燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展分析

刘维平

（长沙环境保护职业技术学院，长沙 410004）

我国煤炭资源丰富，人口众多，目前仍主要依靠燃煤发电，而新能源如核能、风能和太阳能等清洁能源还远远不能满足社会发展需求。现阶段，煤炭在我国能源结构中依然占据很大的比例，而燃煤污染一直是急需解决的环境问题。燃煤烟气成分复杂，污染物种类繁多，其中二氧化硫的排放尤为引人关注，其不仅能直接对生态系统造成危害，而且是引起酸雨、雾霾等危害的元凶。为了保护赖以生存的环境，人们需要对燃煤烟气进行脱硫处理。

目前，我国绝大多数电厂采用石灰石湿法脱硫技术脱除烟气中的二氧化硫，其间会产生大量脱硫废水，其水质较为复杂，受燃煤品质、脱硫系统设计、石灰石品质、脱硫塔前污染物控制处理设备以及脱水处理设备等多种因素的影响，悬浮物、氯离子含量极高，一般呈弱酸性，成分复杂，污染物多，直接排放容易造成二次污染。2015年以来，随着国务院《水污染行动计划》的发布，脱硫废水的处理标准被提升到了新高度，其排放标准被逐渐提高，处理工艺也越来越多元化。近年来，越来越多的学者致力于研究一种高效的方法，其中有较多新型技术被引入脱硫废水处理中。本文全面介绍了燃煤电厂脱硫废水处理技术的研究现状与应用进展，系统分析了主要方法及其具体应用情况，以期为相关研究人员提供参考。

1 废水来源及其特点

石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术具有脱硫效率高、技术比较成熟、水质变化适应性强、设备布置方便等优点，已成为我国当前燃煤电厂烟气脱硫的主要处理工艺。在烟气脱硫过程中，由于烟气成分复杂，烟气中的氟离子和氯离子在浆液中溶解，会造成二者的浓度升高，一方面，氟离子与浆液中的铝离子发生化学反应，对石灰石的溶解产生屏蔽作用，因此影响烟气脱硫效率；另一方面，溶液中氯离子浓度的提高也会影响脱硫效率和石膏品质，还会腐蚀脱硫机组管道。为了保持高效稳定的脱硫过程，人们需要对溶液中氟离子和氯离子的含量进行控制，因此需要排出部分浆液。脱离废水在电厂排出的废水中占比很小，但是其中的含盐量极高，污染物种类繁多，同时这些废水硬度高，不能轻易进行排放，因此在燃煤电厂中，脱硫废水的处理是件棘手的问题。

2 脱硫废水处理技术

目前，我国的多数电厂设置了独立的脱硫废水处理系统，其应用的主要方法有化学沉淀法、吸附法、电絮凝法等。

2.1 化学沉淀法

大部分燃煤电厂使用化学沉淀法来处理脱硫废水，该技术主要的原理是除去脱硫废水中的重金属化合物与杂质，其工作流程主要是通过对杂质进行氧化、中和、沉积、絮凝等方式对废水进行处理来达到目的。化学沉淀工艺的流程如图1所示。

图1 化学沉淀工艺流程

在整个化学沉淀过程中，先把脱硫废水引入调节池中，由于脱硫废水呈酸性，进入中和池后加入石灰乳调节溶液的酸碱度，也可加入其他强碱类物质将溶液调节为碱性，一般调节的pH值范围为9.0～9.5。这样可以使多数重金属离子以氢氧化物沉淀的形式从脱硫废水中分离出来。通过中和反应，大多数重金属离子会分离出来，但是部分离子如汞等很难从中分离，因此中和反应后的废水进入反应池中，加入硫化物与其反应来沉淀汞金属。为避免添加的试剂造成再次污染，硫化物质一般选用有机硫TMT-15[1-2]。化学沉淀反应后，将废水引入絮凝池进行澄清，上层液体在经过酸碱度调节后可以达到排放标准。沉淀下来的污泥等杂质部分进入中和池进行二次处理，底层的杂质进行脱水、干燥处理。

化学沉淀法是使用最为普遍的一种方法，具有很多优点，石灰乳原料易得，价格低廉，工艺相对简单，成本较低，实际操作步骤明确。但是，该方法也有一些缺点。例如，石灰乳在使用过程中容易沉淀下来堵塞管道，给反应池的清理带来不便，容易影响工艺流程的进行。另外，整个流程需要用到的设备较多，步骤较多，前期建造成本较高。

