王可輝，蔣芬，徐志清，徐峰，王飛，趙軍

（中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)?？萍加邢薰灸暇┓止?，南京 210019）

燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝路線研究

王可輝，蔣芬，徐志清，徐峰，王飛，趙軍

（中國(guó)國(guó)電北京朗新明環(huán)保科技有限公司南京分公司，南京 210019）

燃煤電廠脫硫廢水屬于間斷性排水，受煤質(zhì)和工藝補(bǔ)充水水質(zhì)等的影響，水質(zhì)波動(dòng)較大，主要表現(xiàn)為成分復(fù)雜、腐蝕性強(qiáng)、含鹽量高、回用困難等特點(diǎn)，成為制約電廠脫硫廢水零排放的關(guān)鍵因素。通過(guò)分析現(xiàn)有的脫硫廢水零排放工藝，并進(jìn)行可行性和經(jīng)濟(jì)性等對(duì)比，發(fā)現(xiàn)加藥軟化預(yù)處理-管式微濾膜-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)為最優(yōu)的技術(shù)路線，完全滿足現(xiàn)行的脫硫廢水零排放要求，可以作為工程項(xiàng)目可行性的工藝方案。

脫硫廢水；膜濃縮減量；零排放

石灰石－石膏濕法煙氣脫硫因其技術(shù)成熟，適應(yīng)性強(qiáng)成為當(dāng)前火電廠煙氣脫硫的主流工藝［1］。濕法脫硫工藝脫硫時(shí)，脫硫吸收塔內(nèi)漿液反復(fù)循環(huán)利用，塔內(nèi)可溶鹽漿液不斷濃縮，為確保脫硫性能和維持系統(tǒng)內(nèi)Cl-平衡，需要不斷補(bǔ)充、更新漿液，此過(guò)程中排放含有大量重金屬離子的廢水，此部分排放的廢水即為“脫硫廢水”［2］。廢水中主要含有懸浮物、硫酸鹽、過(guò)飽和的亞硫酸鹽、以及重金屬等雜質(zhì)［3］，很多是國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格要求控制的第一類污染物［4］，采用普通方法很難使處理后的脫硫廢水達(dá)標(biāo)排放，針對(duì)脫硫廢水處理提出新型的處理方法顯得尤為重要，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)對(duì)環(huán)保要求更高，往往要求高含鹽廢水“零排放”。

現(xiàn)有火電廠廢水零排放工藝主要有預(yù)處理-膜濃縮減量-多效蒸發(fā)技術(shù)、機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶等技術(shù)［5］，末端的濃鹽水進(jìn)蒸發(fā)器蒸發(fā)已經(jīng)不可避免，蒸發(fā)投資和運(yùn)行維護(hù)成本高，一般企業(yè)難以承受，對(duì)進(jìn)入蒸發(fā)器的濃水盡量濃縮減量，可以為企業(yè)節(jié)省大量的投資、維護(hù)成本。

1 脫硫廢水水質(zhì)特征

石灰石-石膏濕法煙氣脫硫過(guò)程中，為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物料的平衡，防止煙氣可溶部分即氯濃度超過(guò)規(guī)定值和保證石膏質(zhì)量，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水，廢水主要來(lái)自石膏脫水和清洗系統(tǒng)［6］。其主要特點(diǎn)如下：廢水稍偏酸性，pH值一般保持在4.0～5.5之間；懸浮物濃度非常高（石膏顆粒物等），氟化物、CODCr和重金屬超標(biāo)，鹽分極高，含大量的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、SO32-等［7］。

2 零排放處理的主要難點(diǎn)

廢水污染組分受煤種、脫硫島工藝補(bǔ)充水水質(zhì)、排放周期等因素的影響，不同地區(qū)的電廠差別很大，同一電廠因排放時(shí)段不固定，差別也很大；脫硫廢水為間斷排放，造成水量波動(dòng)較大；廢水中硬度極高，易造成蒸發(fā)系統(tǒng)結(jié)垢；廢水中Cl-濃度非常高，易造成系統(tǒng)腐蝕。

