燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术研究进展

燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术研究进展

为了实现国家对烟气超低排放的要求，国内大多数燃煤机组均加装了烟气脱硫系统。在诸多脱硫技术中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术由于脱硫效率高和适应性强等优点得到了最广泛的应用，据统计全国约有90%以上的燃煤电厂均采用了该技术，其工作原理是通过吸收浆液与烟气的充分接触，将烟气中的二氧化硫吸收转化为石膏。在系统运行过程中，随着浆液的循环使用，其盐含量和杂质含量逐渐增大，为了防止对相关设备和管道造成腐蚀，需定期排出废液将氯离子浓度控制在20000mg/L以下，由此产生了成分复杂和处理难度大的脱硫废水。该废水的水质较为复杂，受机组燃煤品质、石灰石品质、脱硫系統设计及运行、脱硫塔前污染物控制设备以及脱水设备等多种因素的影响，一般呈弱酸性，氯离子和悬浮物含量极高（分别能达到1万～2万mg/L和数万mg/L），且含有多种有害重金属（如Hg、Pb、Cr、Cd等），直接排放会对生态环境造成严重的污染。

标签：燃煤电厂;脱硫废水;处理技术;发展趋势

1、传统处理技术

早期国家对燃煤电厂脱硫废水处理的限制较少，传统的处理工艺较为粗放，主要有煤场喷洒、灰场喷洒与水力冲灰等。煤场喷洒和灰场喷洒是出于安全和抑尘等目的将脱硫废水喷洒入煤场和灰场，在实际应用中存在废水用量小的问题，其次由于工艺未对污染物本身进行任何处理，在其转移过程中容易对周边环境造成一定的污染。水力冲灰是将脱硫废水混入水力除灰系统，能同时对灰分起到输送和中和作用，但该工艺不能用于气力清灰等类型机组，对废水的用量较少，难以消纳每小时数吨甚至十余吨的新生废水，而且由于氯离子含量高，会对相关的金属管道造成一定的腐蚀。

2、脱硫废水处理技术

为了保证石膏品质和脱硫系统稳定运行，需要排放一定量的脱硫废水以严格控制氯离子浓度<2×104mg/L。以尚未投入生产的工程进行参考，比较常用的处理技术，即混凝沉淀法、废水回用法、预处理+浓缩结晶+固体废物处理法、烟道处理法、微滤/超滤+反渗透法用于实际工程的优缺点，选出最经济高效的废水处理技术。

2.1混凝沉淀法

混凝沉淀法（俗称三联箱工艺）是传统的物理化学法，主要由中和、沉淀、絮凝、澄清4部分构成。

具体工艺过程：（1）中和。通过在中和箱中加入石灰乳或其他碱性化学试剂，使pH值升高到9.0～9.5之间，锌、镍、铬等重金属离子可以生成难溶氢氧化物。同时，石灰乳浆液中的钙离子与废水中的氟离子生成难溶的氟化钙。（2）沉淀。

通过在沉淀箱中加入有机硫化物，可以使铅离子、汞离子反应生成难溶硫化物沉淀。（3）絮凝。通过在絮凝箱中加入絮凝剂，可以使胶体颗粒与悬浮物颗粒凝聚成较大颗粒，助凝剂的加入可以强化絮凝，促进氢氧化物和硫化物的沉淀过程。（4）澄清。絮凝后的废水进入澄清池中澄清。澄清池上部分是净水，通过pH 调节达标后可直接外排;沉积在澄清池底部的是污泥，大部分污泥经过压滤后形成泥饼，被外运集中处理，小部分污泥作为接触污泥继续返回中和箱。

采用混凝沉淀法可对脱硫废水中的重金属、悬浮物以及氟离子等污染物进行有效去除，但对于钙离子、氯离子、硫酸根离子等溶解性物质去除效果不佳。此外，该技术药物消耗大，运行成本高，若火电厂的燃煤来源发生变化，则该技术会表现出较差的适应性。

2.2废水回用法

废水回用法可用于煤场喷洒或水力冲灰及除渣系统

2.2.1用于煤场喷洒或水力冲灰

将脱硫废水喷洒进煤堆，煤含水率增量小，不影响煤的燃烧性能，但所含盐分因水分蒸发而结晶，会导致锅炉设备的腐蚀。此外，水力除灰系统也可掺和少量废水。由于脱硫废水的含量<灰水量，其对灰水的成分影响小，故该法不适于采用气力除灰的电厂。

