王吻，齊立強(qiáng)，李晶欣，王旭

(華北電力大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102206)

我國(guó)是煤炭使用大國(guó)，豐富的資源，相對(duì)較好的性能，使得火力發(fā)電在我國(guó)擁有著無(wú)可比擬的成本優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)火力發(fā)電占比超過(guò)了總發(fā)電量的70%[1]。煙氣脫硫技術(shù)是燃煤發(fā)電廠中必不可少的環(huán)節(jié)，該技術(shù)的應(yīng)用極大降低了燃煤電廠中硫化物質(zhì)的排放，減少了電廠中污染物質(zhì)的排放。截止2018年底，中國(guó)煤電機(jī)組總?cè)萘繛?10.08×108kW，燃煤煙氣脫硫機(jī)組總?cè)萘考s為 9.67×108kW，占比達(dá)到了全國(guó)煤電機(jī)組容量的95.9%[2]。傳統(tǒng)的煙氣脫硫技術(shù)主要分為濕法[3]、干法[4]和半干法[5]，其中濕法脫硫技術(shù)在電廠中的應(yīng)用最為廣泛，全球約有85%的脫硫系統(tǒng)采用了濕法脫硫技術(shù)[6]。其中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)由于該技術(shù)應(yīng)用時(shí)間早，隨著不斷的改進(jìn)優(yōu)化，技術(shù)趨于成熟，工藝運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，脫硫效率高(>90%)，是目前燃煤電廠濕法脫硫技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的一種[7]。

燃煤電廠在使用石灰石-石膏法進(jìn)行煙氣脫硫的過(guò)程中，通常需要定期從脫硫塔中排出脫硫漿液，從而使脫硫系統(tǒng)保持良好的脫硫效率[8]。排放脫硫漿液時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的脫硫廢水，由于該脫硫廢水中所含成分比較復(fù)雜，處理難度較大且成本較高[9]，如何有效處理產(chǎn)生的脫硫廢水是目前燃煤電廠亟待解決的問(wèn)題。隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷出臺(tái)，電廠污廢水水質(zhì)的排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，對(duì)脫硫廢水的無(wú)害化處理及零排放技術(shù)的研究逐漸重視起來(lái)。

本文分別就燃煤電廠脫硫廢水中重金屬、COD、氯離子的處理技術(shù)進(jìn)行了介紹，總結(jié)分析了各種處理技術(shù)的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中存在的問(wèn)題，從而為燃煤電廠處理脫硫廢水的工藝選擇提供參考。最后，對(duì)未來(lái)脫硫廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向做出了展望，并給出了自己的建議。

1 脫硫廢水的來(lái)源及特點(diǎn)

目前來(lái)說(shuō)，中國(guó)絕大多數(shù)燃煤電廠應(yīng)用的煙氣脫硫技術(shù)為石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)[10]。在濕法煙氣脫硫過(guò)程中，為了降低脫硫系統(tǒng)的成本，通常會(huì)對(duì)脫硫塔中的吸收劑進(jìn)行循環(huán)利用，隨著吸收劑使用次數(shù)的增加，吸收塔內(nèi)鹽分和懸浮雜質(zhì)等濃度越來(lái)越高，當(dāng)濃度達(dá)到一個(gè)閾值時(shí)，脫硫效率就會(huì)大大降低，因此需要定時(shí)對(duì)吸收塔進(jìn)行清洗，排放的這部分廢水就是脫硫廢水[11]。

表1為具體的脫硫廢水的水質(zhì)特征，形成原因及影響。由表1可知，煙氣中的SO2氣體進(jìn)入脫硫塔時(shí)，溶于水后容易生成H2SO3，電離之后產(chǎn)生H+，使得脫硫廢水的pH值一般為酸性[12]，對(duì)管道和構(gòu)筑物具有腐蝕作用；脫硫廢水中懸浮物濃度含量大，濁度高，處理過(guò)程中容易使脫硫設(shè)備和管道形成堵塞，對(duì)脫硫裝置的正常運(yùn)行造成影響[13]；在酸性條件下，脫硫廢水中的高濃度F-、Cl-會(huì)生成HF、HCl等[14]，引起設(shè)備及管道腐蝕，同時(shí)也會(huì)參與吸收塔內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)，抑制對(duì)煙氣中硫化物的吸收，進(jìn)而降低脫硫效率[15]。此外，脫硫廢水含有少量Se、Hg等重金屬[16]，如果得不到妥善處置，這些重金屬會(huì)隨著電廠廢水排放到外界環(huán)境，污染土壤和水環(huán)境，進(jìn)而危害動(dòng)物和人類健康。

