燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理工藝

燃煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理工藝結(jié)合燃煤電廠濕法脫硫廢水的來源和水質(zhì)特征,介紹了傳統(tǒng)脫硫廢水處理的典型工藝,并對其優(yōu)缺點進行了分析。在全面分析和總結(jié)已有相關(guān)文獻和報道的基礎(chǔ)上,重點介紹了脫硫廢水零排放工藝的分類、原理和優(yōu)缺點。針對目前零排放工藝存在的不足,提出了詳細建議和措施。1脫硫廢水的來源及特點1.1脫硫廢水的來源從我國燃煤電廠運行的實際狀況來看，鍋爐濕法脫硫產(chǎn)生的脫硫廢水主要源于脫硫塔排放廢水，其廢水排放量一般通過脫硫塔內(nèi)掌握Cl-在漿液中的濃度指標來確定。采納FGD工藝脫除煙氣中SO2的同時，HCl、HF等存在于煙氣中的酸性氣體也會被脫硫劑汲取并轉(zhuǎn)移至脫硫漿液中。由于脫硫漿液循環(huán)使用，即使HCl、HF等酸性氣體在煙氣中的濃度比SO2低許多，但隨著脫硫系統(tǒng)的運行，漿液中Cl-和F-會濃度漸漸上升。漿液中的鋁與F-聯(lián)合，對石灰石溶解具有屏蔽作用，降低脫硫效率；漿液中的Ca2+與Cl-配成離子對CaCl2，影響汲取劑氫氧化鈣的溶解，Cl-濃度上升也將導(dǎo)致脫硫效率的降低和石膏品質(zhì)下降，同時對管道和系統(tǒng)具有肯定的腐蝕性。為了系統(tǒng)運行穩(wěn)定，保證脫硫效率和石膏的產(chǎn)品質(zhì)量，因此需排出部分漿液，一般掌握漿液中Cl-濃度小于20kg/m3。1.2脫硫廢水的特點石灰石品質(zhì)、脫硫系統(tǒng)的設(shè)計與運行、脫硫塔前污染物掌握設(shè)備、燃煤品質(zhì)等因素影響脫硫廢水的水質(zhì)及水量。其中，石灰石是脫硫廢水中一部分污染物的來源，包括脫硫廢水中的鎳和鋅及黏土雜質(zhì)中所含的微小顆粒、鋁和硅等物質(zhì)。脫硫系統(tǒng)的設(shè)計與運行影響脫硫廢水水質(zhì)的主要體現(xiàn)在添加劑的使用、氧化程度或氧化方式以及脫硫系統(tǒng)建設(shè)材料等方面。脫硫塔前污染物掌握設(shè)備是指除塵和脫硝設(shè)備。除塵效率提升可能降低脫硫廢水總懸浮顆粒物濃度，但微小顆粒的飛灰同樣可能增加揮發(fā)性金屬在脫硫廢水中的含量；脫硝設(shè)備能增加Cr3+轉(zhuǎn)為毒性更大、溶解性更強Cr6+的比例；從脫硝系統(tǒng)逃逸的氨將增加脫硫廢水的氨氮濃度。而燃煤品質(zhì)則是影響脫硫廢水的主要因素，高硫煤、高氯煤均會增加脫硫廢水的排放量。脫硫廢水具有如下特點：(1)水質(zhì)不穩(wěn)定。受燃煤品質(zhì)、石灰石品質(zhì)及脫硫系統(tǒng)的運行等因素影響，即使相同脫硫設(shè)備在不同時段水質(zhì)也可能存在較大差別。(2)水質(zhì)呈弱酸性。pH值一般在4-6.5。(3)懸浮物含量高。一般在10000~150000mg/L之間，主要成分包括灰分、惰性物質(zhì)和絮凝沉淀物等。(4)含鹽量高。溶解性總固體(TDS)一般在25000~60000mg/L之間，含量最高的陰、陽離子分別是Cl-和Mg2+

。其它陰陽離子包括Ca2+SO42-、F-等離子。另外，還含有GB8978-1996《污水綜合排放標準》中規(guī)定的第一類污染物和其次類污染物。2脫硫廢水處理工藝2.1化學(xué)沉淀工藝目前，國內(nèi)處理脫硫廢水一般采納常規(guī)的化學(xué)沉淀技術(shù)，即“中和-沉淀-絮凝”三聯(lián)箱技術(shù)，其工藝流程為：脫硫廢水經(jīng)管路依次進入中和箱、沉淀箱、絮凝箱，最終經(jīng)澄清池沉淀并在出水箱中調(diào)整pH值至中性后排出。其中，在中和箱內(nèi)通過加入燒堿或石灰石調(diào)整pH值在9左右，溶液中的Fe3+、Zn2+、Cu2+等大部分重金屬離子會形成難溶的氫氧化物沉淀從溶液中分別。沉淀箱主要作用是利用向其加入有機硫沉淀劑TMT-15或Na2S，將中和箱未去除的Pb2+和Hg2+等不能以氫氧化物形式沉淀出來的重金屬沉淀分別。由于進入廢水系統(tǒng)的脫硫廢水已經(jīng)過廢水旋流器和石膏旋流器兩級濃縮分別，其所含懸浮物顆粒較小，沉降性能差，為改善沉降力量，需向絮凝箱中投加絮凝劑(硫酸氯化鐵FeClSO4)并在絮凝箱出口管路投加助凝劑(聚丙烯酰胺)。