火电厂脱硫废水零排放工艺探讨

北极星环保网讯:摘要：火电厂脱硫废水含盐量大、腐蚀性强、对环境危害大，是实现电厂废水“零排放”的重点和难点。脱硫废水的常规处理工艺无法实现废水“零排放”的要求。本文介绍并分析了烟道气蒸发工艺、晶种法强制循环蒸发结晶工艺、预处理软化-预浓缩-强制循环蒸发结晶工艺等“零排放”的处理工艺，并对各种预处理软化工艺、预浓缩工艺以及强制循环蒸发结晶工艺进行了分析比较，最终确认预处理软化-预浓缩-强制循环蒸发结晶工艺作为电厂脱硫废水“零排放”的处理工艺最为稳定可靠，且预处理软化采用化学软化+离子交换软化效果最优，预浓缩采用卧管降膜蒸发最为可靠，运行维护也最为方便。

关键字：脱硫废水 零排放 软化 蒸发 结晶 MVC MED 低温蒸发

0 引言

我国资源总量在全球位居前列，但人均占有量不足，且资源分布极不均匀。随着社会经济的高速发展，资源环境的约束日趋强烈。资源相对短缺、生态环境脆弱、环境容量不足等逐渐成为阻碍我国发展的重大问题。构建资源节约型，环境友好型社会越来越成为我们的迫切需要。

近期国务院印发《水污染防治行动计划》、国家三部委出台《煤电节能减排与升级改造行动计划(2014-2020)年》，充分彰显了国家全面实施大气、水、土壤治理三大战略的决心和信心。积极推进火电厂脱硫废水“零排放”工作刻不容缓。

火电厂脱硫污染物主要来自燃煤及烟气，主要表现为高硬度、高悬浮物浓度、高氯离子浓度、高含盐量以及重金属含量高，腐蚀性强，对环境危害大，处理难度高，是电厂实现废水零排放的重点。

1 脱硫废水常规处理工艺

国内脱硫废水常规处理工艺如下：一般采用加石灰中和、絮凝、沉降处理后，经澄清、PH调节达标后回用或排放[1]。

图1 脱硫废水常规处理工艺

该工艺可去除了悬浮物和大部分重金属、氟化物。出水水质可达到《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》(DL/T997-2006)标准。但系统出水仍具有含盐量高、氯离子及氟离子含量高，以及含有痕量的重金属的特点。废水中还可能含有硒、硝酸盐及有机物等成分不能通过常规处理工艺去除，高含盐的废水排到自然水体也会对水体造成一定污染，不能达到脱硫废水“零排放”要求[2]。

2 脱硫废水“零排放”工艺

所谓零排放，是指无限地减少污染物和能源排放直至到零的活动。零排放，就其内容而言，一是要控制生产过程中不得已产生的能源和资源排放，将其减少到零;另 一含义是将那些不得已排放出的能源、资源充分利用，最终消灭不可再生资源和能源的存在。 废水“零排放”是指工业水经过重复使用后，将这部分含盐量和污染物高浓缩成废水全部回收再利用，无任何废液排出工厂。

对于脱硫废水“零排放”，目前主要包括烟道气蒸发工艺、晶种法强制循环工艺及预处理软化+预浓缩+强制循环结晶工艺。

2.1 烟道气蒸发工艺[2]

烟道气蒸发工艺是将脱硫废水输送至除尘器前烟道内，雾化后利用烟道内高温烟气，在烟道内蒸发，废水中不溶物与无机盐与飞灰一起被除尘器捕捉收集。

烟道气蒸发工艺的优点是投资及运行费用较低，但其要求除尘器前烟气温度较高，存在雾化效果差，运行不稳定等问题，对机组和煤种的适应性不足，实际应用性不高。

2.2 晶种法强制循环工艺[3]

脱硫废水硬度非常高，废水中硫酸钙接近或达到饱和，在蒸发浓缩过程中结垢倾向较严重，晶种法强制循环工艺是在蒸发过程中添加晶种，保证在蒸发浓缩过程中硫酸钙析出时优先附着与晶种上，尽量减少蒸发蒸发器的结垢，保障蒸发器稳定运行，该工艺可根据实际情况设计成多效蒸发(MED)或机械蒸汽压缩(MVC)工艺，利用机械蒸汽压缩(MVC)工艺，可尽量降低能耗，降低运行成本。

晶种法强制循环工艺的优点是：

1)脱硫废水进入蒸发系统前不需要预处理软化，减少预处理软化费用;

2)蒸发器运行过程中析出结垢物质优先附着于晶种上，可尽量减少蒸发器的结垢情况，保障蒸发器的稳定运行;

3)运行过程在加热器中废水不会蒸发，无浓度变化，也尽量降低了设备的结垢倾向;

该工艺的缺点强制循环泵的功耗较大，及工艺控制不合理会导致系统结垢加快，影响系统的稳定运行。

2.3 预处理软化-预浓缩-强制循环结晶工艺

脱硫废水硬度非常高，结垢倾向严重，若不添加晶种运行，则需要进行软化预处理。

2.3.1 预处理软化

目前脱硫废水软化工艺主要有石灰(或烧碱)-碳酸钠软化工艺、离子交换工艺、硫酸钠-石灰-烟道气软化工艺及钠滤软化工艺等。

石灰(或烧碱)-碳酸钠软化工艺在废水软化处理中较多用到，该工艺优点为稳定可靠，如下图为河源电厂废水软化工艺，其经两级化学软化后总硬度可降低至100ppm以内，经调节PH后进入蒸发系统，可保障蒸发系统稳定运行，该工艺缺点是需要消耗大量的化学药剂，且在软化过程中会有大量污泥产生，需要增加处理污泥的费用[4]。

图2 两级化学软化工艺

离子交换软化较多用于锅炉给水的软化工艺中，其优点为稳定可靠，经离子交换后出水硬度可降低至10ppm以下，但脱硫废水硬度过高，若直接使用离子交换软化，可能存在设备投资过大及再生废水产量过多等问题，因此，在实际应用中可考虑在化学软化出水增加离子交换软化，进一步降低废水的硬度，保障后续系统的稳定运行，产生的少量再生废水可返回至前段化学软化系统，保障系统不会产生新的污染物，确保系统“零排放”。

硫酸钠-石灰-烟道气软化工艺的主要原理是在CaSO4-Ca(OH)2-H2O三相体系中[5]， Ca(OH)2的溶解会影响CaSO4的溶解度，该工艺主要分两步：

第1步：加入硫酸钠及石灰乳，调整PH至12-13，沉淀出石膏颗粒物;第2步，在第1步处理后的废水中引入脱硫后的烟道气，利用烟道气中的CO2与废水中OH-反应，生成CO32-，然后与废水中Ca2+结合生成碳酸钙沉淀，去除钙离子，控制PH约11左右。该方法的优点是可降低预处理软化化学药剂的费用，但软化过程PH较难控制，不易达到较好的软化效果[3]。

在海水淡化预处理中，也有利用纳滤膜作软化预处理工艺的[6]，目前，也有不少商品化的软化纳滤膜，但其一般硬度去除率不高于50%，且纳滤浓水仍需处理，膜也存在堵塞结垢等情况，因此暂未用于脱硫废水“零排放”工艺中。