表1 脫硫廢水的水質(zhì)特征、形成原因和影響Table 1 Water quality characteristics，causes and effects of desulfurization wastewater

2 脫硫廢水的處理方法

2.1 脫硫廢水重金屬去除技術(shù)

針對(duì)燃煤電廠脫硫廢水中重金屬的去除，現(xiàn)階段研究較多的主要有化學(xué)混凝沉淀法、人工濕地法、零價(jià)鐵法和吸附法等，不同去除技術(shù)的對(duì)比見(jiàn)表2。分別對(duì)不同重金屬去除技術(shù)進(jìn)行介紹。

表2 脫硫廢水重金屬去除技術(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of heavy metal removal technologies in desulfurization wastewater

2.1.1 傳統(tǒng)處理方法——“三聯(lián)箱”法 國(guó)內(nèi)外燃煤電廠對(duì)脫硫廢水的處理方法中，應(yīng)用最廣泛的是化學(xué)混凝沉淀法，也稱“三聯(lián)箱”法[20]。其工藝流程見(jiàn)圖1。

由圖1可知，該工藝的處理單元主要包括中和箱、沉淀箱和絮凝箱，通過(guò)在各處理單元進(jìn)行不同藥品的投加，對(duì)廢水進(jìn)行處理。該工藝集中和、沉淀和絮凝等功能于一體，在多種作用下對(duì)廢水中的重金屬等物質(zhì)進(jìn)行去除?！叭?lián)箱”技術(shù)具有工藝操作簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，且該方法運(yùn)行成本相對(duì)較低，因此被大多數(shù)燃煤電廠所采用[21]。

圖1 三聯(lián)箱法處理脫硫廢水工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of triple header method for treating desulfurization wastewater

“三聯(lián)箱”法的缺點(diǎn)主要是在運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)法精確控制加藥量，需要在系統(tǒng)中投入過(guò)量的化學(xué)藥劑，導(dǎo)致運(yùn)行成本增加[22]；此外，該工藝的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)伴隨著大量的污泥產(chǎn)生，且現(xiàn)有的技術(shù)無(wú)法對(duì)污泥進(jìn)行有效的處置，設(shè)備維護(hù)困難。針對(duì)傳統(tǒng)三聯(lián)箱技術(shù)存在的問(wèn)題，越來(lái)越多的研究集中在了一體化預(yù)處理設(shè)備的發(fā)展應(yīng)用上。唐和平等[23]通過(guò)對(duì)一體化高效絮凝技術(shù)與傳統(tǒng)脫硫廢水處理工藝的處理效果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)三聯(lián)箱處理技術(shù)，改進(jìn)之后的一體化處理設(shè)備建設(shè)周期短、工藝流程更加簡(jiǎn)單、自動(dòng)化性能好，便于控制加藥時(shí)間與加入量，運(yùn)行的時(shí)候相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)污染物質(zhì)的處理效率更高，具有良好的應(yīng)用前景。

另外，開(kāi)發(fā)新型高效的絮凝劑，利用一體化設(shè)備與高效絮凝劑的匹配可實(shí)現(xiàn)懸浮物、重金屬和氟化物等污染物的有效去除。Tian等[24]在堿性條件下，利用海藻酸鈉與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨反應(yīng)，合成了一種新型的兩性絮凝劑，利用該兩性絮凝劑對(duì)廢水中的Pb2+進(jìn)行去除，通過(guò)螯合反應(yīng)，在最佳條件下，Pb2+去除率達(dá)到了92.32%。

