燃煤電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水經(jīng)常規(guī)中和、沉淀、絮凝、濃縮、澄清處理后，仍具有高含鹽量、強(qiáng)腐蝕性，回用途徑有限，不能達(dá)到脫硫廢水“零排放”要求。文中介紹了國(guó)內(nèi)電廠主要使用的脫硫廢水零排放技術(shù)———煙道噴霧工藝，主要包括預(yù)處理及軟化、廢水濃縮除鹽處理(纖維過(guò)濾、超濾、二級(jí)反滲透處理)以及煙氣余熱蒸發(fā)結(jié)晶(煙道噴霧)工藝，并提出了煙道噴霧工藝對(duì)脫硫裝置的影響。該工藝是一種火電廠脫硫廢水處理低成本零排放技術(shù)。
在全國(guó)已投運(yùn)的煙氣脫硫機(jī)組中，石灰石-石膏濕法脫硫是主要的脫硫方法，占 92%，而脫硫廢水處理是石灰石-石膏濕法脫硫處理的重點(diǎn)之一。
“十二五”期間，電力行業(yè)加大了燃煤電廠脫硫廢水治理和節(jié)能減排管理力度，國(guó)務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、國(guó)家三部委出臺(tái)《煤電節(jié)能減排與升級(jí)改造行動(dòng)計(jì)劃(2014—2020)年》，充分彰顯了國(guó)家全面實(shí)施廢水治理的決心和信心。如今水資源短缺日益突出，水資源已成為中國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題，因此積極推進(jìn)火電廠脫硫廢水“零排放”工作刻不容緩。
1 現(xiàn)有常規(guī)石灰石-石膏脫硫廢水處理工藝脫硫裝置漿液內(nèi)的水在不斷循環(huán)的過(guò)程中，會(huì)富集重金屬元素和Cl-等，一方面加速脫硫設(shè)備的腐蝕，另一方面影響石膏的品質(zhì)，因此，現(xiàn)有脫硫裝
置排放的廢水，進(jìn)入 FGD 廢水處理系統(tǒng)，經(jīng)中和、反應(yīng)、絮凝、沉淀等處理過(guò)程，上層清水達(dá)標(biāo)后回用或送至指定排放口排放，濃縮池底部污泥經(jīng)過(guò)板框壓濾機(jī)脫水，形成泥餅外運(yùn)?，F(xiàn)有常規(guī)石灰石-石膏脫硫廢水處理流程見圖 1。
圖 1 現(xiàn)有常規(guī)石灰石 - 石膏脫硫廢水處理流程
(1) 廢水中和
三聯(lián)箱由 3 個(gè)隔槽組成，每個(gè)隔槽充滿后自流進(jìn)入下個(gè)隔槽。在脫硫廢水進(jìn)入第 1 隔槽(中和箱)的同時(shí)加入一定量 5% 左右的石灰乳漿液，通過(guò)不斷攪拌，其 pH 值可從 5. 5 左右升至 9. 0以上。
(2) 重金屬沉淀
Ca(OH) 2 的加入不但升高了廢水的 pH 值，而且使 Fe3+?、Zn2+?、Cu2+?、Ni2+?、Cr3+?等重金屬離子生成氫氧化物沉淀。當(dāng) pH 值達(dá)到 9. 0 ～ 9. 5 時(shí)，大多數(shù)重金屬離子均形成了難溶氫氧化物。同時(shí)，石灰漿液中的 Ca2+?還能與廢水中的部分 F-反應(yīng)，生成難溶的 CaF2?;與 As3+?絡(luò)合生成 Ca3(AsO3?)2?等難溶物質(zhì)。此時(shí) Pb2+?、Hg2+?仍以離子形態(tài)留在廢水中，所以在第 2 隔槽(沉降箱)中加入有機(jī)硫化物(TMT -15)，使其與 Pb 2 + 、Hg 2 + 反應(yīng)形成難溶的硫化物沉積下來(lái)。
(3) 絮凝
經(jīng)前 2 步化學(xué)沉淀反應(yīng)后，廢水中還含有許多細(xì)小而分散的顆粒和膠體物質(zhì)，所以在第 3 隔槽(絮凝箱)中加入一定比例的絮凝劑 FeClSO 4 ，使它們凝聚成大顆粒而沉積下來(lái)。在廢水反應(yīng)池的出口加入助凝劑(PAM)，來(lái)降低顆粒的表面張力，強(qiáng)化顆粒的長(zhǎng)大過(guò)程，進(jìn)一步促進(jìn)氫氧化物和硫化物的沉淀，使細(xì)小的絮凝物慢慢變成更大、更易沉積的絮狀物，同時(shí)脫硫廢水中的懸浮物也沉降下來(lái)。
(4) 濃縮/澄清
