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燃煤电厂脱硫废水的零排放处理技术

北极星环保网来源:电力设备 宏伟2018/8/9 10:59:36我要投稿

北极星环保网讯:燃煤电厂脱硫废水多采用物化法处理,处理后的废水虽能达标排放,但盐分及氯离子的含量仍很高,导致水体矿化及土壤碱化,也会造成资源浪费。因此,研究脱硫废水零排放(Zero-Liquid Disge,ZLD)工艺,不向环境中排出任何废液,回用废水并回收废水中的有用资源,是火力发电厂实现可持续发展的必由之路,也是未来脱硫废水系统研究的重要方向。

脱硫废水处理技术

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。

一、脱硫废水的预处理

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。

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。

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NaCl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。

二、现有脱硫废水处理与回用方法

1.脱硫废水特性。

石灰石-石膏湿法脱硫技术脱除烟气中的SO2的效率可达90%以上,因此在燃煤电厂中广泛使用,但随之而来的却是带来了大量的脱硫废水需要处理。脱硫废水的水量与水质受脱硫工艺补水水质、石灰石品质及燃煤种类等因素的影响。

目前普遍采用控制吸收塔内的Cl—含量来确定脱硫废水的排放,大多数电厂脱硫废水排放时Cl—的质量浓度小于20 g/L。脱硫废水具有以下的特点:

(1)脱硫废水呈酸性水质,一般其pH<7;(2)脱硫废水中含有大量的飞灰、絮凝体等,导致悬浮物含量高,质量浓度可达10 g/L;(3)Cl—含量高,通常脱硫废水排放Cl—的质量浓度控制在10~20 g/L,具有很强的腐蚀性能;(4)采用石灰石-石膏脱硫技术,脱硫废水中含大量的Ca2+、Mg2+等离子,总硬度高,以碳酸钙计质量浓度可超过10 g/L。更含有大量的重金属与盐类;(5)因燃煤中含有众多的元素,所以脱硫废水中含有大量的重金属以及非金属如氟、砷等污染物。

2.处理工艺。

目前脱硫废水处理方法为中和、沉降、絮凝以及澄清等工序,污泥由板框压滤机脱水,泥饼外运。传统脱硫废水处理工艺通过在中和箱中加入石灰石,将pH调高至9.0以上,使得大部分的重金属离子能够生成难容的沉淀物;在沉降箱中加入有机硫,与Ca2+、Hg2+反应,生成难容的硫化物沉淀;在絮凝箱中加入复合铁絮凝剂,使石膏颗粒、SiO2、以及金属氢氧化物絮凝成大颗粒并进一步沉淀;经絮凝后的水进入到澄清浓缩池进一步浓缩,底部形成污泥,上部的清水进入到出水箱。

传统脱硫废水处理工艺可以除去废水中的一部分悬浮物和重金属,但出水中仍含有大量的可溶性盐,无论是排入到水体还是泥土,容易造成水体的恶化以及盐碱地的形成;并且脱硫废水不含有机物,排入到市政污水处理厂会造成微生物的死亡,从而导致出水恶化,无法达到回用的标准。

3.回用方式。

因脱硫废水成分复杂,处理困难,目前燃煤电厂中脱硫废水回用方式也较少,主要为以下几种方式:(1)用于水力除灰渣系统。采用水力除灰渣的燃煤电厂将脱硫废水回用到灰渣水系统,因灰渣水为碱性,可中和酸性的脱硫废水,但脱硫废水中悬浮物和Cl—含量高,易造成管路的堵塞和腐蚀,存在着一定的风险。

(2)用于煤场或灰场喷淋。该方式将脱硫废水作为煤场、灰场抑尘喷洒水的补水,但同样存在腐蚀的风险,并且脱硫废水中的污染因子转移到燃煤中,继续进入到锅炉,在整个燃煤系统中循环累积。

(3)用于干灰拌湿。该方式需要水量较小,且由于粉煤灰的外卖而逐渐不被采用。

三、零排放技术

1.脱硫废水和飞灰混合。如果电厂的飞灰用于填埋处理,可将排放的脱硫废水用于飞灰的增湿,这有利于运输过程中减少粉尘的飞扬和容积。但若飞灰用于商用(如制砖、作为水泥添加剂),则往往很难接受过高的Cl−含量。此外,此技术会使脱硫废水中的重金属转移到飞灰中,可能会影响飞灰的综合利用。

2.蒸发池。蒸发池是通过自然蒸发减少废水体积的一种方法,在美国有十余个电厂应用此技术进行脱硫废水的处理。蒸发池的处理效率取决于废水水量而非污染物浓度,因此适用于处理高浓度、总量少的含盐废水。此外,蒸发池处理废水成本低,适用于土地价格低的半干旱或干旱地区使用。

但是此技术需要作防渗处理,且当废水处理量大时,所需土地面积增加,处理成本增加。如图1所示,为了加快蒸发速率,减少蒸发池的面积,降低处理费用,蒸发的选址应考虑气象因素影响(相对湿度、温度、风速等),可以尝试四种加速蒸发的方法,即辅助风加速蒸发(WAIV)、湿浮动鳍、耐盐植物以及喷雾蒸发。

脱硫废水处理技术

图1蒸发池废水蒸发示意图

辅助风加速蒸发是利用泵将废水抽到纤维织物上,增加蒸发面积,其蒸发速率可增加13倍,但纤维空隙容易被污染物堵塞,造成蒸发速率下降。湿浮动鳍是利用铝材做成鳍片漂浮在水面上,上面覆盖一层吸水的棉布,具有两个效果:增加交换面积与打破边界层,实验证明,其蒸发速率可提高24%。

耐盐植物是利用植物的蒸腾作用加速废水蒸发,其蒸发速率可达数倍,但是植物的毒性以及经济性需要进一步研究。喷雾蒸发是利用高速旋转的扇叶或是高压喷嘴将废水雾化成细小液滴,通过液滴与空气的强烈对流进行蒸发,在20世纪90年代,此技术已经应用于矿井高含盐水及电厂高含盐水的处理,但该技术存在液滴的风吹损失,造成周边环境的盐污染。尽管蒸发池技术存在一定的问题,但是由于其系统简单、费用低,随着环保标准日益严格,其研究将受到广泛关注。

四、脱硫废水处理技术总结

如表1所示,以处理效率、二次污染、运行成本及是否达标排放作为技术指标对脱硫废水处理技术进行评价。从表1中可以看出,除沉淀池外,各脱硫废水处理技术都能使脱硫废水达标排放,其中生物处理、混合零价铁技术、人工湿地可以将废水中重金属浓度降至非常低的水平,而与飞灰混合、蒸发池、烟道蒸发、蒸汽浓缩蒸发可以实现脱硫废水的零排放;但是有些技术受到运行成本太高的限制,如生物处理、蒸汽浓缩蒸发等,而有些技术还在研究阶段,应用不成熟,如混合零价铁技术;有些技术虽然运行成本低,但是可能会对电厂的正常运行产生影响,如烟道蒸发技术。

表1各脱硫废水处理技术特点

脱硫废水处理技术

燃煤电厂要真正实现脱硫废水零排放,做好水污染防治工作还需综合考虑自身实际情况,须进行多方对比,采取其中合适的技术,并要妥善处置污泥与结晶盐,避免污染的转移。

延伸阅读:

火电厂脱硫废水零排放技术分析及案例

火电厂石灰石一石膏湿法脱硫废水水质控制指标DL/T997-2006

燃煤电厂脱硫废水零液体排放技术的发展

基于烟气蒸发的燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术

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