燃煤電廠脫硫廢水零排放研究

武作民

摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，燃煤電廠建設越來越多。在燃煤電廠排出的脫硫廢水中含有的污染物有很多，如硫化物、氟化物、懸浮物、重金屬離子、COD等含量都會超過國家標準，對環境的污染非常嚴重。如果將這些廢水直接排放入河流中，會嚴重污染到水源和土壤。可以對燃煤電廠的脫硫廢水中的零排放進行研究，以確保脫硫廢水中的污水得到合理清理。基于此，本文主要對燃煤電廠脫硫廢水零排放進行研究。

關鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;零排放

引言

燃煤電廠在實際運行過程中，用、排水的數量都比較多，裝機容量在2×60MW的火電廠，每天生產運行的耗水量可以達到6萬m3左右，約有每小時100～200m3左右的廢水需要排放出來。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫處理技術產生的廢水當中的污染成分較多，無機鹽類、重金屬成分和懸浮物等的指標都高于國家規定的排放要求，從保護自然生態環境和經濟可持續發展的角度來看，減少燃煤電廠工業用水，提升廢水的重復利用率，實現廢水零排放具有十分重要的意義。

1燃煤電廠脫硫廢水性質

脫硫廢水具備水質、水量不穩定特征，懸浮物含量高、易沉淀，還含有一些重金屬物質，濕法脫硫廢水的基本特征是：呈弱酸性，pH值約為4-6;懸浮物高，但顆粒比較小，主要成分是粉塵、脫硫產物;脫硫廢水中還含有可溶性較強的硝酸鹽等，還包含一些重金屬離子，如汞、鉛等。

2脫硫廢水來源

為了維持內部的物質平衡，必然產生一些廢水的排放，即脫硫廢水，其中含有懸浮物、過飽和的硫酸鹽、亞硫酸鹽及重金屬等污染物，其中很多的物質都是國家在環保標準中重要提出要處理的污染物，脫硫廢水對環境造成了嚴重的影響，由此可見對于燃煤電廠的脫硫廢水零排放十分必要。

3燃煤電廠廢水處理技術分類

燃煤電廠廢水種類較多，來源不一樣，成分不一樣，去向和處理方法均不一樣，所以應采用集中處理和分類處理互相融合的方式。1）鍋爐停爐保護和化學清洗廢水（含有機清洗劑）處理。鍋爐化學清洗方式較多，用檸檬酸或EDTA進行鍋爐酸洗產生的廢液中殘余清洗劑量很高。上述鍋爐酸洗廢水水質特點是COD，SS含量較高。為降低過高的COD，在常規混凝澄清處理、pH調整等工藝之前應增加氧化處理環節，以分解廢水中的有機物。2）空氣預熱器、省煤器和鍋爐煙氣側等設備沖洗排水處理。該類廢水為燃煤鍋爐非經常性排水，由于其含有較高的懸浮物和含鐵量，不能直接混入日常排水系統處理。通常采用化學沉淀法進行處理，也可采用氧化、化學沉淀法，即首先進行曝氣氧化，再進行中和、混凝澄清等處理。3）化學水處理工藝廢水處理。燃煤電廠化學水處理根據處理工藝的不同，會產生不同的酸堿廢水或濃鹽水。酸堿廢水多采用中和處理，即采用加酸或堿調節pH值至6～9之間，出水直接排放或回用。該工藝系統一般由中和池、酸儲槽、堿儲槽、在線pH計、中和水泵和空氣攪拌系統等組成，運行方式大多為批量中和。采用反滲透預脫鹽的處理工藝，一方面排水量較大，一方面水質沒有超標項目，主要是含鹽量較高，可直接利用或排放，必要時可進行脫鹽處理。4）沖灰廢水處理。采用水力除灰方式會產生沖灰廢水。燃煤電廠沖灰廢水主要是pH值和含鹽量較高，有時候懸浮物也較高。只要保證水在灰場有足夠的停留時間，并采取措施攔截“漂珠”，懸浮物大多可滿足排放要求。pH值則需要通過加酸，使pH值降至6～9范圍內。沖灰廢水一般采用物理沉淀法處理后循環使用。處理過程中需添加阻垢劑，防止回水系統結垢。5）含油廢水處理。含油廢水處理通常采用氣浮法進行油水分離，出水經過濾或吸附后回用或排放;也可采用活性炭吸附法、電磁吸附法、膜過濾法、生物氧化法等除油方法。6）脫硫廢水處理。燃煤電廠脫硫廢水一般是酸性較強、懸浮物濃度高、COD高等。一般是通過加石灰漿對脫硫廢水進行中和、沉淀進行處理，然后經絮凝、澄清、濃縮等步驟處理后，清水回收利用，沉降物脫硫廢水污泥經脫水后運出處置。7）氨區廢水處理。氨區廢水包括液氨貯存或氨水貯存區卸氨后設備及管道中氨氣、事故或長期停機狀態下氨罐及管道中氨氣排至吸收槽用水稀釋產生的廢水、氨泄漏時稀釋廢水、夏季氣溫較高時對液氨儲罐進行冷卻產生的廢水等。氨區廢水水質特點是氨氮較高、pH值稍高，且不連續產生。一般將氨區廢水送入廠區酸堿廢水處理系統進行中和處理后回用。