2.1.2 人工濕地法 人工濕地法是一種利用植物、土壤以及微生物等介質(zhì)，構(gòu)建一個(gè)綜合的人工生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)介質(zhì)的攔截固定，吸附降解等物理、化學(xué)和生物的協(xié)同作用，對(duì)流經(jīng)濕地中的廢水進(jìn)行處理和凈化的方法[25]。人工濕地法能通過(guò)植物、微生物對(duì)水和土壤中的污染物質(zhì)進(jìn)行萃取和富集，從而改變污染物的化學(xué)形態(tài)，降低污染物的移動(dòng)性和生物可利用性，可以有效地去除脫硫廢水中的Hg、As和Se等重金屬[26-27]。

人工濕地法具有緩沖容量大、運(yùn)行簡(jiǎn)單、可靠等優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行過(guò)程中能有效解決污染負(fù)荷和水力的沖擊。作為在我國(guó)新興不久的技術(shù)，人工濕地法在推廣的過(guò)程中存在一些劣勢(shì)：首先，人工濕地法的處理負(fù)荷較低，為0.50～0.8 m3/(m2·d)，因此占地面積一般較大；其次，由于處理污水的多樣性，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，一般為1～5 d，對(duì)周圍的環(huán)境影響無(wú)法估量，因此無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。

2.1.3 零價(jià)鐵處理技術(shù) 零價(jià)鐵技術(shù)是近年來(lái)新興的一種處理污染廢水的技術(shù)，對(duì)無(wú)機(jī)陰離子、重金屬離子等有著良好去除能力。該技術(shù)利用零價(jià)鐵的高活性對(duì)廢水中的重金屬以及含氧離子等進(jìn)行礦化還原，達(dá)到固定化作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水中重金屬等雜質(zhì)的去除[28]。脫硫廢水中的重金屬殘留問(wèn)題也是目前燃煤電廠所關(guān)心的話題，針對(duì)這一情況，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用零價(jià)鐵技術(shù)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行了處理研究。

Huang等[29]將制備好的零價(jià)鐵與Fe(Ⅱ)進(jìn)行混合，利用混合零價(jià)鐵技術(shù)(hZVI)分別對(duì)脫硫廢水中的硝酸鹽、Se和Hg進(jìn)行了去除研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，處理后的溶液中硝酸鹽含量從25.00 mg/L降低至0.20 mg/L，去除率達(dá)到了99.20%；TCLP檢測(cè)結(jié)果表明，處理之后溶液中重金屬含量為Se<0.10 mg/L，Hg<0.20 μg/L，均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

零價(jià)鐵技術(shù)廢水中的重金屬的去除效率較高，然而在制備過(guò)程中存在一些缺陷。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果顯示，制約零價(jià)鐵技術(shù)市場(chǎng)化的因素是制成的零價(jià)鐵表面易鈍化，處理過(guò)程中易團(tuán)聚，進(jìn)而影響其反應(yīng)活性，降低處理效率。因此，如何有效解決零價(jià)鐵鈍化的問(wèn)題，將是該技術(shù)能否應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中的關(guān)鍵。

2.1.4 吸附法 吸附法是近年來(lái)比較熱門的處理廢水中污染物質(zhì)的一種方法，針對(duì)含重金屬濃度較低的廢水處理極為有效。在吸附過(guò)程中，主要通過(guò)吸附劑表面的吸附位點(diǎn)與污染物質(zhì)之間形成靜電吸引，以及范德華力的作用下被吸附在吸附劑的表面[30]，同時(shí)，廢水中的重金屬離子也會(huì)與吸附劑中的含氧官能團(tuán)進(jìn)行螯合作用，產(chǎn)生絡(luò)合物，從而被濃縮去除。

常見(jiàn)的吸附劑有活性炭、生物質(zhì)炭、硅膠、膨潤(rùn)土等。蘇建花等[31]利用膨潤(rùn)土、殼聚糖制備了一種新型吸附材料：B-NaOH-CS，對(duì)含鉻廢水進(jìn)行吸附處理，結(jié)果表明，B-NaOH-CS對(duì)Cr(Ⅵ)的最大吸附量可達(dá)1.03 mg/g，表現(xiàn)出較好的吸附效果。由于在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，燃煤電廠產(chǎn)生的脫硫廢水中鈣鎂離子含量較高，會(huì)對(duì)吸附劑吸附重金屬產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)作用，因此，關(guān)于吸附劑處理重金屬的研究大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段。

