一步加藥法在650MW超臨界機組脫硫廢水零排放預處理中的研究與應用

王濤　沈迎　張勇　任乾超

摘 要：針對某電廠2X650MW機組脫硫廢水“三聯箱”處理系統處理能力不足、產水水質難以達標、設備維護費用高、噸水處理電耗高、以及藥劑安全隱患等問題，按照“一步加藥法”高效絮凝處理工藝，對該電廠2X650MW機組脫硫廢水處理系統進行了利舊改造，解決了當前脫硫廢水三聯箱處理工藝技術中易堵塞系統設備與管道的問題，運行連續穩定，為脫硫廢水最終實現零排放創造了良好的條件。

關鍵詞：650MW超臨界機組；一步加藥法；脫硫廢水；達標排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.186

0 引 言

某電廠2×650MW機組煙氣脫硫采用濕法脫硫，系統產生的脫硫廢水中含有的雜質主要是懸浮物、過飽和的亞硫酸鹽、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一類污染物。由于脫硫廢水的水質不同于其它的工業廢水，因此必須對脫硫廢水進行單獨處理。原脫硫廢水處理系統采用“三聯箱”工藝（又稱作三箱五藥），原設計處理能力為25m?/h，自2007年建成以來，由于脫硫廢水高含鹽、高濁度、高硬度、高氯化物、高硫酸根，尤其是含有世衛組織和我國嚴格控制的一類污染物等；且受燃煤、脫硫工藝水質、脫硫劑等的影響，脫硫廢水水質成分復雜、經常性波動很大。系統實際運行中存在如下問題，造成系統難以穩定運行，設備一直處于停運狀態。

1 實施脫硫廢水達標排放改造必要性

隨著國務院《水污染防治行動計劃》的實施，以及推行排污許可證制度，排水標準日益提高，企業自證守法的難度提高，脫硫廢水外排存在極大環保風險。因此，因此該電廠迫切需要進行脫硫廢水綜合治理，實現脫硫廢水達標排放的目標。2015年4月2日，國務院發布《水污染防治行動計劃》，對企業的廢水排放標準和污染物排放總量均提出了嚴格要求[1]。隨著國家環保政策的日益嚴格，電廠廢水零排放工作被提上日程。在電廠各類廢水中，脫硫廢水水質成份最復雜、含鹽量最高、水質最差，是全廠廢水達標排放工作的重點與難點，是達標排放工作的關鍵步驟之一。

該電廠現有脫硫廢水處理工藝在實際運行過程中存在以下問題：

（1）旋流器出水含固率高，導致后續處理設施的處理負荷增大，特別是一次澄清池，水中的懸浮物都隨水流出。

（2）三聯箱攪拌器槳葉小，攪拌力度不夠，藥劑不能很好的混勻。

（3）三聯箱體外圍四周未進行加固，整個箱體已出現擠壓變形，存在安全隱患。

（4）處理廢水藥劑投加種類較多，藥泵多，設備維護復雜，污泥量大。

（5）二次澄清池刮泥機槳葉已腐蝕，無法刮泥，嚴重影響水質澄清效果，直接影響出水水質。

因上述設備異常及工藝弊端的存在使得脫硫廢水整套系統已無法正常運行，目前出水帶有明顯黃色泥漿，機組脫硫廢水無法達到達標排放的要求。

2 改造技術路線確定

目前脫硫廢水預處理成熟工藝為化學沉淀法，大多數已投運脫硫廢水零排放處理工程選用了早期隨脫硫島建設的“三聯箱”系統。以最大程度利舊降低工程造價，本工程主要對傳統“三聯箱”工藝及“一步法”高效絮凝工藝進行對比選擇。

2.1 方案一：“三聯箱”工藝

目前國內應用最廣泛的脫硫廢水化學沉淀工藝為中和/沉淀/絮凝工藝。其主要流程見下圖。

從上圖可知，常規脫硫廢水處理工藝核心為中和/沉淀/絮凝。脫硫廢水通過緩沖水池后進入反應器，首先在中和池內調節脫硫廢水的pH，一般采用的堿性中和劑為 NaOH或Ca（OH）2，在中和池箱將脫硫廢水的pH值調節至9.0～9.5之間，在該pH范圍內，廢水中的Zn2+、Cu2+、Ni2+、Fe3+等大部分重金屬離子會生成氫氧化物沉淀被去除；中和反應箱出水進入沉降箱，在沉降箱內加入可溶性硫化物，使脫硫廢水中的Hg2+、Pb2+、As3+等金屬離子形成金屬硫化物沉淀，進一步去除脫硫廢水中重金屬離子；沉降池出水進入絮凝箱，通過投加絮凝劑（FeCl3或PFS）及助凝劑（PAM），使脫硫廢水中細小顆粒進一步碰撞結合成為大顆粒；脫硫廢水經反應器處理后進入澄清池，在重力作用下沉淀，澄清池底部沉降污泥定期通過污泥泵輸送至污泥處置系統進行處理，澄清池上清液溢流至清水池；處理完后脫硫廢水在進入清水池前，通過投加鹽酸對出水pH值進行調節，同時投加次氯酸鈉對COD進行去除。通過上述反應后，出水重金屬、懸浮物、COD、pH等指標滿足廢水排放限值要求[2]。

