火力發電廠脫硫廢水處理工藝研究進展

胡玉琳 高良敏 包文運 王鐵民 李光雷 向朝虎 吳曄

摘 要：在處理燃煤電廠脫硫煙氣時會產生一定量的廢水，該廢水的水質成分比較復雜，不同地區所產生燃煤的品質不同所對應的脫硫廢水組分也會有變化，因此，針對不同的廢水有不同的處理方法。介紹了目前脫硫廢水常規處理和深度處理方法，并簡述了各處理方法的優缺點和適用范圍，并對脫硫廢水處理工藝進行展望及改進建議。

關鍵詞：脫硫廢水；處理方法；零排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.180

0 引言

我國是一個以火力發電為主的國家，2017年煤電發電量38803億千瓦時，占全國發電量的60.5%。由此可見，燃煤發電仍然是我國發電的主體方式，燃煤發電會產生大量的SO2和粉塵，且SO2是造成酸雨的主要大氣污染物，因此需要對燃煤電廠所排放的煙塵進行嚴格控制。我國常用的脫硫技術是濕法中的石灰石—石膏法，該工藝是脫硫技術中最成熟的工藝，具有脫硫效率高、脫硫反應速度快、運行成本低、石膏利用效率高等優點。但此工藝所產生的廢水水質成分復雜，直接排放會對周圍生態環境造成嚴重影響。因此，本文對脫硫廢水的來源、水質特點以及工藝進行綜述，重點將從脫硫廢水傳統處理工藝和深度處理技術對脫硫廢水進行探討。

1 脫硫廢水來源

脫硫廢水主要是指燃煤電廠對燃煤煙氣進行石灰石—石膏法脫硫時，為了維持裝置內漿液循環系統物質的平衡，防止煙氣中部分可溶離子會對設備運行及石膏質量產生影響，例如氯離子，當其濃度過高會對吸收塔和結構具有腐蝕性，因此必須從系統中排放一定量的廢水。廢水主要來源于石膏脫水系統離心機或濃縮器的溢流液、壓濾機脫水的濾液或清洗廢水。脫硫廢水中含有大量的重金屬及無機鹽，若是脫硫廢水不經處理直接排放是不符合國家的環保要求，不但會對環境造成嚴重污染，還會造成水資源的浪費。

2 脫硫廢水的水質特點

脫硫廢水水質特點及可能帶來的一些影響如下表1所示：

3 脫硫廢水的傳統處理工藝

火力發電廠所產生的脫硫廢水水量相對較小，但由于廢水成分復雜，含有大量的第一類污染物，如果不進行處理直接排放，會對周邊環境產生難以修復的影響。

3.1 化學沉淀法

目前國內外處理脫硫廢水常采用化學沉淀法[1]。 化學沉淀法又俗稱為三聯箱處理工藝，該工藝主要包括中和沉淀、絮凝、澄清等幾個主要過程。

中和沉淀是用來調節脫硫廢水中的pH，通過pH自動控制儀控制中和劑的投加量，調節廢水pH值至8～9。一般常用的堿性中和劑為氫氧化鈣、氫氧化鈉等，中和沉淀的機理是通過先后投加中和劑和硫化物，通過化學反應生成氫氧化物沉淀和硫化物沉淀。絮凝澄清階段，通過絮凝作用去除水中的懸浮物和中和沉淀階段所形成的沉淀。常使用的絮凝劑為鐵鹽和高分子絮凝劑；通過絮凝處理的廢水直接進行澄清處理，通過重力沉降作用，去除絮凝體，上清液達標后排放，對于池底的污泥進行脫水濃縮處理。但目前化學沉淀法仍存在諸多不足：脫硫廢水進水穩定性差，加藥量不好控制，過少過多都會造成反應不完全且浪費；投資成本大，產生大量化學污泥； 氯離子濃度不能達到環保要求，且對部分重金屬的去除效果較差[2]。

3.2 流化床法

流化床法是Krüger發明的一種處理脫硫廢水的方法，且在AvedΦre電廠運行取得較好效果[3]。該工藝主要由脫硫廢水調節池、流化床和循環池3部分組成，以石英砂作為流化床填料。流化床法主要原理是廢水通過具有載體填料的流化床時，其中的重金屬離子會與附著在其填料表面的二氧化錳、氫氧化鐵等發生吸附作用，從而達到去除的目的。該方法工藝流程簡單，設備穩定性高，重金屬去除率高，藥劑添加量少。

3.3 排至水力除灰系統

這種處理方法一般只作為具有水力除灰系統電廠的脫硫廢水的事故應急處理措施[4]。特點是廢水不需要進行處理，而是直接排放至水力除灰系統。該方法運行操作簡單，投資較小，且酸性廢水可以和除灰系統中堿度漿液進行中和。此外，脫硫廢水水量對于漿液量來說較少，因此，影響也較小。但是，此方法也存在一些缺陷，將廢水排放至水力除灰系統會造成系統中氯離子的富集，氯離子濃度過高會加速設備的腐蝕。廢水中還含有大量的鈣鎂等離子，使管道內結垢現象嚴重。

4 脫硫廢水的深度處理工藝

4.1 膜分離技術

膜分離技術處理脫硫廢水的原理是通過具有選擇透過性的半透膜對廢水中的組分進行選擇性分離，從而降低廢水中污染物的濃度。在廢水處理上，懸浮固體、膠體等大分子物質會通過超濾被截留下來，而其中的無機鹽、有機物等小分子則是能直接通過，不能被去除。反滲透是一種有效的且常用的脫鹽技術，但也受污染物濃度、pH值以及溫度等的影響。

