魯佳，康勇，郭婧

(天津大學化工學院，天津300072)

燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理技術研究進展

魯佳，康勇，郭婧

(天津大學化工學院，天津300072)

對目前國內外燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理的多種方法，如混凝－沉淀法、流化床法、人工濕地法、單質鐵法、微濾膜法、生化法和改良混凝－沉淀法等進行了分析評述。研究發(fā)現，開發(fā)技術集成度大、流程短、藥劑種類和用量少、一次性投資以及運營費用低的工藝技術是未來發(fā)展的方向，而改良混凝－沉淀法脫硫廢水處理技術符合要求，是一項值得加強應用研究和推廣的新技術。

燃煤鍋爐;煙氣脫硫廢水;廢水處理;一步法

0 引言

隨著我國經濟快速發(fā)展，電力需求和供應持續(xù)增長。截至2013年底，全國發(fā)電裝機容量為12.47億kW，居世界第二位。其中，火電裝機容量8.62億kW，占全國總裝機容量的69.1%，比2010年末凈增1.55億kW［1］。按相關資料計算［2］，2013年火電企業(yè)電煤消耗量超過18億t，火電行業(yè)燃煤排放SO2占全國排放總量的42%以上。隨著2014年9月1日國家頒布的《火電廠煙氣治理設施管理技術規(guī)范》(HJ 2040－2014)的實施，火電企業(yè)煙氣脫硫裝備必須嚴格按照要求運行。

目前全球絕大部分的火電廠采用濕法脫硫技術控制二氧化硫的排放。石灰石－石膏濕法脫硫是當今世界上技術最為成熟、應用最廣泛的脫硫工藝，在美國、德國和日本，采用該工藝的火電機組約占所有脫硫機組的90%［3］。但濕法煙氣脫硫系統(tǒng)通常需要排放一定量的吸收塔漿液以維持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，排出的這部分漿液稱為脫硫廢水［4］。脫硫廢水成分復雜、污染物種類多、環(huán)境危害性大，若不徹底治理會給當地水體和土壤造成嚴重污染。脫硫廢水的水質直接決定了廢水的處理方法和工藝，而脫硫廢水水質與火電廠所用煤種、脫硫裝置類型和操作工況等因素有關［5］，我國火電廠脫硫廢水水質特點:(1)pH值低，呈酸性;(2)含大量的懸浮物和鹽類;(3)含有一定量的重金屬離子;(4)含有大量的F－、Cl－和SO42－等離子;(5)含有還原態(tài)無機物質。因此，為滿足脫硫廢水的排放要求，火電企業(yè)常配置單獨的脫硫廢水處理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)在正常運行時均能將脫硫廢水處理至達標排放要求，但不同處理工藝的繁簡有別，特點不一，處理成本有一定差距。本文的目的是對國內外各種煙氣脫硫廢水處理方法進行評述，探討燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理技術的發(fā)展方向和前景。

1 國內外脫硫廢水處理方法

1.1 混凝－沉淀法

目前，國內外火電廠中應用最廣泛的脫硫廢水處理方法為混凝－沉淀法。該工藝流程主要由廢水處理、配藥加藥和污泥壓縮三個系統(tǒng)組成。脫硫廢水經水力旋流器處理后溢流至廢水調節(jié)曝氣箱，經勻質、曝氣后提升至三聯(lián)箱，廢水自流經過中和箱、沉淀箱和絮凝箱。向中和箱添加石灰漿或氫氧化鈉使pH值升高至9.0～9.5，向沉淀箱內加入有機硫或硫化物，向絮凝箱內加入絮凝劑，絮凝箱的溢流出口加入助凝劑，廢水進入澄清濃縮池中實現泥水分離，上清液溢流至清水箱，下部污泥由泥漿泵抽走送至污泥壓縮系統(tǒng)進行脫水。向清水箱中加入鹽酸，調節(jié)pH值到6.0～9.0后排入公用排水系統(tǒng)或作為中水回用［11－14］。

