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燃煤电厂脱硫废水重金属处理技术研究进展

发表时间：2020/11/12 来源：《基层建设》2020年第21期作者：彭岗

[导读] 摘要：随着我国经济快速发展，能源消耗也快速增长，火力发电作为一种设计成熟、技术稳定可靠、建设周期短的电力来源，在我国电力能源结构中发挥着主力军作用.煤炭作为火力发电厂燃煤机组的主要燃料，含有大量的硫化物和重金属.随着国务院《水污染行动计划》的发布，脱硫废水的处理标准被提升到了新高度，其处理工艺也朝着多元化的方向发展.如何高效地去除脱硫废水中的重金属离子成为近年来研究的热点之一。

        国家电投集团远达水务有限公司
        摘要：随着我国经济快速发展，能源消耗也快速增长，火力发电作为一种设计成熟、技术稳定可靠、建设周期短的电力来源，在我国电力能源结构中发挥着主力军作用.煤炭作为火力发电厂燃煤机组的主要燃料，含有大量的硫化物和重金属.随着国务院《水污染行动计划》的发布，脱硫废水的处理标准被提升到了新高度，其处理工艺也朝着多元化的方向发展.如何高效地去除脱硫废水中的重金属离子成为近年来研究的热点之一。
        关键词：燃煤电厂脱硫废水处理技术应用进展
        引言
        在中国，燃煤发电厂几乎占据了发电行业发展的大部分市场。同时，出现了许多问题。燃煤发电造成的空气污染对人类环境构成了巨大威胁。因此，中国几乎所有的燃煤电厂都安装了烟气脱硫系统结果，废水的处理和排放更加科学合理，从源头上减少了对环境的危害。从目前燃煤电厂的废水处理方法来看，使用的方法主要是石灰石法或石膏湿法。
        1.脱硫废水的性质和处理必要性
        1.1脱硫废水的性质
        脱硫废水具有水质和水量不稳定的特点。脱硫废水总的特点是悬浮物和COD较高，易沉淀，含有过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属。湿法脱硫废水的主要特征是：
        （1）呈现弱酸性，pH值约4～6；悬浮物高，但颗粒细小，主要成分为粉尘和脱硫产物（CaSO4和CaSO3）；
        （2）含有可溶性的氯化物和氟化物、硝酸盐等；还有Hg、Pb、Ni、As、Cd、Cr等重金属离子。
        1.2脱硫废水处理的必要性
        脱硫废水中的杂质主要来自烟气，脱硫剂（目前石灰石主要用于湿法脱硫）和工艺用水。其中，污染成分主要来自烟道气，烟道气中的杂质来自煤的燃烧。煤包含多种元素，包括重金属。这些元素在燃烧后会生成各种化合物。其中，气体化合物将与烟道气一起进入脱硫系统，并溶解在吸收浆液中。脱硫废水中的杂质主要包括悬浮固体，高浓度的亚硫酸盐，硫酸盐，氟化物和重金属。这些杂质与发电厂的其他工业废水完全不同，因此应分开处理。
        2.脱硫废水重金属处理技术
        目前，国内外脱硫废水中重金属的可行处理技术主要分为三类：常规脱硫废水处理技术，新型脱硫废水重金属处理技术和脱硫废水零排放技术。
        2.1常规脱硫废水处理技术
        传统的脱硫废水处理技术是基于物理化学沉淀法，是目前最常用的脱硫废水处理技术。从反应器的结构来看，它可分为三重箱法和集成法，两者均通过添加化学试剂，通过中和，反应，絮凝和沉淀而达到去除可溶性固体和可溶性重金属离子的目的。常用的试剂是碱性试剂[Ca（OH）2 / NaOH]，絮凝剂（FeCl3 / FeCl2），无机硫化物（例如Na2S），有机硫化物（例如TMT15；）等。
        2.1.1三联箱工艺
        三重箱去除重金属的原理：在中和过程中向废水中加入石灰乳或其他碱性试剂，将废水的pH值调节至9.0〜9.5，主要实现CaSO4，Hg，Cd的去饱和，Pb，Cu，Zn等重金属的去除，如氟化物的去除和一定程度的软化；然后在反应箱中加入硫化物，使废水中的Hg2 +和S2-形成不相容的HgS沉淀。然后加入絮凝剂，使悬浮颗粒形成絮凝物，最后在重力作用下在澄清池中进行浓缩，以实现泥水分离。
        三重箱工艺的优点主要是运行成本低，适用性强，技术成熟。缺点是配料剂种类繁多，系统比较复杂，影响运行的稳定性，难以满足稳定，重金属污染物排放达标的要求。
        2.1.2一体式工艺
        去除重金属的集成过程的反应原理：使用集成的模块化设备代替三重箱和定量给料系统，并在集成设备中添加高效絮凝剂。高效絮凝剂是一种复合剂，某些试剂与带正电荷的正性物质混合，吸附性能综合了物理反应的吸附和化学反应的协调性。同时，该药物包含大量极性基团，这些极性基团可将重金属阳离子捕获在废水中，形成不溶性螯合盐。实现固液分离。
        集成工艺的优点主要在于工艺流程短，资金投入少，运行稳定性相对较高。缺点是复合药物的应用范围有一定的局限性。药物的配方和剂量必须根据进水的质量进行设计。适应波动条件的能力是有限的。
        2.2脱硫废水零排放技术
        脱硫废水零排放是理想的封闭水系统。系统不会排到外面。系统中的水经过处理后可以连续回收或再利用。无法使用的废水转化为固体废物。该技术路线如图1所示，主要由预处理单元，膜法/热法浓缩单元和蒸发结晶单元组成。目前，中国只有少数几家发电厂真正实现了废水的“零排放”。

