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燃煤电厂脱硫废水零排放技术研究进展

北极星环保网  来源:《水处理技术》  作者:杨跃伞 苑志华  2018/3/8 8:56:43  我要投稿  

北极星环保网讯:传统的脱硫废水处理技术不能满足电厂零排放要求,探索有效且经济的脱硫废水零排放技术迫在眉睫。脱硫废水水质复杂,要达到零排放的目的,就要根据不同污染物的特征,进行分段处理。将燃煤电厂脱硫废水零排放处理过程归纳分为预处理、浓缩减量和蒸发固化三段。

1、 脱硫废水预处理是实现脱硫废水零排放的基础,主要是对废水进行软化处理,去除废水中过高的钙镁硬度,防止后续处理系统频繁出现污堵、结垢等现象;同时去除废水中的悬浮物、重金属和硫酸根等离子。常用于脱硫废水的预处理工艺是:化学沉淀→混凝沉淀→过滤。

2、 浓缩减量主要通过热浓缩或膜浓缩等技术,使预处理后的脱硫废水得到浓缩,废水量得到降低。这不仅可回收水资源,更重要的是减少了后续蒸发固化的处理量,从而降低蒸发固化的处理成本。热浓缩常用的技术主要有:多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR);膜浓缩的膜分离技术有:反渗透(RO)、正渗透(FO)、电渗析(ED)和膜蒸馏(MD)。

3、 蒸发固化可通过蒸发塘、结晶器和烟道处理法等技术蒸发浓缩后的脱硫废水,使废水中的水分汽化,废水中的杂质固化成结晶盐后外排处置,从而达到废水零排放的目的,是脱硫废水零排放的核心。

具体介绍了每段主要目的及其技术方法,分析了不同技术的原理与优缺点。

综上所述,各种蒸发固化技术中,蒸发塘占地广、存在潜在污染等问题,难以推广应用;结晶器成本昂贵、运行复杂,尤其不适用于中小型电厂;直喷烟道余热蒸发受限于烟道结构,直烟道长度及烟气温度,在电厂新形态下应用受限;旁路烟气蒸发设备简单,自动化程度高,可利用烟气温度高,能保障废水的高效蒸发,对电厂其他设备影响较小,在脱硫废水零排放中优势显著,适合广泛推广。

我国脱硫废水零排放技术仍处于广泛研究与初步应用探索阶段。现有零排放技术的投资成本普遍较高且运行费用较大。如何组合现有工艺,扬长避短,实现低成本脱硫废水零排放,提高废水和矿物盐的综合利用率,将是今后脱硫废水零排放研究的重点。

正文

2015年4月,国务院发布《水污染防治行动计划》(简称“水十条”),对各类水体污染的治理提出了更为严格的要求;同时,国家“十三五”规划进一步严控水资源使用,要求工业生产尽可能回收和循环使用生产过程产生的废水。为了符合相关法律法规和相关产业政策,燃煤电厂废水零排放势在必行。然而,传统的脱硫废水处理技术不能满足电厂零排放要求,探索有效且经济的脱硫废水零排放技术迫在眉睫。

1 脱硫废水处理现状

根据废水来源,燃煤电厂废水一般包括生活污水、循环水排污水、脱硫废水和各种再生废水等。当石灰石-石膏湿法烟气脱硫系统运行时,吸收剂在循环使用过程中盐分和悬浮物等杂质浓度越来越高,为使杂质浓度不超过设计上限,当其浓度达到一定值后需从系统中排出部分废水,排出的这部分废水称为脱硫废水。

燃煤电厂脱硫废水具有如下水质特性:

1) 呈酸性,pH在4.5 -6.5之间;

2) 含盐量高,且浓度变化范围极广,一般在20-50 g/L;

3) 硬度(钙镁离子浓度)高,结构风险高;

4) 悬浮物高,一般在20-60g/L;

5) 成分复杂,水质波动大;

6) 6)氯离子含量高,腐蚀性强且回用困难。

脱硫废水因这些特性成为燃煤电厂最复杂和最难处理的一股废水,是实现燃煤电厂废水零排放的关键。

传统脱硫废水处理方法包括灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统及三联箱法等。灰场处置、煤场喷洒、灰渣闭式循环系统所需水量较少,且会造成系统设备的腐蚀,对电厂的安全运行造成隐患;三联箱法经过简单中和、絮凝和沉淀澄清后,虽可有效去除悬浮固体、重金属离子和F-等污染物,但该工艺难以有效去除Na+, C1-, SO42-、Ca2+和Mg2+等离子,出水含盐量仍很高,回用困难。

