史天鑫
内蒙古远达首大环保有限责任公司新丰分公司 内蒙古 乌兰察布 012100
摘要：随着国家对火电行业清洁生产、超低排放和近零排放的要求，以及工业用水价格的不断攀升，燃煤电厂对各类废水进行处理并回收利用已经迫在眉睫。而脱硫废水作为燃煤电厂产生的一种成分复杂、最难处理的废水，其零排放处理技术也得到越来越多的关注。本文中对燃煤电厂中不同工业废水的处理方法和回用路径进行了概述，并分析了脱硫废水零排放技术的研究和应用现状。
关键词：燃煤电厂；脱硫废水零排放技术；现状；发展
引言
燃煤电厂脱硫废水的水质和水量受煤质、石灰石品质和脱硫系统特征等多因素的影响，一般而言其水质具有如下特征：1）弱酸性，pH在4.5～7.0之间；2）悬浮物（SS）含量高，一般为10～60g/L；3）盐含量高，总溶解性固体（TDS）高达20～50g/L；4）硬度高，Ca或Mg含量为1～15g/L；5）氯含量高，一般为5～20g/L；6）含多种重金属超出排放标准，如Hg、Cr、Cd和Pb等。脱硫废水若直接排放，会对环境造成严重污染，危害区域生态安全。2015年4月，国务院印发水污染防治行动计划，明确提出了“全面控制污染物排放，狠抓工业污染防治”的要求，燃煤电厂脱硫废水的零排放势在必行。
1脱硫废水技术路线选择的总原则
1)可靠和经济性原则。便于运行和维护，满足脱硫废水零排放系统长期稳定运行的要求。2)一厂一策原则。坚持因地制宜、因煤制宜、因炉制宜的原则，充分考虑各厂脱硫废水产生和排放实际情况。3)协同性原则。脱硫废水处理系统要与现有污染控制单元，如脱硫、脱硝、除尘等节能环保设备协同考虑。4)无害化原则。脱硫废水处理的产物要实现无害化和资源化，不能产生新的二次污染。
2燃煤电厂废水种类及处理回用方式
燃煤电厂用水分为工业用水和生活用水，燃煤电厂工业用水系统包括化学水处理系统、循环水系统、除灰渣系统、输煤系统、输油系统、脱硫系统等，产生的废水包括循环水排污水、灰渣废水、含煤废水、含油废水、脱硫废水等。针对每种废水的特点开发特有的废水处理工艺，并实现废水的梯级利用，可以达到电厂节水的目标。
2.1循环水排污水
电厂循环水是用于机组进行冷却的冷却水源，占电厂总用水量的60%以上。电厂循环水系统多为敞开式循环系统，由于不断地蒸发、漏损、浓缩形成富含Ca2+、Mg2+等离子的盐类，导致水的电导率増加，造成管道堵塞和腐蚀，降低了换热效率。目前多采用浓缩脱盐的方式对循环水排污水进行处理，采用“预处理(软化+混凝+澄清)+深度除盐(膜过滤/电渗析)”的回用处理工艺，将循环水排污水中的离子脱除;为了减少混凝过程中的药剂投加量，康少鑫等开发了“电絮凝+高效澄清+深度除盐”的工艺，降低后续膜分离系统污堵的风险。经过除盐后的循环水排污水可以用于循环水系统和化学水系统补水，产生的浓水可以用于脱硫和除灰渣系统用水。
2.2化学制水及精处理系统排水
化学制水及精处理系统排水主要包括锅炉补给水系统和凝结水精处理系统的混床酸碱再生废水、反渗透(ＲO)浓水和系统的冲洗排水。酸碱再生废水采用中和的方法将pH调节到6～9，并将处理后的水输送到回用清水箱。对于重金属离子和悬浮物(SS)含量不达标的废水采用絮凝沉淀的方法进行处理;ＲO浓水含盐量高，采用化学除盐、电吸附等方法进行脱盐处理;化学系统冲洗排水的含盐量低，采用“酸碱调节+絮凝沉淀+过滤澄清”的工艺进行处理后回用。化学制水及精处理系统排水可与其他废水混合后用于脱硫工艺水补水。
