燃煤電廠脫硫廢水零排放技術概述

賈旭 吳文景 張曉輝 袁建麗

【摘 要】燃煤電廠脫硫廢水水質特性十分復雜，隨著燃煤機組排放環保標準的不斷提升，脫硫廢水零排放將是繼煙氣超低排放后下一個火電環保產業發展方向。本文分預處理、濃縮減量、尾水固化三個環節介紹了燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術工藝，指出了工藝路線設計及技術選擇的關鍵點，并對脫硫廢水零排放技術工藝發展方向進行展望。

【關鍵詞】脫硫廢水；廢水零排放；技術應用

一、引言

燃煤電廠廢水具有懸浮物含量高、組分復雜、重金屬含量高等特點。據統計[1]，僅2016年全國火電行業廢水排放量就高達3億噸。如此巨量的廢水排放，不僅給生態環境和人體健康帶來危害，也造成了水資源的浪費。

2015年4月，國務院發布《水污染防治行動計劃》，將我國水污染治理尤其是工業廢水的治理工作提升到國家戰略層面。2017年1月，環保部發布《火電廠污染防治技術政策》，要求火電廠水污染防治應遵循分類處理、一水多用的原則，鼓勵火電廠實現廢水的循環使用不外排[2]。繼燃煤電廠煙氣超低排放后，廢水零排放已成為下一個火電環保產業發展方向。

二、燃煤電廠脫硫廢水的特點

在燃煤電廠產生的廢水中，脫硫廢水的水量相對很大，且通常具有懸浮物含量高、水量和水質波動大、含鹽量高、呈弱酸性、腐蝕性強等特點[3]，其中懸浮固體（SS）通常超過10000mg/L，總溶解性固體（TDS）可達20000mg/L以上，溶質中Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等主，單一離子濃度范圍可達1000～15000mg/L，上述特點決定了脫硫廢水處理工藝的復雜性。

三、脫硫廢水零排放技術

燃煤電廠廢水零排放處理的目標是不向廠外排放廢水和固體廢棄物（成分以結晶無機鹽為主）。廢水零排放工藝一般可按照介質流向分為預處理單元、濃縮減量單元和尾水固化單元。

1.預處理單元

預處理單元的作用是對廢水進行簡單的初步處理，使廢水水質滿足后續處理對水質的要求。常見的預處理方法為化學沉淀法和是電絮凝法。

化學沉淀法主要包括加藥中和、混凝沉淀、澄清過濾等工序。根據加藥步驟中所加藥品的類型，預處理技術又可分為不軟化、半軟化和全軟化三種。常用的軟化方式包括石灰-碳酸鈉、石灰-硫酸鈉-碳酸鈉、氫氧化鈉-碳酸鈉、石灰-硫酸鈉（部分軟化）等方式。為了提高過濾效率、減少占地面積，在過濾步驟中出現了新型緊湊式過濾裝置，其中以管式微濾方法最具代表性。

電絮凝是一種運用電解和電混凝原理去除廢水中有毒有害物質的方法。相比化學沉淀法，電絮凝方法綜合了電解和絮凝沉淀的優點，能以較小的加藥量、較低的耗電量以及較小的占地面積顯著降低廢水的總固態懸浮物（TSS）、化學需氧量（COD）和總氮水平，可去除水中75%～99%的總有機成分（TOC）。

除化學沉淀和電絮凝外，有研究者[4]提出鐵氧微晶體方法用以去除廢水中的重金屬組分和部分有機物。該方法利用單質鐵的還原性，將高價態的污染物還原轉化去除，并利用生成的鐵氧化物，吸附、包裹和夾帶作用去除水中的各種重金屬，并進行晶格固化穩定。該技術對廢水中重金屬、砷、硒等具有顯著的去除效果，出水濃度遠低于國家排放標準。該技術可在現有三聯箱系統基礎上加以改造，投資成本略低于三聯箱系統。

