煤电厂湿法脱硫废水零排放处理工艺研究

洪启钗

（国能龙源环保有限公司泉州分公司，福建泉州 362100）

对于现代电厂而言，废水脱硫处理大多会使用先中和、再絮凝、再沉降、最后澄清的处理方式，待废水经过处理能够达到排放标准后，再进行排放，并且自身系统始终处于正常运行状态。经过系统处理后的脱硫废水，能够有效降低其本身的浊度，减少水体中含有的重金属比例，降低水体硬度，但是经过这种处理的废水含盐量并不会大幅降低，同时还有可能存留大量的硝酸盐、硒、有机物等物质，排放后依旧会对水体造成一定程度的污染。

1 脱硫废水零排放处理

经过电厂脱硫废水处理后的废水，本身属于浓盐水级别，再经提升泵作用后会被输送至对应的零排放站中。这些排放的废水在经过一级软化池处理后，先后会与石灰材料、硫酸钠元素、聚铁元素、PAM药剂等进行充分混合，继而形成一种易沉淀的絮体，待其通过一级澄清池完成沉淀作用后，可以去除废水中包含的重金属元素、镁元素及部分钙元素等结垢因子；

经过一级澄清后的废水会溢流至对应的一级中间水池内，再通过提升泵作用，使其输送至对应的二级软化池内，此时会与池内的碳酸钠发生反应，进而生成碳酸钙并继续沉淀，然后分别与聚铁元素、PAC进行絮凝作用，待其通过二级澄清池作用沉淀后，能够进一步去除废水中的各种残余钙离子；

在其经过二级澄清后，会溢流至对应的二级中间水池内，然后通过提升泵进行输送作用输送至过滤器中进行过滤作用，此时可以有效去除废水中存留的各种颗粒物，并且过滤器出水在去往VACOM蒸发结晶单元的过程中，还能够再次进行蒸发结晶作用，并将结晶盐及时送往系统的干燥打包系统中进行处理。

1.1 脱硫废水来源

截至目前，针对我国燃煤电厂在当前阶段的运行情况进行分析，使用锅炉湿法脱硫方式产生的脱硫废水，大多源于脱硫塔作业期间产生的排放废水，当这种废水排放量达到一定程度时，会使用脱硫塔内控制的方式，借助Cl成分在浆液中的具体浓度指标完成检验工作。在使用FGD工艺时，不仅可以脱除烟气中存有的SO2，并且HCl、HF等多种存在于烟气结构中的酸性气体同样也会被吸收，然后一起转移至对应的脱硫浆液中。因为脱硫浆液大多会保持循环使用的状态，即使此时的HCl、HF等酸性气体含量较少，在烟气中的实际浓度占比要低出SO2很多，但是在脱硫系统持续的、长时间的运行状态下，浆液中含有的Cl和HF则会逐渐增多，浓度也会因此不断逐渐升高。与此同时，浆液中含有的铝元素还会与HF产生联合效果，会对石灰石材料产生溶解作用，此时会对反应造成屏蔽作用，导致脱硫效率降低，脱硫作业受到影响；浆液中含有的Ca2+与Cl成分，配成的离子为对CaCl2，会对吸收剂氢氧化钙的正常溶解作用造成直接影响，并且，随着Cl-浓度的初见升高，同样会使脱硫效率不断降低，石膏品质因此不断下降，在此期间，对管道和处理系统均会产生一定程度的腐蚀作用。为进一步保证系统运行的整体稳定性，确保脱硫作业效率和石膏产品最终质量，需有针对性地排出部分浆液，浆液中Cl-浓度值控制在20kg/m3-[3-4]范围内即可。

