電廠煙氣脫硫廢水零排放是行業(yè)的熱點和難點問題。本文通過脫硫廢水水質(zhì)特性分析，集成預(yù)處理、深度處理、預(yù)濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶模塊建立了脫硫廢水零排放工藝，并進行了每天25m3的中試試驗。

結(jié)果表明：該工藝各模塊可優(yōu)勢互補，高效穩(wěn)定運行，實現(xiàn)脫硫廢水零排放;由預(yù)沉池和序批式反應(yīng)器構(gòu)成的預(yù)處理模塊通過投加石灰、氫氧化鈉、碳酸鈉和絮凝劑，實現(xiàn)了懸浮物、硬度、有機物和重金屬的同步去除，懸浮物、Ca2+、Mg2+和有機物去除率分別達到97.3%、38.1%、98.5%和74.3%;

深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元，能夠高效截留二價離子和有機物，納濾單元出水Ca2+、Mg2+和硫酸鹽質(zhì)量濃度分別為5.2、0.4、84.3mg/L，降低了膜結(jié)垢風(fēng)險，并保證了工業(yè)鹽品質(zhì);經(jīng)電滲析單元、離子交換單元與蒸發(fā)結(jié)晶后，所得工業(yè)鹽純度達到《工業(yè)鹽國家標準》(GB5462—2015)中二級工業(yè)濕鹽的要求。

目前，燃煤電廠提供全球電力的41.3%，而我國2017年煤電裝機總量約為10.2億kW，占發(fā)電裝機總量的58%。由于絕大多數(shù)的SO2排放來源于燃煤鍋爐，因此燃煤發(fā)電廠必須配備SO2脫除裝置。

在各種煙氣脫硫技術(shù)中，石灰/石灰石-石膏法因其脫硫效率高、可靠性高、適應(yīng)性強和成本低等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。

考慮到設(shè)備防腐和石膏質(zhì)量的需求，應(yīng)定期從脫硫系統(tǒng)排出一定量的廢水，以保證氯化物和重金屬濃度低于設(shè)計水平。排出的脫硫廢水普遍具有pH值低，懸浮性固體(SS)、氯化物、硬度離子濃度高，且含有多種重金屬的特點。

由于脫硫廢水中大部分污染物為國家環(huán)保標準中要求嚴格控制的污染物，直接外排會產(chǎn)生新的污染，且脫硫廢水硬度高，毒性、腐蝕性和結(jié)垢性強，廢水排放也會影響設(shè)備的正常運行。

2015年出臺的《水污染防治行動計劃》明確對電廠廢水處理提出零排放要求，其中，作為全廠廢水梯級利用的終點，煙氣脫硫廢水資源化利用是實現(xiàn)零排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

由中和、絮凝、沉淀和澄清單元組成的傳統(tǒng)脫硫廢水處理系統(tǒng)存在處理效率低、調(diào)控難度高、無法去除氯離子等問題，難以達到當(dāng)前零排放的要求。

目前，公開報道的脫硫廢水零排放工程主要有廣東河源電廠、佛山三水恒益火力發(fā)電廠和浙江浙能長興發(fā)電有限公司，分別采用以多效蒸發(fā)、機械蒸汽再壓縮蒸發(fā)和正滲透技術(shù)為核心的處理工藝。

然而，運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性是現(xiàn)有脫硫廢水零排放系統(tǒng)面臨的難題，已有報道也缺乏長期運行數(shù)據(jù)的支撐。

本文將針對脫硫廢水特性以及環(huán)保需求，開發(fā)運行穩(wěn)定、效果良好的廢水零排放工藝技術(shù)，并通過中試試驗長期運行數(shù)據(jù)驗證其穩(wěn)定性，為脫硫廢水零排放提供工藝路線借鑒和技術(shù)支撐。

1脫硫廢水水質(zhì)特性

中試試驗用脫硫廢水取自華能國際電力股份有限公司江蘇南通發(fā)電廠煙氣脫硫系統(tǒng)廢水旋流器出水，水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

表1江蘇南通發(fā)電廠脫硫廢水水質(zhì)數(shù)據(jù)

由表1可知：脫硫廢水水質(zhì)特點為懸浮物含量高且顆粒粒徑小，主要成分為灰分、惰性物質(zhì)、絮凝沉淀物等;硬度高易結(jié)垢，水中Ca2+、Mg2+、SO42-質(zhì)量濃度高，處于過飽和狀態(tài);鹽分及氯離子濃度高，pH值較低，呈弱酸性，對設(shè)備、管道有腐蝕性;含Cr、Hg、Cd、Zn等重金屬以及少量有機物，組分變化大，水質(zhì)復(fù)雜。

2脫硫廢水零排放系統(tǒng)

