馬越++劉憲斌

摘 要：目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)火電廠的濕法脫硫廢水處理系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的加藥絮凝沉淀工藝，但整體投運(yùn)率很低。經(jīng)傳統(tǒng)處理系統(tǒng)處理后脫硫廢水中SS和COD的濃度較高，且無(wú)法除去水中的Cl-。因含有高濃度的Cl-，導(dǎo)致處理后的廢水無(wú)法回收利用。出于環(huán)保要求和經(jīng)濟(jì)效益的考慮，采用深度處理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢水零排放是廢水處理的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；深度處理；火電廠；懸浮物

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.012

石灰石-石膏煙氣濕法脫硫過(guò)程產(chǎn)生的廢水中含有大量雜質(zhì)，主要成分為高濃度的懸浮物、高氯根、高含鹽、高濃度的重金屬?gòu)U水，如果將這些物質(zhì)直接排入自然水系，勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。目前，國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的處理方法是通過(guò)加堿中和脫硫廢水，使廢水中的大部分重金屬形成沉淀物，再加入絮凝劑使沉淀濃縮成為污泥，最終污泥被送至灰場(chǎng)堆放。雖然脫硫廢水經(jīng)過(guò)上述傳統(tǒng)物化處理能基本滿足達(dá)標(biāo)排放的要求，但其回用范圍局限性很大。隨著國(guó)家對(duì)水資源的日益重視，零排放技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。因此，要想回用燃煤電廠脫硫處理后的廢水，實(shí)現(xiàn)真正的廢水零排放，就要對(duì)廢水進(jìn)行深度處理。

1 脫硫廢水的深度處理技術(shù)

目前，常用的脫硫廢水深度處理方法包括膜濃縮法、蒸發(fā)濃縮法和結(jié)晶技術(shù)等。

1.1 膜濃縮法

膜濃縮法分離技術(shù)有微濾、超濾、納濾、反滲透和正滲透等工藝，目前，已被廣泛應(yīng)用在廢水處理、精制水和海水淡化等領(lǐng)域。根據(jù)常規(guī)處理后脫硫廢水的水質(zhì)，可采用反滲透和正滲透的工藝對(duì)脫硫廢水進(jìn)行水處理。

反滲透是在壓力驅(qū)動(dòng)下，借助半透膜截留水中的各種無(wú)機(jī)離子、膠體物質(zhì)和大分子溶質(zhì)的，從而獲得純凈的水，也可用于大分子有機(jī)物溶液的預(yù)濃縮。反滲透已被廣泛應(yīng)用于各種液體的提純和濃縮，其中，最普遍的應(yīng)用實(shí)例便是在水處理工藝中的應(yīng)用。用反滲透技術(shù)可將原水中的無(wú)機(jī)離子、細(xì)菌、病毒、有機(jī)物和膠體等雜質(zhì)去除，以獲得高質(zhì)量的純凈水。

正滲透技術(shù)的基本原理為：使用半透膜（原理等同于反滲透膜），利用自然滲透壓差，使水分子從待處理的濃鹽水中自然擴(kuò)散到汲取液中，且將原水中的其他溶質(zhì)截留，然后采用其他工藝將水從被稀釋的汲取液中分離出來(lái)，最終獲得純凈的水，汲取液可循環(huán)利用。正滲透的運(yùn)作過(guò)程不需要高壓泵，系統(tǒng)能耗低，可去除濃鹽水中的溶解鹽成分，汲取液的加熱回收系統(tǒng)耗能低于蒸發(fā)器。

1.2 蒸發(fā)濃縮技術(shù)

蒸發(fā)濃縮是工業(yè)中非常典型的水處理技術(shù)之一，其被廣泛應(yīng)用于化工、食品、制藥、海水淡化和廢水處理等工業(yè)生產(chǎn)中。在脫硫廢水的濃縮處理中應(yīng)用較多的是多效蒸發(fā)（MED）、熱力蒸汽再壓縮（TVC-MED）和機(jī)械蒸汽再壓縮（MVR）技術(shù)。

