燃煤锅炉烟气脱硫废水处理技术研究进展

鲁佳，康勇，郭婧

(天津大学化工学院，天津300072)

燃煤锅炉烟气脱硫废水处理技术研究进展

鲁佳，康勇，郭婧

(天津大学化工学院，天津300072)

对目前国内外燃煤锅炉烟气脱硫废水处理的多种方法，如混凝－沉淀法、流化床法、人工湿地法、单质铁法、微滤膜法、生化法和改良混凝－沉淀法等进行了分析评述。研究发现，开发技术集成度大、流程短、药剂种类和用量少、一次性投资以及运营费用低的工艺技术是未来发展的方向，而改良混凝－沉淀法脱硫废水处理技术符合要求，是一项值得加强应用研究和推广的新技术。

燃煤锅炉;烟气脱硫废水;废水处理;一步法

0 引言

随着我国经济快速发展，电力需求和供应持续增长。截至2013年底，全国发电装机容量为12.47亿kW，居世界第二位。其中，火电装机容量8.62亿kW，占全国总装机容量的69.1%，比2010年末净增1.55亿kW［1］。按相关资料计算［2］，2013年火电企业电煤消耗量超过18亿t，火电行业燃煤排放SO2占全国排放总量的42%以上。随着2014年9月1日国家颁布的《火电厂烟气治理设施管理技术规范》(HJ 2040－2014)的实施，火电企业烟气脱硫装备必须严格按照要求运行。

目前全球绝大部分的火电厂采用湿法脱硫技术控制二氧化硫的排放。石灰石－石膏湿法脱硫是当今世界上技术最为成熟、应用最广泛的脱硫工艺，在美国、德国和日本，采用该工艺的火电机组约占所有脱硫机组的90%［3］。但湿法烟气脱硫系统通常需要排放一定量的吸收塔浆液以维持系统运行的稳定性，排出的这部分浆液称为脱硫废水［4］。脱硫废水成分复杂、污染物种类多、环境危害性大，若不彻底治理会给当地水体和土壤造成严重污染。脱硫废水的水质直接决定了废水的处理方法和工艺，而脱硫废水水质与火电厂所用煤种、脱硫装置类型和操作工况等因素有关［5］，我国火电厂脱硫废水水质特点:(1)pH值低，呈酸性;(2)含大量的悬浮物和盐类;(3)含有一定量的重金属离子;(4)含有大量的F－、Cl－和SO42－等离子;(5)含有还原态无机物质。因此，为满足脱硫废水的排放要求，火电企业常配置单独的脱硫废水处理系统。该类系统在正常运行时均能将脱硫废水处理至达标排放要求，但不同处理工艺的繁简有别，特点不一，处理成本有一定差距。本文的目的是对国内外各种烟气脱硫废水处理方法进行评述，探讨燃煤锅炉烟气脱硫废水处理技术的发展方向和前景。

1 国内外脱硫废水处理方法

1.1 混凝－沉淀法

目前，国内外火电厂中应用最广泛的脱硫废水处理方法为混凝－沉淀法。该工艺流程主要由废水处理、配药加药和污泥压缩三个系统组成。脱硫废水经水力旋流器处理后溢流至废水调节曝气箱，经匀质、曝气后提升至三联箱，废水自流经过中和箱、沉淀箱和絮凝箱。向中和箱添加石灰浆或氢氧化钠使pH值升高至9.0～9.5，向沉淀箱内加入有机硫或硫化物，向絮凝箱内加入絮凝剂，絮凝箱的溢流出口加入助凝剂，废水进入澄清浓缩池中实现泥水分离，上清液溢流至清水箱，下部污泥由泥浆泵抽走送至污泥压缩系统进行脱水。向清水箱中加入盐酸，调节pH值到6.0～9.0后排入公用排水系统或作为中水回用［11－14］。

混凝沉淀法在国内火电厂脱硫废水处理中广泛使用。该方法能够有效处理脱硫废水，出水水质基本满足国家标准要求［6－7，15－18］，但该工艺系统流程长、占用设备多、运行控制麻烦、投入成本高［19］。魏代波等人［8］提出一套混凝－沉淀法脱硫废水处理工艺，该处理工艺相对简单、占地少、基建投资少，但是运行中管道堵塞，给运行管理增加难度。陈泽峰等［6］介绍了定州电厂采用的混凝－沉淀法工艺原理。聂鹏飞［4］分析了王滩电厂采用混凝－沉淀法脱硫废水处理系统在实际运行中出现的问题，提出增设初沉池、更换旋流器以及调整工艺参数等措施来改善系统运行效果。同样，絮凝－沉淀法在国外火电厂也有广泛的应用［8，20－21］。

通过以上案例可以看出，混凝－沉淀法处理脱硫废水的应用广泛、技术相对成熟，出水水质较好。但是，该方法的缺点是流程较长，添加药剂和设备较多，系统占地面积大，基建投资和运行费用较高，酸碱对设备管道腐蚀严重，并且容易发生污泥堵塞管道，系统运行不稳定。

1.2 流化床法

流化床法是丹麦学者Krüger发明的一种脱硫废水处理方法，该方法在丹麦AvedΦre电厂中试取得较好效果［22－23］。其工艺流程如图1所示。

图1 流化床法脱硫废水处理工艺流程

流化床法主要原理是废水中的二价锰以及添加的亚铁离子与高锰酸钾反应生成二氧化锰和氢氧化铁，它们附着在填料表面，并对废水中的其他金属离子进行吸附和络合，从而达到去除的目的。这种方法最早是用于去除地下水和灰场渗滤液重金属，将它用于处理脱硫废水亦取得较好的效果。该方法工艺流程简单，设备紧凑，重金属去除率高，处理药剂添加量少，具有很好的应用前景［24］。