2.1工藝流程

圖1為脫硫廢水零排放工藝流程示意。

圖1 脫硫廢水零排放工藝流程示意

該工藝流程可劃分為四大模塊：

1)預(yù)處理模塊包括預(yù)沉淀池、序批式反應(yīng)器(反應(yīng)器)、多介質(zhì)過濾器和中和池;

2)深度處理模塊包括過濾器、超濾(微濾)和納濾單元;

3)預(yù)濃縮模塊包括電滲析、反滲透(也可采用正滲透或高壓反滲透)、離子交換單元;4)蒸發(fā)結(jié)晶模塊。在四大模塊中，預(yù)處理模塊是后續(xù)運行的重要保障，也是固體物質(zhì)和硬度集中排放的子系統(tǒng)，對其進行優(yōu)化設(shè)計是脫硫廢水零排放系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

脫硫廢水零排放技術(shù)預(yù)處理模塊工作內(nèi)容為：

脫硫廢水首先經(jīng)過水泵進入預(yù)沉池，通過投加石灰和聚丙烯酰胺(PAM)加速懸浮物沉降，降低出水濁度;預(yù)沉池出水進入反應(yīng)器，同步投加NaOH和Na2CO3，控制pH值大于11，以保證Ca2+和Mg2+的高效去除;以Mg(OH)2和CaCO3為主要成分的沉淀物在反應(yīng)器沉淀區(qū)底部濃縮外排，上清液進入中和池，投加HCl中和至弱酸性，以控制有機物和Ca2+在納濾膜表面沉積，減緩膜污染。

深度處理模塊工作內(nèi)容為：中和池出水經(jīng)雙介質(zhì)過濾器去除懸浮物后，進入納濾單元去除二價離子和有機物;納濾單元濃水排放至預(yù)沉池，淡水進入電滲析單元。

預(yù)濃縮模塊工作內(nèi)容為：電滲析單元濃水進入離子交換單元，將水中殘留的Ca2+、Mg2+和SO42-置換為Na+和Cl-，為提高最終產(chǎn)品工業(yè)鹽的純度而控制最理想的NaCl濃度，滿足后續(xù)蒸發(fā)結(jié)晶或資源化的要求并降低運行成本。電滲析淡水經(jīng)過反滲透進一步提純后可作為脫硫廢水零排放系統(tǒng)工藝水使用，也可作為脫硫塔補水。

2.2示范工程技術(shù)參數(shù)

通過工藝技術(shù)耦合集成優(yōu)化，在華能國際電力股份有限公司南通電廠構(gòu)建了每天處理水量25m3的脫硫廢水零排放處理工藝中試試驗示范工程。

該中試試驗建于2015年6月，8月調(diào)試運行，于10月至次年4月連續(xù)穩(wěn)定運行。在連續(xù)穩(wěn)定運行階段，對脫硫廢水零排放系統(tǒng)進出水水質(zhì)進行了32天連續(xù)監(jiān)測，并對最終產(chǎn)品—工業(yè)鹽進行了分析。脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2?脫硫廢水零排放示范工程各單元主要技術(shù)參數(shù)

3脫硫廢水零排放出水水質(zhì)特性

3.1各單元出水水質(zhì)分析

圖2為脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度變化情況。

圖2脫硫廢水零排放工藝各單元出水pH值和濁度

由圖2a)可知：預(yù)沉池和反應(yīng)器出水pH值分別為7.0±0.1和11.9±1.1;本研究為了保證中試試驗系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，在中和池加入鹽酸控制納濾進水偏酸性，納濾單元進出水以及離子交換單元pH值無顯著變化，實際工程中，納濾單元進水pH值宜根據(jù)實際運行情況和納濾膜廠家要求進行調(diào)整，以降低運行成本;電滲析單元濃淡水pH值分別上升為3.6±1.0和4.5±0.7，這是由于電滲析單元陰膜表面極化，造成水離解成H+和OH-，H+穿透膜進入濃水室，故淡水pH值高于濃水。

由圖2b)可知：預(yù)沉池出水濁度為(9.2±0.8)NTU;由于反應(yīng)器中存在CaCO3和Mg(OH)2，部分懸浮物與沉淀物凝聚沉降，濁度進一步降低，雖然反應(yīng)器出水含有少量Mg(OH)2膠體，造成濁度波動，但濁度總體穩(wěn)定在(1.6±1.9)NTU，去除率為82.6%;納濾單元進水和出水濁度分別為(0.6±0.2)、(0.2±0.1)NTU，去除率為66.7%，納濾單元進水濁度波動較大，而出水濁度穩(wěn)定，可見納濾膜起到了重要的截留作用;離子交換單元出水濁度為(0.3±0.1)NTU，符合電滲析單元的進水要求(≤0.3NTU)。