魯佳，康勇，郭婧

(天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072)

燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

魯佳，康勇，郭婧

(天津大學(xué)化工學(xué)院，天津300072)

對目前國內(nèi)外燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理的多種方法，如混凝－沉淀法、流化床法、人工濕地法、單質(zhì)鐵法、微濾膜法、生化法和改良混凝－沉淀法等進(jìn)行了分析評述。研究發(fā)現(xiàn)，開發(fā)技術(shù)集成度大、流程短、藥劑種類和用量少、一次性投資以及運(yùn)營費(fèi)用低的工藝技術(shù)是未來發(fā)展的方向，而改良混凝－沉淀法脫硫廢水處理技術(shù)符合要求，是一項值得加強(qiáng)應(yīng)用研究和推廣的新技術(shù)。

燃煤鍋爐;煙氣脫硫廢水;廢水處理;一步法

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力需求和供應(yīng)持續(xù)增長。截至2013年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量為12.47億kW，居世界第二位。其中，火電裝機(jī)容量8.62億kW，占全國總裝機(jī)容量的69.1%，比2010年末凈增1.55億kW［1］。按相關(guān)資料計算［2］，2013年火電企業(yè)電煤消耗量超過18億t，火電行業(yè)燃煤排放SO2占全國排放總量的42%以上。隨著2014年9月1日國家頒布的《火電廠煙氣治理設(shè)施管理技術(shù)規(guī)范》(HJ 2040－2014)的實施，火電企業(yè)煙氣脫硫裝備必須嚴(yán)格按照要求運(yùn)行。

目前全球絕大部分的火電廠采用濕法脫硫技術(shù)控制二氧化硫的排放。石灰石－石膏濕法脫硫是當(dāng)今世界上技術(shù)最為成熟、應(yīng)用最廣泛的脫硫工藝，在美國、德國和日本，采用該工藝的火電機(jī)組約占所有脫硫機(jī)組的90%［3］。但濕法煙氣脫硫系統(tǒng)通常需要排放一定量的吸收塔漿液以維持系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，排出的這部分漿液稱為脫硫廢水［4］。脫硫廢水成分復(fù)雜、污染物種類多、環(huán)境危害性大，若不徹底治理會給當(dāng)?shù)厮w和土壤造成嚴(yán)重污染。脫硫廢水的水質(zhì)直接決定了廢水的處理方法和工藝，而脫硫廢水水質(zhì)與火電廠所用煤種、脫硫裝置類型和操作工況等因素有關(guān)［5］，我國火電廠脫硫廢水水質(zhì)特點(diǎn):(1)pH值低，呈酸性;(2)含大量的懸浮物和鹽類;(3)含有一定量的重金屬離子;(4)含有大量的F－、Cl－和SO42－等離子;(5)含有還原態(tài)無機(jī)物質(zhì)。因此，為滿足脫硫廢水的排放要求，火電企業(yè)常配置單獨(dú)的脫硫廢水處理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)在正常運(yùn)行時均能將脫硫廢水處理至達(dá)標(biāo)排放要求，但不同處理工藝的繁簡有別，特點(diǎn)不一，處理成本有一定差距。本文的目的是對國內(nèi)外各種煙氣脫硫廢水處理方法進(jìn)行評述，探討燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向和前景。

1 國內(nèi)外脫硫廢水處理方法

1.1 混凝－沉淀法

目前，國內(nèi)外火電廠中應(yīng)用最廣泛的脫硫廢水處理方法為混凝－沉淀法。該工藝流程主要由廢水處理、配藥加藥和污泥壓縮三個系統(tǒng)組成。脫硫廢水經(jīng)水力旋流器處理后溢流至廢水調(diào)節(jié)曝氣箱，經(jīng)勻質(zhì)、曝氣后提升至三聯(lián)箱，廢水自流經(jīng)過中和箱、沉淀箱和絮凝箱。向中和箱添加石灰漿或氫氧化鈉使pH值升高至9.0～9.5，向沉淀箱內(nèi)加入有機(jī)硫或硫化物，向絮凝箱內(nèi)加入絮凝劑，絮凝箱的溢流出口加入助凝劑，廢水進(jìn)入澄清濃縮池中實現(xiàn)泥水分離，上清液溢流至清水箱，下部污泥由泥漿泵抽走送至污泥壓縮系統(tǒng)進(jìn)行脫水。向清水箱中加入鹽酸，調(diào)節(jié)pH值到6.0～9.0后排入公用排水系統(tǒng)或作為中水回用［11－14］。