4燃煤電廠常用的脫硫廢水處理辦法

依據國內燃煤電廠的現狀和特點，一般情況下，會把氯離子在漿液中的含量保持在不超過20g/L。在對工業廢水進行處理過程中，應該依據燃煤電廠脫硫廢水具備的特征，選擇科學合理的處理辦法，把重金屬以及其它物質進行有效的隔離，之后對經過分離之后的物質進行全面的處理，從而實現對脫硫廢水處理的全部過程。當前，國內對燃煤電廠采用的脫硫廢水處理方法為混凝沉淀治理方法，具體的處理工序有下面幾個步驟。

4.1中合處理

依據國內針對工業廢水進行處理的有關規定，結合電廠的實際生產運行情況，對廢水進行中和處理，應該先把廢水排入混合池中，再應用石灰石或者堿性化學藥劑，對經過脫硫處理的廢水酸堿度進行調節，之后采用中和處理酸堿度中和反應，把有關的離子物質進行濾除。

4.2去重金屬

電廠廢水當中不僅含有硫化物，同時也有較大含量的重金屬，重金屬也就因此成為了廢水處理工作的重點。現在的技術手段當中，堿性藥劑的應用非常廣泛，這些堿性藥劑可以和廢水中的重金屬融合起來，這樣一來，其就會形成沉淀，從而脫離廢水。同時也由于使用了堿性藥劑，在處理重金屬元素時，也會大大提高其酸堿度，很多氫氧化物也因此可以排除。

4.3絮凝處理

經過上述的處理工序之后，還應該對脫硫廢水進行絮凝處理，從而把廢水內形成的膠體以及其余雜質進行濾除。絮凝劑大多都應用氯化鐵，在出口部位添加相對應的助凝劑，讓膠體以及其它物質生成的絮狀物質更容易形成沉淀，可以有效提高其它氫氧化物以及硫化物的沉淀速度，確保脫硫廢水中的懸浮物都可以實現有效的治理，為后續的綜合處理創造條件。

4.4去除氟原子

氟原子的去除首先需要將廢水排放到廢水池當中，加入適量的石灰，之后在混合池進行反應，最后加入堿性藥劑，在充分混合一段時間之后，其中的氟原子即可去除。

4.5膜濃縮-傳統蒸發結晶

該項技術起源于預處理和傳統蒸發結晶技術，在應用該項技術時，會將系統中的大顆粒懸浮物進行沉降操作，并由該系統中的專業設備對這些沉降物進行收集和處理。然而在進行處理的過程中，脫硫廢水中的無機鹽無法被有效處理，為了能夠進一步降低脫硫廢水中的污染物含量，要在現有的基礎上在系統中設置反滲透膜，在反滲透膜的使用中，經過第一步處理的脫硫廢水施加壓力，將廢水中的清潔水擠出，實現對廢水的有效濃縮，在后續的處理過程中，會將濃縮后的脫硫廢水進行蒸發結晶，最終得到結晶鹽。

