燃煤电厂脱硫废水的排放优化

邱天亮

摘要：尽管近十多年来火力发电的占比逐年下降，但是火电仍然是我国最重要的电力来源，其发电量及装机总量也在逐年上升。火电机组在发电过程中不可避免会产生大量的污染物如SO₂、SO₃、NO_x和飞灰等，这将对环境造成十分严重的污染。近几年来，我国加强了对污染物排放的管控，出台了许多有关污染物排放的政策，其中就对电厂烟气中硫化物的排放制定了标准，大部分电厂通过改造加装脱硫装置实现了烟气污染物排放的控制。在火力发电厂中，应用最为广泛的脱硫技术为湿法脱硫技术，石灰石用来作为脱硫剂，当Ca/S质量比为1时，其反应脱硫效率可以达到90%。湿法脱硫原理简单、速度较快、效率较高且成本较低，在电厂脱硫上应用十分广泛。

关键词：燃煤电厂； 脱硫废水； 物料平衡； 氯

引言

全球性的环境污染问题迫切要求人类采取绿色、可持续的生产方式。对燃煤电厂来说，这是非常困难的。我国人口多，耗电量大，石油、天然气资源与煤炭资源相比相对匮乏，火力发电仍是我国的主要发电方式。燃煤势必产生大量的二氧化硫和大量烟尘，会造成酸雨和雾霾的环境问题。因此，国家要求强制脱硫。由于脱硫工艺采用的是湿法脱硫，会产生出大量的废水，这些废水含有大量的重金属离子，直接外排废水中含有大量的第一类污染物，且排放浓度往往不符合国家的环保规定。因此必须对废水进行处理，以达到合格的排放标准。

1脱硫废水的来源

石膏浆当中的烟气以及废水和石灰石泥浆进行相应的反应之后，就会产生含水量比较高的石膏浆，继而使用干燥脱水等实施回收和使用，该过程就会产生脱硫废水；脱硫废水一般为弱酸性，其pH值在4～6。脱硫废水当中主要就是石灰石以及铁铝等悬浮物，水自身的浊度有着一定的影响，在管道中也会存在结垢，对于管道设备的运行有着一定的影响；除此之外，因为脱硫废水当中阴离子比较多，在完成沉淀之后会产生悬浮物，这样就会导致结垢以及堵塞等问题；在这当中因为石灰浆液中含有很多胶状悬浮物，这对于整体的脱硫效果有着很大的影响；Cl^-对管道还会造成一定的腐蚀性，对管道设备的使用寿命会产生影响，从而使得脱硫效果打折。由于脱硫废水中含有的硫酸盐比较多，同时浓度很高，若是将其排到土体和环境中，就会产生沉积层，使得土体中含有的汞元素非常多，对水生植物微量元素会产生相应的影响，从而可能会对人体和水体在健康中受到很大的威胁。

2脱硫废水水质特征

应用石灰石-石膏湿法脱硫技术时，为了确保脱硫塔内浆液循环系统的物料平衡，同时也为了确保脱硫效率及产出石膏的品质，必须定期的从脱硫装置中排出一部分废水，即脱硫废水。脱硫废水的水质特点如下：（1）呈弱酸性，pH值在4~6之间；（2）悬浮物含量高，其中包含石膏颗粒物、SiO2、硫酸盐等；（3）重金属离子含量高，其中包含汞离子、铅离子、铬离子、砷、硒等；（4）易结垢性离子含量高，其中包含钙离子、镁离子、硅等；（5）腐蚀性离子含量高，其中含有硫酸根离子、氯离子等，氯离子含量在5000~20，000mg/L；（6）水质波动较大，脱硫废水水质与电厂使用的煤种、脱硫工艺技术及运行方式等多种因素相关。因此，为了实现脱硫废水零排放的要求，需根据不同种类污染物的特征进行以下的分段处理：预处理、浓缩减量和蒸发固化。

