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通过调节池调节脱硫废水的pH值,在中和池中加入石灰乳进行中和,在反应池中加入硫化物进行沉降,在絮凝池中加入如硫酸氯化铁等絮凝剂进行絮凝,最后通过澄清,再次调节pH值后回用或者外排。一般来说,通过化学法的出水水质能够达标排放,但是Cl-和F-含量较高。
化学沉淀法具有工艺简单、原材料容易获得且运行成本较低等优点,是国内使用最为普遍的一种方法。但该方法也存在一些缺点。大量的运行经验结果表明:中和池中使用的石灰乳沉淀物容易堵塞管道,会给后续管道和反应池的清理带来不便;由于在脱硫废水中添加各种化学药品,对药品计量的要求严格,容易造成二次污染;化学法工艺流程较长,设备较多,运行和检修的工作也较多。
文献[2]采用石灰乳和纯碱结合的双碱工艺,研究了脱硫废水pH 值调节对软化效果的影响,为废水零排放技术中预处理技术提供了参考。
2 物理法
2.1 “预处理+反(正)渗透+蒸发结晶”技术
预处理的目的是利用反应沉淀池,脱除脱硫废水中Ca2+,Mg2+,SiO2,以及悬浮物等的浓度,减少对后续管道和设备的影响。然后通过膜式渗透单元进行分盐处理,最后通过蒸发结晶方法进行分盐结晶。这类技术的优点是可以脱出含盐浓度高的废水,获得标准的固体盐,最终产生的水可以回用; 系统中除了干污泥外,没有其他废弃物排出。缺点是需要多个膜渗透技术配合,对水质要求较严格,处理量中等。大唐集团某电厂采用的是“MVC+MVR”(蒸发结晶单元)对渗透膜产生的浓盐水进行处理[3]。处理量为3 m3/h (NaCl) ,除盐率可达92%以上。该技术的优点是可以结晶分离出固体状态的盐,且盐的质量可控制在工业级标准。相比化学法,其经济效益得到了提高,同时可以避免化学药品的二次污染,保护水资源。
浙江某电厂采用的是正渗透技术,具体处理工艺包括混凝-澄清-过滤-软化预处理单元、膜浓缩单元和蒸发结晶单元,这是国内首个运行正渗透技术的废水零排放项目。相对于传统渗透膜技术而言,该技术的优点是膜污染性更低,分离效果更好; 缺点是工艺技术更难,投资更大,技术还有待更多的实践运用[4]。
2.2 “预处理+浓缩+烟道蒸发”技术
2.2.1 直接烟道蒸发
直接烟道蒸发技术的基本原理是先进行预处理以提高脱硫废水浓度,减少后续废水处理量。浓缩后的废水通过喷嘴进入除尘器和预热器之间的烟道。经过雾化的液体会在烟气高温的作用下迅速蒸发,废水中的水成为蒸气由烟囱排出,污染物质会由除尘器捕捉,并随着粉煤灰排出,从而达到废水污染物脱离的目的。该技术的优点是利用锅炉现有设备,改造成本较低;废水处理量较膜渗透技术较大,初期投资较低。但该技术受限于原有设备,由于处理的废水含氯等杂质多,容易造成烟道腐蚀和堵塞,影响机组正常运行;因为使用了烟道中的热量,受限于出口烟温,所以处理的废水量较化学法来说较低[5]。国内实际应用的内蒙古某电厂,采用的就是直接烟道蒸发工艺,脱硫废水处理量为17 m3/h[6]。
直接烟道蒸发工艺流程如图2 所示。
2.2.2 旁路烟道蒸发
旁路烟道蒸发技术的原理与直接烟道蒸发技术的原理相似,区别在于旁路烟道蒸发法需要把高温度的烟气从旁路引出,从非主路引出,并且增加了雾化干燥系统。相对于直接烟道法技术,该技术的优点是操作较简单,安全性较高,并且由于旁路系统的加入,对原设备的影响更小,在腐蚀性和堵塞性上远胜于直接烟道蒸发技术。缺点是设备和流程更加复杂,占地面积和投资较高,后期设备保养和维护工作有所增加。国内实际运用的地方有河南某热电厂,该电厂采用预处理+双膜法+旁路烟气蒸发技术,脱硫废水处理量为20 m3/h[7]。
旁路烟道蒸发工艺流程如图3所示。
2.3 “蒸发塘”技术
蒸发塘技术的原理是在太阳能充足且蒸发量大的地区,利用自然条件在塘底蒸发形成矿物盐结晶。相较于其他处理脱硫废水的技术而言,蒸发塘技术的优点是运行成本低,运营效率更高且寿命较长。缺点是建设时要考虑脱硫废水含盐量高的特点采取防渗透、防腐蚀措施,以免造成环境破坏; 建设投资和成本较大。我国北方燃煤电厂多采用节水型冷机组和灰渣综合利用的措施,而北方地区太阳能充足且蒸发量大,适合利用蒸发塘技术处理燃煤电厂的脱硫废水,以满足环保要求。目前在乌兰察布市已经有蒸发塘处置化工浓盐水技术的应用[8]。吕松力等人[9]研究了将燃煤电厂原有的灰厂进行改造,从而将脱硫废水引流至灰厂改造的蒸发塘内进行晾晒和蒸发处理。
3 生物法
生物法针对的是用物理法和化学法都很难去除的重金属污染物,比如砷、硒[10]。该方法在国内还没有应用,但在美国某些州由于废水排放法规的要求,已有一定的应用。生物法是利用特定的细菌或微生物,通过好氧和厌氧过程消解污染物。一般来说,一个生物反应池对应一种主要污染物,所以生物法一般需要一系列的附加反应池。
人工湿地处理系统( CWTS) 就是一种生物、物理吸附技术的应用,相对来说是一种低能耗、低成本的废水污染物去除方法。一般来说,厌氧和好氧微生物的存在,会发生微生物的硝化和反硝化作用。硝化作用是一个严格的好氧过程,其最终产物是硝酸盐。当存在厌氧条件时,这个过程就会受到限制。为了使被动湿法过程更有效,需要在人工湿地处理系统前后引入预处理步骤,如进行pH值的调节等。
4 金属基吸附剂
金属基吸附剂已经成功应用于重金属处理或其他工业应用,目前还未应用于国内的脱硫废水处理工艺中,未来可以作为烟气脱硫废水处理的潜在技术。
金属基吸附剂如颗粒状的氧化铁、氧化铝、氧化钛是比较有效的一种吸附剂,可以有效地去除废水中的砷和硒。研究结果表明,氧化钛能够将三价的砷转化为四价的砷,而四价的砷可以轻易地吸附在颗粒状的氧化铝和氧化钛的表面[11]。目前应用最广泛的方法是在氧化铝的表面掺杂氧化钛的纳米粒子,来提高氧化铝的吸收效率。
5 结语
随着对水资源重视程度的增加,重要的耗水行业火电厂势必要为处理废水积累本行业的技术经验。本文介绍了几种已经应用和未应用的废水处理技术,以期为火电厂废水处理提供相关参考。未来,针对化学法和物理法,应寻找设备、材料、添加剂的突破,降低基础建设和运行成本;对于蒸发塘和金属基吸附法等未应用在火电机组废水排放的技术,应结合火电机组自身的特性,尽快寻找合适的应用技术。
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