李磊

摘要：脱硫废水实际排放量和设计排放量存在巨大差异，导致脱硫废水零排放处理成本剧增。针对某电厂600MW机组，构建脱硫系统物料平衡模型，研究实际运行过程不同因素对脱硫废水排放量的影响。结果表明，物料平衡模型脱硫废水排放量计算值与实际排放量基本一致，能够准确预测脱硫废水排放情况，而脱硫废水排放量设计值裕量过大。煤种Cl-含量、机组负荷和脱硫废水Cl-排放浓度是决定废水排放量的主要因素。燃煤中含氯除冰剂的广泛使用导致冬季脱硫废水排放量急剧增加。优化脱硫废水Cl-排放浓度是降低脱硫废水量的有效方式。

关键词：电厂;脱硫废水;零排放

引言

尽管近十多年来火力发电的占比逐年下降，但是火电仍然是我国最重要的电力来源，其发电量及装机总量也在逐年上升。火电机组在发电过程中不可避免会产生大量的污染物如SO2、SO3、NOx和飞灰等，这将对环境造成十分严重的污染。近几年来，我国加强了对污染物排放的管控，出台了许多有关污染物排放的政策，其中就对电厂烟气中硫化物的排放制定了標准，大部分电厂通过改造加装脱硫装置实现了烟气污染物排放的控制。在火力发电厂中，应用最为广泛的脱硫技术为湿法脱硫技术，石灰石用来作为脱硫剂，当Ca/S质量比为1时，其反应脱硫效率可以达到90%。湿法脱硫原理简单、速度较快、效率较高且成本较低，在电厂脱硫上应用十分广泛。

1脱硫废水的特征及零排放的特征与难点

随着脱硫吸收液的循环浓缩，脱硫废水主要存在以下特征：（1）悬浮物含量高。脱硫废水由于聚集许多飞灰，故废水中存在较多悬浮物，另外在不同的电厂负荷和煤种的情况下，其悬浮物含量会有较大变化。（2）无机盐含量高。脱硫废水中的主要盐离子为Ca2+、Mg2+、Na+、F-、Cl-、SO42-和SO32-等，且其中离子含量较高。（3）水质易结垢。脱硫废水中的钙离子、硫酸根离子、镁离子含量较高，并且硫酸钙常处于过饱和状态，在浓缩加热时十分容易结垢。（4）多种重金属含量超标。（5）废水的含量随负荷变动较大。受到燃煤电厂负荷的影响，吸收液用水的水质差异、脱硫系统管理难以控制等限制，脱硫废水的水量和水质波动明显，对脱硫废水处理工艺的适应性提出了很大的挑战。脱硫废水在浓缩及净化过程中存在许多难点：（1）传统的脱硫废水处理方法对悬浮物处理的效率不够高，分离时间较长。（2）由于脱硫废水的有害腐蚀性物质较多，会对管道和处理设备造成严重的腐蚀。（3）脱硫废水处理得到的化学污泥的有害物质较多，有很强的污染性。（4）负荷或煤种的变化会对处理过程造成冲击。这些困难给火电厂脱硫带来了十分巨大的挑战，传统的脱硫废水处理工艺已经不能满足现在的需求。传统的脱硫废水处理方法是直接利用锅炉余热来蒸发脱硫废水达到浓缩的目的，但是该方法效率较低、体积较大、腐蚀和结构严重。废水零排放技术是近年来处理电厂脱硫废水的有效方法，在全国乃至世界范围内都有着十分广泛的应用。本文针对脱硫废水水量相对较少，但污染较高、处理难度较大的特点，提出了一种适用与电厂脱硫废水零排放并合理利用废水中金属离子的新型技术。

