劉顯麗，張晗

（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

0 引言

火電是我國(guó)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，截止到2015年，國(guó)內(nèi)火電發(fā)電量超過4×1013KWh。然而煤炭燃燒后形成的二氧化硫會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。近年來，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的注重程度提高，相繼出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)和行政意見。例如，2015年《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（水十條）、2018年《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》，都對(duì)于工業(yè)廢水污水的處理也提出來了更高的要求[1]。

1 燃煤電廠脫硫廢水的來源

我國(guó)的電力系統(tǒng)主要由火電、風(fēng)電、水電及核電等幾部分構(gòu)成，其中，火電是主要的電力來源，2016年，我國(guó)的火電裝機(jī)量超越美國(guó)，成為世界上火電裝機(jī)量最大的國(guó)家，滿足了國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)和生活的能源供應(yīng)。隨著裝機(jī)量的增加，電廠排污也急速增加，為了抑制火電燃煤時(shí)產(chǎn)生的二氧化硫煙氣，目前國(guó)內(nèi)電廠幾乎全部都安裝了脫硫系統(tǒng)。主流的脫硫技術(shù)是石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)，如圖1所示。該技術(shù)運(yùn)行穩(wěn)定，主要脫硫環(huán)節(jié)是在吸收塔中進(jìn)行，石灰石漿液與煙氣充分接觸，生成二水硫酸鈣（CaSO4?2H2O），再經(jīng)過除霧環(huán)節(jié)，從煙囪中排除廢氣。

圖1 石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝流程

在脫硫處理環(huán)節(jié)中，需要控制脫硫漿液中的氯離子濃度，防止對(duì)吸收塔的腐蝕。如果濃度提高則需要排出脫硫廢水。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，煤炭中進(jìn)入石膏中的氯離子中70%會(huì)隨著廢水排放出去，每年脫硫廢水總量超過9000萬噸，脫硫廢水中含有大量的污染物，對(duì)于脫硫廢水的深度處理投入資金在700億以上。

2 燃煤電廠脫硫廢水的水質(zhì)特點(diǎn)及危害

國(guó)內(nèi)的脫硫廢水一般經(jīng)過三聯(lián)箱出水，脫硫廢水中含有大量的污染物質(zhì)。脫硫廢水的水質(zhì)特點(diǎn)如下：

（1）強(qiáng)腐蝕性。脫硫廢水中含有眾多無機(jī)鹽離子以及Cl-、SO42-、F-等酸根離子，pH值到達(dá)4.1甚至更低，在水中會(huì)形成酸性環(huán)境，腐蝕排污系統(tǒng)中的管道及設(shè)備，造成設(shè)備老化和損壞。

（2）懸浮物含量高。最高能高達(dá)60000mg/L，最低也在10000mg/L以上。固體物質(zhì)含量較高導(dǎo)致廢水的粘附性和沉淀性也相對(duì)較大。

（3）成分變化大。不同的燃煤，成分存在差異，經(jīng)過燃燒后產(chǎn)生的廢水中存在的重金屬離子會(huì)發(fā)生變化，通常會(huì)包括Hg、As、Pb等一類污染物。

（4）硬度高。Ca2+、Mg2+和SO42-均在3000mg/L以上，在加熱濃縮過程中非常容易結(jié)垢，造成腔體和管壁的阻塞老化等問題。

通過上述脫硫廢水的4個(gè)顯著特點(diǎn)，可以發(fā)現(xiàn)，脫硫廢水的污染物濃度高、成分雜、破壞性強(qiáng)，若不及時(shí)的處理，排放后對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥?、水質(zhì)、空氣造成一定的破壞，環(huán)境污染嚴(yán)重，甚至破壞局部的生態(tài)平衡，影響人們的生活健康[2]。

3 脫硫廢水深度處理工藝

對(duì)于脫硫廢水的處理，化學(xué)沉淀法是最為成熟普遍的傳統(tǒng)工藝，該方法工藝簡(jiǎn)單，效果明顯，能夠快速的去除大部分重金屬以及污染物，但殘留的污泥需要按照危害、分等級(jí)處理，而廢水中的一價(jià)鹽難以去除，無法實(shí)現(xiàn)生成水的循環(huán)利用。

深度處理技術(shù)能夠有效的去除廢水中的鹽分、重金屬、懸浮物，它對(duì)二級(jí)處理出水進(jìn)行三級(jí)處理，通過物理、化學(xué)或生物方法，去除污水中各種雜質(zhì)，最終實(shí)現(xiàn)廢水的零排放?，F(xiàn)階段的脫硫廢水深度處理流程可分為預(yù)處理+濃縮+結(jié)晶三個(gè)步驟，從工藝上來講主要有蒸發(fā)法、膜分離技術(shù)。

3.1 蒸發(fā)法

蒸發(fā)法主要有三種，分別為機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶、石膏晶種法和煙道蒸發(fā)。