3国内燃煤电厂烟气废水处理现状

水资源问题是制约中国工业发展的瓶颈。随着《新环境保护法》、《水污染行动计划》等一系列法律法规的颁布实施，节水成为必然选择。寻求一种工艺稳定性强的水处理工艺已成为工业发展的内在要求。脱硫废水零排放没有统一标准，系统运行稳定性低、生活污泥处置困难等问题成为工业化推广应用的障碍。典型的燃煤电厂湿法脱硫废水含有大量的盐、重金属离子、难处理的化学需氧量等。脱硫废水常规预处理过程中加入大量熟石灰，导致水中硬度离子含量高，水中钙镁离子含量高导致处理设备结垢，脱硫废水水质成分复杂，污染物严重超标。水中硫化物含量高，如果不及时处理，会破坏自然环境。脱硫废水受脱硫工艺等因素影响，水质变化较大。脱硫废水水质控制行业标准《指标中的燃煤电厂湿法脱硫废水水质控制》对废水中的汞、镉、铅等指标进行了限制，最大排放限值为0.05 mg/L，目前老燃煤电厂废水排放按照《废水综合排放标准》进行控制，标准中规定的控制项目并不完全适用于脱硫废水。2015年，国务院发布《水污染防治行动计划》，强调加强水污染控制。燃煤电厂废水成分复杂，引起了行业的关注，行业脱硫废水的排放被提上日程。工程案例是利用浓缩工艺减少废水，浓缩后的水进入蒸发器结晶成固体盐。脱硫废水零排放技术是近几年发展起来的，无线技术没有长期稳定运行的经验。目前，成熟的常规脱硫废水排放工艺包括膜系统浓缩、垂直降膜MVR蒸发器蒸发结晶等。单位运行费用30-120元/t水。该系统存在工程投资大、运行维护成本高、机组利用小时数持续减少、长期持续低电价运行等缺点。污水处理投资给电厂带来了巨大的环保负担。

4脱硫废水排放处理工艺应用要点

4.1脱硫废水预处理

为避免在处理过程中出现设备结垢的现象，需对脱硫废水中的Ca²⁺、Mg²⁺、SiO₂等易结垢性离子进行处理。预处理的方法有石灰-碳酸钠法、氢氧化钠-碳酸钠法。相比较石灰-碳酸钠法，氢氧化钠-碳酸钠法需要药剂量较少，且对Ca²⁺、Mg²⁺去除率较高，但对于SO4²⁺去除率较低。此外，经湿法脱硫系统后的烟气可起到代替碳酸钠的作用，用于去除脱硫废水中的Ca²⁺，虽然该方法成本较低，但该技术不成熟，未见工程实例。

4.2化学沉淀-微滤膜法

化学沉淀-微滤膜法主要就是在化学沉淀法的基础上进行建立，然后采用微滤膜来对于其所产生的废水再次实施处理，并对废水当中的重金属离子和悬浮物等实施过滤处理，有着很好的处理效果。采用这种方法存在的问题主要就是，滤膜很容易被污染，目前处理这种问题的方式就是在废水当中加入铁盐或者铝盐，采用这种工艺对于废水处理可以起到很好的效果，通过处理之后的废水能够符合排放标准，同时还可以确保整体工艺有效实现自动化。

4.3电解制氯系统

通过采用预沉+化学加药软化+TMF+SCNF+SCRO工艺对电厂脱硫废水进行预处理、分盐和浓缩处理后，除了获得洁净的回用水外，产生的浓盐水与海水水质接近。为了克服传统“零排放”蒸发结晶工艺产生的高能耗以及工业盐产品对外销售难等问题，通过电解浓盐水制取次氯酸钠溶液，以实现废水资源化综合利用的目的。

4.4生物法

生物法的应用对适用条件要求很高，废水处理环境中需要满足能够对微生物生存的碳源和营养元素。除此之外，弱酸性环境，一方面对微生物分解非常有利，另一方面可以将可溶性沉淀减少。通过相关研究可以发现，在特定基础条件下，微生物可以将氨氮以及硒元素等重金属去除。生物法在对脱硫废水处理中操作比较简单，成本也较低，然而生物法的实际运行需要和微生物活性结合起来，很容易受到废水环境对其的影响；微生物的投入量需要合理控制，为了防止出现二次污染，就需要在对其处理之后的水质做好管理，生物法和现阶段绿色发展理念相符合，有着良好的发展性。

结束语

目前，我国脱硫废水零排放工程依然处于探索阶段，很多技术因其独有的优势需要对其进行更深一步的研究。因此，如何将各技术的优势最大化以及根据不同的脱硫废水排放情况进行工艺组合，实现高效经济的废水零排放及结晶盐的综合利用，将是脱硫废水零排放需要关注的问题。

参考文献

[1]夏赛,卫新来,金杰,陈俊.燃煤电厂脱硫废水处理技术研究进展[J].现代化工,2020,40(01):46-49.

[2]李宏远.燃煤电厂脱硫废水零排放治理技术路线分析与选择[J].煤炭工程,2019,51(11):80-85.

[3]王文欣,高毅,刘春红,童小忠,陈彪,祁志福,张勤.燃煤电厂旁路烟气干燥塔控制技术开发[J].中国电力,2020,53(01):147-154.

[4]钟立勋.燃气电厂节水和废水零排放技术应用[J].智能城市,2019,5(21):126-127.

[5]牛耀岚,胡伟,朱辉,邹龙生,宋小鹏.燃煤电厂脱硫废水处理方法及零排放技术进展[J].长江大学学报(自然科学版),2019,16(10):72-78.