燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝路線分析

收稿日期：2023-11-01

作者簡(jiǎn)介：章小園（1983—），男，江西宜春人，工程師。研究方向：化工環(huán)保。

摘要：脫硫廢水存在極大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，零排放是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的客觀要求。本文結(jié)合石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過(guò)程的廢水特性，分析燃煤電廠脫硫廢水零排放的工藝路線，從而實(shí)現(xiàn)廢水的減量化和零排放。研究表明，“加藥軟化+管式膜+碟管式反滲透（DTRO）+多效蒸發(fā)”組合工藝是經(jīng)濟(jì)可行的工藝路線，為燃煤電廠脫硫廢水零排放提供一種環(huán)保高效的解決方案。

關(guān)鍵詞：脫硫廢水；零排放；工藝路線；膜濃縮；燃煤電廠

中圖分類號(hào)：X784 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）01-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.044

Analysis of zero discharge process route for desulfurization wastewater in coal-fired power plants

Zhang Xiaoyuan

（Shanghai Lanke Environmental Technology Co.， Ltd.， Shanghai 201803， China）

Abstract： Desulfurization wastewater poses great environmental pollution risks， and zero discharge is an objective requirement for coal-fired power plants to achieve green development. Based on the wastewater characteristics of limestone gypsum wet flue gas desulfurization process， this paper analyzes the process route for zero discharge of desulfurization wastewater in coal-fired power plants， in order to achieve wastewater reduction and zero discharge. Research has shown that the combination process of “drug softening+tubular membrane+disc tube reverse osmosis （DTRO）+multi effect evaporation” is an economically feasible process route， providing an environmentally friendly and efficient solution for zero discharge of desulfurization wastewater from coal-fired power plants.

Keywords： desulfurization wastewater; zero discharge; process route; membrane concentration; coal-fired power plants

脫硫廢水是指燃煤電廠煙氣脫硫過(guò)程產(chǎn)生的廢水，富含硫酸鹽、重金屬離子等有毒有害物質(zhì)，直接排放將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)人體健康和生態(tài)平衡構(gòu)成潛在威脅。因此，如何高效處理脫硫廢水并實(shí)現(xiàn)零排放，成為當(dāng)前環(huán)保領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。石灰石-石膏濕法煙氣脫硫產(chǎn)生的廢水具有復(fù)雜的成分，直接影響廢水處理工藝的選擇。廢水pH通常保持在4.0～5.5，其偏酸性。廢水含有大量懸浮物，這是脫硫時(shí)吸附或沉淀的產(chǎn)物，廢水濁度較高。廢水含有氟化物、化學(xué)需氧量（CODCr）和重金屬等成分[1]，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)大。廢水含有極高的鹽分，電導(dǎo)率較高。

1 脫硫廢水處理的影響因素

不同燃煤電廠脫硫廢水組分存在較大差異，這對(duì)零排放工藝設(shè)計(jì)和選擇產(chǎn)生重大影響。受煤種、補(bǔ)充水水質(zhì)和排放周期的影響，脫硫廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，從而影響廢水組分的濃度和穩(wěn)定性。廢水硬度極高，高硬度會(huì)導(dǎo)致廢水中難溶性鹽的析出，造成膜濃縮系統(tǒng)或蒸發(fā)系統(tǒng)換熱器的結(jié)垢，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。脫硫廢水含有高CODCr，其生物處理的主要難點(diǎn)是防止膜污染。當(dāng)微生物大量繁殖并形成生物膜時(shí)，膜元件的性能將會(huì)大大降低，而且很難清洗恢復(fù)，影響膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性。脫硫廢水鹽分高，氯離子濃度高，對(duì)膜元件的選擇和運(yùn)行造成困難，同時(shí)對(duì)設(shè)備和管道的腐蝕嚴(yán)重，要根據(jù)實(shí)際工況，選擇耐氯離子、耐高溫的材質(zhì)。

2 現(xiàn)有零排放技術(shù)