2.2 脫硫廢水COD去除技術(shù)

脫硫廢水處理中常見(jiàn)的COD去除技術(shù)主要有反滲透技術(shù)、活性污泥法和人工濕地法等，不同脫硫廢水COD去除技術(shù)的對(duì)比見(jiàn)表3。分別對(duì)三種技術(shù)進(jìn)行介紹。

表3 脫硫廢水COD去除技術(shù)對(duì)比Table 3 Comparison of COD removal technology in desulfurization wastewater

2.2.1 反滲透(RO)技術(shù) 反滲透(RO)技術(shù)主要利用反滲透膜的選擇透過(guò)性原理，在外加高壓的作用下，使溶液中的水由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與水分離對(duì)水質(zhì)進(jìn)行凈化。反滲透技術(shù)對(duì)廢水中的鹽類、有機(jī)物等有較高的去除效果。李恩超等[32]分別利用碟管式反滲透(DTRO)膜處理法和電滲析法對(duì)脫硫廢水濃水進(jìn)行了中試試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在相同操作條件下，兩種方法出水水質(zhì)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，其中DTRO工藝處理的出水COD含量為6.00 mg/L，Cl-含量為374.00 mg/L，均明顯好于電滲析法。

反滲透技術(shù)使用的膜是一種精細(xì)的膜分離產(chǎn)品，能有效截留直徑>0.000 1 μm的物質(zhì)，對(duì)溶解性鹽和分子量>100的有機(jī)物去除效果較好，然而對(duì)分子量<100的有機(jī)物和單價(jià)離子(如Cl-、K+、Na+)的脫除率較低。另外，反滲透膜容易被雜質(zhì)污染，因此該技術(shù)對(duì)進(jìn)水的水質(zhì)要求較高，一般先對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，去除較大的雜質(zhì)，然后運(yùn)用反滲透技術(shù)對(duì)污水進(jìn)行深度處理。

活性污泥法對(duì)有機(jī)物的去除效果較好，運(yùn)行成本較低，技術(shù)成熟，在城市污水、工業(yè)廢水處理中有廣泛的應(yīng)用，但是在脫硫廢水的處理中應(yīng)用并不多?；钚晕勰喾▽?duì)進(jìn)水水質(zhì)的要求較高，適宜的污泥濃度一般為2 500～4 000 mg/L，污泥指數(shù)為70～200；另外，活性污泥法受pH值的影響較大，適宜的pH值范圍在6.0～9.0之間，pH值過(guò)低(pH<4.5)，活性污泥中的微生物活動(dòng)受到抑制，pH值過(guò)高(pH>9.0)，不利于微生物的代謝，也會(huì)對(duì)處理效率受到影響。脫硫廢水的水質(zhì)復(fù)雜，pH值范圍一般為4.1～6.5，因此，制約了活性污泥法在脫硫廢水中的應(yīng)用。

2.2.3 人工濕地法 人工濕地中微生物含量高，種類繁多，通過(guò)微生物的降解作用，該技術(shù)對(duì)廢水中的COD去除有著明顯的效果[34]。王晨晨等[35]利用人工濕地法對(duì)卷煙紙生產(chǎn)的廢水進(jìn)行了處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該濕地系統(tǒng)在表面水力負(fù)荷為0.291 m3/(m2·d)，進(jìn)水COD=66.30 mg/L的工況下，經(jīng)濕地系統(tǒng)處理之后出水的COD值為 19.44 mg/L，該工藝對(duì)COD的去除率為70.68%，達(dá)到了地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 脫硫廢水氯去除技術(shù)

燃煤電廠排放的脫硫廢水中Cl-含量較高，過(guò)多的Cl-會(huì)影響脫硫效率。本文分別對(duì)電滲析技術(shù)、膜過(guò)濾技術(shù)、離子交換技術(shù)等脫硫廢水的氯去除技術(shù)進(jìn)行了介紹，其對(duì)比分析見(jiàn)表4。

表4 脫硫廢水氯去除技術(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of chlorine removal technology in desulfurization wastewater