1.2 脱硫废水特点

石灰石品质、脱硫系统的整体设计和运行、脱硫塔前污染物控制设备、燃煤品质等因素，均会对脱硫废水过程中的水质及水量造成直接影响。其中，石灰石属于脱硫废水环节中的部分污染物的主要来源，分别包括脱硫废水结构中的镍和锌以及黏土杂质中含有的部分细微颗粒、铝和硅等其他物质。对于脱硫系统而言，其设计与运行对脱硫废水水质造成的影响主要体现在添加剂材料的使用方面、其氧化程度或最终的氧化方式方面，或者脱硫系统建设材料等几个方面。脱硫塔前污染物材料控制设备主要为除尘设备和脱硝设备。提升除尘效率，则会有一定概率使脱硫废水总悬浮颗粒物浓度出现降低的情况，但是以细微颗粒存在的飞灰物质同样有概率增加挥发性金属材料在脱硫废水中的整体含量；脱硝设备则可以增加Cr转为毒性的概率，因此，从脱硝系统中逃逸出的部分氨成分将会增加脱硫废水的固有氨氮浓度。而这种燃煤品质则属于对脱硫废水正常使用造成影响的主要因素，对于高硫煤、高氯煤而言，二者均会导致脱硫废水的总体排放量增加。

2 系统运行及相关设计优化

2.1 硫酸钠溶解箱配药水源设计优化

此次系统设计，主要包括氢氧化钙溶液配制、硫酸钠溶液配制、碳酸钠溶液配制，这几种材料分别取自对应的系统澄清池。系统硫酸钠溶解箱配中的药水源主要取自一级级澄清池，使用这种设计的意图主要是保证系统本身不会再增加外来水体，这样既能够确保系统不会存在外来水源，达到节约水资源的效果，有效防止系统带入外来干扰离子，同时新补充水量也会使蒸发结晶系统本身的工作量上升，导致系统处理效率受到影响，运行成本也会因此增加。

但是，因为一级软化系统的主要作用主要是去除水体中含有的Mg2+及部分Ca2+，想要去除Mg2+主要凭借氢氧化钙，为进一步保证Mg2+能反应更彻底，需要投加大量氢氧化钙，因此一级软化系统出水中含有的Ca2+浓度相对较高，如表1所示。

表1 软化澄清系统水质分析表 mg/L

从表1看出，一级软化池出水后的水体Mg2+浓度明显降低，但是Ca2+浓度依旧比较高。此后使用软化池中的出水对硫酸钠溶液进行处理，此时溶解箱中固有的S042–和Ca2+会发生反应并生成硫酸钙，进而沉淀。当硫酸钙在溶解箱底部持续积累后，硫酸钠加药泵会因此出现堵塞问题，造成系统不能保持正常运行状态。针对该问题，可就下述两方面内容进行相应优化。

（1）使用电厂工业水为原材料，即硫酸钠溶解箱中的配药水源，水质分析表1中能够看到各项水质结果均能可以满足系统配药水质的使用要求。

（2）使用二级软化池出水系统作为硫酸钠溶解箱的后续配药水源。当二级软化池废水分别被碳酸钠和碳酸钠相遇并发生反应后，会生成碳酸钙并继续沉淀，再与聚铁元素、PAC元素进行絮凝作用，在此之后通过二级澄清池并进行沉淀作用，此时废水残余钙离子的实际浓度值处于较低水平，能够充分满足配药水质的使用要求。

当零排放软化澄清系统处于试运阶段时，硫酸钠的配药水源需要采用工业水，能够保证系统正常运行即可，但是系统中又增加了一部分新的水源，因此，从系统的长时间运行角度分析，这属于既浪费水资源，同时又会加大系统水量处理任务的行为，运行成本也会因此增加。站在经济环保进行考虑，可以将配药水源合理更改为二级软化池中的出水，这样可以更好地保证系统始终处于高效节能运行状态。

2.2 软化池装置设计优化

（1）虹吸问题。调试期间发现，在电厂脱硫废水不再进入软化池后，此时澄清池会在一段时间内保持废水继续进入的状态，并且水的流量还会出现逐渐变大的发展趋势，经检查后发现，此时软化池中的第三格水位已经降低至出水口位置，对现场设备进行检查，最终发现软化池本身的底部位置要明显高于澄清池，并且脱硫废水不再进入软化池时，此时澄清池水则会通过其自身的进水管路产生虹吸作用，吸出软化池第三格储存的部分脱硫废水，因为该情况在系统设备已经停运后才发生，所以会导致系统脱硫废水无法按照设计流程运动，导致澄清池出水的最终水质达不到合格标准。