3.1.1 機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶工藝

機(jī)械蒸發(fā)結(jié)晶工藝主要有多效蒸發(fā)（MEE）和蒸汽再壓縮（MVR）兩種技術(shù)。MEE的工藝流程如圖2所示，特點(diǎn)是串聯(lián)了多個(gè)蒸發(fā)器進(jìn)行級(jí)聯(lián)加熱，每個(gè)蒸發(fā)器稱作“一效”，可以串聯(lián)3~4個(gè)蒸發(fā)器，將上一個(gè)蒸發(fā)器的蒸汽作為下一個(gè)的熱源，通過級(jí)聯(lián)蒸汽多次利用使鹽水蒸汽凝結(jié)為水，能顯著提高蒸汽的利用率，減少浪費(fèi)。缺點(diǎn)是多個(gè)蒸發(fā)器加熱器的串聯(lián)會(huì)占用較大面積[2]。

圖2 脫硫廢水多效蒸發(fā)工藝流程

MVR則是將壓縮機(jī)引入蒸汽系統(tǒng)，對(duì)二次蒸汽進(jìn)行壓縮回收再供蒸發(fā)器循環(huán)使用。因此，MVR系統(tǒng)能夠充分回收熱量，提高熱效率，減少了能耗需求。系統(tǒng)的占地面積比MEE系統(tǒng)小很多，效率更高，更適合于蒸氣源較少的工廠。

3.1.2 石膏晶種工藝

MVR雖然具備高效節(jié)能等優(yōu)勢(shì)，但在工藝上存在鹵水結(jié)垢問題現(xiàn)象，由于脫硫廢水中形成的CaSO4會(huì)結(jié)垢堵塞換熱管道，熱管道結(jié)垢后較難清理。因此，引入石膏晶種工藝來防止加熱管的結(jié)垢，結(jié)合CaSO4的分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過在蒸發(fā)器中加入特定濃度的晶種，使得脫硫廢水中析出的CaSO4附著在晶種表面，達(dá)到抑制結(jié)垢的效果。

3.1.3 煙道蒸發(fā)工藝

煙道蒸發(fā)工藝術(shù)是將脫硫廢水霧化并噴入煙道中，利用煙氣的熱量蒸發(fā)廢水。該技術(shù)關(guān)鍵在于煙道熱氣量與噴霧液體的體積，煙氣熱量越大，噴霧液滴體積越小，越有利于廢水的蒸發(fā)結(jié)晶。同時(shí)，有研究表明，煙氣溫度對(duì)蒸發(fā)效果影響較大，控制在180°C左右時(shí)蒸發(fā)效果最佳。廢水的凈流量如果太大，達(dá)到臨界值后，則無法進(jìn)行更為精細(xì)化的霧化噴射。煙道蒸發(fā)技術(shù)的工藝缺點(diǎn)是廢水被直接蒸發(fā)無法回收利用，能耗高，廢水噴射過程中造成煙道的濕度增大，增加了對(duì)除塵器和煙道的腐蝕性[4]。

3.2 膜分離技術(shù)

目前，蒸發(fā)工藝需要進(jìn)行大量的熱處理，膜分離技術(shù)則是利用化學(xué)方法，在減少蒸發(fā)處理的同時(shí)達(dá)到脫硫廢水濃縮的目的。當(dāng)前的處理工藝有：電滲析（ED）、正/反滲透（FO/RO）、微濾/納濾（UF/NF）。

RO容易污染滲透膜，較難達(dá)到濃縮結(jié)晶固化的效果。FO方法則能夠?qū)Ⅺ}度濃縮到結(jié)晶水平，再結(jié)合RO技術(shù)，可將產(chǎn)水循環(huán)用于鍋爐補(bǔ)給。但是該工藝路線長(zhǎng)、系統(tǒng)復(fù)雜、成本高，不利于大型電廠的推廣使用。

EDR與RO相比，需要做的預(yù)處理少，能夠承受含硅廢水，可減少鈣鎂結(jié)垢造成的膜污染。EDR可將脫硫廢水的鹽度濃縮到120~200g/L，使得更多的淡水可回收利用。

圖3 電滲析脫硫廢水濃縮工藝流程

脫硫廢水經(jīng)過RO、FO等滲透處理能減少由氯化物引起的BOD和COD，但總?cè)芙夤腆w無法有效去除，同時(shí)對(duì)于水資源的回收利用率不高。因此，再RO系統(tǒng)中加入微濾器（UF/NF）對(duì)脫硫廢水進(jìn)一步處理，能夠從一次處理的廢水中回收75%以上且TDS<500mg/L的優(yōu)質(zhì)水。

4 結(jié)語(yǔ)

脫硫廢水的凈化處理對(duì)于環(huán)境保護(hù)和水資源的回收利用起著重要作用，為了實(shí)現(xiàn)廢水零排放，當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展了較多的脫硫廢水處理工藝。不同的電廠應(yīng)結(jié)合自身的場(chǎng)地規(guī)模、經(jīng)濟(jì)能力、所處區(qū)域等特點(diǎn)，選擇較為成熟穩(wěn)定的廢水處理工藝搭建脫硫廢水處理系統(tǒng)，做到節(jié)能環(huán)保，更好的服務(wù)于生產(chǎn)生活。