絮凝后的廢水從反應(yīng)池溢流進(jìn)入裝有攪拌器的澄清/濃縮池中，絮凝物沉積在底部并通過(guò)重力濃縮成污泥，上部則為凈水。大部分污泥經(jīng)污泥泵進(jìn)入板框壓濾機(jī)進(jìn)行污泥脫水，小部分污泥作為接
觸污泥返回中和箱中，提供沉淀所需的晶核。上部?jī)羲ㄟ^(guò)澄清/濃縮池周邊的溢流口自流到出水箱，出水箱設(shè)置了監(jiān)測(cè)凈水 pH 值和懸浮物的在線監(jiān)測(cè)儀表，如果 pH 和懸浮物達(dá)到排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)則通過(guò)凈水泵外排，否則將其送回三聯(lián)箱繼續(xù)處理，直到合格為止。
2 現(xiàn)有脫硫廢水處理特點(diǎn)
現(xiàn)在大部分燃煤電廠都采用常規(guī)脫硫廢水處理工藝，該技術(shù)可去除懸浮物和大部分重金屬、氟化物。出水水質(zhì)可達(dá)到《火電廠石灰石-石膏濕法脫硫廢水水質(zhì)控制指標(biāo)》(DL/T997 - 2006)標(biāo)
準(zhǔn)。但系統(tǒng)出水仍具有含鹽量高、氯離子及氟離子含量高，以及含有痕量的重金屬的特點(diǎn)。但是常規(guī)的處理工藝不能脫鹽，廢水中還可能含有硒、硝酸鹽及有機(jī)物等成分不能通過(guò)常規(guī)處理工藝去除，高含鹽的廢水排到自然水體也會(huì)對(duì)水體造成一定污染，廢水處理后回用途徑有限，用于水力除灰渣系統(tǒng)、灰場(chǎng)噴淋等，并不能達(dá)到脫硫廢水“零排放”要求。
3 脫硫廢水零排放技術(shù)
廢水“零排放”是指脫硫廢水經(jīng)過(guò)重復(fù)使用后，將這部分含鹽量和污染物高濃縮成廢水全部回收再利用，無(wú)任何廢液排出工廠。國(guó)內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)“零排放”的電廠較少，主要原因是國(guó)內(nèi)起步晚，技術(shù)難度大、投資費(fèi)用較高。廢水“零排放”技術(shù)是在脫硫廢水進(jìn)行常規(guī)處理工藝的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)策略，其中煙道噴霧法是目前國(guó)內(nèi)主要使用的脫硫廢水零排放技術(shù)之一。
煙道噴霧法是利用泵送至除塵器前煙道，經(jīng)壓縮空氣將脫硫廢水在除塵器前煙道內(nèi)霧化，廢水中不溶物與鹽類與飛灰一起被除塵器捕集而達(dá)到不排廢水的目的，該方法投資較少，運(yùn)行成本較低，但是需要對(duì)鍋爐、汽機(jī)、脫硫設(shè)備、除塵設(shè)備、煤質(zhì)等進(jìn)行系統(tǒng)性的研究及核算，根據(jù)運(yùn)行參數(shù)、煙氣量、煙氣溫度等進(jìn)行詳盡的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，否則可能會(huì)對(duì)相關(guān)設(shè)備造成不利影響。
煙道噴霧技術(shù)主要包括預(yù)處理及軟化、廢水濃縮除鹽處理(纖維過(guò)濾、超濾、二級(jí)反滲透處理)以及煙氣余熱蒸發(fā)結(jié)晶(煙道噴霧)工藝。
3. 1?脫硫廢水預(yù)處理及軟化
經(jīng)過(guò)常規(guī)廢水處理系統(tǒng)出水仍具有含鹽量高、氯離子及氟離子含量高，以及含有少量重金屬的特點(diǎn)。由于除鹽處理超濾系統(tǒng)以及反滲透系統(tǒng)對(duì)硬度要求較高，防止膜結(jié)垢，因此需要進(jìn)一步對(duì)廢水進(jìn)行軟化處理。
軟化處理主要去除廢水中鈣鎂硬度，解決后續(xù)設(shè)備的結(jié)垢問(wèn)題，同時(shí)使大部分重金屬和 F 沉淀。石灰(或燒堿)-碳酸鈉軟化工藝在廢水軟化處理中較多用到，熟石灰提高了絮狀氫氧化鎂的沉降性能，帶入了更多 Ca 2 + 可形成硫酸鈣沉淀，大大降低出水硫酸根離子含量，部分脫硫廢水經(jīng)石灰碳酸鈉工藝軟化后含鹽量大大降低了。脫硫廢水預(yù)處理及軟化流程見圖 2。
圖 2 脫硫廢水預(yù)處理及軟化流程
