关于火电厂脱硫废水零排放技术应用

黄珊

（北京朗新明环保科技有限公司南京分公司，江苏 南京 210000）

引言

煤炭作为火电厂主要燃料，但其使用过程中造成的污染不容忽视，为了维持系统的正常运行，处理过程中会产生的一定量的废水，此类废水属于最末端的废水，若直接排放，会对环境造成严重污染。因此采用合适的处理工艺达到脱硫废水零排放，最大程度地节约成本成为国内外学者主要研究方向。

一、火电脱硫废水水质

煤炭作为火力发电机的主要燃料，其中含有大量的硫化物和金属离子等。湿法烟气脱硫工艺的特点是利用液态脱硫剂如水或碱液与通过吸收塔烟气中的SO2反应最终形成硫酸盐以达到脱硫的效果，在此过程中会产生含硫酸盐的脱硫废水。脱硫废水水质一般呈酸性，并且含有大量的重金属离子和Ca2+、Mg2+，其中Ca2+、Mg2+会对系统设备造成结垢或者腐蚀，不仅会影响发电系统管道及设备使用寿命，而且是火电厂生产运行潜在的安全隐患，还会影响到火电厂废水污染减排及机组安全运行。

二、脱硫废水零排放处理工艺

（一）预处理工艺

废水预处理系统主要是去除脱硫废水中的悬浮物和Ca2+、Mg2+、SO42-等离子，满足后续系统的进水要求，避免后续处理系统出现结垢、污堵。虽然“氢氧化钠+碳酸钠”软化法的加药量少，加药成本是根据氢氧化钠和石灰的市场价格波动，现阶段因石灰加药量大、价格高，“氢氧化钠+碳酸钠”软化法加药成本更低。“氢氧化钠+碳酸钠”软化法对F 离子去除效果不好，对氢氧化镁的沉降效果也不好，会发生氢氧化镁沉淀一直悬浮在水中无法沉降的情况，氢氧化镁沉淀的小晶体颗粒会随着废水进入下级系统，对后面膜系统运行产生较大影响，故“氢氧化钠+碳酸钠”软化法需要更精细的控制、更高的运行水平，而“石灰+碳酸钠”软化法沉降效果更好、药品安全性更好、购买更容易、加药费用高。

（二）正渗透(FO)

正渗透不需要外界压力驱动，能耗低，但需要汲取液来提供推动力。对于正渗透膜材料，可应用于反渗透的膜材料一般均可应用于FO 技术。正渗透处理效果的影响因素有FO 膜、汲取液、运行条件等。多种因素对正渗透浓缩浓盐水的影响，浓盐水TDS 可从60000mg/L 浓缩至126000mg/L，同时证实氯化钠适合作驱动液。国内第1 套正渗透系统脱硫废水零排放项目在华能长兴电厂已投产运行，可将22m3/h 含盐水浓缩至1.5～2.0m3/h，将含盐量＞60000mg/L 的浓水浓缩至含盐量＞200000mg/L。该技术引自美国，其核心技术尚未掌握，技术服务难度大，整套装置占地700m2，正渗透仍需部分蒸汽量，同时存在较多运行问题，以及正渗透进水水质的保证问题。R O 应用范围广，但易发生膜污染与结垢堵塞问题；FO 属自发过程，能耗低，不需要额外压力，设备简单，其膜表面不易形成滤饼层，膜污染可逆，但需选取合适的汲取液，汲取液的再生需额外能量，同时，正渗透膜存在严重的内部浓差极化现象。

（三）反渗透膜

反渗透膜一般用高分子材料制成，原理是将渗透过程进行逆反操作，表面微孔的直径一般在0.5～10nm 之间，渗透性的大小与膜本身的化学结构有关。有的高分子材料对盐的排斥性好，而水的渗透速度并不好。有的高分子材料化学结构具有较多亲水基团，因而水的渗透速度相对较快。因此一种满意的反渗透膜应具有适当的渗透量或脱盐率。

（四）电渗析

电渗析是在直流电场中设置若干交错排列的阳膜和阴膜，利用电极对阴阳离子的驱动力和滤膜的选择透过性实现废水的浓缩减量。在外加电场下，废水中的阴阳离子会在电极驱动下向相反电极移动，由于阴离子不能透过阳膜，阳离子不能透过阴膜，因此会在两极之间形成交错排列的淡水室和浓水室。ED 的浓缩效果非常显著，其浓缩液TDS 可达200g/L 以上，可以极大地减少废水流量。对某电厂脱硫废水进行了浓缩试验，先用RO 将废水浓缩至70g/L 左右，再将RO 浓水通过ED 浓缩为210g/L 左右，废水流量可减小90%，浓缩效果极其显著。ED 技术具有能耗低、运行稳定等优点，其抗污染能力较RO 强，但是耗水量较大，难以处理不易电离物质，对电极材料的要求较高。目前，该技术已较为成熟，被广泛应用于化工、冶金、造纸、医药工业和环境保护等领域，电渗析技术在高含盐废水处理方面仍存在一些瓶颈，比如如何在提高浓缩倍率的同时降低系统能耗。

三、脱硫废水烟道蒸发零排放关键技术

目前较为主流的浓盐蒸发脱盐水处理工艺有三种，分别是主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥技术、旁路蒸发器烟气喷雾蒸发干燥技术、蒸发结晶工艺。主烟道烟气余热喷雾蒸发干燥技术在末端浓盐水的处理中已有较多的应用案例，具有系统简单、投资运行成本低、无结晶盐处置问题等优点，不过系统运行稳定性受机组负荷影响较大。旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放技术具有的优点是：自动化程度高、操作方便，提高了系统的运维水平；旁路烟道入、出口隔离门的设计可实现与电厂主体的隔离，不影响电厂的日常运作。基于旁路烟道蒸发的脱硫废水零排放技术具有可行性，该技术中预处理是基础，膜减量是保障，旁路烟道蒸发是核心。应用该技术时应根据允许蒸发水量反推膜浓缩倍数，设计合理的预处理工艺参数。该技术利用高温烟气实现脱硫废水的高效蒸发，不需要额外热源，运行能耗低；且旁路烟道可充分利用烟道间空隙，占地面积小，工程投资省。能够一定程度减少系统运行中的积灰、结垢等问题，但是对锅炉效率略有影响。旁路蒸发器烟气喷雾蒸发干燥技术投资运行费用较低，无结晶盐处理处置等问题，对空气预热器、粉煤灰品质等影响较小，近年来火电厂投运案例渐增。蒸汽机械再压缩蒸发结晶工艺存在占地面积大、运行费用高以及结晶盐的处理处置问题，电厂应用考虑较少。灰场喷洒蒸发作为一个末端浓盐水消纳手段，无新增投资，运行成本较低，不过面临较大的环保政策风险。

结语

电厂废水零排放是目前及未来电力环保的必然要求，现阶段废水处理技术参差不齐，在系统可靠性、技术经济性方面表现不佳，通过对多种废水处理技术的分析比较:1)大多数旧电厂的预处理技术仍采用三联箱设备，或对现有设备进行改造;对于新建电厂，针对不同电厂的废水特点，预处理环节有时可省略，减少废水处理的投资及运行成本。2)废水零排放技术路线需结合电厂的生产特点选择。由于电厂废水水质普遍较差，对电厂烟气余热的利用是未来废水处理技术的发展趋势，尤其在低温余热利用，但仍存在诸多问题。