脫硫廢水處理裝置運行現狀及優化建議

祝業青，傅高健，顧興俊

(1.國電環境保護研究院，江蘇南京210031；2.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京211102)

SO2是造成大氣污染的主要原因之一，也是造成酸雨的重要原因。截至2010年末，我國完成“十一五”期間的總量控制目標——全年SO2排放量2 246.7萬t，其中電力行業的控制量為951.7萬t?！笆濉币巹澗V要草案要求SO2減少8%，這對SO2排放大戶燃煤電廠煙氣脫硫系統的可靠運行提出了更高的要求。石灰石-石膏濕法脫硫具有脫硫效率高、負荷響應快、使用煤種廣、石膏利用技術成熟、運行成本低等優點，已成為應用最廣泛、技術最成熟的煙氣脫硫工藝，目前約占全世界煙氣脫硫裝置的85%以上[1]。然而，濕法脫硫中廢水處理的重要性往往在運行管理中被忽視，因此造成脫硫系統運行中的諸多問題。文中通過分析目前國內濕法脫硫廢水處理運行的現狀，探討優化脫硫廢水處理的途徑。

1濕法脫硫廢水處理的必要性

脫硫廢水在燃煤電廠廢水排放量中的份額雖然很小，一般2臺300 MW機組產生的脫硫廢水只有8～10 t/h，但脫硫廢水污染嚴重，含鹽量極高，其中主要污染因子如表1所示。濕法脫硫廢水的雜質主要包括懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽以及重金屬，其中很多是國家環保標準中要求控制的第一類污染物。脫硫廢水中有機物（COD）主要來自煤（主要成分為有機質）、工藝水和石灰石，COD含量一般為150～400 mg/L；脫硫處理系統中，必須排放部分濃漿液，濃漿液中懸浮物（SS）高達60 000 mg/L；氯離子含量達到20 000 mg/L左右。由于脫硫水質的特殊性，其廢水處理難度較大，同時由于各種重金屬離子對環境污染嚴重，對脫硫廢水進行單獨處理是很有必要的[2]。

2國內外脫硫廢水處理工藝簡介

2.1國內普遍脫硫廢水處理工藝

目前國內脫硫廢水處理工藝基本依據國家排放標準而選定。主要處理第一類和第二類污染物，采用的主要工藝方法為物化法。該方法約占國內火電廠脫硫廢水處理工藝的90%以上。該工藝流程是以國外在我國電廠脫硫廢水處理工藝應用基礎上進行縮放的模式。

脫硫廢水pH值一般在5～6范圍內，呈弱酸性，此時許多重金屬離子仍有良好的溶解性。所以，脫硫廢水的處理主要是以化學、機械方法分離重金屬和其他可沉淀的物質，如氟化物、亞硫酸鹽和硫酸鹽。調節pH值，從而使廢水能達到有關環保質量標準和排放標準。沉淀分離是一種常用的金屬分離法，除活潑金屬外，許多金屬的氫氧化物的溶解度較小。故脫硫廢水一般采用加入可溶性氫氧化物，產生氫氧化物沉淀來分離重金屬離子。值得注意的是，由于在不同pH值下，金屬氫氧化物的溶度積相差較大，故反應時應嚴格控制其pH值。

在脫硫廢水處理中，一般pH值控制在9.0～9.5，可使一些重金屬，如鐵、銅、鉛和鉻生成氫氧化物沉淀。國內普遍使用調節pH值和重金屬離子形成氫氧化物沉淀的藥劑為NaOH或者Ca（OH）2；NaOH可直接從市場采購，Ca（OH）2則需要市場采購石灰粉進行配置，工藝相對復雜。但使用Ca（OH）2的優勢是，反應過程中同時產生 CaF2、CaSO3、CaSO4沉淀物， 以分離氟化物、亞硫酸鹽、硫酸鹽等鹽類物質。采用Steinmuller技術的波蘭RAFAKO公司認為，使用Ca（OH）2溶液，通過加絮凝劑、助凝劑還可沉淀CaCl2，分離Cl-。所以用Ca（OH）2調節脫硫廢水pH值是最優選擇[2]。

對于汞、銅等重金屬，一般采用加入可溶性硫化物如硫化鈉（Na2S），以產生 Hg2S、CuS等沉淀，這 2種沉淀物質溶解度都很小，溶度積數量級在10-40～10-50之間。而Na2S本身的毒性會給污泥的培養以及操作運行人員帶來不利影響。國內目前普遍采用15%有機硫（TMT15）溶液替代Na2S來沉淀汞、重金屬等，取得比較好的效果。用于混凝劑的藥劑為復合鐵 （硫酸氯鐵FeClSO4）；用于助凝劑的藥劑為聚丙烯酰胺（PAM）；用于調節pH出水的藥劑為HCl。這些工藝操作相對簡單，效果相對顯著，也是目前國內脫硫廢水處理工藝的主流。

