燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究
一、前言
脱硫废水中的有害物质对环境和水体污染危害巨大，因此我们要重视脱硫废水的治理。目前我们普遍采取零排放的工艺技术，也取得了很好的效果。
二、燃煤电厂废水零排放概述
零排放并不是说不排放水，而是不降有害物质通过水体排放到自然环境中，电厂生产使用的水资源最终以蒸汽的形式排放大自然环境中，或者爱电厂内部水循环系统中留存。零排放电厂的淡水量，这可以大大提高水资源利用率，同时可以避免自然环境遭到已经污染水体的污染，保证居民用水安全。从可持续发展的角度看，目前以及今后的水资源将会一直处于相对匮乏的状态，污水零排放是工业发展的必然趋势。零排放对水处理技术的要求非常之高，需要很高的技术投入，因此其资金投入与严格的管理制度与监管制度是必不可少的。
随着中国经济和电力的快速发展，在中国北方煤炭多，但缺水的地区，水资源的可用量年复一年的减少，排污费和污水总量在不断上涨。即使在水资源相对丰富的南方，随着环境的恶化、环境保护意识提高，废水零排放的呼声也日益高涨。横看世界发达国家的发电厂情况，越来越多的废水发电厂可以看到。实现电厂废水零排放，是一项非常复杂的系统工程。它与水系统的方法有很大的不同，如使用水力除灰、干除灰或干法和湿法。我国火力发电厂多年致力于节水方法研究改进，而过去的研究目的仅仅是如何确保电厂安全运行，并没有上升到节约水资源的高度。节约用水的现象比较少，导致在中国的电厂很少注意低水耗技术的开发，总是想着先用水，在处理废水、排放。如今的水资源短缺日益突出，在中国的北方表现尤为突出，水资源已成为我国电力工业发展的重要问题。
三、脱硫废水的水质特点及影响因素
1、脱硫废水的水质特点
脱硫废水的成分及浓度对处理系统的运行管理有很大影响，是影响处理设备的选择、腐蚀等的关键性因素。脱硫废水一般具有以下几个特点。
(1)水质呈弱酸性：国外pH值变化范围为5.0～6.5，国内为4.0～6.0。
(2)悬浮物含量高，其质量浓度可达数万mg/L。
(3)COD、氟化物、重金属超标，其中包括第1类污染物，如As、Hg、Pb等。
(4)盐分含量高，含大量的SO42−、SO32−、Cl−等离子，其中Cl−的质量分数约为0.04。
2、影响脱硫废水水质的因素
脱硫废水的水质及水量主要受燃煤品质、石灰石品质、脱硫系统的设计及运行、脱硫塔前污染物控制设备以及脱水设备等的影响。图1是影响脱硫废水水质主要影响因素的关系图。
煤是脱硫废水污染物的主要来源，煤种类的不同将会影响脱硫废水的排放量：高硫煤的燃烧会产生更多的二氧化硫，会增加脱硫剂的用量，增加脱硫废水的排放量;高氯煤的燃烧会增加烟气中氯的含量，进而增加脱硫浆液中的氯含量，为了防止脱硫系统的腐蚀，维持脱硫浆液中氯离子浓度在一定的水平，会增加脱硫浆液的排除，使脱硫废水的排放量增加。
四、脱硫废水零排放技术
1、强效蒸发类工艺
(1)烟道蒸发工艺
烟道蒸发工艺是一种基于喷雾干燥技术的工艺，喷雾干燥技术的基本原理是用雾化器将溶液喷入干燥塔内，以雾滴状与高温气体接触，在短时间内将雾滴干燥。最大特征是蒸发和干燥的表面积非常大，这些具有很大表面积的分散微粒，只要与高温气体接触，就发生强烈的热交换，迅速将大部分水蒸发掉，形成含水量较少的固体产物，因而干燥速度非常快。
脱硫废水烟道蒸发工艺是指在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置雾化喷嘴，用泵将脱硫废水输送至雾化喷嘴进行雾化，由于经过空气预热器之后的烟气温度较高，雾化后的液滴在高温烟气的作用下在烟道内蒸发，随烟气排出，而废水中的杂质则进入除尘系统被捕集下来，随灰一起外排，从而达到脱硫废水零排放的目的。其工艺流程图如图2所示。
(2)蒸发浓缩结晶工艺
