浅析燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与运用
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【摘 要】煤炭是我国目前使用最多的化石能源，煤炭燃烧过程中会产生一些污染气体，如SO2等，故需对其进行脱除处理，脱除后的废水中会含有硫的成分，导致污水不能达标排放。我国是全球最大的煤炭消费国，短期内以煤炭为主的能源结构不会改变。当前，世界经济持续向电气化发展，用于发电的能源占比逐年上升。我国目前仍主要采用燃煤方式发电，2016年，火力发电占全国整个发电行业的71.6%，其中91.1%的火力发电量由煤炭燃烧发电提供。
【关键词】燃煤电厂；脱硫废水；处理技术
引言
我国是一个以火力发电为主的国家，2017年煤电发电量38803亿千瓦时，占全国发电量的60.5%。由此可见，燃煤发电仍然是我国发电的主体方式，燃煤发电会产生大量的SO2和粉尘，且SO2是造成酸雨的主要大气污染物，因此需要对燃煤电厂所排放的烟尘进行严格控制。我国常用的脱硫技术是湿法中的石灰石—石膏法，该工艺是脱硫技术中最成熟的工艺，具有脱硫效率高、脱硫反应速度快、运行成本低、石膏利用效率高等优点。但此工艺所产生的废水水质成分复杂，直接排放会对周围生态环境造成严重影响。因此，本文对脱硫废水的来源、水质特点以及工艺进行综述，重点将从脱硫废水传统处理工艺和深度处理技术对脱硫废水进行探讨。
1、脱硫废水的危害分析
从燃煤电厂运行实际来说，脱硫废水中含有主要危害物质，包括重金属离子和钙离子等，随着设备的持续运转，脱硫废水水质会继续恶化，程度较大，极易造成水污染。以石膏脱水系统为例，在实际运行的过程中，将10%～20%的石膏反应产物利用脱水机，排出系统，部分回经溢流箱，旋流后，将固体含量<1.2%的废水，送到废水系统排出。废水的不达标排放，会造成水污染，长期以往，会造成不可逆转的危害。当化学物质蒸发后，极易造成大气污染问题，形成酸雨。基于此，实现废水零排放，有着重要的意义。
2、脱硫废水特征与排放标准
脱硫废水主要是石灰石-石膏湿法脱硫过程后的排放水。为维持脱硫工艺中浆液循环系统的物料平衡，控制吸收塔浆池中的Cl-、F-等惰性物质的浓度，保证脱硫效率与石膏品质，维持脱硫系统连续高效运行，需从脱硫系统中排出一定量的高盐度脱硫废水。脱硫废水的出水量大、水质波动性强、成分复杂，是整个电厂系统排出的最难处理的废水。脱硫废水的水质有如下特点：排水温度范围在40～50℃；呈弱酸性，pH值变化范围为4～6；溶解性总固体（TDS）高达10000～60000mg/L；悬浮物（SS）含量高，导致水硬度高、易结垢；含盐量高，一般在30000～60000mg/L，主要成分为Cl-、F-、BO3-、SO42-、SO32-、NO3-、NO2-等，其中氯化物浓度尤其高，腐蚀性强；重金属种类多，有Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni、Cu、Zn、Co、Mn、Al、Fe等；化学需氧量（COD）大，通常在150～400mg/L。
电厂脱硫废水主要来自于石膏脱水系统和清洗系统的排放水、水力旋流器的溢流水、皮带过滤机的滤液等，水质与水量则取决于煤源、添加剂种类、补给水质、设备与操作条件等因素。虽然脱硫废水中的重金属浓度通常不高，却是脱硫废水的主要污染物，难以去除。废水中的重金属种类众多，其中含有的Hg、Cr、Cd、Pb、As、Ni等为一类污染物。金属种类主要取决于煤的品质，其中石灰石也是Ni、Zn、Al的重要来源。
3、脫硫废水处理工艺系统的应用分析