添加上述藥劑的廢水在綜合反應槽中進行化學反應。綜合反應槽共分3格，由pH調整槽、反應槽及絮凝槽連通構成，分別完成廢水的pH調整、沉淀反應和混凝。澄清器主要用于沉淀前級設備反應生成的絮體。由于絮體密度較小，沉降性能較差，因此澄清器采用較低的上升流速和較長的停留時間。澄清池的排泥方式為間斷排泥，泥渣通過泥渣泵外排。設計排泥時間一般為每天6～8 h。具體流程如圖1所示。

圖1脫硫廢水處理工藝流程

根據對中國國電集團公司、華電集團公司、大唐集團公司等40余家火電廠的廢水處理系統運行的調研數據，目前國內濕法脫硫廢水處理運行經上述處理工藝處理后重金屬離子以及氟離子均能穩定達標排放，但SS和COD往往不能穩定達標排放。脫硫廢水處理出水COD不達標原因主要是廢水中COD濃度高（煤質和石灰石產地不同，濃度也不同）。有的廢水COD濃度高達400 mg/L，采用物化法的去除率一般只有45%～55%，因此往往超標。SS濃度超標主要原因是澄清和污泥濃縮池合建，當污泥處置不及時，澄清污泥濃縮池中污泥界面上升造成沉降時間不足引起SS超標排放。

2.2國外其他處理方式介紹

2.2.1離子交換法處理脫硫廢水

用大孔巰基（-SH）離子交換樹脂吸附汞離子，達到去除水中汞離子的目的；吸附法利用活性炭吸附原理，由于活性炭具有極大的表面積，在活化過程中形成一些含氧的官能團（—COOH，—OH，—CO）使活性炭具有化學吸附和催化氧化、還原的性能，能有效去除重金屬[3]。由于工藝控制較為復雜，相對于脫硫廢水來說，此工藝主要用于大型水處理項目，因此應用并不廣泛。據調研，此工藝占脫硫廢水處理工藝的1%以內。

2.2.2電絮凝法處理脫硫廢水

電絮凝技術是一項新興的廢水處理技術，在國外逐步被運用到濕法脫硫的廢水處理中。電絮凝是利用電化學的原理，在電流的作用下溶解可溶性電極，使其成為帶有電荷的離子并釋放出電子。產生的離子與水電離后產生的OH-結合，生成有絮凝作用的化合物。另外釋放出的電子還原帶有正電的污染物，從而達到去除液體中污染物的目的。電絮凝能有效處理重金屬，而且具備設備布置較為緊湊、處理藥劑費用較低、處理效果較好等優勢，但是工藝較為復雜，普通電絮凝無法去除氯離子，高頻電絮凝則存在耗能較高，電極使用壽命有限等缺點。目前電絮凝技術在含油污水和重金屬含量較高的化工廢水有一定的應用，在脫硫廢水處理中尚未普及。據調查，內蒙古鄂爾多斯蒙泰電廠計劃引用該工藝對脫硫廢水進行處理，但由于尚未投運，目前效果暫不明確。

2.2.3蒸發處理脫硫廢水

將廢水通過傳統的加藥方式進行預處理。處理后的廢水經預熱器加熱后進入蒸發系統。蒸發系統主要分為4個部分：熱輸入部分，熱回收部分、結晶轉運部分、附屬系統部分。脫硫廢水經四級蒸發室加熱濃縮后送至鹽漿桶，通過2臺鹽漿泵送入鹽旋流器，旋流器將大顆粒的鹽結晶旋流后落入下方的離心機。離心機分離出的鹽晶體通過螺旋輸送機送至干燥床進行加熱，使鹽晶體完全干燥。旋流器和離心機分離出的漿液返回到加熱系統中進行再次加熱蒸發濃縮。干燥后的鹽結晶通過汽車運輸出廠。該方法綜合了濃縮結晶法和蒸發濃縮法兩者的優點，系統回收率較高，除部分干燥損失外，廢水基本處理回收，無廢液排放；系統每年只需化學清洗一、二次，該系統管理維護量較低；降低了傳熱面結垢可能，減少了抵制劑投加量；蒸發回收水水質較好。但設備布置較為復雜，控制要求高，耗能較高。目前尚停留在試驗研發階段[4]。

這些新技術能有效地處理脫硫廢水中重金屬甚至是氯離子，但是受技術、條件、環境、投資等多方面因素的制約，未能在國內電廠推廣應用。目前該技術在脫硫廢水處理中所占比例較小，僅有國外少數工程投入使用，部分關鍵控制過程尚停留在研發階段。

