藝

廢水「零排放」（ZeroLiquidDisge，ZLD）一般是指電廠不向外部水域排放任何廢水，所有離開電廠的水都是以蒸汽的形式蒸發到大氣中，或是以少量的水分包含在灰和渣中[5]。目前主流的脫硫廢水「零排放」處理工藝主要有以下三種方法。

2.1蒸發法

蒸發法是廢水「零排放」處理中常用的方法之一，該工藝也被應用於脫硫廢水的處理中。蒸發法的基本原理是:進入蒸發器的廢水通過蒸汽或電熱器加熱至沸騰，廢水中的水分逐漸蒸發，水蒸氣經冷卻後重新凝結成水而重複利用，廢水中的溶解性固體被截留在殘液中，隨著濃縮倍數的提高，最終以晶體形式析出。蒸發法已廣泛應用於化工領域，既可以單獨使用，也可以與其他工藝聯合使用。

圖2傳統脫硫廢水處理工藝流程圖

隨著近年來水處理技術的不斷進步，蒸發法中的多效蒸發工藝得到快速發展，因其具有傳熱係數高、操作彈性大、進水預處理簡單和能耗相對較低的優點，被廣泛應用於化工、醫藥、海水淡化以及廢水處理等領域中。

在實際應用方面，廣東河源電廠採用化學沉澱+多效蒸髮結晶組合處理工藝處理脫硫廢水。

具體工藝流程為:廢水首先經過化學沉澱法預處理，澄清池出水進入多效蒸髮結晶處理系統。該工程於2009年完成調試驗收並投入商業運行，系統處理能力為22t/h。經過上述工藝處理後，產生的結晶鹽滿足二級工業鹽標準，其不足之處在於系統能耗和運行成本高[6]，系統建設需要的場地大。

2.2膜法過濾類工藝

由於脫硫廢水「零排放」對水鹽分離程度要求很高，通常採用多重反滲透過濾工藝。反滲透工藝首先需要經過預處理，反滲透預處理工藝以膜過濾為主，輔以殺菌工藝和沉澱工藝，目的是去除水中的懸浮物和微生物，使處理後的水質能夠初步滿足反滲透的進水要求。

主體工藝通常採用兩段反滲透系統，由於二段系統的進水為一段系統的濃水，需用專門的化學藥劑對其進行處理，以確保二段系統的進水參數符合要求。同時在其進入二段系統前，可針對其水質情況，添加專業的阻垢劑和調節劑，確保系統穩定運行。產品水進入回用水池，系統中少量的濃水可用來沖渣，實現水處理系統的「零排放」。

神華億利煤矸石電廠高效反滲透廢水處理工藝系統主要採用「石灰軟化+過濾+離子交換+反滲透」的處理工藝，主要包括廢水收集和輸送系統、預處理系統、離子交換系統、反滲透系統、RO濃水回用系統、加藥系統、壓縮空氣系統。該廠使用了美國PROC-10S反滲透膜元件，反滲透進水pH基本維持在8～9之間，系統運行較為穩定。

Ca2+、Mg2+、Fe3+等在預處理階段已得到了較好的控制，且總回收率和脫鹽率均達95%左右，基本實現了「零排放」[7]。

圖3神華億利煤矸石電廠高效反滲透廢水處理工藝流程

2.3煙道處理法

2.3.1處理工藝

煙道處理法是在煙道內對廢水進行噴霧蒸發處理的一種方法。噴霧蒸發法在食品、化工等領域應用廣泛，但在廢水處理中應用較少。採用煙道蒸發法處理脫硫廢水時，首先採用一定的噴射方式將脫硫廢水霧化後噴入電除塵器之前的煙道內[8]，廢水以小液滴的形式經過高溫煙氣加熱後迅速蒸發氣化，其中的懸浮物和可溶性固體形成細小固體顆粒，然後在氣流的夾帶作用下進入電除塵器並被電極捕捉去除，最終實現脫硫的廢水近零排放處理。處理系統主要由預處理單元，減量化單元和固化單元三部分組成。

預處理單元：通過向反應箱中投加石灰乳、碳酸鈉和鹼液等藥劑去除水中的硬度離子、懸浮物等，減小其沉澱時間。絮凝後溶液中包含的絡合物、沉澱物以及SS積聚成的大顆粒物被送至固液分離器，實現固液分離。

減量化單元：預處理系統的出水在水箱收集，用鹽酸調節pH至中性，輸送至微濾系統。預處理及微濾系統可有效去除水中的固體微粒雜質，降低除鹽模塊負荷、延長反滲透膜的使用壽命，微濾出水進入反滲透系統，系統產淡水60%以上回收利用，40%的濃水進入煙道蒸髮結晶。

反滲透濃水進入煙道蒸發器系統，採用霧化噴嘴將其霧化，噴入電除塵器和空預器之間的煙道蒸發器，利用煙道內的高溫餘熱煙氣將霧化後的濃水蒸發為水蒸汽，蒸汽隨除塵器後的煙氣進入脫硫塔，在脫硫塔的噴淋冷卻作用下，水分凝結進入脫硫塔的漿液循環系統；蒸髮結晶物隨灰塵一起進入電除塵器隨灰分外排。

固化單元：固化單元指將反滲透的濃水蒸發為水蒸汽，使其中的鹽分結晶成為固態鹽品。採用反滲透處理工藝後的濃水，結晶鹽可以作為工業鹽銷售。

2.3.2工藝要求

煙道直接霧化法的工藝要求：

1）煙道霧化蒸發煙氣溫度不低於110℃。

2）需要直管段煙道不小於9m。

3）煙氣溫度越低，蒸發水量越少，因此需機組負荷應盡量穩定。

4）目前適用於靜電和電袋除塵器，布袋除塵器不適用。

2.3.3工藝優勢

與現行脫硫廢水處理技術相比，煙道處理法具有以下優點，包括：