混凝沉淀法在國內(nèi)火電廠脫硫廢水處理中廣泛使用。該方法能夠有效處理脫硫廢水，出水水質(zhì)基本滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求［6－7，15－18］，但該工藝系統(tǒng)流程長、占用設(shè)備多、運(yùn)行控制麻煩、投入成本高［19］。魏代波等人［8］提出一套混凝－沉淀法脫硫廢水處理工藝，該處理工藝相對簡單、占地少、基建投資少，但是運(yùn)行中管道堵塞，給運(yùn)行管理增加難度。陳澤峰等［6］介紹了定州電廠采用的混凝－沉淀法工藝原理。聶鵬飛［4］分析了王灘電廠采用混凝－沉淀法脫硫廢水處理系統(tǒng)在實際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，提出增設(shè)初沉池、更換旋流器以及調(diào)整工藝參數(shù)等措施來改善系統(tǒng)運(yùn)行效果。同樣，絮凝－沉淀法在國外火電廠也有廣泛的應(yīng)用［8，20－21］。

通過以上案例可以看出，混凝－沉淀法處理脫硫廢水的應(yīng)用廣泛、技術(shù)相對成熟，出水水質(zhì)較好。但是，該方法的缺點(diǎn)是流程較長，添加藥劑和設(shè)備較多，系統(tǒng)占地面積大，基建投資和運(yùn)行費(fèi)用較高，酸堿對設(shè)備管道腐蝕嚴(yán)重，并且容易發(fā)生污泥堵塞管道，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。

1.2 流化床法

流化床法是丹麥學(xué)者Krüger發(fā)明的一種脫硫廢水處理方法，該方法在丹麥AvedΦre電廠中試取得較好效果［22－23］。其工藝流程如圖1所示。

圖1 流化床法脫硫廢水處理工藝流程

流化床法主要原理是廢水中的二價錳以及添加的亞鐵離子與高錳酸鉀反應(yīng)生成二氧化錳和氫氧化鐵，它們附著在填料表面，并對廢水中的其他金屬離子進(jìn)行吸附和絡(luò)合，從而達(dá)到去除的目的。這種方法最早是用于去除地下水和灰場滲濾液重金屬，將它用于處理脫硫廢水亦取得較好的效果。該方法工藝流程簡單，設(shè)備緊湊，重金屬去除率高，處理藥劑添加量少，具有很好的應(yīng)用前景［24］。

1.3 人工濕地法

該方法是1953年由德國的Max Planck研究所提出，利用濕地中土壤、人工介質(zhì)、植物、微生物的物理、化學(xué)和生物三重協(xié)同作用，對廢水中污染物的吸附、滯留、過濾、氧化還原、沉淀和微生物分解等作用從而實現(xiàn)廢水凈化。該工藝流程簡單，系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，出水水質(zhì)好，特別是對Hg、Se處理效果好。但是人工濕地修建時間長，占用面積大，一次性投資多，適合在遠(yuǎn)離人口密集地區(qū)投建運(yùn)行。次外，人工濕地對周圍土壤、水體的潛在影響很難在短時間內(nèi)判斷。因此，其應(yīng)用仍具有一定局限性［25－26］。

1.4 單質(zhì)鐵法

近年來單質(zhì)鐵法用于去除地表水中重金屬取得成功，Huang等人采用單質(zhì)鐵法處理脫硫廢水［27］，并在美國佐治亞電力公司中試取得良好效果［28－29］。其主要工藝流程見圖2。單質(zhì)鐵法用于脫硫廢水處理效果好，重金屬去除率高，特別是對硒、汞等難處理元素去除效果好，滿足出水水質(zhì)要求較高的國家和地區(qū)。但該方法在實際操作中單質(zhì)鐵和堿液的消耗量大，雜質(zhì)離子影響處理效果［26］。

圖2 單質(zhì)鐵法處理脫硫廢水工藝流程

1.5 微濾膜法

利用微濾膜法處理脫硫廢水需要先對廢水進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理，然后再進(jìn)入微濾膜系統(tǒng)進(jìn)行深度處理。圖3所示的微濾膜法處理工藝流程是由E-noch等人提出并按此進(jìn)行中試試驗研究［30］。研究結(jié)果表明，該方法對脫硫廢水處理效果好，滿足歐美國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。微濾膜法工藝流程簡單，操作方便，但鎂、鋁、硅、鐵以及硫石膏等垢類物質(zhì)對微濾膜的污染嚴(yán)重［31－32］，微濾膜的成本又偏高，因此其應(yīng)用有一定局限性。

圖3 微濾膜法處理脫硫廢水工藝流程

1.6 生化法

采用生化法處理煙氣脫硫廢水需首先對廢水進(jìn)行混凝沉淀與處理，然后溢流水再進(jìn)入生化反應(yīng)器進(jìn)行處理［33］。該方法主要是通過預(yù)處理去除大部分懸浮物以及重金屬，再通過微生物的代謝和分解作用去除廢水中部分可溶性鹽、含氮化合物以及有機(jī)物，此外，微生物對重金屬的吸附以及其代謝產(chǎn)物對重金屬的絡(luò)合，降低廢水中的重金屬含量。生化法具有高效、無二次污染、顯著提高出水水質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，但該工藝流程長，管道設(shè)備多，占地面積達(dá)，處理效率低，總體應(yīng)用效果有待于進(jìn)一步研究。

