火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的可行性與應用研究

趙孝光 趙志勇

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長和環境污染問題日益突出，火電廠作為重要的能源供應單位，在發展中面臨著巨大挑戰。其中，火電廠煙氣脫硫廢水是一項重要的環境治理難題。傳統的煙氣脫硫技術雖然在一定程度上能減少硫化物的排放，但產生了大量廢水，給水資源和水環境帶來了極大壓力。因此，實現火電廠煙氣脫硫廢水的零排放成為環境保護和可持續發展的迫切需求。通過減少廢水排放量、提高廢水處理效果以及回收利用廢水中有價值物質，可以實現對水資源的有效節約和環境的可持續發展。本文主要探索火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的可行性與應用，以供參考。

關鍵詞：火電廠；煙氣脫硫；廢水零排放

DOI：10.12433/zgkjtz.20240714

一、火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的基本原理

（一）煙氣脫硫過程中產生的廢水

火電廠煙氣脫硫過程中，通過使用脫硫劑（如石灰石、氨水等），將煙氣中的二氧化硫轉化為硫酸或其他可被固體吸收的形態，從而實現脫硫。這個過程會產生大量含有二氧化硫、懸浮固體、重金屬離子等物質的廢水。

（二）廢水處理

針對火電廠煙氣脫硫過程中產生的廢水，需要采取一系列處理措施，達到零排放的要求。常見的處理方法包括：

生物處理：通過利用特定微生物的作用，在生物反應器中將廢水中的有機物降解為無害物質。優點是高效降解有機廢水，操作和維護成本相對較低。

物理化學處理：通過物理和化學手段，例如，沉淀、吸附、離子交換等過程，去除廢水中的懸浮固體、重金屬離子和有機物等污染物。常用的處理設施包括沉淀池、活性炭吸附器、離子交換柱等。

膜技術：利用微孔濾膜、透析膜等膜分離技術，將廢水中的溶解性物質和微小顆粒進行分離和去除。這種方法具有高效能耗低、操作簡便等優點，適用于處理含有高濃度溶解物質的廢水。

高級氧化技術：通過添加臭氧、過氧化氫等氧化劑，對廢水中的有機物進行氧化反應，將其轉化為無害物質，適用于難降解有機物的處理。

（三）回收利用

經過處理的廢水，可以根據實際情況進行合理的回收利用。例如，將廢水中的水分回收并用于脫硫反應液的制備，或作為火電廠的循環冷卻水。此外，廢水中還存在一些可回收利用的溶解性物質，如鹽類等，可以采用適當的工藝回收和利用。

二、火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的可行性分析

（一）技術可行性

技術成熟度：評估火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的成熟程度，是否已在實際應用中得到驗證和推廣。

技術難度：分析火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術是否存在技術難題，以及解決這些難題的可能性和方法。

可靠性和穩定性：考察火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術在長期運行中的可靠性和穩定性，是否能持續達到零排放要求。

（二）經濟可行性

投資成本：評估引入火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術所需的投資成本，包括設備采購、工程建設、運維等。

運營成本：分析火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術在運營過程中的人力、能耗和化學藥劑等方面的成本。

收益效果：評估火電廠引入零排放技術后，對減少廢水處理和排放成本、節約能源消耗等方面的收益效果。

投資回收期：計算火電廠引入零排放技術的投資回收期，判斷是否具備經濟可行性。

（三）環境可行性

污染物減排效果：評估火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術對煙氣中二氧化硫等有害氣體的減排效果，以及對廢水中污染物的去除率。

水資源保護：分析火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術是否對水資源產生過度消耗，是否符合可持續發展的需求。

生態影響：考察火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術對環境生態系統的影響，包括水體、土壤和大氣等。

（四）政策支持和社會認可

政策支持：了解相關政策法規對火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的支持力度，是否有優惠政策和補貼政策。

社會認可：調查社會對火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的認知程度和接受度，是否存在公眾關注和輿論壓力。

三、火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的應用分析

（一）技術選擇

1.硫酸法脫硫技術

硫酸法脫硫技術的原理是通過將煙氣中的二氧化硫與進入吸收塔中的稀硫酸溶液進行反應，生成穩定的硫酸鹽，從而達到脫除煙氣中二氧化硫的目的。硫酸法脫硫技術具有操作簡單、脫硫效率高、處理效果穩定等特點，適用范圍包括煙氣中二氧化硫濃度較高的火電廠，能有效降低二氧化硫的排放濃度，實現煙氣脫硫廢水的零排放。

