蔡竟

【摘 要】煤炭是我國(guó)目前使用最多的化石能源，煤炭燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些污染氣體，如SO2等，故需對(duì)其進(jìn)行脫除處理，脫除后的廢水中會(huì)含有硫的成分，導(dǎo)致污水不能達(dá)標(biāo)排放。我國(guó)是全球最大的煤炭消費(fèi)國(guó)，短期內(nèi)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)改變。當(dāng)前，世界經(jīng)濟(jì)持續(xù)向電氣化發(fā)展，用于發(fā)電的能源占比逐年上升。我國(guó)目前仍主要采用燃煤方式發(fā)電，2016年，火力發(fā)電占全國(guó)整個(gè)發(fā)電行業(yè)的71.6%，其中91.1%的火力發(fā)電量由煤炭燃燒發(fā)電提供。

【關(guān)鍵詞】燃煤電廠；脫硫廢水；處理技術(shù)

引言

我國(guó)是一個(gè)以火力發(fā)電為主的國(guó)家，2017年煤電發(fā)電量38803億千瓦時(shí)，占全國(guó)發(fā)電量的60.5%。由此可見(jiàn)，燃煤發(fā)電仍然是我國(guó)發(fā)電的主體方式，燃煤發(fā)電會(huì)產(chǎn)生大量的SO2和粉塵，且SO2是造成酸雨的主要大氣污染物，因此需要對(duì)燃煤電廠所排放的煙塵進(jìn)行嚴(yán)格控制。我國(guó)常用的脫硫技術(shù)是濕法中的石灰石—石膏法，該工藝是脫硫技術(shù)中最成熟的工藝，具有脫硫效率高、脫硫反應(yīng)速度快、運(yùn)行成本低、石膏利用效率高等優(yōu)點(diǎn)。但此工藝所產(chǎn)生的廢水水質(zhì)成分復(fù)雜，直接排放會(huì)對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。因此，本文對(duì)脫硫廢水的來(lái)源、水質(zhì)特點(diǎn)以及工藝進(jìn)行綜述，重點(diǎn)將從脫硫廢水傳統(tǒng)處理工藝和深度處理技術(shù)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行探討。

1、脫硫廢水的危害分析

從燃煤電廠運(yùn)行實(shí)際來(lái)說(shuō)，脫硫廢水中含有主要危害物質(zhì)，包括重金屬離子和鈣離子等，隨著設(shè)備的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，脫硫廢水水質(zhì)會(huì)繼續(xù)惡化，程度較大，極易造成水污染。以石膏脫水系統(tǒng)為例，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，將10%～20%的石膏反應(yīng)產(chǎn)物利用脫水機(jī)，排出系統(tǒng)，部分回經(jīng)溢流箱，旋流后，將固體含量<1.2%的廢水，送到廢水系統(tǒng)排出。廢水的不達(dá)標(biāo)排放，會(huì)造成水污染，長(zhǎng)期以往，會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的危害。當(dāng)化學(xué)物質(zhì)蒸發(fā)后，極易造成大氣污染問(wèn)題，形成酸雨?；诖?，實(shí)現(xiàn)廢水零排放，有著重要的意義。

2、脫硫廢水特征與排放標(biāo)準(zhǔn)

脫硫廢水主要是石灰石-石膏濕法脫硫過(guò)程后的排放水。為維持脫硫工藝中漿液循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡，控制吸收塔漿池中的Cl-、F-等惰性物質(zhì)的濃度，保證脫硫效率與石膏品質(zhì)，維持脫硫系統(tǒng)連續(xù)高效運(yùn)行，需從脫硫系統(tǒng)中排出一定量的高鹽度脫硫廢水。脫硫廢水的出水量大、水質(zhì)波動(dòng)性強(qiáng)、成分復(fù)雜，是整個(gè)電廠系統(tǒng)排出的最難處理的廢水。脫硫廢水的水質(zhì)有如下特點(diǎn)：排水溫度范圍在40～50℃；呈弱酸性，pH值變化范圍為4～6；溶解性總固體（TDS）高達(dá)10000～60000mg/L；懸浮物（SS）含量高，導(dǎo)致水硬度高、易結(jié)垢；含鹽量高，一般在30000～60000mg/L，主要成分為Cl-、F-、BO3-、SO42-、SO32-、NO3-、NO2-等，其中氯化物濃度尤其高，腐蝕性強(qiáng)；重金屬種類多，有Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni、Cu、Zn、Co、Mn、Al、Fe等；化學(xué)需氧量（COD）大，通常在150～400mg/L。

