脱硫废水零排放深度处理的工艺分析

马越++刘宪斌

摘 要：目前，国内大多数火电厂的湿法脱硫废水处理系统采用传统的加药絮凝沉淀工艺，但整体投运率很低。经传统处理系统处理后脱硫废水中SS和COD的浓度较高，且无法除去水中的Cl-。因含有高浓度的Cl-，导致处理后的废水无法回收利用。出于环保要求和经济效益的考虑，采用深度处理的技术实现废水零排放是废水处理的必然趋势。

关键词：脱硫废水；深度处理；火电厂；悬浮物

中图分类号：X703.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.012

石灰石-石膏烟气湿法脱硫过程产生的废水中含有大量杂质，主要成分为高浓度的悬浮物、高氯根、高含盐、高浓度的重金属废水，如果将这些物质直接排入自然水系，势必会对环境造成严重的污染。目前，国内传统的处理方法是通过加碱中和脱硫废水，使废水中的大部分重金属形成沉淀物，再加入絮凝剂使沉淀浓缩成为污泥，最终污泥被送至灰场堆放。虽然脱硫废水经过上述传统物化处理能基本满足达标排放的要求，但其回用范围局限性很大。随着国家对水资源的日益重视，零排放技术在全球范围内得到了广泛应用。因此，要想回用燃煤电厂脱硫处理后的废水，实现真正的废水零排放，就要对废水进行深度处理。

1 脱硫废水的深度处理技术

目前，常用的脱硫废水深度处理方法包括膜浓缩法、蒸发浓缩法和结晶技术等。

1.1 膜浓缩法

膜浓缩法分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透和正渗透等工艺，目前，已被广泛应用在废水处理、精制水和海水淡化等领域。根据常规处理后脱硫废水的水质，可采用反渗透和正渗透的工艺对脱硫废水进行水处理。

反渗透是在压力驱动下，借助半透膜截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质的，从而获得纯净的水，也可用于大分子有机物溶液的预浓缩。反渗透已被广泛应用于各种液体的提纯和浓缩，其中，最普遍的应用实例便是在水处理工艺中的应用。用反渗透技术可将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物和胶体等杂质去除，以获得高质量的纯净水。

正渗透技术的基本原理为：使用半透膜（原理等同于反渗透膜），利用自然渗透压差，使水分子从待处理的浓盐水中自然扩散到汲取液中，且将原水中的其他溶质截留，然后采用其他工艺将水从被稀释的汲取液中分离出来，最终获得纯净的水，汲取液可循环利用。正渗透的运作过程不需要高压泵，系统能耗低，可去除浓盐水中的溶解盐成分，汲取液的加热回收系统耗能低于蒸发器。

1.2 蒸发浓缩技术

蒸发浓缩是工业中非常典型的水处理技术之一，其被广泛应用于化工、食品、制药、海水淡化和废水处理等工业生产中。在脱硫废水的浓缩处理中应用较多的是多效蒸发（MED）、热力蒸汽再压缩（TVC-MED）和机械蒸汽再压缩（MVR）技术。

传统的多效蒸发装置（MED）主要以锅炉生成的蒸汽为热源，加热第一效产生的蒸汽不进入冷凝器，而是作为第二效的加热介质再次利用，重复此步骤将形成一个多效蒸发系统。多效蒸发技术多次、重复利用了热能，提高了加热蒸汽的利用率，大大降低了成本，提高了效率。

在TVC-MED蒸发装置中，从蒸发器喷出的二次蒸汽一部分在高压蒸汽的带动下进入喷射器，混合升温、升压后作为加热蒸汽加热料液；另一部分进入冷凝器，冷凝后排出。加热蒸汽在加热室中凝结成水排出。管内溶液在加热蒸汽的加热下蒸发浓缩，达到要求后排出。热力蒸汽压缩技术回收了潜热，提高了热效率，一台热力蒸汽压缩器的效能相当于增加一效蒸发器，在MED海水淡化中常配备TVC，以提高造水比。