2.濃縮減量單元

濃縮減量單元的作用是將廢水進行高倍率濃縮，為末端處理單元提供濃縮液，同時產出大量相對潔凈的出水。

濃縮減量方法可根據廢水含鹽量大致分為熱法（適用廢水含鹽量為15%～20%）和膜法（適用廢水含鹽量為5%～8%），也有案例采用抑塵、拌干灰等消耗性減量方法。熱法包括多效蒸發（Multiple-effect desalination，MED）、機械式蒸汽再壓縮（Mechanical vapor recompression，MVR）、蒸汽熱力壓縮器（Thermal vapor compressor，TVC）等，主要原理為通過熱量交換實現水的氣液相間轉化。膜法可分為超濾、納濾、反滲透、正滲透、振動膜等，主要原理為利用膜材料的選擇透過性。有分鹽需求時，通常選擇“納濾分鹽”實現一價鹽和二價鹽的分離。由于膜材料的多樣性，膜法濃縮工藝又存在電滲析-反滲透、多級反滲透、反滲透-正滲透等多種組合。

3.尾水固化單元

尾水固化單元的作用是對廢水濃縮液進行最終處理，將其中的污染物形成固態污泥，并回收少量清潔水。尾水固化方法可分為蒸發結晶法和煙氣干燥法。

蒸發結晶法技術成熟，可實現廢水中無機鹽的資源化利用，通常將蒸發固化和濃縮減量單元合為一個整體布置在處理系統中，常見技術有MED、MVR、TVC等，原理同濃縮減量單元。

煙氣干燥法利用煙氣余熱加熱濃縮液，濃縮液中的水分被蒸發，隨煙氣排向大氣，含鹽雜質進入除塵器等電廠已有煙氣處理裝置處理。根據所用煙氣來源，煙氣干燥法可進一步分為高溫段煙氣干燥（利用主煙道或旁路煙道）和低溫段煙氣干燥（利用低負荷下煙氣或低低溫煙氣等）。煙氣蒸發方法有如下特點：一是不會產生需要處置的工業雜鹽；二是能夠變工況或間斷運行，適合參與深度調峰的機組；三是與脫硫系統共用一個DCS系統；四是投資運行成本低，投資成本100～200萬元/m3煙氣，運行成本通常高于10～20元/m3煙氣，系統設備少、占地面積小、建設工期短、運行維護較方便。

四、脫硫廢水零排放工藝路線設計與技術選擇

在進行脫硫廢水零排放工藝路線設計及技術選擇時，通常需要注意以下關鍵點：

（1）處理工藝應滿足基本要求。應保證在不外排的前提下，使處理后的出水指標滿足回用水要求；要能應對廢水水量及水質變化的波動特征；

（2）優先選用煙道蒸發方案。受限于當前的技術發展水平，分鹽工藝的投資和運行成本普遍較高，而我國對灰渣綜合利用制約較少，尤其在西北及北方地區。當前，應慎重考慮分鹽方案；

（3）根據電廠所在地區選擇合適的處理工藝。在經濟發達地區，通常選擇技術成熟、處理效果較好的熱法濃縮；在欠發達地區，推薦選用煙氣干燥法；北方地區廢水硬度偏高，對軟化要求較高，北方缺水少雨，應盡量加以回用；南方地區水質硬度較低，可采用成本較低的軟化方案；沿海地區可利用已有海水淡化系統進行深度處理，水質達標后可就近排入大海。

五、結語

脫硫廢水的水質特性復雜，為實現脫硫廢水零排放，需要綜合運用多種技術工藝，通過多個環節逐步去除污染物、提取潔凈水。當前，國內諸多電廠已開展脫硫廢水零排放技術工藝示范應用，但各類處理技術工藝在去除效果及能耗方面仍存在欠缺。隨著新型藥劑、膜材料、工藝路線以及一體化標準化設備的研發，將逐漸形成具備示范推廣條件的脫硫廢水零排放技術及工藝路線。

【參考文獻】

[1]潘荔.火電行業節水現狀、政策標準及潛力分析[R].北京：中國電力企業聯合會，2017.

[2]中華人民共和國環境保護部.火電廠污染防治技術政策[EB/OL]， 2017-01-10.

[3]胡石，丁紹峰，樊兆世.燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝研究[J].潔凈煤技術， 2015（2）：129-133.

[4]張魁，張磊.一種新型濕法脫硫廢水重金屬的處理技術[J].科技資訊， 2016， 14（19）：65-65.

[5]馬雙忱，于偉靜，賈紹廣，等.燃煤電廠脫硫廢水煙道蒸發產物特性[J].動力工程學報， 2016， 36（11）：894-900.

[6]杜艷玲，柴啟華，員在斌.旋轉噴霧干燥法在火電廠脫硫廢水零排放改造中的應用[J].內蒙古電力技術， 2018.