黃珊

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引言

煤炭作為火電廠主要燃料，但其使用過(guò)程中造成的污染不容忽視，為了維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的一定量的廢水，此類廢水屬于最末端的廢水，若直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此采用合適的處理工藝達(dá)到脫硫廢水零排放，最大程度地節(jié)約成本成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要研究方向。

一、火電脫硫廢水水質(zhì)

煤炭作為火力發(fā)電機(jī)的主要燃料，其中含有大量的硫化物和金屬離子等。濕法煙氣脫硫工藝的特點(diǎn)是利用液態(tài)脫硫劑如水或堿液與通過(guò)吸收塔煙氣中的SO2反應(yīng)最終形成硫酸鹽以達(dá)到脫硫的效果，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含硫酸鹽的脫硫廢水。脫硫廢水水質(zhì)一般呈酸性，并且含有大量的重金屬離子和Ca2+、Mg2+，其中Ca2+、Mg2+會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成結(jié)垢或者腐蝕，不僅會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)管道及設(shè)備使用壽命，而且是火電廠生產(chǎn)運(yùn)行潛在的安全隱患，還會(huì)影響到火電廠廢水污染減排及機(jī)組安全運(yùn)行。

二、脫硫廢水零排放處理工藝

（一）預(yù)處理工藝

廢水預(yù)處理系統(tǒng)主要是去除脫硫廢水中的懸浮物和Ca2+、Mg2+、SO42-等離子，滿足后續(xù)系統(tǒng)的進(jìn)水要求，避免后續(xù)處理系統(tǒng)出現(xiàn)結(jié)垢、污堵。雖然“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法的加藥量少，加藥成本是根據(jù)氫氧化鈉和石灰的市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，現(xiàn)階段因石灰加藥量大、價(jià)格高，“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法加藥成本更低?！皻溲趸c+碳酸鈉”軟化法對(duì)F 離子去除效果不好，對(duì)氫氧化鎂的沉降效果也不好，會(huì)發(fā)生氫氧化鎂沉淀一直懸浮在水中無(wú)法沉降的情況，氫氧化鎂沉淀的小晶體顆粒會(huì)隨著廢水進(jìn)入下級(jí)系統(tǒng)，對(duì)后面膜系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，故“氫氧化鈉+碳酸鈉”軟化法需要更精細(xì)的控制、更高的運(yùn)行水平，而“石灰+碳酸鈉”軟化法沉降效果更好、藥品安全性更好、購(gòu)買更容易、加藥費(fèi)用高。

（二）正滲透(FO)

正滲透不需要外界壓力驅(qū)動(dòng)，能耗低，但需要汲取液來(lái)提供推動(dòng)力。對(duì)于正滲透膜材料，可應(yīng)用于反滲透的膜材料一般均可應(yīng)用于FO 技術(shù)。正滲透處理效果的影響因素有FO 膜、汲取液、運(yùn)行條件等。多種因素對(duì)正滲透濃縮濃鹽水的影響，濃鹽水TDS 可從60000mg/L 濃縮至126000mg/L，同時(shí)證實(shí)氯化鈉適合作驅(qū)動(dòng)液。國(guó)內(nèi)第1 套正滲透系統(tǒng)脫硫廢水零排放項(xiàng)目在華能長(zhǎng)興電廠已投產(chǎn)運(yùn)行，可將22m3/h 含鹽水濃縮至1.5～2.0m3/h，將含鹽量＞60000mg/L 的濃水濃縮至含鹽量＞200000mg/L。該技術(shù)引自美國(guó)，其核心技術(shù)尚未掌握，技術(shù)服務(wù)難度大，整套裝置占地700m2，正滲透仍需部分蒸汽量，同時(shí)存在較多運(yùn)行問(wèn)題，以及正滲透進(jìn)水水質(zhì)的保證問(wèn)題。R O 應(yīng)用范圍廣，但易發(fā)生膜污染與結(jié)垢堵塞問(wèn)題；FO 屬自發(fā)過(guò)程，能耗低，不需要額外壓力，設(shè)備簡(jiǎn)單，其膜表面不易形成濾餅層，膜污染可逆，但需選取合適的汲取液，汲取液的再生需額外能量，同時(shí)，正滲透膜存在嚴(yán)重的內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象。

（三）反滲透膜

反滲透膜一般用高分子材料制成，原理是將滲透過(guò)程進(jìn)行逆反操作，表面微孔的直徑一般在0.5～10nm 之間，滲透性的大小與膜本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。有的高分子材料對(duì)鹽的排斥性好，而水的滲透速度并不好。有的高分子材料化學(xué)結(jié)構(gòu)具有較多親水基團(tuán)，因而水的滲透速度相對(duì)較快。因此一種滿意的反滲透膜應(yīng)具有適當(dāng)?shù)臐B透量或脫鹽率。