2.3.1 電滲析技術(shù) 電滲析技術(shù)主要通過(guò)給溶液外加直流電，在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)作用下，溶液中產(chǎn)生電位差，帶電的陰陽(yáng)離子在溶液中發(fā)生定向遷移，利用離子交換膜的選擇透過(guò)性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的濃縮和分離[36]。Cui等[37]研究了電解-電滲析組合技術(shù)對(duì)脫硫廢水中Cl-的去除，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)溶液中Cl-的初始質(zhì)量濃度為19.20 g/L時(shí)，該組合技術(shù)對(duì)Cl-的去除率達(dá)到了83.28%，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品主要為Cl2、H2和Ca(OH)2，達(dá)到了無(wú)害化的要求，而處理成本只有0.15 美元/kg。

電滲析技術(shù)具有運(yùn)行簡(jiǎn)單、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)廢水的脫鹽效果不佳，有學(xué)者通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電滲析技術(shù)的優(yōu)化，可以有效提高脫鹽效率。Tian等[38]利用雙極膜電滲析法(BMED)對(duì)工業(yè)廢水進(jìn)行處理，并通過(guò)太陽(yáng)有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)(SORC)對(duì)BMED進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，BMED-SORC技術(shù)處理后的廢水中Na2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從8.00%降低至 0.37%，去除率達(dá)到了95.38%，副產(chǎn)物中產(chǎn)生硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.66%，氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6.43%，該技術(shù)有效提高了電滲析技術(shù)對(duì)高鹽廢水的處理效率。

膜過(guò)濾技術(shù)是一種并不成熟的技術(shù)，在實(shí)際工程應(yīng)用中需要解決許多問(wèn)題。第一，膜過(guò)濾技術(shù)需要在壓力下進(jìn)行工作，因此對(duì)工況要求較高；第二，膜在使用過(guò)程中容易被污染，使用壽命較短，需要定時(shí)更換。另外，目前使用較多的陶瓷膜、金屬膜等制備成本較高，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于燃煤電廠的廢水處理。

與化學(xué)混凝沉淀法、蒸發(fā)結(jié)晶法等傳統(tǒng)處理方法相比，利用煙道噴霧技術(shù)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行處理，能夠顯著減少處理過(guò)程中的耗水量和石膏使用量，從而降低了處理成本。同時(shí)，煙道噴霧蒸發(fā)法投資較低，運(yùn)行裝置占地面積小，能夠適應(yīng)多種污污廢水的處理要求[42]，因此在未來(lái)的應(yīng)用中會(huì)是一種很有前景的廢水零排放技術(shù)。

圖2 煙道噴霧蒸發(fā)技術(shù)工藝流程圖Fig.2 Process flow chart of flue spray evaporation technology

2.3.4 蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù) 蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)是通過(guò)對(duì)脫硫廢水進(jìn)行升溫操作，蒸發(fā)溶劑，結(jié)晶溶質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)零排放的一種方法[43]，核心裝置為蒸發(fā)器。經(jīng)過(guò)預(yù)處理之后的脫硫廢水含鹽量較高，當(dāng)廢水進(jìn)入蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)后，利用熱法分鹽原理對(duì)脫硫廢水進(jìn)行深度處理，在分離器的作用下，從而實(shí)現(xiàn)回收結(jié)晶鹽和冷凝水的目的[44]。

蒸發(fā)結(jié)晶法的優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡(jiǎn)單，處理之后的回收水水質(zhì)較好，但是在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，存在管道設(shè)備容易結(jié)垢、能耗高等問(wèn)題。為了進(jìn)一步提高對(duì)脫硫廢水的濃縮處理效率，蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)可以與膜分離技術(shù)相結(jié)合，從而有效地回收水資源及獲得純度較高的結(jié)晶鹽，實(shí)現(xiàn)零排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.5 離子交換技術(shù) 離子交換技術(shù)對(duì)含鹽量高，高濃氯離子濃度的脫硫廢水有著較好的去除效果。該技術(shù)通過(guò)向脫硫廢水中投加離子交換樹(shù)脂，利用離子交換樹(shù)脂中的活性基團(tuán)(如 —OH、—COOH、—NH2等)與脫硫廢水中的Cl-、Ca2+、Mg2+等離子發(fā)生交換反應(yīng)[45]，從而達(dá)到脫除的目的。孫鳳娟等[46]以丙烯酸強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂為吸離子交換劑，對(duì)脫硫廢水中Cl-、Ca2+、Mg2+進(jìn)行了脫除研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反應(yīng)60 min之后，實(shí)驗(yàn)廢水中Cl-濃度降低了63.5%，Ca2+、Mg2+濃度分別下降了79.1%，82.6%，去除效果明顯。