蒸发浓缩结晶工艺是利用蒸发器将脱硫废水进行浓缩。产品水回用，而浓缩水可通过结晶、干燥工艺转化为固体盐进行处置。这类技术对废水水质、机组和煤种的适用性广，具备较广的应用前景。
中国燃煤电厂常用的脱硫废水预处理方法是中和混凝沉淀法，主要目的是去除废水中的重金属离子、悬浮物等。废水从调节池进入中和池，加入熟石灰调节pH，使重金属离子生成沉淀被去除，再流入絮凝池，加入絮凝剂，废水中的微粒物絮凝形成较大的絮凝体，最后在澄清池中沉淀下来。一级混凝沉淀工艺具有严重的结垢倾向，为了消除结垢现象，后续增加Na2CO3软化再澄清过程，为两级澄清充分软化处理工艺，该工艺可以最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、F-等结垢因子，确保后续工艺的进水水质;
蒸发结晶。蒸发技术主要有两大类：多效蒸发技术(MED)和机械蒸汽再压缩技术(MVR)。多效蒸发技术(MED)是指将几个蒸发器串联起来，前一级蒸发器所产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的加热热源，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率。机械蒸汽再压缩技术(MVR)是将从蒸发器出来的二次蒸汽经压缩机绝热压缩后送入蒸发器的加热室，二次蒸汽经压缩后温度升高，在加热室内冷凝释放热量，使料液吸收热量沸腾汽化再产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，循环往复，蒸汽就得到了充分的利用，提高了热效率。
(3)盐浓缩工艺
盐浓缩工艺是一种深度处理工艺，它可以从常规系统处理的脱硫废水中分离出蒸馏水和高度浓缩的盐溶液副产品。其工艺流程如图3所示。
首先对脱硫废水进行预加热，通过除气器脱除空气后再次加热并给料至盐溶液浓缩器中，浆液被分配到钛合金管内壁的一层薄膜上。当浆液膜沿着管道向下流动时水分会蒸发掉。产生的蒸汽通过除雾器到达蒸汽压缩机，将它的饱和温度提高到再循环盐溶液的沸点以上，压缩后的蒸汽即可冷凝为蒸馏水回用。此外，回收盐一部分被旋流器处理，一部分被转移到成品罐中并运往市场。
2、膜法过滤类工艺
由于脱硫废水“零排放”对水盐分离程度要求很高，通常采用多重反渗透过滤工艺。反渗透工艺首先需要经过预处理，其工艺流程如图4所示。
反渗透预处理工艺以膜过滤为主，辅以杀菌工艺和沉淀工艺，目的是去除水中的悬浮物和微生物，使处理后的水质能够初步满足反渗透的进水要求。主体工艺通常采用两段反渗透系统，由于二段系统的进水为一段系统的浓水，需用专门的化学药剂对其进行处理，以确保二段系统的进水参数符合要求。同时在其进入二段系统前，可针对其水质情况，添加专业的阻垢剂和调节剂，确保系统稳定运行。产品水进入回用水池，系统中少量的浓水可用来冲渣，实现水处理系统的零排放。
四、脱硫废水零排放技术
1、强效蒸发类工艺
(1)烟道蒸发工艺
烟道蒸发工艺是一种基于喷雾干燥技术的工艺，喷雾干燥技术的基本原理是用雾化器将溶液喷入干燥塔内，以雾滴状与高温气体接触，在短时间内将雾滴干燥。最大特征是蒸发和干燥的表面积非常大，这些具有很大表面积的分散微粒，只要与高温气体接触，就发生强烈的热交换，迅速将大部分水蒸发掉，形成含水量较少的固体产物，因而干燥速度非常快。
脱硫废水烟道蒸发工艺是指在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置雾化喷嘴，用泵将脱硫废水输送至雾化喷嘴进行雾化，由于经过空气预热器之后的烟气温度较高，雾化后的液滴在高温烟气的作用下在烟道内蒸发，随烟气排出，而废水中的杂质则进入除尘系统被捕集下来，随灰一起外排，从而达到脱硫废水零排放的目的。其工艺流程图如图2所示。
(2)蒸发浓缩结晶工艺
蒸发浓缩结晶工艺是利用蒸发器将脱硫废水进行浓缩。产品水回用，而浓缩水可通过结晶、干燥工艺转化为固体盐进行处置。这类技术对废水水质、机组和煤种的适用性广，具备较广的应用前景。
