煤電廠濕法脫硫廢水零排放處理工藝研究

洪啟釵

（國能龍源環保有限公司泉州分公司，福建泉州 362100）

對于現代電廠而言，廢水脫硫處理大多會使用先中和、再絮凝、再沉降、最后澄清的處理方式，待廢水經過處理能夠達到排放標準后，再進行排放，并且自身系統始終處于正常運行狀態。經過系統處理后的脫硫廢水，能夠有效降低其本身的濁度，減少水體中含有的重金屬比例，降低水體硬度，但是經過這種處理的廢水含鹽量并不會大幅降低，同時還有可能存留大量的硝酸鹽、硒、有機物等物質，排放后依舊會對水體造成一定程度的污染。

1 脫硫廢水零排放處理

經過電廠脫硫廢水處理后的廢水，本身屬于濃鹽水級別，再經提升泵作用后會被輸送至對應的零排放站中。這些排放的廢水在經過一級軟化池處理后，先后會與石灰材料、硫酸鈉元素、聚鐵元素、PAM藥劑等進行充分混合，繼而形成一種易沉淀的絮體，待其通過一級澄清池完成沉淀作用后，可以去除廢水中包含的重金屬元素、鎂元素及部分鈣元素等結垢因子；

經過一級澄清后的廢水會溢流至對應的一級中間水池內，再通過提升泵作用，使其輸送至對應的二級軟化池內，此時會與池內的碳酸鈉發生反應，進而生成碳酸鈣并繼續沉淀，然后分別與聚鐵元素、PAC進行絮凝作用，待其通過二級澄清池作用沉淀后，能夠進一步去除廢水中的各種殘余鈣離子；

在其經過二級澄清后，會溢流至對應的二級中間水池內，然后通過提升泵進行輸送作用輸送至過濾器中進行過濾作用，此時可以有效去除廢水中存留的各種顆粒物，并且過濾器出水在去往VACOM蒸發結晶單元的過程中，還能夠再次進行蒸發結晶作用，并將結晶鹽及時送往系統的干燥打包系統中進行處理。

1.1 脫硫廢水來源

截至目前，針對我國燃煤電廠在當前階段的運行情況進行分析，使用鍋爐濕法脫硫方式產生的脫硫廢水，大多源于脫硫塔作業期間產生的排放廢水，當這種廢水排放量達到一定程度時，會使用脫硫塔內控制的方式，借助Cl成分在漿液中的具體濃度指標完成檢驗工作。在使用FGD工藝時，不僅可以脫除煙氣中存有的SO2，并且HCl、HF等多種存在于煙氣結構中的酸性氣體同樣也會被吸收，然后一起轉移至對應的脫硫漿液中。因為脫硫漿液大多會保持循環使用的狀態，即使此時的HCl、HF等酸性氣體含量較少，在煙氣中的實際濃度占比要低出SO2很多，但是在脫硫系統持續的、長時間的運行狀態下，漿液中含有的Cl和HF則會逐漸增多，濃度也會因此不斷逐漸升高。與此同時，漿液中含有的鋁元素還會與HF產生聯合效果，會對石灰石材料產生溶解作用，此時會對反應造成屏蔽作用，導致脫硫效率降低，脫硫作業受到影響；漿液中含有的Ca2+與Cl成分，配成的離子為對CaCl2，會對吸收劑氫氧化鈣的正常溶解作用造成直接影響，并且，隨著Cl-濃度的初見升高，同樣會使脫硫效率不斷降低，石膏品質因此不斷下降，在此期間，對管道和處理系統均會產生一定程度的腐蝕作用。為進一步保證系統運行的整體穩定性，確保脫硫作業效率和石膏產品最終質量，需有針對性地排出部分漿液，漿液中Cl-濃度值控制在20kg/m3-[3-4]范圍內即可。

