關(guān)于燃煤電廠脫硫廢水零排放處理工藝的探討
摘要：煤炭是我國目前使用最多的化石能源，煤炭燃燒會產(chǎn)生一些污染氣體，如SO2等，需進(jìn)一步脫除，脫除后的廢水中含有重金屬的成分，導(dǎo)致污水不能達(dá)標(biāo)排放。為此，本文通過對脫硫過程中廢水的來源、處理方法和后處理過程進(jìn)行了分析介紹，并結(jié)合電廠的實際運行數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。可以看出，對低硫燃煤電廠而言，可采取物理化學(xué)方法進(jìn)行廢水處理，在實現(xiàn)廢水處理的同時實現(xiàn)廢水的再次利用。
關(guān)鍵詞：燃煤電廠;脫硫廢水;零排放處理工藝
引言
燃煤電廠脫硫廢水水質(zhì)特性十分復(fù)雜，隨著燃煤機組排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，脫硫廢水零排放將是繼煙氣超低排放后下一個火電環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。分預(yù)處理、濃縮減量、尾水固化三個環(huán)節(jié)介紹燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術(shù)工藝。
1發(fā)電廠脫硫系統(tǒng)廢水的產(chǎn)生及對其進(jìn)行處理的必要性
目前，電廠采用的主要脫硫方式是濕法脫硫工藝，在工藝中產(chǎn)生大量含有金屬離子的廢水，如果不經(jīng)處理排放到環(huán)境中，會產(chǎn)生污染。因此，對于脫硫廢水的處理具有重要的現(xiàn)實意義。在進(jìn)行濕法工藝處理煙氣中的SO2時，為了維持脫硫裝置的漿液循環(huán)物質(zhì)的平衡性，防止煙氣中氯濃度超標(biāo)并保證石膏的質(zhì)量(石灰—石膏法工藝)，需要從脫硫系統(tǒng)中排放一定濃度的廢水。排放的廢水中含有懸浮物、過飽和亞硫酸鹽、硫酸鹽及重金屬。燃煤中的元素除了C、H、O、N、S外，還存在痕量的重金屬元素，如Cr、Ni、Hg、As、Pb等。煤中的元素隨著燃燒作用最終進(jìn)入煙氣中，雖然煙氣經(jīng)過除塵器，但由于目前的除塵系統(tǒng)對于痕量物質(zhì)的脫除效率有限，因此最終這些金屬元素會進(jìn)入脫硫塔中，在煙氣與漿液的接觸過程中，金屬元素溶解到漿液中，因此，廢水中存在金屬元素。由于金屬離子在環(huán)境中沒有自凈和生物降解的能力，容易在生物體內(nèi)累積，對生物體的正常生命活動產(chǎn)生威脅。因此，需要對脫硫廢水進(jìn)行處理，使得其各項指標(biāo)都達(dá)到排放要求，緩解環(huán)境的壓力。
2脫硫廢水零排放技術(shù)
廢水零排放處理工藝是多種技術(shù)的組合。一般可按照介質(zhì)流向?qū)U水零排放工藝分為預(yù)處理單元、濃縮減量單元和尾水固化單元。
2.1預(yù)處理單元
預(yù)處理單元的作用是對廢水進(jìn)行簡單的初步處理，使廢水水質(zhì)滿足后續(xù)處理對水質(zhì)的要求，以保障后續(xù)單元正常運行。預(yù)處理單元最基本的作用是去除水中大塊不溶性固體以及小粒徑懸浮物。為了滿足某些后續(xù)處理單元對水質(zhì)pH值以及離子組成的要求，預(yù)處理單元通常還具有調(diào)節(jié)pH值、軟化水質(zhì)，有時為了減輕后續(xù)單元處理壓力，還會在預(yù)處理單元去除一部分還原性溶解性組分。常見的預(yù)處理方法有兩類：一是化學(xué)沉淀法;二是電絮凝法。化學(xué)沉淀法主要包括加藥中和、混凝沉淀、澄清過濾等工序。由于在實際工程應(yīng)用中，中和、反應(yīng)和絮凝過程需要提供較大的容器，因此通常將中和箱、反應(yīng)箱和絮凝箱稱為“三聯(lián)箱”，化學(xué)沉淀法也常稱“三聯(lián)箱”化學(xué)沉淀法。根據(jù)加藥步驟中所加藥品的類型，預(yù)處理技術(shù)又可分為不軟化、半軟化和全軟化三種。常用的軟化方式包括石灰-碳酸鈉、石灰-硫酸鈉-碳酸鈉、氫氧化鈉-碳酸鈉、石灰-硫酸鈉(部分軟化)等方式。其中，氫氧化鈉-碳酸鈉、石灰-硫酸鈉-碳酸鈉、石灰-碳酸鈉方式水質(zhì)軟化完全，但藥劑費用高。石灰-硫酸鈉方式可降低軟化成本，節(jié)約50%的費用。綜合軟化成本和處理效果考慮，軟化工藝通常優(yōu)選“石灰+硫酸鈉”法，在廢水水質(zhì)鈣低([Ca2+]<800mg/L)、需要回收硫酸鎂條件下，通常采用單一硫酸鈉軟化法。對于過濾步驟，為了提高過濾效率、減少占地面積，出現(xiàn)了新型緊湊式過濾裝置，其中以管式微濾方法最具代表性。
電絮凝是一種運用電解和電混凝原理去除廢水中有毒有害物質(zhì)的方法。
相比化學(xué)沉淀法，電絮凝方法綜合了電解和絮凝沉淀的優(yōu)點，能以較小的加藥量、較低的耗電量以及較小的占地面積顯著降低廢水的總固態(tài)懸浮物(TSS)、化學(xué)需氧量(COD)和總氮水平，可去除水中75%～99%的總有機成分(TOC)，且無論進(jìn)水負(fù)載高低，電絮凝設(shè)備都可以依據(jù)排放或其他用途要求搭配最終深度凈化處理的設(shè)備成為完整的系統(tǒng)。