机械式蒸汽再压缩（MVR）是一种节能减排工艺。在多效蒸发装置中，由新蒸汽加热第一效产生的蒸汽不进入冷凝器，而是经压缩机机械压缩，其压力和温度升高、热焓增加，并作为第二效的加热蒸汽再次利用，使被加工的料液维持沸腾状态，而加热蒸汽本身冷凝成水，使以往废弃的蒸汽得到了充分利用。

1.3 结晶技术

强制循环结晶器是效率最高的结晶系统，其工作原理如图1所示。其适用于易结垢液体、高黏度液体，非常适合盐溶液的结晶。主要工艺流程为：浓盐水被泵由底部打入结晶器，与正在循环中的浓盐水混合，在盐卤循环泵的推动下进入管壳式换热器（加热器）；循环卤水沿切线方向进入结晶器，实现连续结晶；小部分卤水被蒸发，卤水内产生晶体，大部分卤水被循环至加热器，小股水流被抽送至后续脱水干燥设备，实现晶体分离；蒸汽经过除雾器去除携带的杂质，经压缩机加压后在加热器的换热管外冷凝成蒸馏水，同时，释放潜热加热管内的卤水。蒸馏水可作为高品质用水工艺的补给水，晶体产物可回收利用，比如制成食盐、硫酸氨等。

图1 强制循环结晶器工作原理

1.4 脱硫废水零排放处理的典型工艺流程

对于电厂脱硫废水零排放，以蒸发浓缩和结晶/干燥技术为核心的工艺流程是目前国内外采用最多的工艺流程。其技术路线先进，操作可靠、稳定，投资运行经济、合理，如图2所示。

图2 脱硫废水零排放处理的典型工艺流程

2 国外脱硫废水零排放的案例

2.1 阿奎特（Aquatech）脱硫废水零排放技术

阿奎特脱硫废水零排放项目主要为意大利ENEL电力公司旗下的5个燃煤电厂。这5个零排放项目在2007年陆续投入运行，目前运行状况良好。5个项目的工艺基本相同：脱硫废水先经过中和、混凝、沉淀和软化，然后进入晶种式竖管降膜蒸发器浓缩，最后进入强制循环结晶器结晶。阿奎特的蒸发浓缩部分采用竖管降膜蒸发，降膜蒸发效率高于强制循环换热器。这5个项目中蒸发浓缩都采取晶种模式运行。脱硫废水前的软化采取化学软化的方法，由于采同化学软化方法去除硬度不彻底，因此，之后的蒸发浓缩部分往往还要加入晶种运行模式，结晶部分还会采用强制循环蒸发结晶器。

2.2 威立雅脱硫废水零排放技术

为了符合欧盟的特定烟气标准，威立雅承担了意大利蒙法尔科内的一个脱硫废水零排放项目。该工程采用最先进的脱硫装置，目的是从336 MW燃煤发电站的排放中消除SO2。威立雅水务技术采用HPD?蒸发与结晶技术，主体工艺与阿奎特相似，采用降膜蒸发器和强制循环结晶器。当在预处理中采用离子交换深度去除硬度时，随后的蒸发不加晶种；当仅采取化学方法去除硬度时，随后要投加晶种。该电厂的零排放从2008年开始，从脱硫清除系统的废水中回收、产生的高质量蒸馏液用于整个工厂，产生的循环水低于20 ppm的最大TDS（总溶解固体）限制。

3 国内脱硫废水零排放的案例

目前，国内火电厂脱硫废水真正达到零排放的工程案例仅有广东河源电厂和广东佛山三水电厂。其中，广东河源电厂脱硫废水零排放处理于2009年成功投产，是我国首座脱硫废水零排放处理的火电厂。

3.1 河源电厂脱硫废水处理工艺

河源电厂在建设前期就确立了废水零排放的目标，深圳能源旗下的深能环保创造性地将其开发的垃圾沥滤液热力法处理技术与真空工艺技术相结合，自主研发出“火力发电厂脱硫废水深度处理”技术。其脱硫系统的排污水采用“二级预处理+蒸发结晶”系统处理，真正实现了整个河源电厂的废水零排放。整个系统的工艺流程如图3所示。