混凝沉淀法在國內火電廠脫硫廢水處理中廣泛使用。該方法能夠有效處理脫硫廢水，出水水質基本滿足國家標準要求［6－7，15－18］，但該工藝系統(tǒng)流程長、占用設備多、運行控制麻煩、投入成本高［19］。魏代波等人［8］提出一套混凝－沉淀法脫硫廢水處理工藝，該處理工藝相對簡單、占地少、基建投資少，但是運行中管道堵塞，給運行管理增加難度。陳澤峰等［6］介紹了定州電廠采用的混凝－沉淀法工藝原理。聶鵬飛［4］分析了王灘電廠采用混凝－沉淀法脫硫廢水處理系統(tǒng)在實際運行中出現的問題，提出增設初沉池、更換旋流器以及調整工藝參數等措施來改善系統(tǒng)運行效果。同樣，絮凝－沉淀法在國外火電廠也有廣泛的應用［8，20－21］。

通過以上案例可以看出，混凝－沉淀法處理脫硫廢水的應用廣泛、技術相對成熟，出水水質較好。但是，該方法的缺點是流程較長，添加藥劑和設備較多，系統(tǒng)占地面積大，基建投資和運行費用較高，酸堿對設備管道腐蝕嚴重，并且容易發(fā)生污泥堵塞管道，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。

1.2 流化床法

流化床法是丹麥學者Krüger發(fā)明的一種脫硫廢水處理方法，該方法在丹麥AvedΦre電廠中試取得較好效果［22－23］。其工藝流程如圖1所示。

圖1 流化床法脫硫廢水處理工藝流程

流化床法主要原理是廢水中的二價錳以及添加的亞鐵離子與高錳酸鉀反應生成二氧化錳和氫氧化鐵，它們附著在填料表面，并對廢水中的其他金屬離子進行吸附和絡合，從而達到去除的目的。這種方法最早是用于去除地下水和灰場滲濾液重金屬，將它用于處理脫硫廢水亦取得較好的效果。該方法工藝流程簡單，設備緊湊，重金屬去除率高，處理藥劑添加量少，具有很好的應用前景［24］。

1.3 人工濕地法

該方法是1953年由德國的Max Planck研究所提出，利用濕地中土壤、人工介質、植物、微生物的物理、化學和生物三重協(xié)同作用，對廢水中污染物的吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀和微生物分解等作用從而實現廢水凈化。該工藝流程簡單，系統(tǒng)運行維護費用低，出水水質好，特別是對Hg、Se處理效果好。但是人工濕地修建時間長，占用面積大，一次性投資多，適合在遠離人口密集地區(qū)投建運行。次外，人工濕地對周圍土壤、水體的潛在影響很難在短時間內判斷。因此，其應用仍具有一定局限性［25－26］。

1.4 單質鐵法

近年來單質鐵法用于去除地表水中重金屬取得成功，Huang等人采用單質鐵法處理脫硫廢水［27］，并在美國佐治亞電力公司中試取得良好效果［28－29］。其主要工藝流程見圖2。單質鐵法用于脫硫廢水處理效果好，重金屬去除率高，特別是對硒、汞等難處理元素去除效果好，滿足出水水質要求較高的國家和地區(qū)。但該方法在實際操作中單質鐵和堿液的消耗量大，雜質離子影響處理效果［26］。

圖2 單質鐵法處理脫硫廢水工藝流程

1.5 微濾膜法

利用微濾膜法處理脫硫廢水需要先對廢水進行混凝沉淀預處理，然后再進入微濾膜系統(tǒng)進行深度處理。圖3所示的微濾膜法處理工藝流程是由E-noch等人提出并按此進行中試試驗研究［30］。研究結果表明，該方法對脫硫廢水處理效果好，滿足歐美國家廢水排放標準。微濾膜法工藝流程簡單，操作方便，但鎂、鋁、硅、鐵以及硫石膏等垢類物質對微濾膜的污染嚴重［31－32］，微濾膜的成本又偏高，因此其應用有一定局限性。

圖3 微濾膜法處理脫硫廢水工藝流程

1.6 生化法

采用生化法處理煙氣脫硫廢水需首先對廢水進行混凝沉淀與處理，然后溢流水再進入生化反應器進行處理［33］。該方法主要是通過預處理去除大部分懸浮物以及重金屬，再通過微生物的代謝和分解作用去除廢水中部分可溶性鹽、含氮化合物以及有機物，此外，微生物對重金屬的吸附以及其代謝產物對重金屬的絡合，降低廢水中的重金屬含量。生化法具有高效、無二次污染、顯著提高出水水質的優(yōu)點，但該工藝流程長，管道設備多，占地面積達，處理效率低，總體應用效果有待于進一步研究。

