火力发电厂脱硫废水处理工艺研究进展

火力发电厂脱硫废水处理工艺研究进展
在处理燃煤电厂脱硫烟气时会产生一定量的废水，该废水的水质成分比较复杂，不同地区所产生燃煤的品质不同所对应的脱硫废水组分也会有变化，因此，针对不同的废水有不同的处理方法。

介绍了目前脱硫废水常规处理和深度处理方法，并简述了各处理方法的优缺点和适用范围，并对脱硫废水处理工艺进行展望及改进建议。

标签：脱硫废水；处理方法；零排放
0 引言
我国是一个以火力发电为主的国家，2017年煤电发电量38803亿千瓦时，占全国发电量的60.5%。

由此可见，燃煤发电仍然是我国发电的主体方式，燃煤发电会产生大量的SO2和粉尘，且SO2是造成酸雨的主要大气污染物，因此需要对燃煤电厂所排放的烟尘进行严格控制。

我国常用的脱硫技术是湿法中的石灰石—石膏法，该工艺是脱硫技术中最成熟的工艺，具有脱硫效率高、脱硫反应速度快、运行成本低、石膏利用效率高等优点。

但此工艺所产生的废水水质成分复杂，直接排放会对周围生态环境造成严重影响。

因此，本文对脱硫废水的来源、水质特点以及工艺进行综述，重点将从脱硫废水传统处理工艺和深度处理技术对脱硫废水进行探讨。

1 脱硫废水来源
脱硫废水主要是指燃煤电厂对燃煤烟气进行石灰石—石膏法脱硫时，为了维持装置内浆液循环系统物质的平衡，防止烟气中部分可溶离子会对设备运行及石膏质量产生影响，例如氯离子，当其浓度过高会对吸收塔和结构具有腐蚀性，因此必须从系统中排放一定量的废水。

废水主要来源于石膏脱水系统离心机或浓缩器的溢流液、压滤机脱水的滤液或清洗废水。

脱硫废水中含有大量的重金属及无机盐，若是脱硫废水不经处理直接排放是不符合国家的环保要求，不但会对环境造成严重污染，还会造成水资源的浪费。

2 脱硫废水的水质特点
脱硫废水水质特点及可能带来的一些影响如下表1所示：
3 脱硫废水的传统处理工艺
火力发电厂所产生的脱硫废水水量相对较小，但由于废水成分复杂，含有大量的第一类污染物，如果不进行处理直接排放，会对周边环境产生难以修复的影响。

3.1 化学沉淀法
目前国内外处理脱硫废水常采用化学沉淀法[1]。

化学沉淀法又俗称为三联箱处理工艺，该工艺主要包括中和沉淀、絮凝、澄清等几个主要过程。

中和沉淀是用来调节脱硫废水中的pH，通过pH自动控制仪控制中和剂的投加量，调节废水pH值至8～9。

一般常用的碱性中和剂为氢氧化钙、氢氧化钠等，中和沉淀的机理是通过先后投加中和剂和硫化物，通过化学反应生成氢氧化物沉淀和硫化物沉淀。

絮凝澄清阶段，通过絮凝作用去除水中的悬浮物和中和沉淀阶段所形成的沉淀。

常使用的絮凝剂为铁盐和高分子絮凝剂；通过絮凝处理的废水直接进行澄清处理，通过重力沉降作用，去除絮凝体，上清液达标后排放，对于池底的污泥进行脱水浓缩处理。

但目前化学沉淀法仍存在诸多不足：脱硫废水进水稳定性差，加药量不好控制，过少过多都会造成反应不完全且浪费；投资成本大，产生大量化学污泥；氯离子浓度不能达到环保要求，且对部分重金属的去除效果较差[2]。

3.2 流化床法
流化床法是Krüger发明的一种处理脱硫废水的方法，且在AvedΦre电厂运行取得较好效果[3]。

该工艺主要由脱硫废水调节池、流化床和循环池3部分组成，以石英砂作为流化床填料。

流化床法主要原理是废水通过具有载体填料的流化床时，其中的重金属离子会与附着在其填料表面的二氧化锰、氢氧化铁等发生吸附作用，从而达到去除的目的。

该方法工艺流程简单，设备稳定性高，重金属去除率高，藥剂添加量少。

3.3 排至水力除灰系统
这种处理方法一般只作为具有水力除灰系统电厂的脱硫废水的事故应急处理措施[4]。

特点是废水不需要进行处理，而是直接排放至水力除灰系统。

该方法运行操作简单，投资较小，且酸性废水可以和除灰系统中碱度浆液进行中和。

此外，脱硫废水水量对于浆液量来说较少，因此，影响也较小。

但是，此方法也存在一些缺陷，将废水排放至水力除灰系统会造成系统中氯离子的富集，氯离子浓度过高会加速设备的腐蚀。

废水中还含有大量的钙镁等离子，使管道内结垢现象严重。

4 脱硫废水的深度处理工艺
4.1 膜分离技术
膜分离技术处理脱硫废水的原理是通过具有选择透过性的半透膜对废水中的组分进行选择性分离，从而降低废水中污染物的浓度。

