電廠煙氣脫硫廢水零排放工藝中試研究-1

1、 電廠煙氣脫硫廢水零排放工藝中試研究電廠煙氣脫硫廢水零排放是行業(yè)的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。本文通過脫硫廢水水質(zhì)特性分析，集成預(yù)處理、深度處理、預(yù)濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶模塊建立了脫硫廢水零排放工藝，并進(jìn)行了每天25m3的中試試驗(yàn)。 結(jié)果表明：該工藝各模塊可優(yōu)勢互補(bǔ)，高效穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放;由預(yù)沉池和序批式反應(yīng)器構(gòu)成的預(yù)處理模塊通過投加石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉和絮凝劑，實(shí)現(xiàn)了懸浮物、硬度、有機(jī)物和重金屬的同步去除，懸浮物、Ca2+、Mg2+和有機(jī)物去除率分別達(dá)到97.3%、38.1%、98.5%和74.3%; 深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元，能夠高效截留二價(jià)離子和有機(jī)物，納濾單元出水Ca2

2、+、Mg2+和硫酸鹽質(zhì)量濃度分別為5.2、0.4、84.3mg/L，降低了膜結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，并保證了工業(yè)鹽品質(zhì);經(jīng)電滲析單元、離子交換單元與蒸發(fā)結(jié)晶后，所得工業(yè)鹽純度達(dá)到工業(yè)鹽國家標(biāo)準(zhǔn)(GB54622023)中二級工業(yè)濕鹽的要求。 目前，燃煤電廠供應(yīng)全球電力的41.3%，而我國2023年煤電裝機(jī)總量約為10.2億kW，占發(fā)電裝機(jī)總量的58%。由于絕大多數(shù)的SO2排放來源于燃煤鍋爐，因此燃煤發(fā)電廠必需配備SO2脫除裝置。 在各種煙氣脫硫技術(shù)中，石灰/石灰石-石膏法因其脫硫效率高、牢靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)和成本低等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。 考慮到設(shè)備防腐和石膏質(zhì)量的需求，應(yīng)定期從脫硫系統(tǒng)排出肯定量的廢水，以保證氯化

3、物和重金屬濃度低于設(shè)計(jì)水平。排出的脫硫廢水普遍具有pH值低，懸浮性固體(SS)、氯化物、硬度離子濃度高，且含有多種重金屬的特點(diǎn)。 由于脫硫廢水中大部分污染物為國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中要求嚴(yán)格掌握的污染物，直接外排會(huì)產(chǎn)生新的污染，且脫硫廢水硬度高，毒性、腐蝕性和結(jié)垢性強(qiáng)，廢水排放也會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行。 2023年出臺(tái)的水污染防治行動(dòng)方案明確對電廠廢水處理提出零排放要求，其中，作為全廠廢水梯級利用的終點(diǎn)，煙氣脫硫廢水資源化利用是實(shí)現(xiàn)零排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 由中和、絮凝、沉淀和澄清單元組成的傳統(tǒng)脫硫廢水處理系統(tǒng)存在處理效率低、調(diào)控難度高、無法去除氯離子等問題，難以達(dá)到當(dāng)前零排放的要求。 目前，公開報(bào)道的脫硫廢水

4、零排放工程主要有廣東河源電廠、佛山三水恒益火力發(fā)電廠和浙江浙能長興發(fā)電有限公司，分別采納以多效蒸發(fā)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)和正滲透技術(shù)為核心的處理工藝。 然而，運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性是現(xiàn)有脫硫廢水零排放系統(tǒng)面臨的難題，已有報(bào)道也缺乏長期運(yùn)行數(shù)據(jù)的支撐。 本文將針對脫硫廢水特性以及環(huán)保需求，開發(fā)運(yùn)行穩(wěn)定、效果良好的廢水零排放工藝技術(shù)，并通過中試試驗(yàn)長期運(yùn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證其穩(wěn)定性，為脫硫廢水零排放供應(yīng)工藝路線借鑒和技術(shù)支撐。 1脫硫廢水水質(zhì)特性 中試試驗(yàn)用脫硫廢水取自華能國際電力股份有限公司江蘇南通發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)廢水旋流器出水，水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。 表1江蘇南通發(fā)電廠脫硫廢水水質(zhì)數(shù)據(jù) 由表1可知：脫硫廢水水質(zhì)特

