燃煤电厂脱硫废水处理技术方案设计

脱硫废水处理工艺设计初步构思

1脱硫废水的主要来源

煤粉在锅炉燃烧后会产生烟气,烟气经电除尘器设备除尘后进入引风机再引出到脱硫系统,经增压风机、吸收塔、除雾器后,洁净的烟气通过烟囱排入大气。

在吸收塔中,随着吸收剂吸收二氧化硫过程的不断进行,吸收剂有效成分不断被消耗从而生成的亚硫酸钙经强制氧化生成石膏,在吸收剂洗涤烟气时,烟气中的氯化物也会逐渐溶解到吸收液中从而产生氯离子的富集。氯离子浓度的增高会带来两个不利的影响:一是降低了吸收液的pH值,以致引起脱硫率的下降和CaSO4结垢倾向的增大;此外,氯离子浓度过高会降低副产品(石膏)的品质,从而降低产出石膏的价值。当吸收塔浆液质量浓度达到700g/L,吸收剂基本完全反应,脱硫能力相当弱,吸收塔浆液中氯离子的质量浓度达到最大允许质量浓度(20mg/L)左右,这就要将吸收塔浆液抽出送至石膏脱水车间使用真空皮带脱水机脱水。脱硫系统排放的废水,处理的清洗系统排出的废水、水力旋流器的溢流水和皮带过滤机的滤液都是废水产生的来源。

2 脱硫废水水质的基本特点

脱硫废水的成分及浓度对处理系统的运行管理有很大影响，是影响处理设备的选择、腐蚀等的关键性因素。脱硫废水一般具有以下几个特点。

（1）水质呈弱酸性：国外 pH 值变化围为 5.0～6.5，国一般为 4.0～6.0。酸性的脱硫废水对系统管道、构筑物及相关动力设备有很强的腐蚀性。

（2）悬浮物含量高，其质量浓度可达数万mg/L，而且大部分的颗粒物黏性低。（3）COD、氟化物、重金属超标，其中包括第 1 类污染物，如 As、 Hg、Pb 等。（4）脱硫废水的一般温度在45度左右。

（5）脱硫废水生化需氧量(BOD5)低。

对于脱硫废水水质的控制，没有相应的国家标准，只有行业标准（DL/T997—2006《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》），其对脱硫废水总汞、总铬、总镉、总铅、总镍、悬浮物等指标进行了限制，但是总体标准偏低，如汞的最高排放限值为 0.05mg/L。

1 DL / T 997 — 2006

表1在厂区排放口增加的监测项目和污染物最高允许排放浓度

表2脱硫废水处理系统出口的监测项目和污染物最高允许排放浓度

在2015年4月16日，国务院发布了《水污染行动计划》（《水十条》），表明国家将强化对各类水污染的治理力度。脱硫废水因成分复杂、含有重金属引起外界广泛关注。

3 影响脱硫废水水质的因素

由于各电厂使用的煤及石灰石产地不同，产生的烟气及脱硫浆液的组成有所差异，这导致烟气脱硫后产生的脱硫废水成分非常复杂。煤燃烧后产生的烟气中含有硫氧化物、氮氧化物、氯化氢和氟化氢等，经过脱硫吸收塔时发生反应，形成含有F-、SO42-、SO32-、Cl-、S2-、S2O62-、NO3-、NO2-的脱硫废液。石灰石的主要成分为CaCO3，含有各种杂质如MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2等，这些杂质是脱硫废水悬浮物的主要组成。煤和石灰石中还含有少量重金属，在呈弱酸性的脱硫废水中具有较好的溶解性，而电厂的电除尘器对<0.5 μm的细颗粒脱除困难，造成很多重金属在吸收塔洗涤过程中进入FGD浆液富集，同时硒也是煤中极易挥发的有害痕量元素之一，在燃烧过程中几乎全部挥发，在脱硫废水中以+6价硒酸盐的形式存在，具有很强的毒性。

脱硫废水的水质及水量主要受燃煤品质、石灰石品质、脱硫系统的设计及运行、脱硫塔前污染物控制设备以及脱水设备等的影响。

其中煤是脱硫废水污染物的主要来源，煤种类的不同将会影响脱硫废水的排放量：高硫煤的燃烧会产生更多的二氧化硫，会增加脱硫剂的用量，增加脱硫废水的排放量；高氯煤的燃烧会增加烟气中氯的含量，进而增加脱硫浆液中的氯含量，为了防止脱硫系统的腐蚀，维持脱硫浆液中氯离子浓度在一定的水平，会增加脱硫浆液的排除，使脱硫废水的排放量增加。