2.石灰石法脫硫技術

石灰石法脫硫技術利用石灰石與煙氣中的二氧化硫進行反應，生成石膏，實現脫硫的目的。石灰石法脫硫技術具有脫硫效率高、副產物易處理等優點，適用范圍廣。在火電廠煙氣脫硫廢水零排放中的應用方面，石灰石法脫硫技術通常與水循環系統相結合，通過連續輸送石灰石漿料實現石膏的回收和廢水的零排放。

3.活性炭吸附法脫硫技術

活性炭吸附法脫硫技術利用活性炭材料對煙氣中的二氧化硫進行吸附，從而實現脫硫目的。活性炭吸附法脫硫技術具有脫硫效率高、操作簡便、能耗低等優點，可針對不同的煙氣特性進行調整。在火電廠煙氣脫硫廢水零排放中的應用方面，活性炭吸附法脫硫技術通常要配備吸附劑再生系統，以實現吸附劑的循環使用和廢水的零排放。

（二）工藝流程

1.排放特點

火電廠煙氣脫硫廢水的主要污染物成分包括二氧化硫、顆粒物、重金屬離子等。其中，二氧化硫是最主要的污染物，其濃度取決于煙氣中二氧化硫的含量和脫硫效率。一般情況下，火電廠煙氣脫硫廢水中的二氧化硫濃度較高，其他污染物濃度相對較低。排放量與火電廠發電量及脫硫效率有關。

2.處理工藝

火電廠煙氣脫硫廢水零排放的處理工藝流程通常包括預處理、主要處理和后處理等環節。

預處理：主要目的是對廢水進行初步處理，去除懸浮顆粒物、沉淀固體等。常見的預處理方法包括沉淀、篩分、過濾等。

主要處理：根據不同的脫硫技術選擇相應的處理方式，例如，硫酸法、石灰石法和活性炭吸附法。

后處理：對處理后的廢水進行最終的處理，保證廢水達到排放標準。常見的后處理方法包括中和、深度處理等。

3.技術優勢

火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術相比傳統處理技術具有以下優勢：

處理效率高：采用硫酸法、石灰石法和活性炭吸附法等脫硫技術，高效去除二氧化硫等污染物，大幅降低廢水排放濃度，達到零排放要求。

廢水質量好：脫硫技術能將廢水中的二氧化硫有效轉化為無害物質，處理后的廢水質量穩定、可控，符合環境保護要求。

（三）設備選型

1.設備要求

在火電廠煙氣脫硫廢水零排放中，要使用一系列的設備實現廢水的處理和處理效果的達到標準。主要設備的功能和工作原理如下：

吸收塔：吸收塔是硫酸法和活性炭吸附法中常用的設備。功能是將煙氣中的二氧化硫與吸收劑（如稀硫酸溶液或活性炭吸附劑）進行接觸反應，吸收二氧化硫。吸收塔通常由填料層和內部噴淋系統構成，通過噴淋吸收劑，使其與煙氣充分接觸，從而吸收二氧化硫。

氧化裝置：氧化裝置主要用于硫酸法脫硫過程中的氧化環節。功能是對吸收塔中吸收的硫酸鹽進行氧化，使其轉化為硫酸。常見的氧化裝置包括氧氣曝氣池和濃縮器等。氧氣曝氣池通過將氧氣注入廢水中，利用氧化反應將亞硫酸根氧化為硫酸根。濃縮器通過對廢水進行蒸發濃縮，增加廢水中的溶解氧濃度，促進氧化反應的進行。

沉降池：沉降池用于石灰石法脫硫過程中的固液分離。功能是從廢水中沉淀石膏顆粒。廢水經過石灰石循環系統和反應器處理后，進入沉降池，通過重力作用使石膏顆粒沉降，實現固液分離。沉降池通常采用斜板或斜管等設計，以增加固體沉淀效果。