某电厂采取石灰石—石膏法脱硫工艺对烟气中的SO2气体进行处理，其主要过程为：首先石灰石在在设备中被加工成粉末，粉末吸收工艺水，制成石灰石浆液，作为脱硫剂备用；脱硫剂在泵的作用下注入吸收塔的顶部，底部在引风机的作用下通入锅炉烟道气，在气液逆流接触过程中，脱硫剂吸收烟道气中的SO2。在吸收SO2之前，为提高烟道气和浆液充分接触而添加的空气喷嘴会源源不断的向吸收塔内注入强制空气，溶解在水中的SO2在空气的作用下被氧化，由HSO3-氧化成H+和SO4-。浆液在酸性条件下会溶解生成钙离子，Ca2+和SO4-接触会生成CaSO4沉淀，然后将生成的产物用作建筑材料，通大量浆液接触的烟气经过吸收塔后水蒸气达到饱和状态，然后经过下游的烟气加热系统加热升温后排空。从而完成对烟道气中硫的脱除和利用。（1）该燃煤厂使用的煤种为低硫燃煤，在废水未处理前其pH为6.5～7.4，废水呈现弱酸性，不能直接排放，而经过废水处理后，其呈现中性。（2）脱硫废水通过物理化学法处理后，硫化物、氟化物、As和SS处理效率达到90%左右，Hg处理效率30%～46.67%，有效去除了水污染物。（3）通过分析实践可以看出，利用物理化学方法处理废水的工艺可以有效地去除废水中的污染物，处理后的废水基本可以满足电厂用水的水质要求，基本可以实现重复利用，不仅可以节约用水，另外还可以提升经济效益。
4、脱硫废水的深度处理工艺
4.1、膜分离技术
膜分离技术处理脱硫废水的原理是通过具有选择透过性的半透膜对废水中的组分进行选择性分离，从而降低废水中污染物的浓度。在废水处理上，悬浮固体、胶体等大分子物质会通过超滤被截留下来，而其中的无机盐、有机物等小分子则是能直接通过，不能被去除。反渗透是一种有效的且常用的脱盐技术，但也受污染物浓度、pH值以及温度等的影响。对于微滤处理废水，Enoch等人提出需要对废水进行混凝沉淀预处理，然后再进行深度处理。处理结果表明，该方法对脱硫废水处理效果好，能够满足废水排放标准，且微滤膜法工艺流程简单，操作方便。该方法还存在一些缺陷：钙、镁等易结垢物质易污染微滤膜，造成堵塞，微滤膜价格较高，利用此工艺处理脱硫废水会大大增加工厂处理废水的费用。
4.2、湿式电除尘及其废水零排放技术
在脱硫塔后部烟道设置湿式电除尘器，使用金属板卧式结构，设计双室两电厂，阴极线和阳极板使用316L材质。本体结构使用玻璃鳞片进行防腐，阳极总投影收尘面积为11742m2，比集尘面积总计15.9m2/（m3/s）。喷淋循环水量总计150m3/h，喷淋前利用清洗过滤器以及袋式保安过滤器，加入碱，进行pH调整。使用废水处理以及复用系统，废水经过处理后，再次用于脱硫系统，不排放出来。湿式电除尘器产生的废水直接排放到顶澄清器开展物理沉降处理。经过沉降后，下部浆液直接排放到吸收塔集水坑，用于吸收塔液池，作为补充水。上部清水溢流到清水箱，经过过滤处理后，用作吸收塔除雾器冲洗水，实现水资源再利用。除雾器不足的冲洗水，使用脱硫系统工艺水补充。燃煤电厂脱硫工艺水，是工业废水，pH值为9.0～9.5；电导550～650μS/cm；CI-浓度55～80mg/L。
4.3、蒸发结晶
一是多效蒸发结晶技术。经过预处理后的脱硫废水经过换热器预热后，进入多级蒸发室进行蒸发浓缩，冷凝水收集后作为补给水回用，结晶分离出的盐经干燥后外运。多效蒸发法系统回收率高，适用于COD较低的、盐类溶解度对温度变化敏感的废水，对废水中氯化物的分离效率较低。且此技术需要的处理设备多、建筑用地大、运行能耗大、投入成本高。二是机械蒸汽再压缩技术。指通过降膜式机械蒸汽再压缩蒸发器（MVR蒸发器）将脱硫废水处理成纯净的蒸馏水。利用MVR蒸发器分段蒸发脱硫废水生产二次蒸汽，将二次蒸汽再压缩转换为热能进行循环利用。此工艺的废水回收利用率高，无废液排放。MVR为单体蒸发器，集多效降膜蒸发器于一身，蒸发设备紧凑，占地面积小，投资成本低，节能环保。威立雅水务技术公司、通用电气公司等都选用了立式降膜蒸发器进行脱硫废水处理。
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（作者单位：广东华电韶关热电有限公司）
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