對于微濾處理廢水，Enoch等人提出需要對廢水進行混凝沉淀預處理，然后再進行深度處理[5]。處理結果表明，該方法對脫硫廢水處理效果好，能夠滿足廢水排放標準，且微濾膜法工藝流程簡單，操作方便。該方法還存在一些缺陷：鈣、鎂等易結垢物質易污染微濾膜，造成堵塞，微濾膜價格較高，利用此工藝處理脫硫廢水會大大增加工廠處理廢水的費用。

4.2 煙道蒸發技術

美國 Bailly 電廠采用了煙道蒸發技術處理廢水[6]，煙道蒸發技術是指將廢水通過一定的速度噴射到煙道內，廢水在噴射過程霧化，然后在煙道高溫的條件下被加熱后迅速蒸發汽化，其中的懸浮物和可溶性固體在液體被蒸發后形成小的固體顆粒，然后通過氣流攜帶作用進入除塵器從而被去除，最終實現脫硫的廢水近零排放處理。該方法的優點為：設備及操作簡單，投資費用小，占地面積小；廢水中的污染物直接進入除塵器被去除，無需進行污泥處理。這個方法在發達國家有較多的應用案例，但是在國內之所以很少有工廠用這個技術，是因為煙道蒸發工藝中存在許多問題，例如運行不穩定、廢水組分不同對于煙氣內的污染物組分有影響，對后續處理也會產生影響，并且污染物可能會在煙道內壁吸附從而引起煙道腐蝕等問題[1]。

4.3 蒸發結晶技術

蒸發結晶技術是目前零排放處理最常用的技術之一，蒸發結晶處理的基本原理為：廢水進入蒸發器通過蒸汽或者其他方式加熱至沸騰，廢水中的水分逐漸蒸發，水蒸氣經冷卻后重新凝結成水而重復利用，廢水中的污染物被截留在殘液中，隨著水分的減少，濃度越來越高，最終以晶體形式析出[1]。蒸發結晶的技術核心是蒸發，目前國內外普遍的蒸發技術主要有多效蒸發（MEE）、熱力蒸汽再壓縮蒸發（TVR）、機械蒸汽再壓縮蒸發（MVR）以及降膜式機械蒸汽再壓縮循環蒸發等。這幾種技術的比較如下表2所示[7]：

4.4 吸附處理技術

吸附法是指利用固體吸附劑與廢水接觸，利用吸附劑的選擇性吸附作用將水中的污染物吸附于表面，再通過固液兩相分離達到凈化水質的方法，分離出來的吸附劑還可以再生或者更新，重新使用。吸附法可以既有效又環保地用于廢水中重金屬離子的去除。常用的吸附劑有活性炭、吸附樹脂、分子篩等，分子篩具有較高的吸附選擇性和吸附能力；吸附樹脂化學穩定性好，品種多，但是價格較貴；活性炭抗腐蝕、吸附穩定性強且吸附效果好，可以較好地去除廢水中的重金屬離子[8]，但也存在成本較高、使用壽命短且再生較難等不足。

對于像燃煤電廠脫硫廢水這種重金屬離子濃度較高的廢水，直接使用吸附法處理脫硫廢水會存在吸附劑量較大、費用較高、廢水中懸浮物較高影響吸附效果等一系列問題。因此，可以先通過其他方法（如物化法）預處理，待重金屬離子濃度降低后，再使用吸附劑進一步去除預處理后未達標的重金屬或其他可通過吸附處理的離子，從而以達到理想的處理效果。

5 結論

我國在對脫硫廢水的處理上多采用的是物化法，但隨著環保要求的提高，化學沉淀法所處理的廢水不再滿足環保要求，深度處理中煙道蒸發處理技術存在許多不定因素影響，膜處理技術、蒸發結晶工藝雖已成熟，但是其投資及運行成本較高，且設備維護比較難。但是如果能夠在現有的基礎上，通過對物化工藝進行改進或增加一些，解決傳統脫硫廢水系統中水質不達標或者達標不穩定、污泥固化困難、建設運行成本高等問題，也不失為一種解決脫硫廢水零排放的方法。

參考文獻：

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[3]Nielsen P B，Christensen T C，Vendrup M.Continuous removal of heavy metals from FGD wastewater in a fluidized bed without sludge generation[J].Water Science & Technology，1997， 36（2-3）：391-397.

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[5]Enoch G D，Spiering W，Tigchelaar P，et al.Treatment of Waste Water from Wet Lime （Stone） Flue Gas Desulfurization Plants with Aid of Crossflow Microfiltration[J]. Separation Science，1990，25（13-15）：1587-1605.

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[7]李玉，張喬，王群.蒸發結晶工藝在火電廠脫硫廢水零排放中的應用[J].水處理技術，2016（11）：121-122.

[8]Tamer M.Alslaibi，Ismail Abustan，Mohd Azmier Ahmad，et al.Preparation of Activated Carbon From Olive Stone Waste： Optimization Study on the Removal of Cu2+，Cd2+，Ni2+，Pb2+， Fe2+，and Zn2+ from Aqueous Solution Using Response Surface Methodology[J].Journal of Dispersion Science & Technology，2014，35（07）：913-925.

基金項目：大唐環境產業集團股份有限公司2018年科學技術項目“吸附法深度處理脫硫廢水研究與應用”

作者簡介：胡玉琳（1993-） ，女，安徽安慶人，碩士研究生在讀，研究方向：水污染控制。

*為通訊作者