2.3除灰渣废水
除灰渣废水主要包括湿式除渣废水和水力除灰废水，具有高pH、高含盐量，高SS的特点，采用“絮凝沉淀+澄清+过滤”的工艺调节废水pH，去除SS。煤灰渣废水在循环使用过程中最大的问题是系统的结垢，为防止结垢一般采用加酸法、加烟气法(烟气中SO2等酸性气体)、投加晶种防垢法、电磁防垢法、投加水质稳定剂法等。煤灰渣废水采用闭式循环处理，处理后的煤灰渣废水返回原系统，无外排水。
2.4含煤废水
煤场和输煤系统产生的含煤废水具有SS、色度和浊度高，COD值较高的特点。采用“预沉淀+混凝澄清+过滤”的处理工艺，处理后出水SS浓度小于20mg/L;采用电絮凝或高效微孔陶瓷过滤的方式，出水SS的浓度则能够低于10mg/L，实现含煤废水循环利用。如果废水中含有油，则需要在沉淀之后采用气浮工艺处理。含煤废水经处理后回用至输煤系统，不外排。
2.5含油废水
对于输油系统和设备清洗产生的含油废水采用“物化隔油+气浮分离+过滤/吸附”的工艺，首先使用隔油的方法分离废水中粒径较大的油滴，然后再进一步去除其他种类的油。对于乳化油含量较高的废水，可在物化隔油后增加絮凝床，油污与絮凝床中填料反应分解后与絮凝剂形成沉淀排出。近年来研发出以粉煤灰为基体的吸附剂处理含油废水，实现了以废治废的目标。处理后的含油废水循环使用或用至煤场喷洒和输煤系统等。
3脱硫废水零排放技术
3.1脱硫废水预处理技术
预处理是脱硫废水处理的初端，其目的是去除废水中的大颗粒悬浮物、钙镁硬度离子、部分重金属离子等，使废水水质达到下一处理环节的进水要求，同时也可减少下一处理阶段的结垢风险。常见的脱硫废水的预处理技术是化学沉淀法，如电厂普遍采用的三联箱技术、双碱法、石灰－烟道气法等。三联箱处理技术是通过加入石灰乳将废水pH调至9左右，去除易形成氢氧化物沉淀的金属离子;再加入有机硫试剂使Cd2+、Hg2+等离子形成硫化物沉淀;最后在絮凝槽中加入助凝剂增强絮凝效果，经澄清池澄清，排水进入下一处理环节，澄清池中产生的污泥经板框压滤机压成滤饼外运，滤液再次返回三联箱。三联箱作为脱硫废水的预处理技术，虽去除了废水中大量的钙镁易结垢离子，但未能去除其中高浓度的Cl－，因此需与其他处理技术相结合;同时其耗药量较大，通过对各电厂的调研分析，普遍反映三联箱处理技术在电厂不同负荷、脱硫废水水质水量多变的情况下达不到预期的处理效果。双碱法是联合Ca(OH)2和Na2CO3或联合NaOH和Na2CO3处理脱硫废水，利用OH－将废水中的Mg2+等金属离子以氢氧化物沉淀形式析出，利用CO2－3将废水中的Ca2+以CaCO3形式沉淀。
3.2浓缩减量技术
浓缩减量主要是将经过预处理的脱硫废水进行浓缩，减少废水量，提高后续处理效率。浓缩减量主要包括膜浓缩和热浓缩技术。常用的膜浓缩工艺包括ＲO、正渗透、纳滤等技术。
(1)ＲO是以选择性透过膜的两侧压力差为动力，溶剂通过选择性透过膜从浓溶液一侧进入到浓度低的一侧，进行溶剂分离的技术。在膜的低压侧产出淡水，高压侧得到浓盐水。连坤宙等采用MF－ＲO工艺对电厂脱硫废水进行深度处理，系统脱盐率大于98%。胡大龙等采用UF－ＲO工艺处理脱硫废水，整套系统的水回收率可达45%，ＲO出水可用于锅炉补给水系统水源。