電廠脫硫廢水主要來(lái)自于石膏脫水系統(tǒng)和清洗系統(tǒng)的排放水、水力旋流器的溢流水、皮帶過(guò)濾機(jī)的濾液等，水質(zhì)與水量則取決于煤源、添加劑種類、補(bǔ)給水質(zhì)、設(shè)備與操作條件等因素。雖然脫硫廢水中的重金屬濃度通常不高，卻是脫硫廢水的主要污染物，難以去除。廢水中的重金屬種類眾多，其中含有的Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni等為一類污染物。金屬種類主要取決于煤的品質(zhì)，其中石灰石也是Ni、Zn、Al的重要來(lái)源。

3、脫硫廢水處理工藝系統(tǒng)的應(yīng)用分析

某電廠采取石灰石—石膏法脫硫工藝對(duì)煙氣中的SO2氣體進(jìn)行處理，其主要過(guò)程為：首先石灰石在在設(shè)備中被加工成粉末，粉末吸收工藝水，制成石灰石漿液，作為脫硫劑備用；脫硫劑在泵的作用下注入吸收塔的頂部，底部在引風(fēng)機(jī)的作用下通入鍋爐煙道氣，在氣液逆流接觸過(guò)程中，脫硫劑吸收煙道氣中的SO2。在吸收SO2之前，為提高煙道氣和漿液充分接觸而添加的空氣噴嘴會(huì)源源不斷的向吸收塔內(nèi)注入強(qiáng)制空氣，溶解在水中的SO2在空氣的作用下被氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-。漿液在酸性條件下會(huì)溶解生成鈣離子，Ca2+和SO4-接觸會(huì)生成CaSO4沉淀，然后將生成的產(chǎn)物用作建筑材料，通大量漿液接觸的煙氣經(jīng)過(guò)吸收塔后水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，然后經(jīng)過(guò)下游的煙氣加熱系統(tǒng)加熱升溫后排空。從而完成對(duì)煙道氣中硫的脫除和利用。（1）該燃煤廠使用的煤種為低硫燃煤，在廢水未處理前其pH為6.5～7.4，廢水呈現(xiàn)弱酸性，不能直接排放，而經(jīng)過(guò)廢水處理后，其呈現(xiàn)中性。（2）脫硫廢水通過(guò)物理化學(xué)法處理后，硫化物、氟化物、As和SS處理效率達(dá)到90%左右，Hg處理效率30%～46.67%，有效去除了水污染物。（3）通過(guò)分析實(shí)踐可以看出，利用物理化學(xué)方法處理廢水的工藝可以有效地去除廢水中的污染物，處理后的廢水基本可以滿足電廠用水的水質(zhì)要求，基本可以實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，不僅可以節(jié)約用水，另外還可以提升經(jīng)濟(jì)效益。

4、脫硫廢水的深度處理工藝

4.1、膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)處理脫硫廢水的原理是通過(guò)具有選擇透過(guò)性的半透膜對(duì)廢水中的組分進(jìn)行選擇性分離，從而降低廢水中污染物的濃度。在廢水處理上，懸浮固體、膠體等大分子物質(zhì)會(huì)通過(guò)超濾被截留下來(lái)，而其中的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物等小分子則是能直接通過(guò)，不能被去除。反滲透是一種有效的且常用的脫鹽技術(shù)，但也受污染物濃度、pH值以及溫度等的影響。對(duì)于微濾處理廢水，Enoch等人提出需要對(duì)廢水進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理，然后再進(jìn)行深度處理。處理結(jié)果表明，該方法對(duì)脫硫廢水處理效果好，能夠滿足廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，且微濾膜法工藝流程簡(jiǎn)單，操作方便。該方法還存在一些缺陷：鈣、鎂等易結(jié)垢物質(zhì)易污染微濾膜，造成堵塞，微濾膜價(jià)格較高，利用此工藝處理脫硫廢水會(huì)大大增加工廠處理廢水的費(fèi)用。