图3 河源电厂脱硫废水零排放流程

河源电厂脱硫废水首先在预处理系统絮凝、沉降和中和，减少废水中的悬浮物和提高废水的pH值，从而为之后的深度处理做好准备；深处处理即蒸发+结晶系统，河源电厂采用4效真空蒸发结晶工艺（多效立管降膜蒸发系统+结晶系统），热源为电厂的抽汽，处理后产生的蒸馏水可作为循环水的补给水。

3.2 佛山三水电厂脱硫废水处理

广东佛山三水电厂脱硫废水零排放处理项目由佛山德嘉环保公司总包和委托运行，由J&Y公司（中山迪宝龙）提供技术支持和成套设备。项目在2011-12成功投产，脱硫废水采用预

处理+蒸发结晶系统进行零排放处理。预处理系统与河源电厂相似，但蒸发结晶系统（深度处理）与河源电厂不同，其处理方法为：采用卧管喷淋MVC低能耗蒸发系统，第一段的回收率为83%；第二段浓缩废液至26%；第三段浓缩采用两效MED蒸发系统；最后采用固废干燥/包装系统，处理后产生的蒸馏水可作为循环水的补给水。

4 脱硫废水零排放处理的工艺分析

通过以上脱硫废水零排放的实际案例可看出，其深度处理技术基本均采用蒸发结晶工艺。

从处理工艺看，膜浓缩法分离技术占有一定的优势，这是因为蒸发工艺的运行成本高（耗蒸汽或电能）、设备投资高，但进行膜法处理一般都要进行完善的预处理，包括去除悬浮物、去除硬度、防止有机物硅等结垢。如果不进行预处理，这些物质将会淤积在膜表面上，导致流道堵塞，造成膜组件压差增大、产水量和脱盐率下降，甚至使膜组件报废。脱硫系统是在微酸（pH=4.5～6.0）条件下运行的，因此，脱硫废水中碳酸盐的硬度较低，要想进行化学软化，就要投入碳酸钠。但碳酸钠的投入费用很高，因此，整体预处理的运行费用非常高。

从运行的角度看，运行部分的水量较少，电厂投入的运行人员也很少，电厂只希望系统能简单、可靠、稳定运行，即使运行成本较高。如果采用膜法预处理，则膜浓缩等工艺的耗时较长，一旦系统中某一环节出现问题，都会导致系统整体停运。而蒸发结晶工艺的系统流程非常短、运行稳定，其可靠性和对原水变化的适应性都远远高于膜浓缩法。

通过参考国外电厂脱硫废水零排放项目发现，脱硫废水的水质情况比较复杂，采用膜浓缩法的可行性非常低，包括AQUATECH、威立雅等对高盐废水膜浓缩具有专利技术和实际工程经验的国际大企业，也没有将他们的膜浓缩专利工艺用于脱硫废水。这些公司做过很多实际工程，了解脱硫废水用膜浓缩法预浓缩存在很多不足，威立雅的一些新的专门针对燃煤火电厂或IGCC电厂的脱硫废水开发工艺均采取蒸发结晶工艺，并未使用膜浓缩法。

5 结论

脱硫废水经初步处理后，虽然能满足达标排放的要求，但仍处于高氯根、高含盐的状态，且含有微量重金属，其回用局限性很大。要想真正实现电厂脱硫废水零排放，就必须采取深度处理。对于脱硫废水具有的特殊水质（高氯根、高含盐、含有微量重金属），并不适合采用膜浓缩法。膜浓缩法适用于海水等干净、预处理要求低的水质，但是对于水质条件差、含盐量高的工业废水，比如脱硫废水是不适用的，可采用蒸发结晶处理工艺。

参考文献

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[3]王治安，林卫，李冰.脱硫废水零排放处理工艺[J].电力科技与环保，2012（38）：37-38.

[4]徐庆国.火电厂脱硫废水零排放[J].科技资讯，2009（35）：71.

〔编辑：张思楠〕