3脫硫廢水處理運行中普遍存在的問題

目前國內燃煤電廠濕法脫硫裝置廢水處理系統絕大部分采用傳統的化學沉淀法。但整體投運率很低。國電集團環保評價小組2010年上半年對集團公司內多家電廠廢水系統的現場評價得出結論：雖然電廠各種廢水處理設施齊全，但部分系統和設備未正常投運，設備維護不及時，設備缺陷多。造成廢水系統設備投運率低的主要原因有如下幾點：

（1）運行成本問題。國內普遍采用化學沉淀法處理濕法脫硫廢水，處理過程中必須不斷投加各種藥劑，因此加藥量是處理效果是否合格的關鍵因素。脫硫廢水處理中所用的藥劑主要有鹽酸、石灰粉、TMT15、硫酸氯化鐵和PAM。TMT15和PAM大多為進口，市場價格較高。石灰乳配置的工作量大，人工成本較高。據調查，2臺300 MW機組脫硫廢水處理藥劑年運行費用大約為60～70萬元。

（2）運行環境及設備問題?；炷恋矸ㄖ饕O備包括石灰乳制備裝置、計量泵、刮泥機、排泥泵、板框壓濾機或離心脫水機，以及其他儀表等設備。其中計量泵、儀表大部分為進口設備，對維護要求較高，故障之后維修周期較長。石灰乳需要人工配置，操作環境較差，受介質影響設備故障率較高；污泥處理所用的板框壓濾機或離心脫水機操作較為復雜，對運行人員的操作要求高，而且運行之后的沖洗程序較為繁瑣，泥餅的后續處理也是難題，故投運率較低。另外，許多電廠的脫硫廢水處理系統中設備積泥堵塞，其中有設備運行過程中的積泥和不適當的設備停用引起的積泥。后者通過運行管理可以得到解決，而前者則因設備本身的設計缺陷造成，運行中難以解決。

（3）處理排放問題。目前國內電廠濕法脫硫廢水執行的排放標準為 《燃煤電廠石灰石一石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》（DL/T 997-2006）與《污水排放綜合標準》（GB8978-1996）對比，除化學需氧量和氟化物外，其余污染物排放均執行一級排放標準。在脫硫系統運行中為維持系統水平衡，會采用除霧器沖洗水等方式來彌補煙氣吸熱而產生的蒸發水損失。從經濟運行角度出發，脫硫沖洗水絕大部分采用電廠循環水排污水，因此氯離子在脫硫運行過程中富集。脫硫廢水中含有較高的氯離子，并且無法經過化學沉淀處理，因此脫硫廢水處理后也往往無法直接排放或者利用，這是造成脫硫廢水系統投運率較低的關鍵原因。

4脫硫廢水處理優化途徑

4.1綜合利用途徑

由于許多地方環保部門不允許電廠將廢水對外排放，可采取排入其他系統統一處理的方式處理脫硫廢水，主要處理途徑有如下幾種：

（1）利用煙道氣處理。由于進入電除塵器的煙氣量大且溫度高，而脫硫廢水量小，故將廢水霧化后噴入煙氣，利用煙氣所含的熱量使廢水蒸發，廢水中污染物轉化為結晶析出，隨煙氣中的飛灰一起被電除塵器收集下來[5]。這一方法已經在國內某些電廠得以應用。

（2）與水力除灰一起處理。國內部分采取水力除灰方式除灰的電廠，可以將脫硫廢水排放至水力除灰的灰水中進行統一處理。由于粉煤灰是高分散度的固相結合體，利用其絮凝吸附作用，降低灰水中懸浮固體的含量，包裹廢水中重金屬以及金屬氫氧化物，從而達到降低重金屬濃度的作用[6]。

（3）對排入渣溢水進行處理。由于脫硫廢水和渣溢水的水質特點比較接近，2套處理系統的處理工藝也基本相同，都加入了絮凝劑及助凝劑，達到了去除懸浮物和沉淀重金屬的目的。國內部分電廠鍋爐除渣系統采用水力除渣，燃煤在鍋爐中燃燒后產生的爐渣，經撈渣機和碎渣機打撈、破碎后用水力送至渣漿泵前池中。電廠將少量脫硫廢水排入渣溢水中，跟蹤Cl-含量，幾個月分析數據表明，Cl-含量基本在1000 mg/L以下，脫硫廢水的Cl-對渣溢水系統設備運行不會產生影響，重金屬排放也達到一級標準[7]。