中国燃煤电厂常用的脱硫废水预处理方法是中和混凝沉淀法，主要目的是去除废水中的重金属离子、悬浮物等。废水从调节池进入中和池，加入熟石灰调节pH，使重金属离子生成沉淀被去除，再流入絮凝池，加入絮凝剂，废水中的微粒物絮凝形成较大的絮凝体，最后在澄清池中沉淀下来。一级混凝沉淀工艺具有严重的结垢倾向，为了消除结垢现象，后续增加Na2CO3软化再澄清过程，为两级澄清充分软化处理工艺，该工艺可以最大限度的去除水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、F-等结垢因子，确保后续工艺的进水水质;
蒸发结晶。蒸发技术主要有两大类：多效蒸发技术(MED)和机械蒸汽再压缩技术(MVR)。多效蒸发技术(MED)是指将几个蒸发器串联起来，前一级蒸发器所产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的加热热源，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率。机械蒸汽再压缩技术(MVR)是将从蒸发器出来的二次蒸汽经压缩机绝热压缩后送入蒸发器的加热室，二次蒸汽经压缩后温度升高，在加热室内冷凝释放热量，使料液吸收热量沸腾汽化再产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，循环往复，蒸汽就得到了充分的利用，提高了热效率。
(3)盐浓缩工艺
盐浓缩工艺是一种深度处理工艺，它可以从常规系统处理的脱硫废水中分离出蒸馏水和高度浓缩的盐溶液副产品。其工艺流程如图3所示。
首先对脱硫废水进行预加热，通过除气器脱除空气后再次加热并给料至盐溶液浓缩器中，浆液被分配到钛合金管内壁的一层薄膜上。当浆液膜沿着管道向下流动时水分会蒸发掉。产生的蒸汽通过除雾器到达蒸汽压缩机，将它的饱和温度提高到再循环盐溶液的沸点以上，压缩后的蒸汽即可冷凝为蒸馏水回用。此外，回收盐一部分被旋流器处理，一部分被转移到成品罐中并运往市场。
2、膜法过滤类工艺
由于脱硫废水“零排放”对水盐分离程度要求很高，通常采用多重反渗透过滤工艺。反渗透工艺首先需要经过预处理，其工艺流程如图4所示。
反渗透预处理工艺以膜过滤为主，辅以杀菌工艺和沉淀工艺，目的是去除水中的悬浮物和微生物，使处理后的水质能够初步满足反渗透的进水要求。主体工艺通常采用两段反渗透系统，由于二段系统的进水为一段系统的浓水，需用专门的化学药剂对其进行处理，以确保二段系统的进水参数符合要求。同时在其进入二段系统前，可针对其水质情况，添加专业的阻垢剂和调节剂，确保系统稳定运行。产品水进入回用水池，系统中少量的浓水可用来冲渣，实现水处理系统的零排放。
五、国内脱硫废水处理现状及趋势
目前，国内脱硫废水的处理主要依靠化学沉淀工艺，其能满足现有脱硫废水排放标准的要求，但是随着《水污染防治行动计划》(水十条)的颁布，国家开始加大对脱硫废水的处理力度，化学沉淀法的应用将会受到限制。且随着飞灰资源化，与飞灰混合方法不再适用。
此外，较之美国，国内脱硫废水的排放标准对硒、汞等的排放标准不高，因此深度处理技术在未来一段时间内不适用。但是未来，脱硫废水的环保标准趋严，深度处理技术将引起业界广泛关注。有些地区由于环保压力，部分电厂被要求脱硫废水零排放，而蒸汽浓缩蒸发技术成本太高，蒸发池的应用受地域的强烈限制，因此，烟道蒸发技术在未来一段时间将会受到重视，其面临的重大技术缺陷需要被重新评估与攻克。
六、结束语
综上所述，通过有效的处理工艺，大大提高了脱硫废水的处理技术，保护了水体免受污染，实现了可持续发展。
参考文献
[1]刘秋生.烟气脱硫废水“零排放”技术应用[J].热力发电,2014,12:114-117.
[2]胡石,丁绍峰,樊兆世.燃煤电厂脱硫废水零排放工艺研究[J].洁净煤技术,2015，02.