在废水处理上，悬浮固体、胶体等大分子物质会通过超滤被截留下来，而其中的无机盐、有机物等小分子则是能直接通过，不能被去除。

反渗透是一种有效的且常用的脱盐技术，但也受污染物浓度、pH值以及温度等的影响。

对于微滤处理废水，Enoch等人提出需要对废水进行混凝沉淀预处理，然后再进行深度处理[5]。

处理结果表明，该方法对脱硫废水处理效果好，能够满足废水排放标准，且微滤膜法工艺流程简单，操作方便。

该方法还存在一些缺陷：钙、镁等易结垢物质易污染微滤膜，造成堵塞，微滤膜价格较高，利用此工艺处理脱硫废水会大大增加工厂处理废水的费用。

4.2 烟道蒸发技术
美国Bailly 电厂采用了烟道蒸发技术处理废水[6]，烟道蒸发技术是指将废水通过一定的速度喷射到烟道内，废水在喷射过程雾化，然后在烟道高温的条件下被加热后迅速蒸发汽化，其中的悬浮物和可溶性固体在液体被蒸发后形成小的固体颗粒，然后通过气流携带作用进入除尘器从而被去除，最终实现脱硫的废水近零排放处理。

该方法的优点为：设备及操作简单，投资费用小，占地面积小；废水中的污染物直接进入除尘器被去除，无需进行污泥处理。

这个方法在发达国家有较多的应用案例，但是在国内之所以很少有工厂用这个技术，是因为烟道蒸发工艺中存在许多问题，例如运行不稳定、废水组分不同对于烟气内的污染物组分有影响，对后续处理也会产生影响，并且污染物可能会在烟道内壁吸附从而引起烟道腐蚀等问题[1]。

4.3 蒸发结晶技术
蒸发结晶技术是目前零排放处理最常用的技术之一，蒸发结晶处理的基本原理为：废水进入蒸发器通过蒸汽或者其他方式加热至沸腾，废水中的水分逐渐蒸发，水蒸气经冷却后重新凝结成水而重复利用，废水中的污染物被截留在残液中，随着水分的减少，浓度越来越高，最终以晶体形式析出[1]。

蒸发结晶的技术核心是蒸发，目前国内外普遍的蒸发技术主要有多效蒸发（MEE）、热力蒸汽再压缩蒸发（TVR）、机械蒸汽再压缩蒸发（MVR）以及降膜式机械蒸汽再压缩循环蒸发等。

这几种技术的比较如下表2所示[7]：
4.4 吸附处理技术
吸附法是指利用固体吸附剂与废水接触，利用吸附剂的选择性吸附作用将水中的污染物吸附于表面，再通过固液两相分离达到净化水质的方法，分离出来的吸附剂还可以再生或者更新，重新使用。

吸附法可以既有效又环保地用于废水中重金属离子的去除。

常用的吸附剂有活性炭、吸附树脂、分子筛等，分子筛具有较高的吸附选择性和吸附能力；吸附树脂化学稳定性好，品种多，但是价格较贵；活性炭抗腐蚀、吸附稳定性强且吸附效果好，可以较好地去除废水中的重金属离子[8]，但也存在成本较高、使用寿命短且再生较难等不足。

对于像燃煤电厂脱硫废水这种重金属离子浓度较高的废水，直接使用吸附法处理脱硫废水会存在吸附劑量较大、费用较高、废水中悬浮物较高影响吸附效果等一系列问题。

因此，可以先通过其他方法（如物化法）预处理，待重金属离子浓度降低后，再使用吸附剂进一步去除预处理后未达标的重金属或其他可通过吸附处理的离子，从而以达到理想的处理效果。

5 结论
我国在对脱硫废水的处理上多采用的是物化法，但随着环保要求的提高，化学沉淀法所处理的废水不再满足环保要求，深度处理中烟道蒸发处理技术存在许多不定因素影响，膜处理技术、蒸发结晶工艺虽已成熟，但是其投资及运行成本较高，且设备维护比较难。

但是如果能够在现有的基础上，通过对物化工艺进行改进或增加一些，解决传统脱硫废水系统中水质不达标或者达标不稳定、污泥固化困难、建设运行成本高等问题，也不失为一种解决脱硫废水零排放的方法。

参考文献：
[1]刘海洋，江澄宇，谷小兵等.燃煤电厂湿法脱硫废水零排放处理技术进展[J].环境工程，2016，34（04）：33-36.
[2]叶春松，黄建伟，刘通等.燃煤电厂烟气脱硫废水处理方法与技术进展[J].环境工程，2017，35（11）：10-13.
[3]Nielsen P B，Christensen T C，Vendrup M.Continuous removal of heavy metals from FGD wastewater in a fluidized bed without sludge generation[J].Water Science & Technology，1997，36（2-3）：391-397.
[4]成波，王红萍.石灰石-石膏湿法烟气脱硫废水处理工艺研究进展[J].工业用水与废水，2016，47（01）：5-8.
[5]Enoch G D，Spiering W，Tigchelaar P，et al.Treatment of Waste Water from Wet Lime （Stone）Flue Gas Desulfurization Plants with Aid of Crossflow Microfiltration[J]. Separation Science，1990，25（13-15）：1587-1605.
[6]Brown J R.Pure air’s advanced flue gas desulfurization clean coal project[J].Environmental Progress & Sustainable Energy，2010，17（03）：173-182.
[7]李玉，张乔，王群.蒸发结晶工艺在火电厂脱硫废水零排放中的应用[J].水处理技术，2016（11）：121-122.
[8]Tamer M.Alslaibi，Ismail Abustan，Mohd Azmier Ahmad，et al.Preparation of Activated Carbon From Olive Stone Waste：Optimization Study on the Removal of Cu2+，Cd2+，Ni2+，Pb2+，Fe2+，and Zn2+ from Aqueous Solution Using Response Surface Methodology[J].Journal of Dispersion Science & Technology，2014，35（07）：913-925.
*为通讯作者。