为了减少扬尘，湿化飞灰是一种将脱硫废水喷洒到飞灰中的节水做法。随着飞灰逐渐采用干态运输，该法也逐渐被淘汰。

2.2.2用于除渣系统

将脱硫废水作为补给水引入除渣系统，高温炉渣含有大量碱性氧化物，能够与呈酸性的脱硫废水进行中和反应，沉淀废水中的重金属离子。炉渣可吸附废水中的悬浮物及金属氢氧化物沉淀，脱硫废水蒸发结晶过程所需的热量也可以直接从炉渣废热中获取一部分。但此法会引起系统堵塞，设备及管道腐蚀问题。

2.2.3废水回用法的特点

以上2种废物回收利用方式均高效节能，但目前绝大多数电厂干灰利用良好，缺乏煤场喷洒、水力冲灰的实施条件。基于上述原因，脱硫废水的回用处理法只能消耗少量的脱硫废水。

2.3预处理+蒸发结晶+固体废物处理法

蒸发结晶法是利用蒸发器对脱硫废水进行浓缩，得到的浓缩水在结晶干燥后形成固体盐，得到的产品水可直接进行回用。蒸发结晶法对废水水质和燃煤品种的适应性较广，目前应用也较多。

国内的河源电厂和恒益电厂均采用蒸发结晶工艺处理脱硫废水，不同的是河源电厂在蒸发器前设置了预处理系统，通过投加石灰、碳酸钠2级软化，再加上沉淀和澄清处理，使得最终得到的结晶盐成分较纯，可作为商品盐出售。此外，增加预处理系统可显著降低设备结垢的可能性，从而减少设备维护费用。

预处理系统的设置为后续处理工艺正常进行打下了良好的基础，常用的预处理方法包括石灰软化法、碳酸钠软化法和离子交换法。西安热工院采用石灰-苏打2级化学沉淀预处理工艺，使得钙、镁离子的含量满足蒸发结晶进水水质要求。华能长兴电厂采用软化预处理+反渗透+正渗透+MVR立式降膜蒸发器+强制循环结晶的组合工艺，脱硫系统稳定运行数年，可实现零排放。

2.4烟道处理法

烟道处理法的原理是将脱硫废水送至空气预热器与电除尘器之间的烟道内，使用雾化喷嘴将脱硫废水雾化，高温烟气产生的热量能够蒸发废水液滴，蒸发后残留的固体物质随飞灰一起被电除尘器收集。该法工艺简单、投资与占地较少，具有极高的节能和环保价值。但需要严格控制废水在烟道内的蒸发过程，确保其在进入除尘器电极前完全蒸发，否则会腐蚀除尘器电极板，减少除尘器的使用寿命。实际运行中，烟气湿度增大可能会导致除尘器板结、烟气排放温度过低等问题。

按照蒸发位置的不同，烟道蒸发技术可分为低温烟道蒸发技术和高温烟道旁路蒸发技术。低温烟道蒸发技术采用空气预热器后的低温烟气为废水蒸发热源，不会影响到机组煤耗。但其运行风险大，容易引起烟道结垢、腐蚀等问题。高温烟道旁路蒸发技术利用高温烟气余热将水分蒸发，产生的结晶盐和固体杂质能够返回至主烟道，最终被电除尘器捕捉。脱硫废水高温旁路烟气蒸发系统结构简单，可以实现液滴的完全高效蒸发，对主烟道的影响较小。

2.5超滤/微滤+反渗透法

由于反渗透工艺对入口水的SDI指数要求<4～5，选择超滤/微滤作为反渗透的预处理工艺，可提高进水水质，为后续处理提供保障。经三联箱处理后的脱硫废水，由澄清池进入超滤/微滤膜，可以截留剩余的悬浮物和金属化合物。与传统的蒸发结晶技术相比，反渗透膜脱盐率达到90%以上，有的甚至高达98%。反渗透设备工艺简单且自动化监测程度高，当超滤膜、微滤膜、反渗透膜出现问题时，也可单独进行更换，操作较为方便。当膜的产水能力降低时，说明此时出现了膜污染及膜堵塞，需要定期进行清洗或采取离线清洗。

3、结语

处理燃煤电厂脱硫废水的主要难点包括废水污染组分差别大、水量波动大、硬度高易结垢及氯离子浓度高易腐蚀等。近年来，许多学者在零排放处理技术方面进行了大量的研究，随着组合工艺的开发与新技术路线的提出，脱硫废水的近