2.1 預(yù)處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

脫硫廢水首先需要簡(jiǎn)單進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到蒸發(fā)結(jié)晶的進(jìn)水條件。預(yù)處理方式包括加藥軟化（投加石灰、碳酸鈉、有機(jī)硫、絮凝劑）和重力沉降等，使廢水部分軟化和澄清。廢水預(yù)處理后，通過(guò)多效蒸發(fā)或蒸汽機(jī)械再壓縮（MVR）進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，將廢水中的污染物濃縮，形成結(jié)晶鹽和回用的冷凝水[2]。該技術(shù)簡(jiǎn)單高效，但投資費(fèi)用及運(yùn)行成本較高。

2.2 預(yù)處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

為了降低系統(tǒng)投資費(fèi)用和運(yùn)行成本，可以采用預(yù)處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)處理脫硫廢水，以實(shí)現(xiàn)廢水零排放。預(yù)處理是對(duì)廢水進(jìn)行初步處理，去除廢水中大部分結(jié)垢物質(zhì)，降低濁度。預(yù)處理通常會(huì)投加石灰、碳酸鈉、有機(jī)硫、絮凝劑等化學(xué)藥劑，并進(jìn)行重力沉降等物理處理，使廢水水質(zhì)得到初步改善。膜濃縮的主要目的為濃縮減量，經(jīng)過(guò)膜濃縮后，廢水中的污染物在膜的濃水側(cè)得到濃縮，濃度升高，水量變小，使蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備的規(guī)模可以成倍降低，從而降低工程造價(jià)及運(yùn)行費(fèi)用。蒸發(fā)結(jié)晶設(shè)備主要包括多效蒸發(fā)器和蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)器。蒸發(fā)結(jié)晶可以進(jìn)一步濃縮廢水中的污染物，最終形成結(jié)晶鹽并回收冷凝水，實(shí)現(xiàn)廢水零排放[3]。將預(yù)處理、膜濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)組合使用，可以充分提高廢水處理效率，降低廢水排放量和處理成本。這種組合工藝在大型燃煤電廠已經(jīng)得到應(yīng)用，為廢水零排放提供可行的技術(shù)方案。

2.3 煙道噴霧干燥技術(shù)

煙道噴霧干燥技術(shù)是一種常用的廢水處理方法，適用于脫硫廢水的處理。該技術(shù)利用煙氣中的高溫?zé)崃浚瑥U水噴霧到高溫?zé)煔庵校挚焖僬舭l(fā)，鹽分固化，從而達(dá)到濃縮減量的目的。該技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但在國(guó)內(nèi)仍處于研發(fā)試驗(yàn)階段，需要通過(guò)實(shí)踐來(lái)驗(yàn)證其效果和可行性。

3 預(yù)處理工藝比選

選擇預(yù)處理工藝時(shí)，燃煤電廠要綜合考慮脫硫廢水的特性和處理需求。預(yù)處理的主要作用一般為化學(xué)軟化、pH調(diào)節(jié)和機(jī)械過(guò)濾等。一是石灰-碳酸鈉軟化+沉淀池+過(guò)濾處理工藝。該工藝通過(guò)加藥化學(xué)沉淀和過(guò)濾，去除廢水中的懸浮物、重金屬等污染物，從而為蒸發(fā)結(jié)晶等處理步驟提供相對(duì)清潔的水質(zhì)，同時(shí)減少對(duì)設(shè)備的堵塞、結(jié)垢和腐蝕。其工藝流程如

圖1所示。二是氫氧化鈉-碳酸鈉軟化+管式膜處理工藝。該工藝是一種先進(jìn)的廢水預(yù)處理技術(shù)，綜合化學(xué)軟化合管式膜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。加藥反應(yīng)后，直接通過(guò)膜過(guò)濾，可以高效地去除廢水中的懸浮物、重金屬等不溶物，保障產(chǎn)水水質(zhì)。其工藝流程如圖2所示。兩種工藝比較如表1所示。

兩種工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)預(yù)處理要求不高，采用預(yù)處理+蒸發(fā)結(jié)晶工藝時(shí)，建議采用石灰-碳酸鈉軟化+沉淀池+過(guò)濾處理工藝，可降低預(yù)處理的投資費(fèi)用。當(dāng)預(yù)處理要求較高，需要進(jìn)行膜濃縮時(shí)，建議采用氫氧化鈉-碳酸鈉軟化+管式膜處理工藝，可同步替代軟化沉淀+過(guò)濾+超濾系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)明顯。