5脫硫廢水零排放技術

蒸發結晶技術是通過一系列方法將廢水濃縮，濃縮液蒸發結晶，蒸汽經冷凝回收，而鹽結晶干燥成工業鹽，從而達到廢水零排放的目的。目前，廢水蒸發結晶技術主要有以下2種：（1）多效蒸發技術。常規蒸發結晶技術為多效蒸發（MED）結晶技術，該技術一般分為熱輸入單元、熱回收單元、結晶單元和附屬系統單位4個單元。常規處理后的廢水經過多級蒸發室的加熱濃縮后成為鹽漿，鹽漿經離心、干燥后成為工業鹽運輸出廠出售或掩埋。2009年，廣東河源電廠應用該技術建成了脫硫廢水零排放工程，設計處理量為20m3/h，蒸發系統出水TDS小于30mg/L，回用于電廠循環冷卻水，產生的固體結晶鹽達到二級工業鹽標準，以每噸約80元的價格出售，雖然該技術較為成熟，但極高的能耗還是限制了其發展和推廣。（2）機械蒸汽再壓縮技術。為減小能耗，科研人員又研發出采用機械蒸汽再壓縮（MVR或MVC）技術的蒸發器。MVR（MVC）技術是將二次蒸汽經絕熱壓縮后送入加熱室，壓縮后的蒸汽溫度升高，可重新作為熱源使用，從而大大降低了蒸汽用量，降低了能耗。三水恒益電廠從美國引進了國內第一套MVR（MVC）技術設備，該技術采用兩級臥式MVC+兩級臥式MED工藝，設計處理量為20m3/h，用于處理樹脂再生廢水和脫硫廢水。采用的蒸發器是臥式噴淋水平管薄膜蒸發器，水平設置，廢水走管外，加熱蒸汽走管內，液體經噴嘴噴淋到換熱器管的外部形成薄膜，經加熱后產生蒸汽，產生的濃縮液進入結晶系統處理。該技術在能耗上相對較低，但在實際運行過程中發現，一方面，因為沒有深度預處理系統，產品為復雜混合鹽，只能作為危險固體廢棄物進行處理，成本極高;另一方面，進水未經充分軟化，結垢嚴重，除垢清洗頻繁，同樣增加了成本。經過國外公司的改良，采用立式降膜蒸發器可以有效解決臥式蒸發器結垢嚴重和能耗較大的問題，該技術已經應用于多個廢水零排放建設工程。

6燃煤電廠脫硫廢水零排放應用實踐分析

某燃煤電廠在脫硫的過程中采取石灰石與石膏法相結合的脫硫工藝處理煙氣中的SO2氣體，工藝步驟為：首先在設備中將石灰石加工變成粉末，粉末對水進行吸收，將其制作成為石灰石漿液，可以將其作為脫硫劑進行備用;同時在泵的作用下將脫硫劑注入到塔的頂部，底部在引風機的作用下進入到鍋爐煙道氣，在氣液逆向流動的過程中脫硫劑吸收煙道氣中存在的SO2，并且在吸收SO2前，要想更好的使煙道氣和漿液充分接觸，應該促使添加的空氣噴嘴不斷的朝著吸收塔內部注入空氣，之后將溶解在水中的SO2氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-;在酸性的作用下漿液會溶解生成鈣離子，Ca2+與SO4-接觸就會生產CaSO4沉淀，之后將生產的物質作為建筑材料。其次將漿液接觸過的煙氣經過吸收塔之后水蒸氣就達到了飽和狀態，隨后將下游煙氣系統進行加熱，這樣溫度就會在升高之后排空，也能確保煙道氣中的硫出現脫除和利用。表1所示是這一燃煤廠在進行廢水處理之后水質的檢測情況。根據表1的數據顯示，對廢水進行處理之后廢水的質量有了非常顯著的改善。（1）這一燃煤電廠使用的煤炭絕大多數都是低硫燃煤，在沒有對廢水進行處理之前pH值在6.5～7.4之間，并且廢水呈現弱酸性，不可以直接將廢水排放出去;廢水在經過處理之后廢水呈現中性。（2）從實踐分析中可以看出，采用物理化學方法對廢水進行處理能夠很好的清除廢水中存在的污染物質，并且通過處理之后廢水基本上可以對電廠用水的水質要求進行滿足，也可確保其得到重復利用，從而既促使用水量得到節省，也提升了經濟效益。