2.2 吸附法

吸附法是脱硫废水处理中常用的方法，可以把废水中的离子较为完全地去除。在燃煤电厂的脱硫废水处理中，很多学者采用这种方法。吸附法主要采用吸附剂来对废水中的离子产生吸附力，选择不同的吸附剂会对废水中的离子产生不同的吸附作用，合适的吸附剂会高效地去除金属离子，而且加入过量的吸附剂不会对废水产生二次污染。吸附法对大多数离子的去除率可以至少达到80%，其具有很多优点，如运行成本低、工艺操作简单、处理效率高、步骤少。金属离子的去除是脱硫废水处理的重要内容，由于废水含盐量极高，在使用吸附剂吸附金属离子时，很多无机离子也会被吸附，容易导致金属离子吸附率低。目前，吸附法还没有广泛用于燃煤电厂脱硫废水处理中，还有待进一步的研究。要实现吸附法在脱硫废水中的实际应用，人们需要对其不断优化，如吸附剂的选择、吸附剂所需要的条件、工艺流程和设备等[3]。

2.3 电絮凝法

电絮凝法是利用电化学原理，将其他化学反应结合起来的废水处理方法。其间，阴极处水电解产生氢气和OH-，阳极产生金属阳离子，在电流的作用下，OH-和金属阳离子发生反应，产生金属阳离子的氢氧化物。电解产生的絮状物具有很强的吸附能力，可以有效去除废水中的有机离子等污染物。电解过程中产生的氢气可以将絮体上浮，使其漂浮在溶液表面而分离。电絮凝法是人们提出的一种新型废水处理方法，从理论上能够高效地处理掉废水中的大部分杂质。这种方法有很多优点，如建设成本低、占地面积小、废水处理效率高等，因此人们对它不断进行优化创新。但是，电絮凝法存在很多不足，如不能去除氯离子、耗能高，废水中的氯离子含量很高。目前，这种方法很少用于燃煤电厂中脱硫废水处理，主要用于化工废水处理[4]。

3 脱硫废水零排放技术

废水零排放技术指的是脱硫废水在经过一系列处理后达到一定的指标，这些水资源可以循环利用而不向外面排出，从而达到节约水资源、保护环境的目的。从理论上说，这种零排放是完全可以实现的，但是考虑到科技、经济现状，在实际操作过程中，所实现的零排放仅仅指的是废水的近零排放，实现真正的零排放还有一定难度。目前，国内常用化学沉淀法，这种方法处理后的废水虽然达到排放标准，但是仍然含有高浓度的氯化物等物质，很难再次回收利用，往往直接排放。直接排放是一种对水资源的浪费，同时由于废水含盐量很高，直接排放会对土壤、水生物及地下水造成一定污染。随着国家对环保的要求越来越严格，化学沉淀处理脱硫废水的方法在将来会受到限制，因此积极研究一种高效、环保的处理方法才是重中之重。为了实现废水零排放和水资源的回收利用，脱硫废水零排放技术引起越来越多学者的关注。其技术核心在于如何去除废水中高浓度的盐，在方法比较中，由于废水盐分过高，排放的废水也会抑制微生物的产生，所以微生物法除盐基本上是行不通的，目前主要采用物化处理方法[5]。

3.1 蒸发法

蒸发法是废水处理中常用的一种方法。它是指废水经过蒸发器加热至沸腾，水分会蒸发出来，待水蒸气冷却后凝结为水，对其重新利用，而废水中的杂质留在残渣中，随着继续蒸发，固体残留物将会以晶体的形式析出。目前，蒸发法已得到广泛应用。

随着近年来科技水平的不断提高，蒸发法得到飞速的发展，其具有成本低、进水预处理简单、操作简单和能耗较低的优点。但是，能耗高、设备易结垢和投资大等缺点是限制其广泛应用的重要因素。因此，要保障蒸发系统正常、稳定运行，人们需要从蒸发法的耗能以及防结垢处理两方面来考虑。一方面，可以通过膜分离法对废水进行量化处理，减少蒸发器的处理负荷进而减少耗能，有效降低成本。另一方面，通过软化法即向废水中加入石灰、纯碱等物质，降低废水中的离子浓度，进而满足蒸发结晶工艺水质要求。国内外废水零排放技术应用对比如表1所示，数据表明，国外的应用比例要远远高于国内。

表1 国内外废水零排放技术应用对比

3.2 烟道处理法

烟道处理法是在烟道内对废水进行喷雾蒸发处理的一种方法。喷雾蒸发法在废水处理中属于一种新方法，这种方法主要应用于食品、化工等领域。采用烟道蒸发法处理燃煤电厂脱硫废水时，首先采用一定的喷射方法将脱硫废水雾化后喷入烟道内，废水以小液滴的形式存在，经过高温烟气加热后迅速蒸发气化，气化物中的悬浮物和可溶性固体形成细小固体颗粒，然后在气流的夹带作用下进入电除尘器并被电极捕捉去除，最终实现脱硫废水的近零排放处理。

4 结语

燃煤电厂脱硫废水的处理是很多学者一直研究的课题，处理的难点在于污染组分差别大、离子浓度含量高、硬度高等。随着科技的不断进步，越来越多的难题被攻克，很多新技术、新方法被应用到废水处理中，诸多学者在脱硫废水的零排放方面做了大量研究，随着很多新理论的提出，脱硫废水的零排放技术将会更加完善。