5、點(diǎn)為懸浮物含量高且顆粒粒徑小，主要成分為灰分、惰性物質(zhì)、絮凝沉淀物等;硬度高易結(jié)垢，水中Ca2+、Mg2+、SO42-質(zhì)量濃度高，處于過飽和狀態(tài);鹽分及氯離子濃度高，pH值較低，呈弱酸性，對設(shè)備、管道有腐蝕性;含Cr、Hg、Cd、Zn等重金屬以及少量有機(jī)物，組分變化大，水質(zhì)簡單。 2脫硫廢水零排放系統(tǒng) 2.1工藝流程 圖1為脫硫廢水零排放工藝流程示意。 圖1 脫硫廢水零排放工藝流程示意 該工藝流程可劃分為四大模塊： 1)預(yù)處理模塊包括預(yù)沉淀池、序批式反應(yīng)器(反應(yīng)器)、多介質(zhì)過濾器和中和池; 2)深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元; 3)預(yù)濃縮模塊包括電滲析、反滲透(也可采納正滲透或

6、高壓反滲透)、離子交換單元;4)蒸發(fā)結(jié)晶模塊。在四大模塊中，預(yù)處理模塊是后續(xù)運(yùn)行的重要保障，也是固體物質(zhì)和硬度集中排放的子系統(tǒng)，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是脫硫廢水零排放系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。 脫硫廢水零排放技術(shù)預(yù)處理模塊工作內(nèi)容為： 脫硫廢水首先經(jīng)過水泵進(jìn)入預(yù)沉池，通過投加石灰和聚丙烯酰胺(PAM)加速懸浮物沉降，降低出水濁度;預(yù)沉池出水進(jìn)入反應(yīng)器，同步投加NaOH和Na2CO3，掌握pH值大于11，以保證Ca2+和Mg2+的高效去除;以Mg(OH)2和CaCO3為主要成分的沉淀物在反應(yīng)器沉淀區(qū)底部濃縮外排，上清液進(jìn)入中和池，投加HCl中和至弱酸性，以掌握有機(jī)物和Ca2+在納濾膜表面沉積，減緩膜污染。

7、深度處理模塊工作內(nèi)容為：中和池出水經(jīng)雙介質(zhì)過濾器去除懸浮物后，進(jìn)入納濾單元去除二價(jià)離子和有機(jī)物;納濾單元濃水排放至預(yù)沉池，淡水進(jìn)入電滲析單元。 預(yù)濃縮模塊工作內(nèi)容為：電滲析單元濃水進(jìn)入離子交換單元，將水中殘留的Ca2+、Mg2+和SO42-置換為Na+和Cl-，為提高最終產(chǎn)品工業(yè)鹽的純度而掌握最抱負(fù)的NaCl濃度，滿意后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶或資源化的要求并降低運(yùn)行成本。電滲析淡水經(jīng)過反滲透進(jìn)一步提純后可作為脫硫廢水零排放系統(tǒng)工藝水使用，也可作為脫硫塔補(bǔ)水。 2.2示范工程技術(shù)參數(shù) 通過工藝技術(shù)耦合集成優(yōu)化，在華能國際電力股份有限公司南通電廠構(gòu)建了每天處理水量25m3的脫硫廢水零排放處理工藝中試試驗(yàn)示范工

8、程。 該中試試驗(yàn)建于2023年6月，8月調(diào)試運(yùn)行，于10月至次年4月連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行階段，對脫硫廢水零排放系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)進(jìn)行了32天連續(xù)監(jiān)測，并對最終產(chǎn)品工業(yè)鹽進(jìn)行了分析。脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù)見表2。 表2脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù) 3脫硫廢水零排放出水水質(zhì)特性 3.1各單元出水水質(zhì)分析 圖2為脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度變化狀況。 圖2脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度 由圖2a)可知：預(yù)沉池和反應(yīng)器出水pH值分別為7.00.1和11.91.1;本討論為了保證中試試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，在中和池加入鹽酸掌握納濾進(jìn)水偏酸性，納濾單元進(jìn)出水以及離子交換單元pH值無顯著變化，實(shí)際工程中，納濾單元進(jìn)水pH值宜依據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況和納濾膜廠家要求進(jìn)行調(diào)整，以降低運(yùn)行成本;電滲析單元濃淡水pH值分別上升為3.61.0和4.50.7，這是由于電滲析單元陰膜表面極化，造成水離解成H+和OH-，H+穿透膜進(jìn)入濃水室，故淡水pH值高于濃水。 由圖2b)可知：預(yù)沉池出水濁度為(9.20.8)NTU;由于反應(yīng)器中存在CaCO3和Mg(OH)2，部分懸浮物與沉淀物分散沉降，濁度進(jìn)一步降低，雖然反應(yīng)器出水含有少量Mg(OH)2膠體，造成濁度波動(dòng)，但濁度總體穩(wěn)定在(1.61.9)NTU，去除率為82