(2)正渗透(FO)是以选择性透过膜两侧的渗透压差为驱动力，水从低压侧进入到高压侧，实现水分传输的过程。吴火强研究了正渗透处理电厂脱硫废水的工艺路线和性能，并对膜污染情况进行了分析，证明了FO在废水零排放处理中的可行性。(3)纳滤(NF)是介于UF和ＲO之间的膜分离技术，以纳滤膜两侧压力差为驱动力，去除水中纳米级物质。由于纳滤膜是荷电膜，因此在低压下也具有较高的脱盐能力。康勇等研究了系统参数对NF工艺的影响，经NF处理后水质满足脱硫系统工艺水回用指标。刘海洋等采用两级NF工艺浓缩预处理产水，发现NF工艺可以有效地截留废水中的SO2－4，一级出水中NaCl质量分数达80%，二级出水中NaCl质量分数达95%以上，达到工业级品质要求。
3.3结晶固化技术
脱硫废水经过预处理及浓缩减量过程，大部分SS和重金属离子会被去除，但无法去除氯离子等可溶性盐分，需要通过结晶固化将废水中的盐类和污染物分离出来，实现脱硫废水的零排放。目前常用的结晶固化技术主要有蒸发结晶和烟道蒸发。蒸发结晶是通过加热蒸发溶液，从溶液本体中将溶剂蒸发形成饱和溶液，进一步蒸发，过量的溶质以晶体状析出，实现盐水分离。蒸发结晶主要包括MSF、MED、MVＲ技术，相关内容已在热法浓缩减量章节介绍，通过增加系统的效数或级数，可以实现废水中盐的结晶分离。
烟道蒸发是在烟道中利用烟气的余热将雾化后的废水完全蒸发，将废水中的污染物转化为固体结晶物或盐类，最终被除尘器捕集，从烟道中去除，实现脱硫废水的零排放。烟道蒸发分为主烟道蒸发和旁路烟道蒸发2种。主烟道蒸发是将雾化后的脱硫废水喷入空气预热器与除尘器之间的烟道中进行蒸发;旁路烟道蒸发是增加1个旁路烟道蒸发器，将空气预热器前的少量高温烟气引入至旁路烟道蒸发器中对雾化的脱硫废水进行蒸发，再将结晶盐排入除尘器前的烟道中。
蒸发结晶技术较为成熟，电厂应用较多，与膜浓缩技术连用可以实现二级工业盐的回收，但投资和运行成本高，占地面积大，对进水水质要求高。烟道蒸发技术具有系统简单，投资、运行成本低，占地小的优势，对进水水质要求低;相比于主烟道蒸发，旁路烟道蒸发具有烟温高、烟气使用量小、蒸发速度快，对锅炉主烟道影响较小的优点，但是由于使用的是品位较高的高温烟气，需考虑对锅炉效率的影响。
结束语
燃煤发电作为火力发电的主要形式，成为火电废水的主要排放来源。随着国家对火电行业清洁生产、超低排放和近零排放的要求，以及工业用水价格的不断攀升，燃煤电厂对各类废水进行处理并回收利用已经迫在眉睫。而脱硫废水作为燃煤电厂产生的一种成分复杂、最难处理的废水，其零排放处理技术也得到越来越多的关注。
参考文献
[1]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.
[2]张忠梅.燃煤电厂脱硫废水零排放技术探讨[J].节能与环保,2019(10):47-48.
[3]冯红利,赵梦月,丁舒喆.燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术与应用[J].煤炭加工与综合利用,2019(09):71-77+6.
[4]孟瑶.两种脱硫废水零排放技术研究进展及应用现状[J].化工管理,2019(23):101-102.