渣水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的 應(yīng)用與影響分析

鄒宜金

（福建華電可門(mén)發(fā)電有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

燃煤電廠脫硫廢水作為電廠的末端廢水是廠內(nèi)最難處理的一股廢水，具有污染物種類多、成分復(fù)雜和難處理的特點(diǎn)[1-3]。目前脫硫廢水的處理工藝主要是零排放處理和達(dá)標(biāo)排放處理，其中零排放處理工藝是由預(yù)處理軟化技術(shù)、膜濃水技術(shù)以及蒸發(fā)結(jié)晶或煙道蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行組合實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，已有一些電廠進(jìn)行使用，基本能達(dá)到處理要求。但該工藝存在工藝路線長(zhǎng)，投資和運(yùn)行成本高的問(wèn)題，還未在全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行全面推廣[4，5]。在雙碳的大背景下，燃煤電廠機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷普遍偏低，整體效益下降較多[6]。因此，開(kāi)發(fā)工藝簡(jiǎn)單、低成本的脫硫廢水處理技術(shù)適時(shí)且必要。脫硫廢水引入刮板撈渣機(jī)作為補(bǔ)水，一方面可以利用脫硫廢水的水資源對(duì)鍋爐排出的高溫爐渣進(jìn)行冷卻，緩解撈渣機(jī)的補(bǔ)水問(wèn)題[7]；另一方面，利用爐渣多孔特性可以去除脫硫廢水中部分重金屬離子和鹽離子，具有技術(shù)可行、改造簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)成本低等優(yōu)勢(shì)。

本文將脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零排放處理，主要考察了脫硫島內(nèi)氯離子、pH和脫硫效率情況，以及高效濃縮機(jī)底排泥引入石膏緩沖罐對(duì)石膏的品質(zhì)影響，為渣水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，達(dá)到以廢治廢的目的。

1 試驗(yàn)方案

1.1 工藝路線

圖1為渣水系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的工藝流程圖。將脫硫廢水打到渣倉(cāng)，脫硫廢水經(jīng)渣倉(cāng)內(nèi)爐渣過(guò)濾、中和等物化作用后流入地溝，與鍋爐區(qū)其它廢水通過(guò)圍堰匯入鍋爐區(qū)撈渣機(jī)旁的含煤廢水池中。含煤廢水池通過(guò)液位控制水泵將池水打至撈渣機(jī)，撈渣機(jī)溢流液經(jīng)撈渣機(jī)旁的溢流水泵打到高校濃縮機(jī)處理后平流至貯水池，貯水池水由除灰水泵打入撈渣機(jī)做冷卻水。貯水池部分溢流水打入脫硫工藝水箱做脫硫工藝水補(bǔ)水，而高效濃縮機(jī)底排泥排入石膏緩沖罐經(jīng)真空皮帶進(jìn)行污泥脫水。

圖1 脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)工藝流程圖

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

1.2.1 脫硫廢水引入渣倉(cāng)

將脫硫廢水排入渣倉(cāng)或渣庫(kù)中，與堆積的水淬渣充分接觸，吸附攜帶去除部分污染物。同時(shí)，避免酸性及高鹽度的脫硫廢水直接混入撈渣機(jī)中，對(duì)撈渣機(jī)設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢影響，本工藝將脫硫廢水先引入渣倉(cāng)進(jìn)行處理后再進(jìn)入渣水系統(tǒng)。為了考察脫硫廢水引入后整個(gè)系統(tǒng)的污染物變化情況，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)儀表對(duì)運(yùn)行過(guò)程中Cl-濃度、pH、電導(dǎo)率和濁度等指標(biāo)進(jìn)行采集。布設(shè)的采集點(diǎn)包括脫硫廢水、高效濃縮機(jī)、貯水池和脫硫工藝水箱。

2 結(jié)果與討論

2.1 渣水系統(tǒng)運(yùn)行情況

2.1.1 電導(dǎo)率變化情況

脫硫廢水屬于高鹽廢水，引入渣水系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致體系的電導(dǎo)率升高，存在設(shè)備腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。為了探究脫硫廢水引入對(duì)渣水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響，試驗(yàn)過(guò)程中分別考察了高效濃縮機(jī)、貯水池、脫硫工藝水和復(fù)用水的電導(dǎo)率變化情況，如圖2所示。由圖2可知，脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)后，系統(tǒng)電導(dǎo)率波動(dòng)較小。一方面，引入脫硫廢水的水量相對(duì)于渣水系統(tǒng)的冷卻水量來(lái)說(shuō)較小，另一方面是渣水系統(tǒng)中的爐渣多孔的性質(zhì)能夠帶走部分鹽離子，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的電導(dǎo)率變化不大，因此脫硫廢水的引入對(duì)渣水系統(tǒng)整體的運(yùn)行影響不大。