针对上述现象，可在系统调试阶段进行处理，并对出水管进行改造。软化池连接澄清池之间的管路最高点位置可以加装虹吸破坏管，保证虹吸现象不会影响到实验结果。

（2）软化池污泥堵塞问题。因为软化装置呈三格布局，彼此相邻的两格可以采取静压状态下的自流方式。首先，第一与第二格可以配置快速搅拌器，然后在第三格中为其配置慢速搅拌器，这样做的主要目的是让流出的废水能够与助凝剂进行充分反应，同时保证每一格底部均有相应的排泥阀装置。待处理系统调试持续运行一段时间以后，此时软化装置中的水位会持续升高，同时还会有溢流现象发生，并且澄清池中再无废水进入。对该现象进行分析得知，软化装置中的第三格出水管已经被污泥堵塞，使得系统无法正常执行静压出水作业，因此出现溢流现象。与此同时，此处理装置中的排泥阀可以将池内污泥进行集中处理，使其排入集水地坑中，这种处理方式同样会造成地坑泵堵塞的后果。

设计优化：将系统软化装置中的第三格进行单独处理，然后再加快速搅拌速度，保证污泥不再继续沉降，能够有效解决第三格区域出水管的堵塞问题；将软化池排泥管进行变更处理，使其与污泥螺杆泵的入口相连接，然后再定期排泥，此时经螺杆泵输送至离心脱水机中，可以实现对泥水的分离处理。

2.3 蒸发结晶系统预换热器化学清洗设计优化

电厂中的脱硫废水经软化澄清处理、过滤处理后，可以去除水体中的大部分钙离子、镁离子，但是依旧会含有少量蒸发结晶，并且在系统长期运行中还会出现结垢现象。处于调试期间的VACOM闪蒸装置，在其处理水量达200m3/h后，VACOM装置的实时补水流量会从初期的17.6m3/h陆续下降至13.2m3/h， 同时补水量还会随周期制水量的持续增长而不断 减小。

VACOM闪蒸装置在长期处于停机检修状态或设备长时间保持运行后，会发生结垢现象，导造成换热效率不断降低的问题，此时需要进行相应的化学清洗处理，可以将闪蒸罐内部存留的浓缩液进行排空处理，原设计采用的方案为：利用VACOM进料池内，此时软化水可以对VACOM装置产生反应，进而达到整体冲洗的效果，在此之后则利用软化水作为设备的主要清洗水源。因为VACOM在进料池的软化水pH标准，需要控制为12.0~12.5，才可以保证废水中的镁离子被完全去除，所以，在使用氨基磺酸作为VACOM化学清洗药剂的主材料时，氨基磺酸会被软化水反应并消耗，主要应用于pH的中和作用，因此，这种设计方案并不合理。经过优化后的清洗步骤具体如下：

（1）使用回用水泵，将其预留口连接之对应的临时管道上，并在清洗水箱中注水400~500L，此时将清洗泵出口管再次回接至对应的清洗水箱中，并为其配制3%~5%浓度的氨基磺酸溶液，然后启动清洗水泵，等预备药剂得到混合后，方可停止清洗水泵作业。

（2）打开VACOM的进料阀，直至回流阀自动联动并自行关闭。然后分别关闭VACOM进料手动阀、循环泵进料手动阀。

（3）将清洗泵的出水管与预换热器清洗进口管进行连接，此时预换热器清洗回流管则需要连接至清洗水箱，然后启动清洗水泵，使其保持循环清洗状态1.5h左右，然后手动检测清洗液的pH，待pH≤2后，方可停止清洗水泵运行。

（4）待清洗完成后，可以恢复系统管路，然后分别打开VACOM进料手动阀与循环泵进料手动阀。再次启动VACOM进料泵进行冲洗作用，时间为3-5min，通过流量情况来检查酸洗效果，待冲洗作用完成后，可对闪蒸罐内冲洗用水、清洗水箱废液一起排至水沟。

3 结束语

燃煤电厂脱硫废水零排放系统中的硫酸钠溶解箱配药进水管路可以设计优化，保证软化池装置功能正常发挥，同时蒸发结晶系统中的预换热器化学清洗设计均会对零排放系统的整体设计带来好处，再加上后续补足的优化建议，可使零排放系统保持更加安全、经济、高效的运行状态。为未来的相似系统设计提供借鉴作用，同时也可以为零排放处理工艺在水处理领域的推广应用发挥带动作用。