進入澄清池后，經(jīng)混凝生成的活性絮體吸附水中析出的細小金屬氧化物，實現(xiàn)水與懸浮固體分別。最終清水進入出水箱，通過加入鹽酸調(diào)整pH值后達標排放。澄清池底部小部分污泥作為接觸污泥返回中和箱中，大部分污泥將通過污泥給料泵送至板框式壓濾機脫水成泥餅外運。經(jīng)三聯(lián)箱工藝處理后的廢水，能夠有效去除懸浮物雜質(zhì)和各種重金屬離子，達到污水綜合排放標準，但該處理工藝對工藝掌握要求較高，Cl-、SO42-的去除效果非常有限，影響處理后脫硫廢水的回收利用。2.2膜濃縮減量技術(shù)濃縮減量技術(shù)的思路是對經(jīng)預(yù)處理后的脫硫廢水采納某種濃縮工藝進行濃縮，降低廢水量，削減后續(xù)蒸發(fā)固化處理量，從而降低處理成本。其中，膜法濃縮技術(shù)主要包括納濾(Nanofiltration，NF)、反滲透(ReverseOsmosis，RO)、正滲透(ForwardOsmosis，F(xiàn)O)和電滲析(ElectroDialysis，ED)等。(1)NF。納濾膜不僅能夠截留小分子有機物，對二價或高價離子特殊是陰離子有較高的截留率，但對一價離子截留率小于90%。(2)RO。反滲透是施加大于自然滲透壓壓力于濃溶液上，使溶劑從濃溶液中透過半透膜達到稀溶液中。根據(jù)工藝不同反滲透可分為碟管式反滲透、高壓反滲透和特別流道反滲透。反滲透技術(shù)平安牢靠、出水穩(wěn)定，除鹽率高，且能耗低，不足是簡單污染和結(jié)垢。(3)FO。正滲透是依靠提取液產(chǎn)生的巨大滲透壓驅(qū)動力，使高鹽水側(cè)的水分子自發(fā)并有選擇性的集中進入提取液側(cè)。提取液是氨與二氧化碳按特定物質(zhì)的量比溶于水中形成的碳酸銨溶液。正滲透耗能低，出水水質(zhì)高，污垢輕，但存在提取液再生簡單，系統(tǒng)簡單，投資成本高。(4)ED。電滲析工作原理是原水通過接通直流電的陽、陰離子膜交替排列在陰、陽極之間的隔室時，在電場力作用下帶電離子定向遷移，由于陽、陰離子交換膜的選擇透過性，一部分水被濃縮，一部分水被淡化，形成交替排列的濃室與淡室，從而分別與提純廢水。電滲析能耗低，環(huán)境污染小，少藥量等優(yōu)點，但對鈣鎂垢耐受力量較低，對難離解的物質(zhì)難以去除。[9-12]。2.3蒸發(fā)固化技術(shù)蒸發(fā)固化單元是實現(xiàn)脫硫廢水零排放的關(guān)鍵單元，它是利用熱源對脫硫廢水進行蒸發(fā)，其中蒸發(fā)冷凝后的液體進行回用，并資源化利用結(jié)晶出來的固含物。主要技術(shù)包括蒸汽蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)和煙氣蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)。蒸汽蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)包括多效蒸發(fā)結(jié)晶(MultipleEffectDistillation，MED)和機械壓縮蒸發(fā)結(jié)晶(MechanicalVaporRe-compression，MVR)；煙氣蒸發(fā)結(jié)晶主要包括低溫?zé)煔庵苯诱舭l(fā)結(jié)晶和高溫?zé)煔馀月氛舭l(fā)結(jié)晶[13]。2.3.1蒸汽蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)(1)MED技術(shù)MED是一種基于單效蒸發(fā)基礎(chǔ)上進展起來的蒸發(fā)技術(shù)，該技術(shù)降低運行成本是通過多次重復(fù)利用蒸汽的熱能以削減消耗熱能實現(xiàn)的。MED系統(tǒng)一般包含多個蒸發(fā)器(即多效)，在蒸發(fā)器中進入的廢水和新奇蒸汽發(fā)生換熱為第一效，產(chǎn)生二次蒸汽和濃縮液均進入其次效蒸發(fā)器中連續(xù)蒸發(fā)換熱。即后一效的蒸發(fā)熱源來自前一效產(chǎn)生的二次蒸汽，同時前一效產(chǎn)生的濃縮液將在后一效中連續(xù)濃縮。為保證每一效的傳熱動力，實現(xiàn)效與效之間多次熱能利用，各效的操作壓力須逐級降低，以使各效的二次蒸汽壓強與蒸汽沸點依次降低。最終，在各效加熱蒸汽的作用下高鹽廢水漸漸蒸發(fā)濃縮，進入結(jié)晶器產(chǎn)生晶體鹽，并通過分別器實現(xiàn)固液分別。