深度處理系統(tǒng)的進(jìn)水雖然經(jīng)過(guò)原有脫硫廢水處理系統(tǒng)的處理，懸浮物和鈣硬度有所降低，但廢水中的鈣硬度，特別是鎂硬度仍然很高。此外，廢水中的Cl-、SO42-、溶解性固體也較高，這些高濃度離子的存在，易造成深度處理系統(tǒng)工藝單元結(jié)垢、腐蝕，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)電某600 MW機(jī)組三聯(lián)箱脫硫廢水出水水質(zhì)如表1所示，其pH值為6～9。

表1 國(guó)電某600 MW機(jī)組三聯(lián)箱脫硫廢水出水水質(zhì)Tab.1 Effluent water quality of desulfurization wastewater from triple box of guodian 600 MW generating unit

3 現(xiàn)有零排放技術(shù)

3.1 預(yù)處理-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

脫硫廢水通過(guò)投加石灰（碳酸鈉）、有機(jī)硫、絮凝劑、重力沉降等預(yù)處理，去除廢水中大部分的懸浮物、重金屬及F-、硬度、SiO2等結(jié)垢物質(zhì)，之后由多效蒸發(fā)器或機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，冷凝水回用，結(jié)晶鹽另行處理。該技術(shù)成熟可靠，但投資費(fèi)用及運(yùn)行成本高。目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用于廣東河源電廠（2×600 MW，國(guó)內(nèi)第1家廢水完全零排放電廠），系統(tǒng)處理量為22 m3／h，系統(tǒng)投資額為9 750萬(wàn)元，包括前期研發(fā)與二期工程部分廢水管道建設(shè)等費(fèi)用［8］。

3.2 預(yù)處理-膜濃縮-傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶

脫硫廢水通過(guò)投加石灰（碳酸鈉）、絮凝劑、重力沉降等預(yù)處理，去除廢水中大部分的懸浮物、重金屬及F-、硬度、SiO2等結(jié)垢物質(zhì)，之后采用開放式流道反滲透膜-碟管式反滲透膜、納濾-特殊流道反滲透膜、正滲透等對(duì)預(yù)處理后的廢水進(jìn)行濃縮減量化，淡水回用，濃水進(jìn)入后續(xù)傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)，冷凝水回用，結(jié)晶鹽另行處理。該技術(shù)成熟可靠，工藝中加入了膜濃縮減量單元，終端需蒸發(fā)的廢水量大為減少，通?？蓽p少50%～ 60%，因此，整個(gè)系統(tǒng)的投資費(fèi)用和運(yùn)行成本與3.1節(jié)工藝相比，降低很多。目前在國(guó)內(nèi)已進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行的有華能長(zhǎng)興電廠，工藝路線采用加藥軟化預(yù)處理-正滲透膜濃縮-蒸發(fā)結(jié)晶工藝，另外還有一些電廠通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后擬采用該工藝路線。

3.3 煙道噴霧干燥技術(shù)

將脫硫廢水用泵送至除塵器前煙道，經(jīng)壓縮空氣將脫硫廢水通過(guò)固定霧化噴頭送至煙道霧化，利用煙氣溫度蒸干霧滴，廢水中的各種固體由除塵器進(jìn)行捕捉收集。該工藝流程簡(jiǎn)單，投資、運(yùn)行及管理費(fèi)用較低，國(guó)外有少量應(yīng)用業(yè)績(jī)，國(guó)內(nèi)尚未有成功運(yùn)行案例，處于試驗(yàn)階段或者尚未實(shí)施階段，廢水對(duì)噴頭的堵塞情況、磨損情況及霧滴對(duì)煙道腐蝕情況、煙氣溫度的影響情況均需要通過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)。