圖2 電導(dǎo)率變化情況

2.1.2 pH變化情況

脫硫廢水一般呈弱酸性，同時(shí)在氯離子濃度高的情況下，容易對(duì)渣水系統(tǒng)的設(shè)備造成潛在的腐蝕影響。實(shí)驗(yàn)考察了脫硫廢水引入后，各工藝段的pH變化情況，結(jié)果如圖3所示。由圖可知，在運(yùn)行過(guò)程中，渣水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)工藝段的pH穩(wěn)定在7左右。這是由于渣倉(cāng)與撈渣機(jī)中爐渣中含有大量的堿性金屬氧化物，能與脫硫廢水發(fā)生中和反應(yīng)，整體系統(tǒng)的pH較為穩(wěn)定。

圖3 pH變化情況

2.1.3 濁度變化情況

脫硫廢水自旋流器分離而出，廢水中攜帶了大量細(xì)小顆粒的懸浮物，容易造成渣水系統(tǒng)中設(shè)備或者管道堵塞。為了探究脫硫廢水引入對(duì)渣水系統(tǒng)濁度的影響情況，分別考察了高效濃縮機(jī)、貯水池、脫硫工藝水和復(fù)用水的水質(zhì)變化情況，如圖4所示。由圖可知，在運(yùn)行期間，復(fù)用水、脫硫工藝水水質(zhì)穩(wěn)定，濁度穩(wěn)定在50 NTU以下，滿足作為工藝補(bǔ)水的要求。高效濃縮機(jī)和貯水池池水的濁度前期由于池體水位較低，使得示數(shù)波動(dòng)較大，后期趨于穩(wěn)定。脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)后，堿性的爐渣與進(jìn)水之間會(huì)形成金屬的氫氧化物發(fā)生共沉淀，懸浮物得以去除。

圖4 濁度變化情況

2.1.4 氯離子濃度變化情況

脫硫廢水含氯量高，氯離子的存在將會(huì)對(duì)渣水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕有潛在的風(fēng)險(xiǎn)，需考察渣水系統(tǒng)氯離子的濃度變化情況。如圖5所示，隨著脫硫廢水的引入，渣水系統(tǒng)中工藝水中的氯離子濃度升高了。但在穩(wěn)定運(yùn)行后，脫硫工藝水的氯離子保持在1000 mg/L以下，能夠滿足作為脫硫工藝水補(bǔ)水的水質(zhì)要求。

圖5 脫硫工藝引進(jìn)后水中氯離子和pH的變化情況

2.2 脫硫島運(yùn)行情況

在吸收塔內(nèi)SO2通過(guò)石膏漿液洗滌并與漿液中的CaCO3反應(yīng)生成亞硫酸鈣，然后在吸收塔底部的循環(huán)漿液池內(nèi)被氧化風(fēng)機(jī)鼓入的空氣強(qiáng)制氧化成硫酸鈣（即石膏）[8]。吸收塔內(nèi)的漿液pH對(duì)脫硫塔的脫硫效率影響較大，一般需控制在5～6為最佳。若塔內(nèi)漿液的pH過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致漿液對(duì)SO2的去除能力及所產(chǎn)生的石膏質(zhì)量下降，而pH過(guò)高則會(huì)引起脫硫島內(nèi)部產(chǎn)生更加嚴(yán)重的結(jié)垢問(wèn)題。另外，采用石灰石-石膏濕法脫硫工藝的脫硫島內(nèi)吸收漿液的氯離子濃度也將影響著脫硫島的效率，氯離子一般控制在20000 mg/L以下，過(guò)高會(huì)造成吸收塔腐蝕和吸收效率下降[9，10]。