除化學(xué)沉淀和電絮凝外，有研究者提出鐵氧微晶體方法用以去除廢水中的重金屬組分和部分有機物。該方法利用單質(zhì)鐵的還原性，將高價態(tài)的污染物還原轉(zhuǎn)化去除，并利用生成的鐵氧化物，吸附、包裹和夾帶作用去除水中的各種重金屬，并進(jìn)行晶格固化穩(wěn)定。該技術(shù)對廢水中重金屬、砷、硒等具有顯著的去除效果，出水濃度遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。該技術(shù)投資成本略低于三聯(lián)箱系統(tǒng)，可在現(xiàn)有三聯(lián)箱系統(tǒng)基礎(chǔ)上加以改造，目前該技術(shù)的工程示范正在開展。
2.2濃縮減量單元
濃縮減量單元的作用是將廢水進(jìn)行高倍率濃縮，為末端處理單元提供濃縮液，同時產(chǎn)出大量相對潔凈的出水。和預(yù)處理單元從廢水中去除污染物的思路不同，濃縮減量單元采用從廢水中提取水分子的思路。濃縮減量單元是廢水零排放工藝中實現(xiàn)廢水減量化最核心的單元，這一單元的濃縮效率及能耗，將直接決定整套廢水處理工藝的技術(shù)經(jīng)濟性。濃縮減量方法可根據(jù)廢水含鹽量大致分為熱法(適用廢水含鹽量為15%～20%)和膜法(適用廢水含鹽量為5%～8%)，也有案例采用抑塵、拌干灰等消耗性減量方法。熱法包括多效蒸發(fā)(Multipleeffectdesalination，MED)、機械式蒸汽再壓縮(Mechanicalvaporrecompression，MVR)、蒸汽熱力壓縮器(Thermalvaporcompressor，TVC)等，主要原理為通過熱量交換實現(xiàn)水的氣液相間轉(zhuǎn)化，MED及MVR均已有一體式設(shè)備。膜法可分為超濾、納濾、反滲透、正滲透、振動膜等，主要原理為利用膜材料的選擇透過性。有分鹽需求時，通常選擇“納濾分鹽”實現(xiàn)一價鹽和二價鹽的分離。由于膜材料的多樣性，膜法濃縮工藝又存在多種組合，常見組合有三種：電滲析-反滲透、多級反滲透、反滲透-正滲透。其中，電滲析-反滲透濃縮極限約為20%;多級反滲透濃縮極限為12%～15%;反滲透-正滲透濃縮倍率相對較高，但工業(yè)應(yīng)用較少，技術(shù)成熟性和運行穩(wěn)定性有待考察。
2.3尾水固化單元
廢水經(jīng)過濃縮減量后，其體積大大減少，許多電廠選擇直接將濃縮液噴灑到煤場或灰場用于降塵，然而這種方法會對入爐煤煤質(zhì)以及灰渣的綜合利用帶來負(fù)面影響。尾水固化單元的作用就是對廢水濃縮液進(jìn)行最終處理，將濃縮液中的污染物形成固態(tài)污泥，并回收少量清潔水。這一單元將廢水中的污染物“固定”到污泥中，并將具有利用價值的結(jié)晶鹽加以回收，起到了廢水無害化和資源化的作用。由于濃縮液污染物濃度高、組成復(fù)雜，因此尾水固化單元是整個工藝流程中的技術(shù)難點。尾水固化方法可分為蒸發(fā)結(jié)晶法和煙氣干燥法。采用蒸發(fā)結(jié)晶法時，通常將蒸發(fā)固化和濃縮減量單元合為一個整體布置在處理系統(tǒng)中，常見技術(shù)有MED、MVR、TVC等，原理同濃縮減量單元。蒸發(fā)結(jié)晶法技術(shù)成熟，可實現(xiàn)廢水中無機鹽的資源化利用，但投資及運行成本較高，投資成本250～400萬元/m3煙氣，運行成本通常高于120元/m³，另外蒸發(fā)結(jié)晶法占地面積通常較大。
結(jié)束語
在我國，發(fā)電依然主要依靠火力發(fā)電，同時這也是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要保障之一。另外，雖然以煤炭為主要燃料的火電廠為我國提供了穩(wěn)定的電力資源，但是其在發(fā)電過程中產(chǎn)生的以二氧化硫為主的各種污染物也給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[1]。探討燃煤電廠脫硫廢水零排放處理工藝是為了從根本上解決火電廠的污染物排放問題，該項工作的開展對電力行業(yè)的健康發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。
參考文獻(xiàn)：
[1]史宇濤.脫硫廢水零排放技術(shù)與工藝路線研究[J].中國資源綜合利用，2017，35(12)：107-109.
[2]葉春松，黃建偉，劉通，張弦，夏敏.燃煤電廠煙氣脫硫廢水處理方法與技術(shù)進(jìn)展[J].環(huán)境工程，2017，35(11)：10-13+51.
[3]王冬梅，程家慶，孔繁軍.脫硫廢水零排放技術(shù)與工藝路線[J].工業(yè)水處理，2017，37(08)：109-112.
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