離子交換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于其處理效果較好、材料環(huán)保，不會(huì)造成二次污染，可作為新型的脫硫廢水處理技術(shù)。但是在實(shí)際運(yùn)用中，脫硫廢水中pH值、污染物質(zhì)濃度等均會(huì)影響離子交換樹(shù)脂的去除效果，同時(shí)，目前應(yīng)用較多的離子交換樹(shù)脂成本較高，制約了離子交換技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的廣泛使用。因此，在今后的研究中可集中于開(kāi)發(fā)成本低廉、適應(yīng)性強(qiáng)的離子交換樹(shù)脂。

3 脫硫廢水零排放技術(shù)案例

3.1 國(guó)電漢川電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)

國(guó)電漢川電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)于2016年12月份驗(yàn)收投運(yùn)，為國(guó)內(nèi)首個(gè)脫硫廢水零排放百萬(wàn)機(jī)組，工程投資8 600 萬(wàn)元，設(shè)計(jì)處理水量36 t/h，運(yùn)行成本100 元/t，該系統(tǒng)主要工藝為“藥劑軟化+管式超濾+納濾分鹽+反滲透+蒸發(fā)結(jié)晶”[47]，工藝流程見(jiàn)圖3。國(guó)電漢川電廠采用“全膜法”對(duì)脫硫廢水進(jìn)行處理，其中回用水產(chǎn)量34 t/h，年產(chǎn)值170萬(wàn)元，蒸發(fā)結(jié)晶之后的成品鹽中NaCl含量>99%，高于GB 5462—2015《精制工業(yè)鹽》一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，年產(chǎn)值達(dá)到了120萬(wàn)元。該項(xiàng)目的實(shí)施，成功實(shí)現(xiàn)了國(guó)電漢川電廠對(duì)脫硫廢水的零排放目標(biāo)，“全膜法”處理脫硫廢水也是新型零排放技術(shù)的一次成功實(shí)踐。

燃煤電廠進(jìn)行脫硫廢水處理時(shí)，利用蒸發(fā)結(jié)晶與膜分離的技術(shù)結(jié)合，可以有效回收水資源，獲得高純度的結(jié)晶鹽。然而，該工藝在工程應(yīng)用中需要解決一些問(wèn)題：首先，應(yīng)簡(jiǎn)化工藝流程，優(yōu)化運(yùn)行控制，以降低施工和運(yùn)行成本；其次，根據(jù)我國(guó)的《鹽業(yè)管理?xiàng)l例》的有關(guān)規(guī)定，脫硫廢水通過(guò)蒸發(fā)產(chǎn)生的結(jié)晶鹽無(wú)法出售，會(huì)產(chǎn)生額外的固體廢物。所以對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)將是推廣膜技術(shù)在實(shí)際工程應(yīng)用中的關(guān)鍵。

圖3 國(guó)電漢川電廠脫硫廢水零排放工藝流程Fig.3 The zero-discharge process flow of desulfurization wastewater from Guodian Hanchuan Power Plant

3.2 萬(wàn)州電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)