1.2 脫硫廢水特點

石灰石品質、脫硫系統的整體設計和運行、脫硫塔前污染物控制設備、燃煤品質等因素，均會對脫硫廢水過程中的水質及水量造成直接影響。其中，石灰石屬于脫硫廢水環節中的部分污染物的主要來源，分別包括脫硫廢水結構中的鎳和鋅以及黏土雜質中含有的部分細微顆粒、鋁和硅等其他物質。對于脫硫系統而言，其設計與運行對脫硫廢水水質造成的影響主要體現在添加劑材料的使用方面、其氧化程度或最終的氧化方式方面，或者脫硫系統建設材料等幾個方面。脫硫塔前污染物材料控制設備主要為除塵設備和脫硝設備。提升除塵效率，則會有一定概率使脫硫廢水總懸浮顆粒物濃度出現降低的情況，但是以細微顆粒存在的飛灰物質同樣有概率增加揮發性金屬材料在脫硫廢水中的整體含量；脫硝設備則可以增加Cr轉為毒性的概率，因此，從脫硝系統中逃逸出的部分氨成分將會增加脫硫廢水的固有氨氮濃度。而這種燃煤品質則屬于對脫硫廢水正常使用造成影響的主要因素，對于高硫煤、高氯煤而言，二者均會導致脫硫廢水的總體排放量增加。

2 系統運行及相關設計優化

2.1 硫酸鈉溶解箱配藥水源設計優化

此次系統設計，主要包括氫氧化鈣溶液配制、硫酸鈉溶液配制、碳酸鈉溶液配制，這幾種材料分別取自對應的系統澄清池。系統硫酸鈉溶解箱配中的藥水源主要取自一級級澄清池，使用這種設計的意圖主要是保證系統本身不會再增加外來水體，這樣既能夠確保系統不會存在外來水源，達到節約水資源的效果，有效防止系統帶入外來干擾離子，同時新補充水量也會使蒸發結晶系統本身的工作量上升，導致系統處理效率受到影響，運行成本也會因此增加。

但是，因為一級軟化系統的主要作用主要是去除水體中含有的Mg2+及部分Ca2+，想要去除Mg2+主要憑借氫氧化鈣，為進一步保證Mg2+能反應更徹底，需要投加大量氫氧化鈣，因此一級軟化系統出水中含有的Ca2+濃度相對較高，如表1所示。

表1 軟化澄清系統水質分析表 mg/L

從表1看出，一級軟化池出水后的水體Mg2+濃度明顯降低，但是Ca2+濃度依舊比較高。此后使用軟化池中的出水對硫酸鈉溶液進行處理，此時溶解箱中固有的S042–和Ca2+會發生反應并生成硫酸鈣，進而沉淀。當硫酸鈣在溶解箱底部持續積累后，硫酸鈉加藥泵會因此出現堵塞問題，造成系統不能保持正常運行狀態。針對該問題，可就下述兩方面內容進行相應優化。

（1）使用電廠工業水為原材料，即硫酸鈉溶解箱中的配藥水源，水質分析表1中能夠看到各項水質結果均能可以滿足系統配藥水質的使用要求。

（2）使用二級軟化池出水系統作為硫酸鈉溶解箱的后續配藥水源。當二級軟化池廢水分別被碳酸鈉和碳酸鈉相遇并發生反應后，會生成碳酸鈣并繼續沉淀，再與聚鐵元素、PAC元素進行絮凝作用，在此之后通過二級澄清池并進行沉淀作用，此時廢水殘余鈣離子的實際濃度值處于較低水平，能夠充分滿足配藥水質的使用要求。

當零排放軟化澄清系統處于試運階段時，硫酸鈉的配藥水源需要采用工業水，能夠保證系統正常運行即可，但是系統中又增加了一部分新的水源，因此，從系統的長時間運行角度分析，這屬于既浪費水資源，同時又會加大系統水量處理任務的行為，運行成本也會因此增加。站在經濟環保進行考慮，可以將配藥水源合理更改為二級軟化池中的出水，這樣可以更好地保證系統始終處于高效節能運行狀態。

2.2 軟化池裝置設計優化

（1）虹吸問題。調試期間發現，在電廠脫硫廢水不再進入軟化池后，此時澄清池會在一段時間內保持廢水繼續進入的狀態，并且水的流量還會出現逐漸變大的發展趨勢，經檢查后發現，此時軟化池中的第三格水位已經降低至出水口位置，對現場設備進行檢查，最終發現軟化池本身的底部位置要明顯高于澄清池，并且脫硫廢水不再進入軟化池時，此時澄清池水則會通過其自身的進水管路產生虹吸作用，吸出軟化池第三格儲存的部分脫硫廢水，因為該情況在系統設備已經停運后才發生，所以會導致系統脫硫廢水無法按照設計流程運動，導致澄清池出水的最終水質達不到合格標準。