2火力发电厂脱硫废水零排放

2.1脱硫废水蒸发结晶处理工艺

脱硫废水蒸发结晶处理系统一般含有废水软化预处理、废水蒸发、深度浓缩/结晶、结晶物处理/干燥等系统。大部分废水通过蒸发系统后经冷凝为凝结水（水质较好，一般做脱硫工艺水回用）。经过深度浓缩和结晶的剩余废水则再进入结晶干燥处理系统，最终得到含水率1%左右的结晶盐，打包外运。通过研究，认为蒸发结晶“零排放”技术的主要工艺工序可归结为废水软化预处理及蒸发结晶两个主要步骤。其中，软化预处理工序各厂家因技术路线的不同而稍有不同，但目的是一样的，都是为了去除水中的钙镁离子。由前述可知，脱硫废水经常规的“三联箱”工艺处理后，虽然出水达到标准要求，但仍含有较高的Cl-、SO42-、Na++K+、Ca2+、Mg2+、COD、悬浮物、氨氮等。其中，氯化钙易溶于水，并能以多种含水晶体的形式出现，腐蚀性强。低浓度时，其沸点上升（BoilingPointElevation[BPE]））和氯化钠的水溶液差不多，但在较高浓度时，BPE会升高30℃。同样的，氯化镁如果不采取措施净化处理，在蒸发浓缩结晶过程中也会不断富集，最后也造成沸点升高，甚至导致蒸发无法进行。软化预处理工序在脱硫废水蒸发结晶“零排放”技术中是一个比较重要的工序，一方面解决了废水的腐蚀性、沸点升高、能耗成本高等问题，另一方面也避免了钙镁等在后续的蒸发结晶工序中在蒸发器上结垢，使整个废水深度处理系统能正常稳定运行。

2.2管式膜（TMF）系统

管式微滤膜（TMF）是一种基于错流过滤机理的微孔膜，进料为含大量悬浮固体的混合液，用循环泵送往膜管，在内部高速流动，产水透过膜层和支撑层到达膜管与膜壳内的空间，然后从产水管引出送往后续设备，浓缩液回流到前端的浓缩槽内。由于产水不断送出，悬浮固体逐渐在槽内浓缩，为维持一定的固含量范围（固含量3%～5%为最佳范围），需要间歇或连续的排出一定量的浓缩液，浓缩液成分主要以碳酸钙为主和部分氢氧化镁、硫酸钙，这部分浓缩液可以送至脱硫岛作为脱硫剂循环利用。为了降低废水中的悬浮物浓度，特设计管式膜处理系统对废水中的悬浮物进行拦截，满足纳滤（SCNF）进水要求。

2.3纳滤（SCNF）系统

借助纳滤膜对离子选择性透过功能，以压力差为推动力，一价盐及小分子物质不断地透过膜，经过产水流道流入中心管，然后由产水管输送至纳滤产水箱。进水中的二价离子、有机物、细菌、病毒等被截留在膜的进水侧，由浓水管排出。经过TMF系统净化处理后出水中主要含有NaCl和Na2SO4，采用纳滤（SCNF）工艺对TMF系统出水进行分盐处理，促使纳滤（SCNF）出水中的Na2SO4含量降低，NaCl纯度提高，降低反渗透SCRO工段渗透压和运行压力。同时因为SCRO浓缩液中NaCl纯度提高，可进一步提高电解效率。

结语

本文针对脱硫废水水量相对较少，但污染较高、处理难度较大的特点，提出了脱硫废水零排放处理工艺流程，结合预沉淀系统、化学软化系统、管式膜（TMF）系统、纳滤（SCNF）系统、反渗透（SCRO）系统和电解制氯系统，获得了结晶的回用水，克服了传统“零排放”蒸发结晶工艺产生的高能耗，并通过电解浓盐水制得次氯酸钠溶液，实现了废水资源化利用的目的，为工业脱硫废水零排放处理提供了新思路。

参考文献：

[1]郭东明，脱硫工程技术与设备[M].北京：化学工业出版社，2011.

[2]戴友芝.废水处理工程[M].北京：化学工业出版社，2016.