4.2傳統脫硫工藝設計優化

傳統的脫硫工藝由煙氣系統、吸收塔系統、石膏脫水、石灰石粉制備漿液系統、工藝水系統、事故漿池以及漿液疏排系統、廢水處理等系統組成[8]。脫硫廢水是濕法脫硫設計中的重要環節之一。上述綜合利用途徑雖然能夠較好地處理脫硫廢水，但是受多種條件制約，電廠若不具備上述綜合利用條件，傳統的絮凝加藥方式處理脫硫廢水工藝也可以在設計、運行上進行優化。

（1）旋流系統優化。將石膏漿液旋流器布置在高標高的樓層，廢水旋流器布置在低標高樓層，對處于二者之間的廢水給料箱、廢水給料泵，可根據脫硫工程具體情況進行優化設計和布置。當石膏漿液旋流器溢流與廢水旋流器入口標高之差產生的靜壓能克服廢水旋流器入口壓力與管道水頭損失之和時，石膏漿液旋流器的溢流可自流進入廢水旋流器，因此可撤去廢水給料箱和廢水給料泵2臺設備。當石膏漿液旋流器溢流與廢水旋流器入口標高之差產生的靜壓不能克服廢水旋流器入口壓力與管道水頭損失之和時，可以通過廢水給料泵從石膏旋流器溢流漿液箱取廢水，從而省略廢水給料箱和攪拌器，降低廢水旋流分離系統的運行成本。

（2）污泥管道系統優化。脫硫廢水經過加藥絮凝處理后，沉淀的污泥需要進行壓濾處理。污泥管道容易堵塞，不易清洗。為防止污泥輸送管道堵塞，可在初沉池、澄清池底部的污泥排放管道出口設壓縮空氣系統，必要時采用壓縮空氣進行反吹洗。中和箱、沉淀箱、絮凝箱采用一體化制作（三聯箱），共用一根排空和溢流管，為防止排空管道堵塞，也可以設置排空管壓縮空氣反沖洗管路。同時，可以將中和箱、沉降箱、絮凝箱底部污泥排入澄清污泥濃縮池中心筒內，清水箱、消灰溶解箱、消石灰計量箱底部污泥排入地坑，用泵抽至澄清污泥濃縮池中心筒內。這樣的設計有利于污泥管道的排空和沖洗，盡可能解決管道堵塞問題。

（3）板框壓濾機管道優化。傳統加藥絮凝法處理脫硫廢水工藝中，板框壓泥機脫離出來的水設計是回流到廢水緩沖池的，這樣的設計導致回流水的二次處理，無論是從節省藥品及降低勞動量，還是從節能的角度都是嚴重的浪費。從處理流程來看這部分水是經過加藥處理的，是已經合格的水，另外對水質的化驗也表明，水質完全符合排放標準，故將板框壓泥機脫離出來的水直接引到凈水池回用。

4.3運行優化

電廠在廢水處理的運行過程中，可以根據經驗進行工況調整，同樣能夠達到降低運行成本，提高設備運行可靠性的目的。

（1）加藥量調節。由于各電廠脫硫廢水雜質成分并不一樣，且懸浮物含量高，一直以來混凝劑投加量較多，為進一步節省藥劑成本，建議先在實驗室對廢水藥劑投加做優化試驗，逐漸減小混凝劑加藥量，助凝劑根據絮凝槽礬花情況適當的調節加藥量；在不投加混凝劑情況下，只投加助凝劑也能取得很好的出水效果。另外可以在藥劑投加順序上也嘗試進行修改，先投加助凝劑再投加混凝劑都取得良好處理效果。

（2）設備運行維護。停運時應及時對設備及管道進行沖洗。其中板框壓濾機為間歇運行方式投運，每次停運后須清洗濾布，檢查水咀。在線監測儀表如pH計、濁度儀等也應及時清洗，保護探頭。

5結束語

我國單機容量在200 MW及以上機組采用石灰石－石膏/濕法脫硫工藝的比例約占火電總裝機容量的95%以上。目前國內大多數電廠的濕法脫硫廢水處理系統采用傳統的加藥絮凝沉淀方式進行脫硫廢水的處理，普遍存在運行成本較高，設備故障率高等問題，因此投運率很低。為滿足環保要求，各電廠應提高對脫硫廢水處理的重視程度，根據電廠的實際情況，選擇適合本電廠的廢水處理工藝，并對脫硫廢水處理系統設計和運行進行合理優化，定期排放處理脫硫廢水，以滿足脫硫系統正常運行的要求。

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[7]張國鑫.脫硫廢水引入渣溢水系統的處理效果分析[J].電力科技與環保，2010，26（1）：39-41.

[8]薛巨勇.石灰石-石膏濕法脫硫裝置的運行維護分析[J].江蘇電機工程，2012，31（6）：78-81.