賈旭 吳文景 張曉輝 袁建麗

【摘 要】燃煤電廠脫硫廢水水質(zhì)特性十分復(fù)雜，隨著燃煤機(jī)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。本文分預(yù)處理、濃縮減量、尾水固化三個環(huán)節(jié)介紹了燃煤電廠脫硫廢水零排放處理技術(shù)工藝，指出了工藝路線設(shè)計(jì)及技術(shù)選擇的關(guān)鍵點(diǎn)，并對脫硫廢水零排放技術(shù)工藝發(fā)展方向進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】脫硫廢水；廢水零排放；技術(shù)應(yīng)用

一、引言

燃煤電廠廢水具有懸浮物含量高、組分復(fù)雜、重金屬含量高等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，僅2016年全國火電行業(yè)廢水排放量就高達(dá)3億噸。如此巨量的廢水排放，不僅給生態(tài)環(huán)境和人體健康帶來危害，也造成了水資源的浪費(fèi)。

2015年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計(jì)劃》，將我國水污染治理尤其是工業(yè)廢水的治理工作提升到國家戰(zhàn)略層面。2017年1月，環(huán)保部發(fā)布《火電廠污染防治技術(shù)政策》，要求火電廠水污染防治應(yīng)遵循分類處理、一水多用的原則，鼓勵火電廠實(shí)現(xiàn)廢水的循環(huán)使用不外排[2]。繼燃煤電廠煙氣超低排放后，廢水零排放已成為下一個火電環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

二、燃煤電廠脫硫廢水的特點(diǎn)

在燃煤電廠產(chǎn)生的廢水中，脫硫廢水的水量相對很大，且通常具有懸浮物含量高、水量和水質(zhì)波動大、含鹽量高、呈弱酸性、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)[3]，其中懸浮固體（SS）通常超過10000mg/L，總?cè)芙庑怨腆w（TDS）可達(dá)20000mg/L以上，溶質(zhì)中Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-等主，單一離子濃度范圍可達(dá)1000～15000mg/L，上述特點(diǎn)決定了脫硫廢水處理工藝的復(fù)雜性。

三、脫硫廢水零排放技術(shù)

燃煤電廠廢水零排放處理的目標(biāo)是不向廠外排放廢水和固體廢棄物（成分以結(jié)晶無機(jī)鹽為主）。廢水零排放工藝一般可按照介質(zhì)流向分為預(yù)處理單元、濃縮減量單元和尾水固化單元。

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。常見的預(yù)處理方法為化學(xué)沉淀法和是電絮凝法。

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。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。為了提高過濾效率、減少占地面積，在過濾步驟中出現(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(yùn)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(diǎn)，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(jī)成分（TOC）。

除化學(xué)沉淀和電絮凝外，有研究者[4]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(jī)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)可在現(xiàn)有三聯(lián)箱系統(tǒng)基礎(chǔ)上加以改造，投資成本略低于三聯(lián)箱系統(tǒng)。

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。

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)（Multiple-effect desalination，MED）、機(jī)械式蒸汽再壓縮（Mechanical vapor recompression，MVR）、蒸汽熱力壓縮器（Thermal vapor compressor，TVC）等，主要原理為通過熱量交換實(shí)現(xiàn)水的氣液相間轉(zhuǎn)化。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(shí)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電滲析-反滲透、多級反滲透、反滲透-正滲透等多種組合。

3.尾水固化單元

尾水固化單元的作用是對廢水濃縮液進(jìn)行最終處理，將其中的污染物形成固態(tài)污泥，并回收少量清潔水。尾水固化方法可分為蒸發(fā)結(jié)晶法和煙氣干燥法。

蒸發(fā)結(jié)晶法技術(shù)成熟，可實(shí)現(xiàn)廢水中無機(jī)鹽的資源化利用，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。