        图１脱硫废水零排放工艺路线图
        2.2.1预处理单元
        预处理的主要目的是软化废水，去除废水中过多的钙和镁硬度，防止后续处理系统中频繁的结垢，结垢和其他现象；同时清除废水中的悬浮固体，重金属和SO42-血浆。根据进水水质，后续浓度降低阶段的设备要求以及固体晶体的最终处理，选择该工艺阶段的设备，并设计不同的计量方法。完全软化是指脱硫废水中的Ca2 +和Mg2 +的去除，半软化是指脱硫废水中仅Mg2 +的去除。废水的软化技术主要包括化学软化，离子交换，膜分离等工艺。离子交换和膜分离适用于软化低质量浓度的硬度。鉴于脱硫废水中的高硬度离子含量，通常使用化学软化技术。2.2.2蒸发结晶单元
        蒸发结晶单元可以通过蒸发池，结晶器，烟道蒸发等技术对经过预处理和浓缩的脱硫废水进行蒸发，从而使废水中的水蒸发，废水中的杂质固化成结晶盐，然后出院处置。废水零排放的目的是脱硫废水零排放的核心环节。目前，烟气蒸发法被广泛使用，分为直接喷射烟气法和旁路烟气法。
        （1）直喷烟道法
        直接喷射烟道法是将脱硫废水直接喷入烟道，并通过在空气预热器和锅炉尾部集尘器之间的烟道中设置一个喷嘴来雾化预处理和浓缩废水。雾化的液滴在高温烟气的作用下迅速蒸发并与烟气一起排出，而废水中的杂质进入除尘系统并与粉煤灰一起排出，从而达到零排放的目的。通过烟道喷雾蒸发工艺处理的废水量少，容易引起烟道腐蚀，结垢和堵塞。喷嘴的布置对蒸发和固化效果有很大的影响。对炉后烟道的安装位置和低温电除尘技术的普及提出了很高的要求，减少了直接喷射烟道余热蒸发的有效烟道长度，狭窄的空间限制了水量蒸发了。
        （2）旁路烟道法
        旁路烟道气蒸发系统的原理与烟道气雾化过程相同，只需要在空气预热器之前从主烟道的新旁路烟道中抽出高温烟道气，而高温旁路烟道气蒸发器则是预处理并浓缩脱硫废水被输送到高效雾化器，雾化产生的微小液滴被高温烟气蒸发。雾化液滴中所含的盐分物质在蒸发过程中继续沉淀，并附着在烟气中的灰尘颗粒上，通过旁通烟道出口进入集尘器，并被集尘器捕获。蒸发后的水蒸气与烟气一起进入脱硫塔，在脱硫塔冷凝后间接补充脱硫工艺用水，实现了脱硫废水的零排放。根据所用雾化器的不同，旁路烟气蒸发法可分为基于双喷嘴的高温旁路烟气蒸发法和基于旋转雾化器的旋转喷雾干燥技术。
        3.结束语
        燃煤电厂脱硫废水处理装置的优化改进对废水处理效果具有重要影响。因为该设备包含多个操作系统，所以维护和管理需要详细而科学的计划和步骤，并且还需要对不同组件进行合理的检查和步骤。通过优化，解决了系统运行中存在的问题，从而提高了设备运行的安全性和可靠性，并提高了废水处理的效果，从而满足了环境保护的基本要求。
        参考文献：
        [1]王冬梅，夏春雷，崔伟强，韩琳，孙立娇，郭鹏飞.脱硫废水处理系统设计问题和运行难点对策分析[J].水处理技术，2015，（12）：126-128.
        [2]马双忱，于伟静，贾绍广，柴峰，张润盘.燃煤电厂脱硫废水处理技术研究与应用进展[J].化工进展，2016，（01）：255-262.