1.3 人工湿地法

该方法是1953年由德国的Max Planck研究所提出，利用湿地中土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学和生物三重协同作用，对废水中污染物的吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀和微生物分解等作用从而实现废水净化。该工艺流程简单，系统运行维护费用低，出水水质好，特别是对Hg、Se处理效果好。但是人工湿地修建时间长，占用面积大，一次性投资多，适合在远离人口密集地区投建运行。次外，人工湿地对周围土壤、水体的潜在影响很难在短时间内判断。因此，其应用仍具有一定局限性［25－26］。

1.4 单质铁法

近年来单质铁法用于去除地表水中重金属取得成功，Huang等人采用单质铁法处理脱硫废水［27］，并在美国佐治亚电力公司中试取得良好效果［28－29］。其主要工艺流程见图2。单质铁法用于脱硫废水处理效果好，重金属去除率高，特别是对硒、汞等难处理元素去除效果好，满足出水水质要求较高的国家和地区。但该方法在实际操作中单质铁和碱液的消耗量大，杂质离子影响处理效果［26］。

图2 单质铁法处理脱硫废水工艺流程

1.5 微滤膜法

利用微滤膜法处理脱硫废水需要先对废水进行混凝沉淀预处理，然后再进入微滤膜系统进行深度处理。图3所示的微滤膜法处理工艺流程是由E-noch等人提出并按此进行中试试验研究［30］。研究结果表明，该方法对脱硫废水处理效果好，满足欧美国家废水排放标准。微滤膜法工艺流程简单，操作方便，但镁、铝、硅、铁以及硫石膏等垢类物质对微滤膜的污染严重［31－32］，微滤膜的成本又偏高，因此其应用有一定局限性。

图3 微滤膜法处理脱硫废水工艺流程

1.6 生化法

采用生化法处理烟气脱硫废水需首先对废水进行混凝沉淀与处理，然后溢流水再进入生化反应器进行处理［33］。该方法主要是通过预处理去除大部分悬浮物以及重金属，再通过微生物的代谢和分解作用去除废水中部分可溶性盐、含氮化合物以及有机物，此外，微生物对重金属的吸附以及其代谢产物对重金属的络合，降低废水中的重金属含量。生化法具有高效、无二次污染、显著提高出水水质的优点，但该工艺流程长，管道设备多，占地面积达，处理效率低，总体应用效果有待于进一步研究。

1.7 蒸发浓缩法

蒸发浓缩法是利用电厂余热对脱硫废水进行蒸发浓缩，蒸汽冷凝回用，浓缩液结晶产品包装外运。国内广东河源电厂、三水恒益电厂分别采用“四效立管强制循环蒸发结晶工艺”、“两级卧式薄膜蒸发器+两级卧式机械蒸汽压缩循环结晶工艺”处理脱硫废水［34－35］，国外也有多家电厂采用浓缩蒸发法［36－38］。蒸发浓缩法实现了废水与结晶盐资源化综合利用，并对燃煤电厂废水零排放系统的开发研究、电厂废水处理、水资源利用与固体废物综合利用等有一定的参考价值［33，39］。蒸发结晶法需要单独建立一套废水蒸干系统，处理过程耗费一定量的蒸汽和厂用电，建设和运行成本较高［40］，并且水中结垢因素Ca2+、Mg2+、SO42－、F－、硅等浓度很高，深度处理后浓盐产品为复杂混合盐，处理成本高。

1.8 改良混凝－沉淀法

改良混凝－沉淀法是对传统混凝－沉淀法的改进，工艺流程如图4所示。废水引入混合反应箱后只添加一种新合成的固体粉末药剂，经混凝沉淀后出水水质满足DL/T997－2006标准要求，整个过程只需在混合反应箱内一次加药，因此也称为“一步法”。该固体粉末药剂由具有pH调整、絮凝络合及反应缓冲等功能的成分组成，性能安全稳定，易于运送存储添加。该方法工艺流程简单，无需药剂配制储存系统，无需调整废水的酸碱度，设备少，控制系统简单，大大提高系统运行稳定性，节省人力物力财力，具有很好的应用前景。

图4 “一步法”处理脱硫废水工艺流程

2 结语

燃煤锅炉烟气脱硫废水水质复杂多变，目前国内外的处理方法包括混凝－沉淀法、流化床法、人工湿地法、单质铁法、微滤膜法和生化法等，但应用最广泛的仍是混凝－沉淀法。该方法技术相对成熟、成本低、效率高、出水水质好，但在实际运行中体现出一些不足，如工艺流程长、添加药剂种类多，设备多，占地面积大，酸碱对设备管道腐蚀严重，且容易发生污泥堵塞管道，系统运行不稳定等。因此，随着国家对燃煤锅炉烟气排放要求日益严格，开发技术集成度大、流程短、药剂种类和用量少和一次性投资以及运行费用低的先进工艺技术是未来发展的方向。改良混凝－沉淀法，即“一步法”脱硫废水处理技术正是一项符合该要求的值得加强应用研究和推广的新技术。

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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

鲁佳(1989-)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，研究方向为工业水处理技术。E－mail:lujia989@163.com