該技術最大特點是集中和、沉淀、絮凝三反應區于一箱體。通過不同分區分別加入石灰、有機硫、絮凝劑和助凝劑完成pH調整、飽和硫酸鈣結晶析出、混凝、絮凝反應等，使生成的絮凝物能在澄清器中沉淀、分離出來。

2.2 方案二：“一步法”高效絮凝工藝

“一步法”高效絮凝是針對脫硫廢水具有高含鹽、高濁度、高硬度、高氯化物、高硫酸根；含有重金屬、氟化物、硫化物、氨氮、硅、有機物等特點，近年來開發成功的一種脫硫廢水處理新工藝，并于2016年10月-2017年7月分別在大唐太原第二發電廠和國電菏澤發電公司進行了大型工業試驗[3]。其出水指標全部滿足DL/T997-2006《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標》標準，世衛組織和我國嚴格控制的一類污染物指標優于該標準。其主要工藝流程見下圖：

脫硫廢水先經廢水旋流器，對廢水進行旋流濃縮，高濃度濃縮液返回吸收塔，旋流器低濃度出水進入高效絮凝反應器加藥處理。高效絮凝反應器出水流入一次澄清池，經過固液分離后，清水流入廢水箱達標排放；一次澄清池底部污泥通過污泥泵打入板框壓濾機，脫水后的干污泥外運處置。

2.3 技術方案比較

對脫硫廢水預處理系統方案一、方案二進行比較，結果見下表。

方案一出水水質不穩定，經常難以滿足脫硫廢水達標處理要求，方案二出水水質穩定，滿足脫硫廢水達標處理要求。方案一工藝成熟穩定，應用廣泛，但投資及運行費用高于方案二。針對現有工藝的具體情況，本著充分利用現有可用設備，利用現有建設場地，利用現有可用管線的建設原則，推薦方案二作為公司脫硫廢水預處理方案，即“一步法”高效絮凝工藝。

3 改造效果評價

費縣公司脫硫廢水達標排放改造于2018年12月31日改造完成，2019年1月1日至2019年1月26日脫硫廢水系統分體及168調試，調試完成后各項指標優良、運行穩定。

3.1 改造后指標分析

改造后脫硫廢水出水、壓濾機泥餅含水率達到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質控制指標（DL/T997-2006》、《城鎮污水處理廠污泥處置、混合填埋用泥質》標準中對第一類污染物最高允許排放濃度、第二類污染物最高允許排放濃度的一級標準及污泥含水率的要求，具體出水水質如下表所示：

3.2 改造后設備可靠性

改造兩臺石膏旋流器和一臺廢水旋流器安裝符合現場使用需要，管路與原有管路進行對接，實現了旋流分離的效果。通過對三臺旋流器進行溢流密度和底流密度的連續運行監測，其中石膏旋流器溢流密度在1059-1090kg/m3，底流均保持大于1200kg/m3；廢水旋流器溢流密度在1065-1073kg/m3，底流密度在1095-1123kg/m3。三臺旋流器在進水壓力滿足設備運行要求的前提下，設備均可實現正常運轉和使用。

本次改造恢復三聯箱系統的加藥反應功能，增設石灰乳加藥裝置和干粉投加裝置，整個廢水系統只需添加兩種藥劑，一改以往工藝需要添加四種藥劑的運行工況，從設備占用空間和運行維護方面，大大減少了后續工作量。

本次改造針對二次澄清池池體嚴重變形和傾斜，刮泥機損壞的實際情況，對變形的二次澄清池新增設四根支腿加固整體結構，然后對已變形的池體進行變形修復矯正，對基礎平臺進行粉刷抹面，同時對支腿進行素混凝土防護，以減少外界條件所導致的腐蝕；針對刮泥機的損壞情況，原有刮泥機軸已腐蝕和變形，更換為316L不銹鋼材質，在脫硫廢水環境中具有優良的抗鹽抗腐蝕性能。

3.3 改造后經濟效益

通過實施一步加藥法脫硫廢水預處理改造，噸水處理電耗由9.5kWh/m3下降至5.2kWh/m3，按年處理脫硫廢水125000m3[注：年運行5000h，處理能力25m3/h]計算，年節電537500kWh，按我廠上網電價0.422元/度計算，節電可產生經濟效益為226825元。

通過實施一步加藥法脫硫廢水預處理改造，處理每噸廢水加藥成本降低4.4元，按年處理脫硫廢水125000m3預期每年藥品費用可節約550000元。

每年產生綜合效益為226825元+550000元=776825元。

3.4 改造后社會效益

通過改造，成功解決了脫硫廢水處理系統處理能力不足、產水水質難以達標、以及藥劑安全隱患等問題，經濟效益和環境效益十分顯著，為“節能減排”和“污染物控制”工作做出了貢獻。

參考文獻：

[1]高原，陳智勝.新型脫硫廢水零排放的處理方案[J].華電技術，2008，30（04）：73-75.

[2]徐建剛.石灰石-石膏濕法煙氣脫硫廢水處理[J].電力科技與環保，2010，26（04）：33-34.

[3]劉進.火力發電廠廢水零排放技術方案[J].華電技術，2017，9（39）：58-62.

作者簡介：王濤（1991-），男，山東臨沂人，碩士研究生，注冊能源管理工程師，主要從事火電機組節能理論、節能技術及鍋爐燃燒穩定性的研究。