傳統(tǒng)的多效蒸發(fā)裝置（MED）主要以鍋爐生成的蒸汽為熱源，加熱第一效產(chǎn)生的蒸汽不進(jìn)入冷凝器，而是作為第二效的加熱介質(zhì)再次利用，重復(fù)此步驟將形成一個(gè)多效蒸發(fā)系統(tǒng)。多效蒸發(fā)技術(shù)多次、重復(fù)利用了熱能，提高了加熱蒸汽的利用率，大大降低了成本，提高了效率。

在TVC-MED蒸發(fā)裝置中，從蒸發(fā)器噴出的二次蒸汽一部分在高壓蒸汽的帶動(dòng)下進(jìn)入噴射器，混合升溫、升壓后作為加熱蒸汽加熱料液；另一部分進(jìn)入冷凝器，冷凝后排出。加熱蒸汽在加熱室中凝結(jié)成水排出。管內(nèi)溶液在加熱蒸汽的加熱下蒸發(fā)濃縮，達(dá)到要求后排出。熱力蒸汽壓縮技術(shù)回收了潛熱，提高了熱效率，一臺(tái)熱力蒸汽壓縮器的效能相當(dāng)于增加一效蒸發(fā)器，在MED海水淡化中常配備TVC，以提高造水比。

機(jī)械式蒸汽再壓縮（MVR）是一種節(jié)能減排工藝。在多效蒸發(fā)裝置中，由新蒸汽加熱第一效產(chǎn)生的蒸汽不進(jìn)入冷凝器，而是經(jīng)壓縮機(jī)機(jī)械壓縮，其壓力和溫度升高、熱焓增加，并作為第二效的加熱蒸汽再次利用，使被加工的料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身冷凝成水，使以往廢棄的蒸汽得到了充分利用。

1.3 結(jié)晶技術(shù)

強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器是效率最高的結(jié)晶系統(tǒng)，其工作原理如圖1所示。其適用于易結(jié)垢液體、高黏度液體，非常適合鹽溶液的結(jié)晶。主要工藝流程為：濃鹽水被泵由底部打入結(jié)晶器，與正在循環(huán)中的濃鹽水混合，在鹽鹵循環(huán)泵的推動(dòng)下進(jìn)入管殼式換熱器（加熱器）；循環(huán)鹵水沿切線方向進(jìn)入結(jié)晶器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)結(jié)晶；小部分鹵水被蒸發(fā)，鹵水內(nèi)產(chǎn)生晶體，大部分鹵水被循環(huán)至加熱器，小股水流被抽送至后續(xù)脫水干燥設(shè)備，實(shí)現(xiàn)晶體分離；蒸汽經(jīng)過(guò)除霧器去除攜帶的雜質(zhì)，經(jīng)壓縮機(jī)加壓后在加熱器的換熱管外冷凝成蒸餾水，同時(shí)，釋放潛熱加熱管內(nèi)的鹵水。蒸餾水可作為高品質(zhì)用水工藝的補(bǔ)給水，晶體產(chǎn)物可回收利用，比如制成食鹽、硫酸氨等。

圖1 強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器工作原理

1.4 脫硫廢水零排放處理的典型工藝流程

對(duì)于電廠脫硫廢水零排放，以蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶/干燥技術(shù)為核心的工藝流程是目前國(guó)內(nèi)外采用最多的工藝流程。其技術(shù)路線先進(jìn)，操作可靠、穩(wěn)定，投資運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、合理，如圖2所示。

圖2 脫硫廢水零排放處理的典型工藝流程

2 國(guó)外脫硫廢水零排放的案例

2.1 阿奎特（Aquatech）脫硫廢水零排放技術(shù)