針對上述現象，可在系統調試階段進行處理，并對出水管進行改造。軟化池連接澄清池之間的管路最高點位置可以加裝虹吸破壞管，保證虹吸現象不會影響到實驗結果。

（2）軟化池污泥堵塞問題。因為軟化裝置呈三格布局，彼此相鄰的兩格可以采取靜壓狀態下的自流方式。首先，第一與第二格可以配置快速攪拌器，然后在第三格中為其配置慢速攪拌器，這樣做的主要目的是讓流出的廢水能夠與助凝劑進行充分反應，同時保證每一格底部均有相應的排泥閥裝置。待處理系統調試持續運行一段時間以后，此時軟化裝置中的水位會持續升高，同時還會有溢流現象發生，并且澄清池中再無廢水進入。對該現象進行分析得知，軟化裝置中的第三格出水管已經被污泥堵塞，使得系統無法正常執行靜壓出水作業，因此出現溢流現象。與此同時，此處理裝置中的排泥閥可以將池內污泥進行集中處理，使其排入集水地坑中，這種處理方式同樣會造成地坑泵堵塞的后果。

設計優化：將系統軟化裝置中的第三格進行單獨處理，然后再加快速攪拌速度，保證污泥不再繼續沉降，能夠有效解決第三格區域出水管的堵塞問題；將軟化池排泥管進行變更處理，使其與污泥螺桿泵的入口相連接，然后再定期排泥，此時經螺桿泵輸送至離心脫水機中，可以實現對泥水的分離處理。

2.3 蒸發結晶系統預換熱器化學清洗設計優化

電廠中的脫硫廢水經軟化澄清處理、過濾處理后，可以去除水體中的大部分鈣離子、鎂離子，但是依舊會含有少量蒸發結晶，并且在系統長期運行中還會出現結垢現象。處于調試期間的VACOM閃蒸裝置，在其處理水量達200m3/h后，VACOM裝置的實時補水流量會從初期的17.6m3/h陸續下降至13.2m3/h， 同時補水量還會隨周期制水量的持續增長而不斷 減小。

VACOM閃蒸裝置在長期處于停機檢修狀態或設備長時間保持運行后，會發生結垢現象，導造成換熱效率不斷降低的問題，此時需要進行相應的化學清洗處理，可以將閃蒸罐內部存留的濃縮液進行排空處理，原設計采用的方案為：利用VACOM進料池內，此時軟化水可以對VACOM裝置產生反應，進而達到整體沖洗的效果，在此之后則利用軟化水作為設備的主要清洗水源。因為VACOM在進料池的軟化水pH標準，需要控制為12.0~12.5，才可以保證廢水中的鎂離子被完全去除，所以，在使用氨基磺酸作為VACOM化學清洗藥劑的主材料時，氨基磺酸會被軟化水反應并消耗，主要應用于pH的中和作用，因此，這種設計方案并不合理。經過優化后的清洗步驟具體如下：

（1）使用回用水泵，將其預留口連接之對應的臨時管道上，并在清洗水箱中注水400~500L，此時將清洗泵出口管再次回接至對應的清洗水箱中，并為其配制3%~5%濃度的氨基磺酸溶液，然后啟動清洗水泵，等預備藥劑得到混合后，方可停止清洗水泵作業。

（2）打開VACOM的進料閥，直至回流閥自動聯動并自行關閉。然后分別關閉VACOM進料手動閥、循環泵進料手動閥。

（3）將清洗泵的出水管與預換熱器清洗進口管進行連接，此時預換熱器清洗回流管則需要連接至清洗水箱，然后啟動清洗水泵，使其保持循環清洗狀態1.5h左右，然后手動檢測清洗液的pH，待pH≤2后，方可停止清洗水泵運行。

（4）待清洗完成后，可以恢復系統管路，然后分別打開VACOM進料手動閥與循環泵進料手動閥。再次啟動VACOM進料泵進行沖洗作用，時間為3-5min，通過流量情況來檢查酸洗效果，待沖洗作用完成后，可對閃蒸罐內沖洗用水、清洗水箱廢液一起排至水溝。

3 結束語

燃煤電廠脫硫廢水零排放系統中的硫酸鈉溶解箱配藥進水管路可以設計優化，保證軟化池裝置功能正常發揮，同時蒸發結晶系統中的預換熱器化學清洗設計均會對零排放系統的整體設計帶來好處，再加上后續補足的優化建議，可使零排放系統保持更加安全、經濟、高效的運行狀態。為未來的相似系統設計提供借鑒作用，同時也可以為零排放處理工藝在水處理領域的推廣應用發揮帶動作用。