7脫硫廢水零排放技術發展

脫硫廢水零排放處理技術主要包括蒸發結晶法和煙道蒸發法，這兩種工藝各有優勢和不足，具體工藝選擇還需要依據具體水質條件等綜合因素進行具體確定。在下一步燃煤電廠脫硫廢水零排放技術發展中，一方面需要關注對于重金屬的去除，尤其是吸附法脫除;一方面是對脫硫廢水零排放技術的多元化發展進行研究與開發，以及水資源回收與利用。在蒸發結晶處理方面，為了降低運行成本，建議將廢水減量化處理后，再進行蒸發結晶處理，同時結合具體水質情況，選擇開發相應的預處理工藝，并注重開發脫硫廢水濃水或結晶鹽的資源化利用技術，最終實現循環經濟。在煙道蒸發處理方面，應重點關注脫硫廢水進入煙道后對大氣污染區的達標排放和對于環保設施的腐蝕等影響，以及對布袋除塵器的影響研究，尤其注重對粉煤灰綜合利用和煙氣中氯排放的影響研究。

8降低脫硫廢水排放的途徑

8.1控制來煤、來水、來粉氯離子含量

脫硫系統中氯離子含量的富集來源來自煤、工藝水、石灰石粉，要從源頭進行控制。吸收塔漿液氯離子含量的控制標準為5000mg/L～10000mg/L。據有關資料顯示脫硫廢水一天不排放，吸收塔漿液氯離子含量以500mg/L的速度遞增。

8.2離子交換法

離子交換法的作用原理為，向脫硫廢水中加入相應的離子，這些離子會與廢水中的其余離子結合，當水體中的離子含量下降時，能夠大幅降低水質的硬度。這種方法在應用過程中，擁有更高的可靠性與穩定性，另外就軟化效果來看，這種方法能夠使脫硫廢水的硬度降低到10ppm以下，同時對于高于該硬度的脫硫廢水，還可以進行二次以及多次處理。考慮到該系統的建設和運行成本，在具體的離子交換過程中，可以采用向系統中加入化學藥品的方式達到軟化目的，為后續的處理過程打下基礎。

8.3控制脫硫廢水含固率

石膏旋流站、廢水旋流站旋流子需定期經常進行檢查、清理、更換，真空皮帶脫水機運行正常，下部保持干凈，避免過多的泥漿進入回收水箱增加廢水原水含固率。根據調試情況，廢水旋流站存在底流易堵塞致使廢水來水含固量偏高，造成廢水設備損壞，故廢水來水含固量應確保低于設計要求3.6%。

8.4盡可能提高脫硫補充工藝水水質

采用循環水作為脫硫工藝水時，循環水系統盡量少用含表面活性劑性質的殺菌劑，減少脫硫漿液起泡溢流。

8.5控制脫硫廢水排放量

脫硫廢水排放量按15kg/（MW·h）～20kg/（MW·h）控制。300MW每臺機組控制每小時4.5t/h～6t/h，600MW每臺機組控制每小時9t/h～12t/h，1000MW每臺機組控制每小時15t/h～20t/h。

8.6多物質加入法

在這種技術的應用中，會向脫硫廢水中加入硫酸鈉、和石灰，原因在于在脫硫廢水的環境下，這些物質的加入會影響硫酸鈣的溶解度。在該技術的具體實施過程中，首先會對脫硫廢水進行預處理，處理方式為向廢水中加入石灰以及硫酸鈉，同時對廢水的酸堿度進行控制，需要保證酸堿度在12～13之間，同時將這些廢水進行霧化處理。其次為將脫硫煙氣排放到經過預處理的脫硫廢水中，同時需要向這些煙氣中通入二氧化碳，這種煙氣能夠在脫硫廢水的環境下生成碳酸鈣，由于碳酸鈣不溶于水，所以可以對脫硫廢水中的鈣離子進行有效處理。最后為控制廢水的酸堿度，需要保持在11左右。這種方法在應用過程中，能夠在很大程度上降低水質軟化過程中需要耗費的成本，但是也存在較為嚴重的問題，即在技術的具體應用中，很難對廢水的酸堿度進行控制。

結束語

綜上所述，脫硫廢水排放量的確定是一個系統性的論證過程，需要多方面考慮、論證，在實際操作中，需要從全廠整體著眼，統籌考慮，在保證脫硫系統的安全穩定運行的前提下，盡可能減少脫硫廢水排放量。通常可以通過使用消泡劑調節漿液品質，減少漿液和脫硫廢水排放量。此外，建議測量脫硫系統入口煙氣中氯元素含量，準確測得由煙氣攜帶的氯元素對漿液氯離子含量的貢獻。

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