煙氣干燥法利用煙氣余熱加熱濃縮液，濃縮液中的水分被蒸發(fā)，隨煙氣排向大氣，含鹽雜質(zhì)進(jìn)入除塵器等電廠已有煙氣處理裝置處理。根據(jù)所用煙氣來源，煙氣干燥法可進(jìn)一步分為高溫段煙氣干燥（利用主煙道或旁路煙道）和低溫段煙氣干燥（利用低負(fù)荷下煙氣或低低溫?zé)煔獾龋?。煙氣蒸發(fā)方法有如下特點(diǎn)：一是不會產(chǎn)生需要處置的工業(yè)雜鹽；二是能夠變工況或間斷運(yùn)行，適合參與深度調(diào)峰的機(jī)組；三是與脫硫系統(tǒng)共用一個DCS系統(tǒng)；四是投資運(yùn)行成本低，投資成本100～200萬元/m3煙氣，運(yùn)行成本通常高于10～20元/m3煙氣，系統(tǒng)設(shè)備少、占地面積小、建設(shè)工期短、運(yùn)行維護(hù)較方便。

四、脫硫廢水零排放工藝路線設(shè)計(jì)與技術(shù)選擇

在進(jìn)行脫硫廢水零排放工藝路線設(shè)計(jì)及技術(shù)選擇時，通常需要注意以下關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）處理工藝應(yīng)滿足基本要求。應(yīng)保證在不外排的前提下，使處理后的出水指標(biāo)滿足回用水要求；要能應(yīng)對廢水水量及水質(zhì)變化的波動特征；

（2）優(yōu)先選用煙道蒸發(fā)方案。受限于當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，分鹽工藝的投資和運(yùn)行成本普遍較高，而我國對灰渣綜合利用制約較少，尤其在西北及北方地區(qū)。當(dāng)前，應(yīng)慎重考慮分鹽方案；

（3）根據(jù)電廠所在地區(qū)選擇合適的處理工藝。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，通常選擇技術(shù)成熟、處理效果較好的熱法濃縮；在欠發(fā)達(dá)地區(qū)，推薦選用煙氣干燥法；北方地區(qū)廢水硬度偏高，對軟化要求較高，北方缺水少雨，應(yīng)盡量加以回用；南方地區(qū)水質(zhì)硬度較低，可采用成本較低的軟化方案；沿海地區(qū)可利用已有海水淡化系統(tǒng)進(jìn)行深度處理，水質(zhì)達(dá)標(biāo)后可就近排入大海。

五、結(jié)語

脫硫廢水的水質(zhì)特性復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)脫硫廢水零排放，需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)工藝，通過多個環(huán)節(jié)逐步去除污染物、提取潔凈水。當(dāng)前，國內(nèi)諸多電廠已開展脫硫廢水零排放技術(shù)工藝示范應(yīng)用，但各類處理技術(shù)工藝在去除效果及能耗方面仍存在欠缺。隨著新型藥劑、膜材料、工藝路線以及一體化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備的研發(fā)，將逐漸形成具備示范推廣條件的脫硫廢水零排放技術(shù)及工藝路線。

【參考文獻(xiàn)】

[1]潘荔.火電行業(yè)節(jié)水現(xiàn)狀、政策標(biāo)準(zhǔn)及潛力分析[R].北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2017.

[2]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.火電廠污染防治技術(shù)政策[EB/OL]， 2017-01-10.

[3]胡石，丁紹峰，樊兆世.燃煤電廠脫硫廢水零排放工藝研究[J].潔凈煤技術(shù)， 2015（2）：129-133.

[4]張魁，張磊.一種新型濕法脫硫廢水重金屬的處理技術(shù)[J].科技資訊， 2016， 14（19）：65-65.

[5]馬雙忱，于偉靜，賈紹廣，等.燃煤電廠脫硫廢水煙道蒸發(fā)產(chǎn)物特性[J].動力工程學(xué)報(bào)， 2016， 36（11）：894-900.

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