4 預(yù)處理工藝段比選

脫硫廢水雖然經(jīng)過(guò)三聯(lián)箱加藥沉淀處理，但硬度、懸浮物、SiO2、Fe、HCO3－濃度對(duì)后續(xù)膜處理來(lái)說(shuō)依然非常高，所以仍然需要強(qiáng)化軟化預(yù)處理，使預(yù)處理后的水質(zhì)滿足膜的進(jìn)水要求方可進(jìn)入膜系統(tǒng)濃縮減量。脫硫廢水軟化預(yù)處理主要有以下2種方案。

4.1 石灰－碳酸鈉軟化－沉淀池－過(guò)濾器處理工藝加石灰軟化處理工藝流程如圖1所示。

圖1 加石灰軟化處理工藝流程Fig.1 Wastewater softening process with lime added

原脫硫廢水處理系統(tǒng)出水進(jìn)入反應(yīng)池1和反應(yīng)池2，分別加入石灰和碳酸鈉，使廢水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物，然后用沉淀池做固液分離，沉淀池的上清液自流至重力濾池進(jìn)行過(guò)濾除濁，出水作為膜濃縮處理系統(tǒng)進(jìn)水。

4.2 氫氧化鈉－碳酸鈉軟化－管式膜處理工藝

加雙堿軟化-管式微濾膜處理工藝流程如圖2所示。

圖2 加雙堿-管式微濾膜處理工藝流程Fig.2 Process flow of double alkali softening-tube microfiltration membrane

原脫硫廢水處理系統(tǒng)出水進(jìn)入反應(yīng)池1和反應(yīng)池2，分別加入氫氧化鈉和碳酸鈉，使廢水中的Ca2＋、Mg2＋、SiO2、Fe、HCO3－通過(guò)化學(xué)反應(yīng)生成沉淀物，然后采用錯(cuò)流式管式微濾膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的澄清、過(guò)濾工藝，利用微濾膜對(duì)廢水中的沉淀物進(jìn)行分離，達(dá)到非常好的出水效果，出水進(jìn)入膜濃縮處理系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步處理。2種工藝比較結(jié)果如表2所示。

表2 2種工藝比較結(jié)果Tab.2 Comparison between two technologies

通過(guò)表2可以看出，工藝二優(yōu)勢(shì)明顯，推薦采用“氫氧化鈉－碳酸鈉軟化－管式微濾膜”作為零排放預(yù)處理工藝。

5 膜濃縮工藝段比選

預(yù)處理過(guò)的脫硫廢水經(jīng)過(guò)膜濃縮可以實(shí)現(xiàn)減量化，膜處理過(guò)程中產(chǎn)生的淡水作為脫硫工藝補(bǔ)水，濃水進(jìn)入后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。目前可用于膜濃縮的工藝主要有特殊流道反滲透、碟管式反滲透、正滲透、高效反滲透，各種膜工藝的比較如表3所示。

經(jīng)過(guò)比較，推薦使用壓力等級(jí)較低、抗污染能力較強(qiáng)的特殊流道反滲透膜預(yù)濃縮，之后采用壓力等級(jí)較高、抗污染能力很強(qiáng)的特殊流道反滲透膜進(jìn)一步濃縮，經(jīng)過(guò)2次膜濃縮之后，系統(tǒng)回收率可達(dá)到80%，采用膜濃縮工藝后可大大降低蒸發(fā)結(jié)晶運(yùn)行費(fèi)用。

6 蒸發(fā)結(jié)晶工藝段

經(jīng)膜濃縮處理后產(chǎn)生的濃水中鹽的質(zhì)量濃度非常高，達(dá)到100 g／L以上，主要以氯化鈉和硫酸鈉為主。若電廠有需求，該股濃水可用于干灰調(diào)濕，若無(wú)此需求，則需要對(duì)該濃水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶處理，方可實(shí)現(xiàn)零排放。目前，蒸發(fā)結(jié)晶成熟應(yīng)用的技術(shù)主要有多效蒸發(fā)和機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)，2種工藝對(duì)比如表4所示。