阿奎特脫硫廢水零排放項(xiàng)目主要為意大利ENEL電力公司旗下的5個(gè)燃煤電廠。這5個(gè)零排放項(xiàng)目在2007年陸續(xù)投入運(yùn)行，目前運(yùn)行狀況良好。5個(gè)項(xiàng)目的工藝基本相同：脫硫廢水先經(jīng)過(guò)中和、混凝、沉淀和軟化，然后進(jìn)入晶種式豎管降膜蒸發(fā)器濃縮，最后進(jìn)入強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器結(jié)晶。阿奎特的蒸發(fā)濃縮部分采用豎管降膜蒸發(fā)，降膜蒸發(fā)效率高于強(qiáng)制循環(huán)換熱器。這5個(gè)項(xiàng)目中蒸發(fā)濃縮都采取晶種模式運(yùn)行。脫硫廢水前的軟化采取化學(xué)軟化的方法，由于采同化學(xué)軟化方法去除硬度不徹底，因此，之后的蒸發(fā)濃縮部分往往還要加入晶種運(yùn)行模式，結(jié)晶部分還會(huì)采用強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶器。

2.2 威立雅脫硫廢水零排放技術(shù)

為了符合歐盟的特定煙氣標(biāo)準(zhǔn)，威立雅承擔(dān)了意大利蒙法爾科內(nèi)的一個(gè)脫硫廢水零排放項(xiàng)目。該工程采用最先進(jìn)的脫硫裝置，目的是從336 MW燃煤發(fā)電站的排放中消除SO2。威立雅水務(wù)技術(shù)采用HPD?蒸發(fā)與結(jié)晶技術(shù)，主體工藝與阿奎特相似，采用降膜蒸發(fā)器和強(qiáng)制循環(huán)結(jié)晶器。當(dāng)在預(yù)處理中采用離子交換深度去除硬度時(shí)，隨后的蒸發(fā)不加晶種；當(dāng)僅采取化學(xué)方法去除硬度時(shí)，隨后要投加晶種。該電廠的零排放從2008年開始，從脫硫清除系統(tǒng)的廢水中回收、產(chǎn)生的高質(zhì)量蒸餾液用于整個(gè)工廠，產(chǎn)生的循環(huán)水低于20 ppm的最大TDS（總?cè)芙夤腆w）限制。

3 國(guó)內(nèi)脫硫廢水零排放的案例

目前，國(guó)內(nèi)火電廠脫硫廢水真正達(dá)到零排放的工程案例僅有廣東河源電廠和廣東佛山三水電廠。其中，廣東河源電廠脫硫廢水零排放處理于2009年成功投產(chǎn)，是我國(guó)首座脫硫廢水零排放處理的火電廠。

3.1 河源電廠脫硫廢水處理工藝

河源電廠在建設(shè)前期就確立了廢水零排放的目標(biāo)，深圳能源旗下的深能環(huán)保創(chuàng)造性地將其開發(fā)的垃圾瀝濾液熱力法處理技術(shù)與真空工藝技術(shù)相結(jié)合，自主研發(fā)出“火力發(fā)電廠脫硫廢水深度處理”技術(shù)。其脫硫系統(tǒng)的排污水采用“二級(jí)預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶”系統(tǒng)處理，真正實(shí)現(xiàn)了整個(gè)河源電廠的廢水零排放。整個(gè)系統(tǒng)的工藝流程如圖3所示。

圖3 河源電廠脫硫廢水零排放流程

河源電廠脫硫廢水首先在預(yù)處理系統(tǒng)絮凝、沉降和中和，減少?gòu)U水中的懸浮物和提高廢水的pH值，從而為之后的深度處理做好準(zhǔn)備；深處處理即蒸發(fā)+結(jié)晶系統(tǒng)，河源電廠采用4效真空蒸發(fā)結(jié)晶工藝（多效立管降膜蒸發(fā)系統(tǒng)+結(jié)晶系統(tǒng)），熱源為電廠的抽汽，處理后產(chǎn)生的蒸餾水可作為循環(huán)水的補(bǔ)給水。

3.2 佛山三水電廠脫硫廢水處理

廣東佛山三水電廠脫硫廢水零排放處理項(xiàng)目由佛山德嘉環(huán)保公司總包和委托運(yùn)行，由J&Y公司（中山迪寶龍）提供技術(shù)支持和成套設(shè)備。項(xiàng)目在2011-12成功投產(chǎn)，脫硫廢水采用預(yù)