（四）電滲析

電滲析是在直流電場(chǎng)中設(shè)置若干交錯(cuò)排列的陽(yáng)膜和陰膜，利用電極對(duì)陰陽(yáng)離子的驅(qū)動(dòng)力和濾膜的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)廢水的濃縮減量。在外加電場(chǎng)下，廢水中的陰陽(yáng)離子會(huì)在電極驅(qū)動(dòng)下向相反電極移動(dòng)，由于陰離子不能透過(guò)陽(yáng)膜，陽(yáng)離子不能透過(guò)陰膜，因此會(huì)在兩極之間形成交錯(cuò)排列的淡水室和濃水室。ED 的濃縮效果非常顯著，其濃縮液TDS 可達(dá)200g/L 以上，可以極大地減少?gòu)U水流量。對(duì)某電廠脫硫廢水進(jìn)行了濃縮試驗(yàn)，先用RO 將廢水濃縮至70g/L 左右，再將RO 濃水通過(guò)ED 濃縮為210g/L 左右，廢水流量可減小90%，濃縮效果極其顯著。ED 技術(shù)具有能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，其抗污染能力較RO 強(qiáng)，但是耗水量較大，難以處理不易電離物質(zhì)，對(duì)電極材料的要求較高。目前，該技術(shù)已較為成熟，被廣泛應(yīng)用于化工、冶金、造紙、醫(yī)藥工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，電滲析技術(shù)在高含鹽廢水處理方面仍存在一些瓶頸，比如如何在提高濃縮倍率的同時(shí)降低系統(tǒng)能耗。

三、脫硫廢水煙道蒸發(fā)零排放關(guān)鍵技術(shù)

目前較為主流的濃鹽蒸發(fā)脫鹽水處理工藝有三種，分別是主煙道煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)、旁路蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)、蒸發(fā)結(jié)晶工藝。主煙道煙氣余熱噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)在末端濃鹽水的處理中已有較多的應(yīng)用案例，具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、投資運(yùn)行成本低、無(wú)結(jié)晶鹽處置問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性受機(jī)組負(fù)荷影響較大。旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有的優(yōu)點(diǎn)是：自動(dòng)化程度高、操作方便，提高了系統(tǒng)的運(yùn)維水平；旁路煙道入、出口隔離門的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)與電廠主體的隔離，不影響電廠的日常運(yùn)作?；谂月窡煹勒舭l(fā)的脫硫廢水零排放技術(shù)具有可行性，該技術(shù)中預(yù)處理是基礎(chǔ)，膜減量是保障，旁路煙道蒸發(fā)是核心。應(yīng)用該技術(shù)時(shí)應(yīng)根據(jù)允許蒸發(fā)水量反推膜濃縮倍數(shù)，設(shè)計(jì)合理的預(yù)處理工藝參數(shù)。該技術(shù)利用高溫?zé)煔鈱?shí)現(xiàn)脫硫廢水的高效蒸發(fā)，不需要額外熱源，運(yùn)行能耗低；且旁路煙道可充分利用煙道間空隙，占地面積小，工程投資省。能夠一定程度減少系統(tǒng)運(yùn)行中的積灰、結(jié)垢等問(wèn)題，但是對(duì)鍋爐效率略有影響。旁路蒸發(fā)器煙氣噴霧蒸發(fā)干燥技術(shù)投資運(yùn)行費(fèi)用較低，無(wú)結(jié)晶鹽處理處置等問(wèn)題，對(duì)空氣預(yù)熱器、粉煤灰品質(zhì)等影響較小，近年來(lái)火電廠投運(yùn)案例漸增。蒸汽機(jī)械再壓縮蒸發(fā)結(jié)晶工藝存在占地面積大、運(yùn)行費(fèi)用高以及結(jié)晶鹽的處理處置問(wèn)題，電廠應(yīng)用考慮較少?；覉?chǎng)噴灑蒸發(fā)作為一個(gè)末端濃鹽水消納手段，無(wú)新增投資，運(yùn)行成本較低，不過(guò)面臨較大的環(huán)保政策風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

電廠廢水零排放是目前及未來(lái)電力環(huán)保的必然要求，現(xiàn)階段廢水處理技術(shù)參差不齊，在系統(tǒng)可靠性、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)不佳，通過(guò)對(duì)多種廢水處理技術(shù)的分析比較:1)大多數(shù)舊電廠的預(yù)處理技術(shù)仍采用三聯(lián)箱設(shè)備，或?qū)ΜF(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造;對(duì)于新建電廠，針對(duì)不同電廠的廢水特點(diǎn)，預(yù)處理環(huán)節(jié)有時(shí)可省略，減少?gòu)U水處理的投資及運(yùn)行成本。2)廢水零排放技術(shù)路線需結(jié)合電廠的生產(chǎn)特點(diǎn)選擇。由于電廠廢水水質(zhì)普遍較差，對(duì)電廠煙氣余熱的利用是未來(lái)廢水處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，尤其在低溫余熱利用，但仍存在諸多問(wèn)題。