如圖6所示，考察脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)后，再次回用于脫硫島對(duì)煙氣脫硫運(yùn)行的影響情況。引用渣水系統(tǒng)貯水池出水后，脫硫島內(nèi)漿液的pH保持在5～6。改造后相對(duì)于改造前漿液的氯離子有所增高，但在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)。同時(shí)脫硫島出口煙氣中的SO2濃度＜35 mg/m3，滿足超低排放的要求，因此渣水系統(tǒng)的回用補(bǔ)水未對(duì)脫硫島的脫硫效率產(chǎn)生影響。

圖6 脫硫島內(nèi)脫硫漿液Cl-濃度和pH的變化情況

2.3 石膏品質(zhì)影響探究

為了實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的零排放處理，高效濃縮池的底排泥引入石膏罐中進(jìn)行資源化利用，考察其對(duì)石膏品質(zhì)的影響情況。由圖7可知，對(duì)比脫硫廢水引入系統(tǒng)前后，石膏中的酸不溶物、碳酸鈣、亞硫酸鈣和硫酸鈣的含量基本沒(méi)有改變。其中酸不溶物滿足含量≤3%、碳酸鈣滿足含量＜3%、亞硫酸鈣滿足含量＜1%和硫酸鈣＞90%的要求。對(duì)比石膏中的含濕率和pH值均滿足《煙氣脫硫石膏JC/T 2074-2011》中的三級(jí)技術(shù)要求：含濕率＜12%、pH值在5～9。對(duì)比優(yōu)化前后的數(shù)據(jù)可知，改造前石膏中的氯離子含量普遍在700～800 mg/kg，而改造后氯離子含量逐漸下降，監(jiān)測(cè)期間結(jié)束，最低下降到 497.2 mg/kg，改造前后未對(duì)石膏的含濕率和pH造成影響。但煙氣脫硫石膏的技術(shù)要求中氯離子指標(biāo)三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求氯離子≤400 mg/kg，因此石膏仍需淋洗降低氯離子后，才能滿足再利用的技術(shù)要求。

圖7 引入脫硫廢水后石膏中成分變化情況

2.4 石膏與爐渣的浸出毒性分析

脫硫廢水水質(zhì)復(fù)雜，存在部分重金屬含量較高的情況，引入渣水系統(tǒng)能與爐渣中堿性金屬氧化物等發(fā)生反應(yīng)并沉淀排到渣倉(cāng)；另外，渣水系統(tǒng)的外排水回用進(jìn)入復(fù)用水處理系統(tǒng)，接著以脫硫工藝補(bǔ)水入脫硫島，存在提高石膏重金屬含量的可能。為了考察該工藝對(duì)爐渣和石膏再利用的影響情況，進(jìn)行了石膏和爐渣的重金屬毒性浸出實(shí)驗(yàn)。由圖8可知，部分離子的濃度值為負(fù)數(shù)，可能原因是目標(biāo)元素低于儀器檢出限導(dǎo)致的。參照《GB 5085.3-2007危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)指標(biāo)，表明石膏和爐渣的重金屬浸出均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。故脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)后不會(huì)對(duì)石膏和爐渣的再利用產(chǎn)生影響。

圖8 石膏和爐渣重金屬浸出濃度

3 結(jié)論

（1）脫硫廢水引入渣倉(cāng)更有利于去除脫硫廢水中的懸浮物和污染物，可有效降低脫硫廢水對(duì)渣水系統(tǒng)的不良影響，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）引入渣倉(cāng)后，水質(zhì)的電導(dǎo)率低于直接引入撈渣機(jī)，各工藝段的處理設(shè)施運(yùn)行更加穩(wěn)定。渣水系統(tǒng)的高含鹽廢水未進(jìn)入廠區(qū)的復(fù)用水處理系統(tǒng)，復(fù)用水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)相較于原工藝有所改善。貯水池的溢流液會(huì)用到脫硫工藝水箱中，脫硫工藝水的氯離子相較于引入前有所上升，但仍滿足回用要求。

（3）引入脫硫廢水后的工藝并未對(duì)脫硫島的脫硫效果產(chǎn)生影響，脫硫島的各項(xiàng)關(guān)鍵運(yùn)行指標(biāo)都在控制之內(nèi)。脫硫廢水引入渣水系統(tǒng)是一種有效的實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放的思路，達(dá)到一水多用，以廢治廢的目的，實(shí)現(xiàn)低成本處理脫硫廢水。