脱硫废水处理技术探讨

李 佳，张广文，蔡井刚

(神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京 100025)

脱硫废水处理技术探讨

李 佳，张广文，蔡井刚

(神华国华(北京)电力研究院有限公司，北京 100025)

对国内部分火电厂脱硫废水处理系统运行中存在的问题进行分析优化，通过比较几种成熟的废水深度处理技术，综合考虑工艺特点、投资费用等因素，提出高效经济的脱硫废水“零排放”技术路线。

脱硫废水；零排放；膜法；蒸发结晶

0 引言

湿法脱硫工艺因其效率高、技术成熟、安全可靠等特点，被广泛应用于火电机组[1]。湿法脱硫会产生大量的废水，其中含有大量悬浮物、重金属离子和氯离子，处理十分困难。水资源日益匮乏，火力发电厂必须将脱硫废水的处理回用工作放在重要位置，优化技术路线，实现脱硫废水的“零排放”。

1 传统物化法处理脱硫废水工艺及建议

1.1 物化法处理工艺及建议

物化法即传统三联箱处理工艺，分为废水中和沉淀、重金属离子沉淀、混凝沉淀和澄清四个步骤。工艺流程：脱硫废水进入中和箱，加入石灰乳搅拌，碱性条件下去除氟化物和易形成氢氧化物沉淀的金属离子；在反应箱加入有机硫以去除其它重金属离子；在絮凝箱絮凝沉淀，加入助凝剂增强絮凝效果；在澄清器内实现污泥和上清液的分离，上清液自流至清水箱进行pH值调节，合格后排入工业废水处理系统或回用，污泥由输送泵输送至压滤机脱水，形成泥饼外运[2]。

电厂实际废水处理过程中，经常发生系统运行不稳定、出水水质差的问题，针对这些问题，解决措施如下：

(1)加药系统频繁堵塞。石灰乳加药系统通常布置在脱水楼一层，由于加药单元距离三联箱加药点较远，石灰乳易板结，再加上加药系统未能连续运行等因素，极易导致石灰乳加药系统发生堵塞。解决措施：在加药泵出口和进口管道加装自动冲洗系统，根据加药泵运行情况设定冲洗程序，保证系统停运时段管道内的介质为清水。

(2)澄清器澄清效果差。澄清器内水力停留时间短，絮凝物来不及沉淀随水流溢到集水槽。污泥输送泵故障时，底部污泥不能及时排除，导致刮泥机存在断裂的风险。解决措施：在澄清器上部取样管处增加旁路，将上部清液引入清水箱，保证澄清器内废水有足够的沉降时间；增加备用澄清器，防止污泥系统故障时造成整个系统停运。

(3)板框压滤机运行不稳定。板框压滤机对运行人员的操作水平要求较高，拉板卸泥不彻底极易造成后续漏泥现象。解决措施：增加备用板框压滤机，及时更换滤布和相关配件；在集水槽处增加旁路，当出水清澈时，通过旁路直接回收至清水箱，避免重复处理浪费药剂。

(4)水质变化范围大，加药量难以控制。脱硫废水污染物受到石灰石品质、煤种、工艺水水质、系统运行状况、石膏脱水效果等诸多因素影响，水质变化范围大。在自动加药模式下，会造成药剂的浪费或加药量不足达不到预期效果。解决措施：定期对脱硫废水水质进行化验，建立“化验结果-加药量”运行台账，便于找出规律。

1.2 回用问题及建议

物化法处理脱硫废水后，仅仅使废水中重金属离子和悬浮物得到有效去除，但脱硫废水中仍含有较高的盐分，腐蚀性强，容易结垢，回用率低。目前仅有极少火力发电厂回用于水力冲灰、灰厂喷洒和除渣系统[3-6]。

国内某些沿海电厂用海水做冷渣水，采取焊接牺牲阳极块的方法减缓设备的Cl-腐蚀，取得了良好的效果。依照海水的情况，对Cl-做出针对性处理后，脱硫废水引入捞渣系统是可行的[7]。而如果直接引入，会造成系统堵塞和管道的腐蚀。

1.3 污泥的处置

随着预处理效果的提升，污泥的产量也随之增加。基于目前电力行业的实际情况，这部分污泥只能采取外委处置的方式，重金属离子的存在导致污泥的性质归属于危废，产生的费用非常高。采用二级预处理工艺，将危废与固废最大限度地分离开来，最终实现固废的回收利用，可以大大地降低危废的外委费用。

2 深度处理工艺在脱硫废水中的应用

2.1 蒸发结晶技术

目前国内采用脱硫废水“零排放”工艺的有河源电厂和三水恒益电厂两家。

河源电厂采用“二级预处理+蒸发结晶”，系统总投资9750万元[8]，预处理系统采用两级反应+沉淀和澄清处理，一级投加Ca(OH)2，二级投加Na2CO3软化水质。蒸发结晶处理采用四效立管强制循环蒸发结晶工艺，蒸发系统分为热输入部分、热回收部分、结晶转运部分和附属系统部分，结晶通过离心机和干燥床制得固体结晶盐[9]。河源电厂脱硫废水本身水质相对较好，经过软化预处理后钙镁离子含量降低至1～2mmol/L，浊度<2NTU[10]，干燥后得到的盐结晶品质较好。该工艺系统极高的能耗限制了其在脱硫废水零排放处理领域的推广[11]。