處理+蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)進(jìn)行零排放處理。預(yù)處理系統(tǒng)與河源電廠相似，但蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)（深度處理）與河源電廠不同，其處理方法為：采用臥管噴淋MVC低能耗蒸發(fā)系統(tǒng)，第一段的回收率為83%；第二段濃縮廢液至26%；第三段濃縮采用兩效MED蒸發(fā)系統(tǒng)；最后采用固廢干燥/包裝系統(tǒng)，處理后產(chǎn)生的蒸餾水可作為循環(huán)水的補(bǔ)給水。

4 脫硫廢水零排放處理的工藝分析

通過(guò)以上脫硫廢水零排放的實(shí)際案例可看出，其深度處理技術(shù)基本均采用蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

從處理工藝看，膜濃縮法分離技術(shù)占有一定的優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)檎舭l(fā)工藝的運(yùn)行成本高（耗蒸汽或電能）、設(shè)備投資高，但進(jìn)行膜法處理一般都要進(jìn)行完善的預(yù)處理，包括去除懸浮物、去除硬度、防止有機(jī)物硅等結(jié)垢。如果不進(jìn)行預(yù)處理，這些物質(zhì)將會(huì)淤積在膜表面上，導(dǎo)致流道堵塞，造成膜組件壓差增大、產(chǎn)水量和脫鹽率下降，甚至使膜組件報(bào)廢。脫硫系統(tǒng)是在微酸（pH=4.5～6.0）條件下運(yùn)行的，因此，脫硫廢水中碳酸鹽的硬度較低，要想進(jìn)行化學(xué)軟化，就要投入碳酸鈉。但碳酸鈉的投入費(fèi)用很高，因此，整體預(yù)處理的運(yùn)行費(fèi)用非常高。

從運(yùn)行的角度看，運(yùn)行部分的水量較少，電廠投入的運(yùn)行人員也很少，電廠只希望系統(tǒng)能簡(jiǎn)單、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，即使運(yùn)行成本較高。如果采用膜法預(yù)處理，則膜濃縮等工藝的耗時(shí)較長(zhǎng)，一旦系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)整體停運(yùn)。而蒸發(fā)結(jié)晶工藝的系統(tǒng)流程非常短、運(yùn)行穩(wěn)定，其可靠性和對(duì)原水變化的適應(yīng)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于膜濃縮法。

通過(guò)參考國(guó)外電廠脫硫廢水零排放項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，脫硫廢水的水質(zhì)情況比較復(fù)雜，采用膜濃縮法的可行性非常低，包括AQUATECH、威立雅等對(duì)高鹽廢水膜濃縮具有專利技術(shù)和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)的國(guó)際大企業(yè)，也沒(méi)有將他們的膜濃縮專利工藝用于脫硫廢水。這些公司做過(guò)很多實(shí)際工程，了解脫硫廢水用膜濃縮法預(yù)濃縮存在很多不足，威立雅的一些新的專門針對(duì)燃煤火電廠或IGCC電廠的脫硫廢水開發(fā)工藝均采取蒸發(fā)結(jié)晶工藝，并未使用膜濃縮法。

5 結(jié)論

脫硫廢水經(jīng)初步處理后，雖然能滿足達(dá)標(biāo)排放的要求，但仍處于高氯根、高含鹽的狀態(tài)，且含有微量重金屬，其回用局限性很大。要想真正實(shí)現(xiàn)電廠脫硫廢水零排放，就必須采取深度處理。對(duì)于脫硫廢水具有的特殊水質(zhì)（高氯根、高含鹽、含有微量重金屬），并不適合采用膜濃縮法。膜濃縮法適用于海水等干凈、預(yù)處理要求低的水質(zhì)，但是對(duì)于水質(zhì)條件差、含鹽量高的工業(yè)廢水，比如脫硫廢水是不適用的，可采用蒸發(fā)結(jié)晶處理工藝。

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〔編輯：張思楠〕