4 膜濃縮工藝比選

在脫硫廢水的膜濃縮過(guò)程中，通過(guò)膜過(guò)濾將水分和污染物分離，得到濃縮后的廢水。膜處理過(guò)程中產(chǎn)生的淡水通常被稱為脫鹽水或回用水，可以用作脫硫工藝的補(bǔ)水，節(jié)約用水[4]。目前，膜濃縮工藝主要有4種。

一是高效反滲透。它克服單純離子交換和反滲透的缺點(diǎn)，并結(jié)合離子交換和反滲透的優(yōu)點(diǎn)。高效反滲透系統(tǒng)在高pH條件下運(yùn)行，硅主要以離子形式存在，不會(huì)污堵反滲透膜并可通過(guò)反滲透去除。二是振動(dòng)膜濾。它是一種新型高效的動(dòng)態(tài)膜分離技術(shù)，通過(guò)機(jī)械高頻振動(dòng)，在濾膜表面產(chǎn)生高剪切力。該技術(shù)可有效解決目前困擾靜態(tài)膜分離技術(shù)的膜污染、堵塞等問(wèn)題，大大增加過(guò)濾效率，降低膜清洗頻率。三是碟管式反滲透（DTRO），它是專門用來(lái)處理高濃度污水的反滲透膜組件，即使?jié)岫容^高，它也能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。DTRO膜組件采用開(kāi)放式流道，有效避免膜堵塞和濃差極化，延長(zhǎng)膜片使用壽命。清洗時(shí)，容易將膜片上的積垢洗凈，保證碟管式膜組適用于處理各種劣質(zhì)進(jìn)水。四是電滲析。它是一種利用離子在直流電場(chǎng)下遷移作用的電化學(xué)分離工藝，廣泛應(yīng)用于脫鹽。電驅(qū)離子膜裝置是利用離子交換膜對(duì)陰陽(yáng)離子的選擇透過(guò)性能，在直流電場(chǎng)作用下，使陰陽(yáng)離子發(fā)生定向遷移，從而實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)溶液的分離、提純和濃縮。各種膜工藝的比較如表2所示。經(jīng)對(duì)比，推薦使用DTRO技術(shù)作為濃縮工藝。這種技術(shù)在垃圾滲濾液中得到廣泛應(yīng)用，因此技術(shù)成熟度較高，有足夠的實(shí)踐基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)支持。

5 蒸發(fā)結(jié)晶工藝比選

膜濃縮處理后產(chǎn)生的濃水中，鹽含量非常高，主要包括氯化鈉和硫酸鈉，其他鹽類還有硫酸鎂和硫酸鉀等。高濃度的鹽水通常不能直接排放到環(huán)境中，會(huì)對(duì)周圍的水體和土壤造成嚴(yán)重污染。如果電廠利用濃鹽水進(jìn)行干灰調(diào)濕，就可以實(shí)現(xiàn)資源的再利用，減少對(duì)新鮮水的需求，否則需要進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理。蒸發(fā)結(jié)晶可以使?jié)馑械柠}類逐漸結(jié)晶析出，得到固體鹽。固體鹽另行處理或回收利用，而凝結(jié)水可以用于脫硫工藝補(bǔ)水[5]。目前，蒸發(fā)結(jié)晶的成熟技術(shù)主要有兩種，如表3所示。燃煤電廠一般都有富余蒸汽，推薦采用多效蒸發(fā)作為蒸發(fā)結(jié)晶工藝，這將為電廠帶來(lái)長(zhǎng)期的節(jié)能效益，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)，實(shí)現(xiàn)廢水零排放。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)工藝比選，“加藥軟化+管式膜+DTRO+多效蒸發(fā)”工藝是一種環(huán)保高效的廢水處理方案，推薦采用該工藝處理燃煤電廠脫硫廢水。這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)脫硫廢水的零排放，還能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)資源的回收和循環(huán)利用。

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