三水恒益电厂零排放技术来自美国J&Y 公司，采用两级卧式MVC+两级卧式MED蒸发结晶工艺，相比于四效蒸发结晶技术，机械蒸汽压缩技术的能耗低；但恒益电厂采用了不软化处理，结垢倾向严重，清洗频繁。同时，结晶盐含有重金属，属于危废无法回收，增加了电厂运营成本[12]。

2.2 烟道蒸发技术

国外应用较多的是脱硫废水“烟道蒸发”技术，其工艺流程如图1所示，根据燃煤锅炉的整体烟气流程和脱硫废水的特点进行统筹规划，将脱硫系统排出的浆液与加压空气混合后，经雾化喷入空预器与除尘器之间烟道内，在双流体雾化喷嘴的作用下雾化成微小的水滴，利用高温烟气余热将水滴完全蒸发，废水蒸发后所析出的金属盐、悬浮物等物质随烟气进入除尘系统中被脱除[13]。但该方法容易增加烟气湿度，造成电除尘低温腐蚀，对电除尘器提出了更高要求[14]。

图1 “烟道蒸发”工艺流程

2.3 膜法分离浓缩技术

膜法分离在水处理行业广泛应用，但由于脱硫废水水质恶劣，对膜法技术提出了更高要求。周卫青[15]等人利用化学-微滤膜工艺，对Ni、Cd、Cr、Zn、Cn、Hg、Pb的去除率分别为90.68%、70.43%、86.68%、80.08%、92.08%，处理后浊度<0.1NTU，但运行一段时间后出现膜污染现象。

电渗析技术是膜分离技术的一种。电渗析过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合，在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。电渗析运行过程中阴极和膜上容易结垢，影响出水水质，缩短设备的使用时间，电渗析技术对进水水质要求严格，耗电量和耗水量偏高。

目前，国内一些学者提出用纳滤膜对一价离子与二价离子进行分离，其中氯化钠进入后续的蒸发结晶系统，含有硫酸根的溶液回收至预处理系统进行沉淀，从而减少了用于蒸发结晶的废水量。处理流程为：软化预处理→纳滤浓缩→结晶。该技术的亮点是能耗低，但与其他膜技术一样面临着易污染堵塞、膜使用寿命短的问题。

膜蒸馏(MD)是近年来发展起来的一种新型膜分离技术，以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸气压差的作用下，料液中挥发性组分以蒸气形式透过膜孔，从而实现分离的目的。游文婷等[16]选择自制的PTFE平板膜组件分别对硫酸钠与氯化钙的模拟废水进行处理，出水水质均稳定在较低的水平，截留率接近100%。Sivakumar等[17]用MD装置处理总可溶性固体含量为2332mg/L的煤矿废水，经中空纤维VMD处理后，去除率为 99.9%。随着国内膜蒸馏技术的研究深入开展，有效地应用于废水处理行业不会很遥远。

3 “立式降膜蒸发+FC结晶”工艺

结合以上工艺技术特点，建议采用脱硫废水零排放工艺流程如图2所示。

图2 MVR“立式降膜蒸发+FC结晶”工艺

从图2可以看出，软化预处理采用二级预处理工艺，一级反应中，最大限度实现重金属离子的沉降，通过一级澄清器将底部含有重金属的污泥送至板框压滤机，形成的污泥属于危废；二级反应主要除去硬度，减少蒸发结晶器结构倾向，二级澄清器底部的污泥重金属含量低，可用于制砖。吴来贵[8]等人用水泥作为同化料，同污泥进行不同配比试验，结果表明水泥与污泥的比例大于7∶3的情况下，污泥砖强度满足使用要求，采用《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》(GB/T5085.3-2007)标准进行鉴别，证明污泥砖满足环保要求，因其氯离子含量较大，仅用于地面或围墙用砖。

MVR利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量，经蒸汽压缩机压缩做功，提升二次蒸汽的热能，如此循环向蒸发系统供热，从而减少对外界能源的需求，降低运行成本。

立式降膜蒸发器是料液由蒸发室的顶部加入，经布膜器分布后，在重力作用下沿壁面呈膜状向下流动并被蒸发。气液混合物气液分离后，完成液由分离器排出。立式降膜蒸发技术较为成熟，且具有传热系数高、料液走管程的特点[18]。

4 结语

(1)传统的三联箱工艺，通过技改和优化可以有效提升系统的处理效果。

(2)深度处理工艺路线，存在投资运营费用高、系统运行不稳定、产品回收率等各方面的制约。

(3)“立式降膜蒸发+FC结晶”工艺路线，技术较为成熟、建设运营费用较低，可以作为脱硫废水“零排放”工艺路线的一条重要参考。

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Discussion on desulfurization wastewater treatment technology

The existing problems during the operation of domestic coal-fired power plant desulfurization wastewater treatment system were analyzed and optimizated. By comparing several mature wastewater advanced treatment technology, considering factors such as the process characteristics, investment cost, the effective and economic desulphurization waste water “zero emissions” technology were put forward

desulfurization wastewater; zero emissions; membrane; evaporation crystallization

X703.1

B

1674-8069(2017)03-022-03

2016-11-16；

2016-12-29

李 佳(1984-)，男，山西阳泉人,主要从事火电厂化学水处理技术研究工作。E-mail：188138@ghepc.com