2.設備性能

在設備選型時，要評估設備的性能指標，選擇合適的設備供應商。常見的設備性能指標包括：

處理能力：指設備在單位時間內能處理的廢水量。根據火電廠的廢水排放量和處理要求，選擇符合處理能力要求的設備。處理能力通常以單位時間內處理的廢水流量計算。

能耗：指設備在處理廢水時消耗的能量。可通過衡量設備在工作狀態下的電力或燃料消耗評估能耗水平，應選擇能耗較低的設備，以降低運行成本和環境影響。

（四）運行管理

1.運行參數控制

為了保證火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的處理效果，要控制運行參數。常見的運行參數控制方法包括：

pH值控制：pH值是指廢水中的酸堿度，對廢水處理過程中的化學反應有著重要影響。根據不同的廢水處理工藝，設定適當的pH值范圍，例如，在硫酸法脫硫中通常設置為5.5～6.5。通過加堿或加酸的方式調節廢水的pH值，使其處于最佳范圍內，以促進吸收、氧化和沉降等處理過程的進行。

濃度控制：廢水中的溶質濃度對脫硫廢水處理效果有著重要影響。根據監測數據和處理要求，控制廢水中關鍵污染物的濃度，例如，二氧化硫、硫酸鹽、重金屬離子等。可以通過調節吸收劑的投加量、增減反應器的容積和提高濃縮效率等方式控制濃度。

溶氧控制：溶氧是氧化裝置中的重要參數，對硫酸法脫硫和活性炭吸附法的氧化反應有顯著影響。保持適當的溶氧濃度有助于提高氧化效果，常見的控制方法包括增加曝氣設備的氧氣供應量、調節廢水的循環速率以增加接觸時間等。

2.運維管理

為了確保火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的長期穩定運行，要進行有效的運維管理。運維管理要點包括：

設備檢修：定期對各設備進行檢修和維護，包括清潔設備表面、更換損壞的部件、檢查管道連接等。設備檢修應按照制定的維護計劃進行，并及時記錄和處理存在的問題。定期的設備檢修可以及時發現和排除潛在故障，確保設備的正常運行。

藥劑投加：根據實際情況和監測數據，合理投加脫硫劑、氧化劑、稀釋劑等藥劑。藥劑的投加量要根據廢水的特性和處理效果進行調整，以確保廢水處理效果達到或超過排放標準。同時，注意藥劑的保存和管理，避免藥劑浪費和污染。

設備清洗：定期清洗設備，包括各種吸收塔、氧化裝置和沉降池等。清洗可以去除附著在設備內壁的污垢和沉積物，保證設備的正常工作狀態和處理效果。清洗方法可根據具體設備和問題選擇，例如，高壓水沖洗、化學清洗等。

（五）應用效果

1.污染物去除效率

火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術對煙氣中二氧化硫等有害氣體和廢水中的污染物有著較高的去除效果。具體的去除效率取決于采用的脫硫廢水處理工藝和設備的選擇。常見的脫硫廢水處理技術包括濕式法、干法和半干法等，可以有效去除煙氣中的二氧化硫，并轉化為硫酸鹽，使其在廢水處理過程中被沉淀或吸附，從而去除污染物。

2.水質達標

火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術處理后的廢水符合國家和地方的排放標準要求。根據相關的環保法規和標準，廢水中的關鍵污染物濃度需要達到特定的排放標準。通過采用適當的脫硫廢水處理工藝和控制措施，使廢水中的污染物濃度降至允許的范圍內。

3.經濟效益

火電廠引入零排放技術后，可以實現一定的經濟效益。首先，通過減少污染物的排放，避免相關的罰款和處罰，降低運營成本。其次，采用高效的脫硫廢水處理工藝和設備，提高廢水處理效率，減少廢水處理的投資和運行維護成本。最后，樹立良好的環境形象，提升社會責任感，增強市場競爭力。

四、結語

綜上所述，火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術在實踐中具有顯著的可行性和廣泛的應用前景，建議進一步加大對火電廠煙氣脫硫廢水零排放技術的研究力度，持續優化技術方案，降低成本，并與相關政府部門、科研機構和企業進行合作，共同推動該技術的應用和推廣。只有通過不斷的努力和創新，才能實現火電廠煙氣脫硫廢水的零排放，為環境保護和可持續發展貢獻力量。

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作者簡介：趙孝光（1989），男，山東省濟南市人，本科，工程師，主要研究方向為火電廠煙氣脫硫和脫硝的超低排放技術、 SCR脫硝的精準噴氨技術、火電廠脫硫廢水的零排放技術。