通過(guò)表4可以看出，多效蒸發(fā)和機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)均可用于蒸發(fā)結(jié)晶，造價(jià)前者較便宜，但綜合能耗后者更節(jié)省，投資成本差額可通過(guò)運(yùn)行費(fèi)用收回，推薦采用機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)作為蒸發(fā)結(jié)晶工藝。

表3 膜濃縮工藝段比較Tab.3 Comparison among membrane concentration processes

表4 蒸發(fā)結(jié)晶工藝段比較Tab.4 Comparison between two evaporation crystallization processes

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上工藝段的比選推薦采用“加藥軟化預(yù)處理-管式微濾膜-特殊流道反滲透-碟管式反滲透-機(jī)械蒸汽再壓縮蒸發(fā)”作為脫硫廢水零排放的技術(shù)路線。預(yù)處理段產(chǎn)生的污泥可以送入灰廠或者摻入渣中，結(jié)晶鹽可以作為工業(yè)鹽外售循環(huán)再利用。

［1］王潤(rùn)德，李葉然，顧國(guó)泉，等.改進(jìn)型化學(xué)沉淀法處理荊門熱電廠脫硫廢水［J］.污染防治技術(shù)，2012，25（1）：13－15.

［2］王敏琪.火電廠濕式煙氣脫硫廢水特性及處理系統(tǒng)研究［D］.杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2013.

［3］楊明杰.脫硫廢水設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)性分析［A］.2011年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集［C］.濟(jì)南：山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)，2011.149－153.

［4］楊明杰.脫硫廢水設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)性分析［J］.給水排水，2012，38（1）：54－55.

［5］王丹，蔣道利.蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)在高含鹽廢水零排放領(lǐng)域的應(yīng)用［J］.中國(guó)井礦鹽，2014，45（10）：7－10.

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［7］祁利明，趙全中，陳宏偉.火電廠脫硫廢水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題及建議［J］.工業(yè)用水與廢水，2015，46（1）：46－48.

［8］吳來(lái)貴，牟志才.火電廠廢水零排放技術(shù)研究與應(yīng)用［A］.貫徹“十二五”環(huán)保規(guī)劃，創(chuàng)新火電環(huán)保技術(shù)與裝備研討會(huì)論文集［C］.張家界：中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì)，2011.151－160.

Study on process route of desulfurization wastewater zero discharge from coal-fired power plant

WANG Ke-hui，JIANG Fen，XU Zhi-qing，XU Feng，WANG Fei，ZHAO Jun
（China Guodian Beijing Lucency Enviro-tech Co.,Ltd.,Nanjing Branch,Nanjing 210019,China）

Desulfurization wastewater from coal-fired power plant is discharged intermittently,and influenced by coal property and make-up water quality of processes,its quality presents big fluctuation,which can mainly characterized by complex component,high causticity,high salt content,hard to be reused and so on.Therefore,to realize the goal of zero discharge of desulfurization wastewater from power plant,all the above problems have to be solved first.Through the analysis of current processes applied for desulfurization wastewater zero discharge,the feasibility and economical efficiency of those processes were compared.It could be found that,dosing softening pretreatment-TMF-SCRO-DTRO-MVR was the optimal technical route,which could fully meet the current requirement of desulfurization wastewater zero discharge,and could be used as a feasible process plan in future projects.

desulfurization wastewater; membrane concentration reduction; zero discharge

X703.1；X784

A

1009－2455（2016）01－0009－04

王可輝（1987－），男，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向?yàn)榛痣姀S新型水處理技術(shù)研發(fā)，（電話）025-68521206（電子信箱）wangkehui2008.ok＠163.com。

2015-12-16（修回稿）

廢水處理及回用