1.7 蒸發(fā)濃縮法

蒸發(fā)濃縮法是利用電廠余熱對脫硫廢水進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，蒸汽冷凝回用，濃縮液結(jié)晶產(chǎn)品包裝外運(yùn)。國內(nèi)廣東河源電廠、三水恒益電廠分別采用“四效立管強(qiáng)制循環(huán)蒸發(fā)結(jié)晶工藝”、“兩級臥式薄膜蒸發(fā)器+兩級臥式機(jī)械蒸汽壓縮循環(huán)結(jié)晶工藝”處理脫硫廢水［34－35］，國外也有多家電廠采用濃縮蒸發(fā)法［36－38］。蒸發(fā)濃縮法實現(xiàn)了廢水與結(jié)晶鹽資源化綜合利用，并對燃煤電廠廢水零排放系統(tǒng)的開發(fā)研究、電廠廢水處理、水資源利用與固體廢物綜合利用等有一定的參考價值［33，39］。蒸發(fā)結(jié)晶法需要單獨(dú)建立一套廢水蒸干系統(tǒng)，處理過程耗費(fèi)一定量的蒸汽和廠用電，建設(shè)和運(yùn)行成本較高［40］，并且水中結(jié)垢因素Ca2+、Mg2+、SO42－、F－、硅等濃度很高，深度處理后濃鹽產(chǎn)品為復(fù)雜混合鹽，處理成本高。

1.8 改良混凝－沉淀法

改良混凝－沉淀法是對傳統(tǒng)混凝－沉淀法的改進(jìn)，工藝流程如圖4所示。廢水引入混合反應(yīng)箱后只添加一種新合成的固體粉末藥劑，經(jīng)混凝沉淀后出水水質(zhì)滿足DL/T997－2006標(biāo)準(zhǔn)要求，整個過程只需在混合反應(yīng)箱內(nèi)一次加藥，因此也稱為“一步法”。該固體粉末藥劑由具有pH調(diào)整、絮凝絡(luò)合及反應(yīng)緩沖等功能的成分組成，性能安全穩(wěn)定，易于運(yùn)送存儲添加。該方法工藝流程簡單，無需藥劑配制儲存系統(tǒng)，無需調(diào)整廢水的酸堿度，設(shè)備少，控制系統(tǒng)簡單，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，節(jié)省人力物力財力，具有很好的應(yīng)用前景。

圖4 “一步法”處理脫硫廢水工藝流程

2 結(jié)語

燃煤鍋爐煙氣脫硫廢水水質(zhì)復(fù)雜多變，目前國內(nèi)外的處理方法包括混凝－沉淀法、流化床法、人工濕地法、單質(zhì)鐵法、微濾膜法和生化法等，但應(yīng)用最廣泛的仍是混凝－沉淀法。該方法技術(shù)相對成熟、成本低、效率高、出水水質(zhì)好，但在實際運(yùn)行中體現(xiàn)出一些不足，如工藝流程長、添加藥劑種類多，設(shè)備多，占地面積大，酸堿對設(shè)備管道腐蝕嚴(yán)重，且容易發(fā)生污泥堵塞管道，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定等。因此，隨著國家對燃煤鍋爐煙氣排放要求日益嚴(yán)格，開發(fā)技術(shù)集成度大、流程短、藥劑種類和用量少和一次性投資以及運(yùn)行費(fèi)用低的先進(jìn)工藝技術(shù)是未來發(fā)展的方向。改良混凝－沉淀法，即“一步法”脫硫廢水處理技術(shù)正是一項符合該要求的值得加強(qiáng)應(yīng)用研究和推廣的新技術(shù)。

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Development trend of FGD wastewater treatment technologies

Analysis of the flue gas desulfurization(FGD)wastewater treatment technologies，including flocculation－precipitation process，fluid bed process，constructed wetlands process，hybrid zero－valentiron process，microfiltration membrane process，biochemistry process and improved flocculation－precipitation process，in coal－fired power plant were made.The methods，whichis of higher develop integration degree，shorter flow，less types and dosage of regents，lower cost in investment and operation，are worth to be anticipated.The improved flocculation－precipitation process，namely the one－step FGD wastewater treatment method that needs to be developed in application research，is a new way that matches these requirements.

coal－fired boiler;FGD wastewater;wastewater treatment;one－step process

X703.1

B

1674－8069(2015)04－031－04

2015-03-16;

:2015-05-20

魯佳(1989-)，男，湖北黃岡人，碩士研究生，研究方向為工業(yè)水處理技術(shù)。E－mail:lujia989@163.com