1.7 蒸發(fā)濃縮法

蒸發(fā)濃縮法是利用電廠余熱對脫硫廢水進行蒸發(fā)濃縮，蒸汽冷凝回用，濃縮液結晶產品包裝外運。國內廣東河源電廠、三水恒益電廠分別采用“四效立管強制循環(huán)蒸發(fā)結晶工藝”、“兩級臥式薄膜蒸發(fā)器+兩級臥式機械蒸汽壓縮循環(huán)結晶工藝”處理脫硫廢水［34－35］，國外也有多家電廠采用濃縮蒸發(fā)法［36－38］。蒸發(fā)濃縮法實現了廢水與結晶鹽資源化綜合利用，并對燃煤電廠廢水零排放系統(tǒng)的開發(fā)研究、電廠廢水處理、水資源利用與固體廢物綜合利用等有一定的參考價值［33，39］。蒸發(fā)結晶法需要單獨建立一套廢水蒸干系統(tǒng)，處理過程耗費一定量的蒸汽和廠用電，建設和運行成本較高［40］，并且水中結垢因素Ca2+、Mg2+、SO42－、F－、硅等濃度很高，深度處理后濃鹽產品為復雜混合鹽，處理成本高。

1.8 改良混凝－沉淀法

改良混凝－沉淀法是對傳統(tǒng)混凝－沉淀法的改進，工藝流程如圖4所示。廢水引入混合反應箱后只添加一種新合成的固體粉末藥劑，經混凝沉淀后出水水質滿足DL/T997－2006標準要求，整個過程只需在混合反應箱內一次加藥，因此也稱為“一步法”。該固體粉末藥劑由具有pH調整、絮凝絡合及反應緩沖等功能的成分組成，性能安全穩(wěn)定，易于運送存儲添加。該方法工藝流程簡單，無需藥劑配制儲存系統(tǒng)，無需調整廢水的酸堿度，設備少，控制系統(tǒng)簡單，大大提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，節(jié)省人力物力財力，具有很好的應用前景。

圖4 “一步法”處理脫硫廢水工藝流程

2 結語

燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水水質復雜多變，目前國內外的處理方法包括混凝－沉淀法、流化床法、人工濕地法、單質鐵法、微濾膜法和生化法等，但應用最廣泛的仍是混凝－沉淀法。該方法技術相對成熟、成本低、效率高、出水水質好，但在實際運行中體現出一些不足，如工藝流程長、添加藥劑種類多，設備多，占地面積大，酸堿對設備管道腐蝕嚴重，且容易發(fā)生污泥堵塞管道，系統(tǒng)運行不穩(wěn)定等。因此，隨著國家對燃煤鍋爐煙氣排放要求日益嚴格，開發(fā)技術集成度大、流程短、藥劑種類和用量少和一次性投資以及運行費用低的先進工藝技術是未來發(fā)展的方向。改良混凝－沉淀法，即“一步法”脫硫廢水處理技術正是一項符合該要求的值得加強應用研究和推廣的新技術。

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Development trend of FGD wastewater treatment technologies

Analysis of the flue gas desulfurization(FGD)wastewater treatment technologies，including flocculation－precipitation process，fluid bed process，constructed wetlands process，hybrid zero－valentiron process，microfiltration membrane process，biochemistry process and improved flocculation－precipitation process，in coal－fired power plant were made.The methods，whichis of higher develop integration degree，shorter flow，less types and dosage of regents，lower cost in investment and operation，are worth to be anticipated.The improved flocculation－precipitation process，namely the one－step FGD wastewater treatment method that needs to be developed in application research，is a new way that matches these requirements.

coal－fired boiler;FGD wastewater;wastewater treatment;one－step process

X703.1

B

1674－8069(2015)04－031－04

2015-03-16;

:2015-05-20

魯佳(1989-)，男，湖北黃岡人，碩士研究生，研究方向為工業(yè)水處理技術。E－mail:lujia989@163.com