4.2、濕式電除塵及其廢水零排放技術(shù)

在脫硫塔后部煙道設(shè)置濕式電除塵器，使用金屬板臥式結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)雙室兩電廠，陰極線和陽(yáng)極板使用316L材質(zhì)。本體結(jié)構(gòu)使用玻璃鱗片進(jìn)行防腐，陽(yáng)極總投影收塵面積為11742m2，比集塵面積總計(jì)15.9m2/（m3/s）。噴淋循環(huán)水量總計(jì)150m3/h，噴淋前利用清洗過(guò)濾器以及袋式保安過(guò)濾器，加入堿，進(jìn)行pH調(diào)整。使用廢水處理以及復(fù)用系統(tǒng)，廢水經(jīng)過(guò)處理后，再次用于脫硫系統(tǒng)，不排放出來(lái)。濕式電除塵器產(chǎn)生的廢水直接排放到頂澄清器開(kāi)展物理沉降處理。經(jīng)過(guò)沉降后，下部漿液直接排放到吸收塔集水坑，用于吸收塔液池，作為補(bǔ)充水。上部清水溢流到清水箱，經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理后，用作吸收塔除霧器沖洗水，實(shí)現(xiàn)水資源再利用。除霧器不足的沖洗水，使用脫硫系統(tǒng)工藝水補(bǔ)充。燃煤電廠脫硫工藝水，是工業(yè)廢水，pH值為9.0～9.5；電導(dǎo)550～650μS/cm；CI-濃度55～80mg/L。

4.3、蒸發(fā)結(jié)晶

一是多效蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的脫硫廢水經(jīng)過(guò)換熱器預(yù)熱后，進(jìn)入多級(jí)蒸發(fā)室進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，冷凝水收集后作為補(bǔ)給水回用，結(jié)晶分離出的鹽經(jīng)干燥后外運(yùn)。多效蒸發(fā)法系統(tǒng)回收率高，適用于COD較低的、鹽類溶解度對(duì)溫度變化敏感的廢水，對(duì)廢水中氯化物的分離效率較低。且此技術(shù)需要的處理設(shè)備多、建筑用地大、運(yùn)行能耗大、投入成本高。二是機(jī)械蒸汽再壓縮技術(shù)。指通過(guò)降膜式機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器（MVR蒸發(fā)器）將脫硫廢水處理成純凈的蒸餾水。利用MVR蒸發(fā)器分段蒸發(fā)脫硫廢水生產(chǎn)二次蒸汽，將二次蒸汽再壓縮轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)行循環(huán)利用。此工藝的廢水回收利用率高，無(wú)廢液排放。MVR為單體蒸發(fā)器，集多效降膜蒸發(fā)器于一身，蒸發(fā)設(shè)備緊湊，占地面積小，投資成本低，節(jié)能環(huán)保。威立雅水務(wù)技術(shù)公司、通用電氣公司等都選用了立式降膜蒸發(fā)器進(jìn)行脫硫廢水處理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 連坤宙，胡特立，王永前，焦緒常，王璟，曹紅梅，毛進(jìn)，樊開(kāi)遠(yuǎn).燃煤電廠脫硫廢水預(yù)處理裝置設(shè)計(jì)與中試研究[J].中國(guó)電力，2018，51（06）：166-171.

[2] 李金傳.一種新型火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].華北電力大學(xué)，2018.

[3] 沈魯光.脫硫廢水調(diào)質(zhì)蒸發(fā)協(xié)同煙氣污染物脫除研究[D].山東大學(xué)，2018.

[4] 柴樹(shù).燃煤煙氣干式高效脫硫脫硝方法應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D].山東大學(xué)，2018.

[5] 劉海洋，徐小生.基于納濾技術(shù)深度處理燃煤電廠脫硫廢水試驗(yàn)研究[J].工程技術(shù)研究，2018（05）：82-84.

（作者單位：廣東華電韶關(guān)熱電有限公司）