脱硫废水水质复杂,要达到零排放的目的,就要根据不同污染物的特征,进行分段处理。脱硫废水零排放处理过程分为3段:预处理、浓缩减量和蒸发固化。

2 脱硫废水的预处理

脱硫废水预处理是实现脱硫废水零排放的基础,主要是对废水进行软化处理,去除废水中过高的钙镁硬度,防止后续处理系统频繁出现污堵、结垢等现象;同时去除废水中的悬浮物、重金属和硫酸根等离子。常用于脱硫废水的预处理工艺是:化学沉淀→混凝沉淀→过滤。

2.1 化学沉淀

化学沉淀是通过投加化学药剂使水中的钙、镁离子形成沉淀而被去除,从而使废水得到软化。该法可有效去除钙、镁和硫酸根等离子,技术成熟,但污泥量大。根据采用的药剂不同,常用的方法有石灰-碳酸钠法、氢氧化钠-碳酸钠法。两者均有较好的软化效果;后者相比于前者,投加量少,对Ca2+, Mg2+去除率更高,但SO42-去除率偏低。此外,还可利用脱硫后烟道气中的CO2去除废水中钙离子,成本较低,但运行不稳定,目前还未见有工程实例。

2.2 混凝沉淀

化学沉淀后的废水含有大量胶体和悬浮物,通过投加混凝剂,混凝沉淀使其形成絮凝体,经沉淀过程发生固液分离而从水中去除。混凝沉淀尽管可有效去除水中大部分悬浮物,但出水仍含有部分细微悬浮物,且处理效果不稳定,易受水质波动的影响。常用的混凝剂有聚合氯化铝和聚硅酸铁,后者在脱硫废水处理中的效果优于前者。

2.3 过滤

为进一步降低废水的浊度,确保后续系统进水水质,混凝沉淀常常需与过滤单元联用。常用的过滤技术有:多介质过滤、微滤、超滤、纳滤等。其中,内压错流式管式微滤,膜管内料液流速高,前处理无需投加高分子絮凝剂,甚至无需沉淀池,自动化程度高,运行稳定,适用于高固体含量废水的处理,因而在脱硫废水预处理中具有一定的技术优势。此外,纳滤可实现不同价盐的分离,实现脱硫废水的资源回收,如华能玉环电厂用纳滤纯化的NaCI溶液制备了NaClO等药剂。

由于脱硫废水水质复杂多变,实际工程需根据水质特性及后处理系统的要求来选择适宜的预处理方法。

如软化处理时,废水Ca2+ , Mg2+含量高而SO42-含量低时,宜采用氢氧化钠-碳酸钠法;

Ca2+ , Mg2+和SO42-含量都偏高时,宜选用石灰-碳酸钠法;

此外,为分别回收不同价态的盐,则需增设纳滤将单价与多价离子分离。

3 脱硫废水的浓缩减量

浓缩减量主要通过热浓缩或膜浓缩等技术,使预处理后的脱硫废水得到浓缩,废水量得到降低。这不仅可回收水资源,更重要的是减少了后续蒸发固化的处理量,从而降低蒸发固化的处理成本,是实现脱硫废水零排放的保障。

3.1 热浓缩

利用蒸发器将废水浓缩至可结晶固化程度,常用的技术主要有:多效蒸发(MED)和机械蒸汽再压缩(MVR)。

3.1.1 MED

MED是废水被蒸发系统余热预热后,依次进入一效或多效蒸发器进行蒸发浓缩;最末效浓盐水经增稠器和离心机进行固液分离,分离出的液体回到系统再循环处理。多效蒸发是前一级蒸发器产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的热源,将蒸汽热能多次利用,故而热能利用率较高。广东河源某电厂2x600MW机组零排放系统,采用四效强制循环蒸发器和结晶系统,系统处理量为22m3/h,其中脱硫废水18m3/h,处理系统投资高达9750万元,其中蒸发结晶系统投资为7000万元。

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