由于加熱蒸汽的溫度逐效降低，四效以后蒸發(fā)效果較差，所以一般多效蒸發(fā)器只做到四效[14]。(2)MVR技術(shù)MVR技術(shù)是將廢水和蒸汽送入加熱器進行換熱，廢水汽化產(chǎn)生二次蒸汽。經(jīng)氣液分別后的二次蒸汽送入壓縮機內(nèi)被壓縮做功提高熱焓，后又返回至加熱器中加熱廢水，其產(chǎn)生的二次蒸汽將再次進入壓縮機，以此類推循環(huán)使用。廢水則隨著濃度的不斷提高達到過飽和狀態(tài)直至鹽分析出，最終鹽和水通過固液分別后分別進行回收利用。MVR工藝蒸發(fā)廢水所需熱能的主要來源于蒸汽冷凝釋放的熱能，在首次啟動時需要外源蒸汽。正常運轉(zhuǎn)后僅消耗掌握系統(tǒng)、蒸汽壓縮機和驅(qū)動蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽、廢水、冷凝水流淌和循環(huán)水泵所需的電能。該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫廢水的零排放，但不足是系統(tǒng)簡單，投資和運行成本高，對進水水質(zhì)要求較高等[15]。2.3.2煙氣蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)煙道蒸發(fā)工藝是利用排煙余熱將霧化噴射于鍋爐尾部煙道的經(jīng)預(yù)處理后的脫硫廢水快速蒸發(fā)，產(chǎn)生的鹽分結(jié)晶等雜質(zhì)同煙氣一起進入除塵器后被捕獲并隨煤灰外排，蒸汽進入汲取塔循環(huán)利用。依據(jù)所選取的蒸發(fā)煙道位置，煙道蒸發(fā)工藝可分為低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)和高溫?zé)煹琅月氛舭l(fā)技術(shù)。(1)低溫?zé)煹勒舭l(fā)技術(shù)采納低溫?zé)煹勒舭l(fā)工藝時，脫硫廢水噴入煙道位置一般在空預(yù)器后至除塵器之前間的煙道中。該工藝使得電廠外排煙氣的余熱熱能被充分利用，并能夠達到脫硫廢水零排放的目的，具有系統(tǒng)簡潔、占地面積少、設(shè)備投資少、廢水處理流程短、藥品添加少、運行成本低等優(yōu)點。缺點是該段煙道中煙氣溫度較低，需掌握煙氣排煙溫度在露點溫度以上，負荷機組負荷低或波動較大時廢水蒸發(fā)效果差，殘余廢水會隨煙道進入除塵器，使煙道腐蝕、積灰、堵塞。因此，該技術(shù)一般在舊機組改造中有較多應(yīng)用，對新建超干凈排放要求的機組應(yīng)用較少，對長期低負荷運行機組具有肯定的平安隱患。(2)旁路煙氣余熱蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)旁路煙氣余熱蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是在系統(tǒng)中設(shè)置與空預(yù)器并聯(lián)的煙道旁路，并從空氣預(yù)熱器前端引入高溫蒸汽作為廢水蒸發(fā)的熱源，以快速蒸發(fā)霧化后的脫硫廢水，產(chǎn)生的晶體和固體雜質(zhì)隨旁路煙氣進入空預(yù)器之后的主煙道同粉煤灰一起被捕獲去除。該工藝采納獨立運行機制，能進行獨立維護和檢修，并能夠?qū)崿F(xiàn)脫硫廢水的零排放，對低煙溫、低負荷、或采納低低溫省煤器工藝的機組適用。但采納該工藝會使爐膛進風(fēng)溫度在肯定程度上降低，鍋爐效率降低，從而增大機組煤耗。3結(jié)論綜上所述，隨國家環(huán)保標準的日益嚴格，燃煤電廠脫硫廢水零排放將成為趨勢。依據(jù)脫硫廢水特點及各脫硫廢水處理工藝的優(yōu)點與不足，需合理選擇預(yù)處理、化學(xué)沉淀、濃縮減量、蒸發(fā)固化、煙氣蒸發(fā)結(jié)晶等工藝優(yōu)化處理路線，以達到最優(yōu)處理成本和效果。脫硫廢水的預(yù)處理是后續(xù)處理工藝牢靠經(jīng)濟運行的基礎(chǔ)，要實現(xiàn)脫硫廢水零排放，需做好如下工作：(1)化學(xué)沉淀工藝能夠很好的去除大多數(shù)重金屬和懸浮物，各項指標能夠滿意污水綜合排放標準。為應(yīng)對固體懸浮物(SS)和化學(xué)需氧量(COD)往往不能穩(wěn)定達標排放，需對加藥量、加藥方式、設(shè)備運行管理進行