萬(wàn)州電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)于2019年5月份正式投入運(yùn)營(yíng)，建設(shè)投資額3 880萬(wàn)元，設(shè)計(jì)處理水量20 t/h，直接運(yùn)行成本60.59元/t，較國(guó)電漢川電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)運(yùn)行成本有所降低，系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖4，整個(gè)脫硫廢水全流程實(shí)現(xiàn)了全廠自動(dòng)控制(DCS)系統(tǒng)控制。萬(wàn)州電廠采用“石灰、硫酸鈉、碳酸鈉軟化預(yù)處理+納濾分鹽+超高壓反滲透濃縮+MVR強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶”模式[48]，對(duì)產(chǎn)生的脫硫廢水進(jìn)行了零排放處理。該系統(tǒng)的運(yùn)行，每年可為廠區(qū)提供8萬(wàn)t高品質(zhì)回用水，實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用；產(chǎn)出約1 600 t的高純度結(jié)晶鹽，滿足GB 5462—2015《精制工業(yè)鹽》中的一級(jí)要求，通過(guò)外售至工業(yè)鹽用鹽企業(yè)可實(shí)現(xiàn)資源化利用。該項(xiàng)目的成功運(yùn)行，對(duì)國(guó)內(nèi)工業(yè)廢水零排放具有重要的借鑒和示范作用。

圖4 萬(wàn)州電廠脫硫廢水零排放工藝流程Fig.4 Wanzhou Power Plant’s zero-discharge desulfurization wastewater process flow

3.3 國(guó)電漢川電廠和萬(wàn)州電廠脫硫廢水零排放系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

對(duì)國(guó)電漢川電廠和萬(wàn)州電廠的脫硫廢水零排放系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研，其經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 國(guó)電漢川電廠和萬(wàn)州電廠的脫硫廢水零排放 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比Table 5 Comparison of economic benefits of the desulfurization wastewater zero discharge system of Guodian Hanchuan Power Plant and Wanzhou Power Plant

由表5可知，兩個(gè)電廠的主要工藝路線均采用了“預(yù)處理+濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶”技術(shù)組合。在工藝設(shè)計(jì)中，國(guó)電漢川電廠多了“管式膜過(guò)濾”過(guò)程，投資成本較高，噸水投資成本為238.9萬(wàn)元，較萬(wàn)州電廠高18.80%；在國(guó)電漢川電廠的技術(shù)之上，萬(wàn)州電廠對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，并改進(jìn)膜濾系統(tǒng)，運(yùn)行成本降低了40%。

從兩個(gè)電廠的零排放系統(tǒng)實(shí)例中可以看出，未來(lái)電廠脫硫廢水零排放技術(shù)發(fā)展方向仍以“預(yù)處理+濃縮+蒸發(fā)結(jié)晶”工藝為主流，因此，提高各流程技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)高效率低能耗的處理設(shè)備，降低零排放系統(tǒng)投資和運(yùn)行成本，將會(huì)是推廣該技術(shù)的價(jià)值所在。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，各項(xiàng)環(huán)保政策也不斷出臺(tái)，對(duì)發(fā)電廠的排放水標(biāo)準(zhǔn)也逐漸提高。燃煤發(fā)電廠排放的脫硫廢水中成分復(fù)雜，如何有效且合理的處理脫硫廢水，實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展，將是每個(gè)電廠面對(duì)的首要問(wèn)題。傳統(tǒng)的脫硫廢水處理方法“三聯(lián)箱法”在實(shí)際運(yùn)行中存在處理率不高，出水水質(zhì)無(wú)法達(dá)標(biāo)，運(yùn)行維護(hù)成本高等問(wèn)題；新型的處理技術(shù)如膜分離技術(shù)、蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)等，對(duì)電廠的工藝要求較高，且處理成本大，在實(shí)際應(yīng)用中所占比例小，制約了脫硫廢水處理技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

針對(duì)未來(lái)燃煤電廠如何對(duì)脫硫廢水的零排放處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)，主要有以下幾點(diǎn)展望：

(1)多種處理技術(shù)聯(lián)用，同時(shí)對(duì)多種的污染物質(zhì)進(jìn)行處理，提高處理效率，降低處理成本。

(2)改進(jìn)傳統(tǒng)的“三聯(lián)箱法”，采用一體化預(yù)處理技術(shù)，有效減少處理單元的占地面積和運(yùn)行維修費(fèi)用。

(3)開(kāi)發(fā)研制新型高效的混凝劑，減少投藥量，提高預(yù)處理階段對(duì)脫硫廢水的混凝效率。

(4)開(kāi)發(fā)新型膜材料，改進(jìn)膜分離技術(shù)，提高膜的重復(fù)使用能力，降低技術(shù)運(yùn)行成本，推廣新型脫硫廢水處理方法在電廠中的應(yīng)用。