脱硫废水中的一部分污染物来源于石灰石，石灰石中的黏土杂质含惰性细微颗粒、铝及硅等物质。同时，石灰石是脱硫废水中镍和锌的重要来源。

4 现有的脱硫废水处理技术

现有脱硫废水处理技术主要包括沉降池、化学沉淀、生物处理、零排放技术（蒸

发池、完全循环、与飞灰混合等）、其他技术（人造湿地、蒸汽浓缩蒸发等）等

进一步，可以将脱硫废水的处理技术分为 4 种：传统技术、深度处理技术、零排放技术及其他技术。

4.1传统工艺

4.1.1 沉降池

沉降池通过重力作用去除废水中颗粒物，基于此原理，必须保证废水在沉降池有足够的停留时间。沉降池处理成本低，对浮颗粒物有一定的去除作用，但是不能除去废水中溶解的金属盐类，不能满足排放标准的要求，一般只用于其他技术的预处理

4.2化学沉淀

脱硫废水的化学沉淀处理主要包括 4 个步骤。

（1）废水中和。脱硫废水进入第 1 隔槽的同时加入适量的石灰浆液，使其 pH 值由 5.5 左右升至 9.0 以上，并且使得大部分金属离子形成难溶的氢氧化物重金属沉淀。在第 2 个隔槽中加入有机硫化试剂 TMT-15 与 Hg2+、Pb2+反应形成难溶的硫化物沉积至槽底。

（2）重金属沉淀。在第 2 个隔槽中加入有机硫化试剂 TMT-15 与 Hg2+、Pb2+反应形成难溶的硫化物沉积至槽底。

（3）絮凝。在第 3 隔槽中加入一定量的絮凝剂，使颗粒和胶体物质凝聚成大颗粒后沉积至槽底。

（4）浓缩/澄清。在澄清/浓缩池中，絮凝物沉

化学沉淀法对大部分金属和悬浮物有很强的去除作用，但是对氯离子等可溶性盐分没有去除效果，对硒等重金属离子的去除率不高，且运行费用高。

4.3 深度处理工艺

4.3.1 生物处理

生物处理是利用微生物处理可生物降解的可溶的有机污染物或是将许多不溶的污染物转化为絮状物。污染物的去除可通过有氧、无氧或缺氧段三种方式去

除。一般电厂利用有氧方式去除 BOD5，通过厌氧或缺氧的方式去除金属或是营养盐，微生物可以通过呼吸作用将硒酸盐或亚硒酸盐还原为元素态的硒，吸附在微生物细胞表面。

生物处理可以有效地去除脱硫废水中的硒（降至μg/L 级）、汞（降至 ng/L 级）等重金属元素，但是其系统复杂，造价高且容易形成有毒的有机硒和有机汞，造成二次污染。

4.3.2 混合零价铁技术（HZVI）

研究发现，利用零价铁可以有效的减少废水中的硒酸盐或是亚硒酸盐的含量，但是随着反应的进行，铁表面容易钝化，影响零价铁的反应活性。后有学者将 Fe2+引入零价铁处理系统，发现零价铁的反应活性有了明显提高。实验研究表明，混合零价铁技术对汞的去除效率达到 99.99%（出水浓度< 0.005μg/L），硒的去除效率达 99.8%（出水浓度< 7μg/L）。此外，与生物处理等技术相比，其运行费用较低。但在目前，此技术还在工业化试验阶段，并未实际投入使用。

4.4 零排放技术

4.4.1 脱硫废水和飞灰混合

如果电厂的飞灰用于填埋处理，可将排放的脱硫废水用于飞灰的增湿，这有利于运输过程中减少粉尘的飞扬和容积。但若飞灰用于商用（如制砖、作为水泥添加

剂），则往往很难接受过高的 Cl−含量。

此外，此技术会使脱硫废水中的重金属转移到飞灰中，可能会影响飞灰的综合利用。

4.4.2 蒸发池

蒸发池是通过自然蒸发减少废水体积的一种方法，在美国有 10 余个电厂应用此技术进行脱硫废水的处理。蒸发池的处理效率取决于废水水量而非污染物浓度，因此适用于处理高浓度、总量少的含盐废水。此外，蒸发池处理废水成本低，适用于土地价格低的半干旱或干旱地区使用。但是此技术需要作防渗处理，且当废水处理量大时，所需土地面积增加，处理成本增加。

为了加快蒸发速率，减少蒸发池的面积，降低处理费用，蒸发的选址应考虑气象因素影响（相对湿度、温度、风速等），可以尝试 4 种加速蒸发的方法，即辅助风加速蒸发（WAIV）、湿浮动鳍、耐盐植物以及喷雾蒸发。