預(yù)處理系統(tǒng)在原有常規(guī)廢水處理系統(tǒng)上進(jìn)行改造，首先在三聯(lián)箱前增加氧化箱，加入 NaCLO 去除廢水中的 COD、BOD。另外在中和箱和沉降箱中分別加入石灰(或燒堿)和碳酸鈉進(jìn)行軟化。
3. 2 脫硫廢水濃縮除鹽處理
預(yù)處理系統(tǒng)的出水在出水箱收集，用鹽酸調(diào)整pH 至中性，輸送至一級(jí)纖維過(guò)濾系統(tǒng)。纖維過(guò)濾系統(tǒng)可有效去除水體中的懸浮顆粒，使出水濁度降低到 5 度，之后出水進(jìn)入超濾系統(tǒng)，進(jìn)一步除去水中的懸浮微粒、膠體和微生物，使出水濁度降低到1 度，降低了除鹽模塊負(fù)荷、延長(zhǎng)了反滲透膜的使用壽命。超濾出水進(jìn)入二級(jí)反滲透系統(tǒng)，系統(tǒng)產(chǎn)水淡水 70% ～ 80% 以上回收利用至工藝水箱，20%～30%的濃水進(jìn)入煙道蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)。脫硫廢水除鹽濃縮流程見圖 3。
圖 3 脫硫廢水濃縮除鹽流程
反滲透單元組，運(yùn)行良好，回收率高達(dá) 60%;淡水作為工藝水回用，濃水隨煙氣回用于脫硫系統(tǒng)，可以做到脫硫廢水完全回收利用，減少了電廠水耗量，節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)電廠脫硫廢水“零排放”。
3. 3 煙氣噴霧蒸發(fā)結(jié)晶零排放單元
反滲透濃水進(jìn)入煙道蒸發(fā)器系統(tǒng)，采用霧化噴嘴將其霧化，噴入電除塵器和空預(yù)器之間的煙道蒸發(fā)器，利用煙道內(nèi)的高溫余熱煙氣將霧化后的濃水蒸發(fā)為水蒸汽，蒸氣隨除塵后的煙氣進(jìn)入脫硫塔，在脫硫塔的噴淋冷卻作用下，水分凝結(jié)進(jìn)入脫硫塔的漿液循環(huán)系統(tǒng);蒸發(fā)結(jié)晶物隨灰塵一起進(jìn)入電除塵器隨灰外排。
4?煙道噴霧工藝對(duì)脫硫裝置的影響
(1) 煙道噴霧對(duì)煙氣溫度的影響:煙道溫度一般在 120℃到 160℃左右，酸露點(diǎn)溫度一般在 90℃到 100℃左右。經(jīng)過(guò)煙道噴霧后，溫度降低嚴(yán)格控制在 5℃安全范圍內(nèi)(2. 2℃)，大大高于酸露點(diǎn)，而干燥的結(jié)晶物則隨粉煤灰一起在電除塵排出，不會(huì)對(duì)煙道及電除塵器造成腐蝕 。
(2) 煙道噴霧對(duì)除塵器的影響:反滲透產(chǎn)生的
濃水，經(jīng)過(guò)煙道蒸發(fā)結(jié)晶后，煙道溫度降低，煙氣濕度增加，降低粉煤灰的比電阻，提高除塵器的除塵效率 。
(3) 煙道噴霧對(duì)煙道的影響:反滲透產(chǎn)生的
20% ～30%的濃水，經(jīng)過(guò)煙道蒸發(fā)結(jié)晶后，不會(huì)接觸煙道壁，在一定距離內(nèi)可以完成蒸發(fā)，在煙道內(nèi)部不發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，同時(shí)也不會(huì)發(fā)生煙道積灰現(xiàn)象。
5 結(jié)論
脫硫廢水的常規(guī)處理方法雖然比較成熟，工藝流程、建設(shè)成本以及運(yùn)行費(fèi)用都比較低，但無(wú)法做到廢水零排放。煙氣噴霧蒸發(fā)結(jié)晶工藝采用鍋爐煙氣余熱對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)，處理系統(tǒng)極大簡(jiǎn)化，
廢水處理流程短，設(shè)備投資少，占地面積少，操作檢修簡(jiǎn)單;
利用鍋爐煙氣余熱對(duì)廢水進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，無(wú)需電廠其它熱源，屬余熱利用，整體運(yùn)行費(fèi)用低，不會(huì)產(chǎn)生新的固體廢物;
該工藝除鹽處理結(jié)合鍋爐煙氣余熱蒸發(fā)技術(shù)用于脫硫廢水零排放系統(tǒng)是以最簡(jiǎn)潔的工藝，真正實(shí)現(xiàn)了電廠脫硫廢水的“零排放”，為火電廠脫硫廢水處理提供了一種低成本零排放技術(shù)，可在適用條件的電廠加快推廣。
