张永玉 苑斌 韩长亮
河北国华定州发电有限责任公司 河北省定州市 073000
摘要：随着水资源的日益匮乏及严格的环保要求，燃煤电厂不断加大废水处理能力建设，提高废水回用率，电厂废水零排放将是不可回避的发展趋势。所以有必要对燃煤电厂脱硫废水零排放处理技术进行探讨。
关键词：燃煤电厂；脱硫；废水；零排放；技术
1燃煤电厂脱硫废水的产生及特征
1.1脱硫废水的产生
石灰石一石膏湿法脱硫技术是燃煤电厂应用最广的脱硫手段，因此通常所说的脱硫废水一般是指“双石法”的尾部废液，其主要成分有过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐悬浮物及重金属离子。
1.2脱硫废水的特征
根据脱硫废水的来源及其水质特征（如表1），得到的脱硫废水具有如下几个特点：pH低：废水呈弱酸性，pH在2.90~6.99之间；含盐量高：废水中含有大量的钙、镁、钠等离子；悬浮物含量高：受煤种变化和脱硫运行工况影响，悬浮物可到数万mg/L；重金属种类多：脱硫废水中有汞、镉以及铅等金属元素，对环境有很强的污染性；水质不稳定：受锅炉负荷、煤质等多因素影响。
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2脱硫废水零排放技术的研究
2.1预处理单元
预处理单元的作用是对废水进行简单的初步处理，使废水水质满足后续处理对水质的要求，以保障后续单元正常运行。预处理单元最基本的作用是去除水中大块不溶性固体以及小粒径悬浮物。为了满足某些后续处理单元对水质pH值以及离子组成的要求，预处理单元通常还具有调节pH值、软化水质，有时为了减轻后续单元处理压力，还会在预处理单元去除一部分还原性溶解性组分。常见的预处理方法包括化学沉淀法和电絮凝法。
2.2化学沉淀
化学沉淀法主要包括加药中和、混凝沉淀、澄清过滤等工序。由于在实际应用中，中和、反应和絮凝过程需要提供较大的容器，因此通常将中和箱、反应箱和絮凝箱称为“三联箱”，化学沉淀法也常称“三联箱”化学沉淀法。根据加药步骤中所加药品的类型，预处理技术又可分为不软化、半软化和全软化三种。常用的软化方式包括石灰-碳酸钠、石灰-硫酸钠-碳酸钠等方式。其中，石灰-硫酸钠方式可降低软化成本，节约50%的费用。综合软化成本和处理效果考虑，软化工艺通常优选“石灰+硫酸钠”法，在废水水质钙低、需要回收硫酸镁条件下，通常采用单一硫酸钠软化法。对于过滤步骤，为了提高过滤效率、减少占地面积，出现了新型紧凑式过滤装置，其中以管式微滤方法最具代表性。
2.3混凝沉淀
化学沉淀后的废水含有大量胶体和悬浮物，通过投加混凝剂，混凝沉淀使其形成絮凝体，经沉淀过程发生固液分离而从水中去除。混凝沉淀尽管可有效去除水中大部分悬浮物，但是出水仍含有部分细微悬浮物，而且处理效果不稳定，易受水质波动的影响。常用的混凝剂有聚合氯化铝和聚硅酸铁，后者在脱硫废水处理中的效果优于前者。
2.4过滤
为进一步降低废水的浊度，确保后续系统进水水质，混凝沉淀常常需与过滤单元联用。常用的过滤技术包括多介质过滤、微滤等。其中，内压错流式管式微滤，膜管内料液流速高，前处理无需投加高分子絮凝剂，甚至无需沉淀池，自动化程度高，运行稳定，适用于高固体含量废水的处理，所以在脱硫废水预处理中具有一定的技术优势。此外，纳滤可实现不同价盐的分离，实现脱硫废水的资源回收。由于脱硫废水水质复杂多变，实际工程需根据水质特性及后处理系统的要求来选择适宜的预处理方法。另外，为分别回收不同价态的盐，则需增设纳滤将单价与多价离子分离。
2.5浓缩减量单元
浓缩减量主要通过热浓缩或膜浓缩技术，使预处理后的脱硫废水得到浓缩，废水量得到降低，为后期处理节约成本并提高处理的效率。其过程不仅可回收水资源，更重要的是减少了后续蒸发固化的处理量，从而降低蒸发固化的处理成本，是实现脱硫废水零排放的保障。常用的方法主要包括膜法浓缩和热法浓缩。热法浓缩常用技术在蒸发结晶中已详细阐述。膜法减量主要包括反渗透、正渗透、电渗析等技术。
2.6尾水固化单元
2.6.1蒸发结晶法
采用蒸发结晶法时，通常将蒸发固化和浓缩减量单元合为一个整体布置在处理系统中，常见技术有MED、MVR等，原理同浓缩减量单元。蒸发结晶法技术成熟，可实现废水中无机盐的资源化利用，但投资及运行成本较高，投资成本250～400万元/m3烟气，运行成本通常高于120元/m3，另外蒸发结晶法占地面积通常较大。
2.6.2烟道蒸发
烟道蒸发按其蒸发位置的不同，可分为直喷烟道余热蒸发和高温旁路烟气蒸发。直喷烟道余热蒸发原理为：在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置喷嘴，将预处理浓缩后的废水雾化；雾化液滴在高温烟气作用下快速蒸发，随烟气排出，而废水中的杂质则进入除尘系统随粉煤灰一起外排，从而达到零排放的目的。河南焦作某电厂初期采用该法，运行情况表明，该工艺投资和运行成本较低。然而低低温电除尘技术的普及，使得直喷烟道余热蒸发可利用的有效烟道长度减小，狭窄的空间限制了蒸发的水量。高温旁路烟气蒸发原理为：在高温旁路烟气蒸发器内，预处理浓缩后的脱硫废水被输送至高效雾化喷头，经雾化生成的微小液滴被从主烟道引入的高温烟气所蒸发；雾化液滴中所含有的盐类物质在蒸发过程中持续析出，并附着在烟气中的粉尘颗粒上经旁路烟道出口进入除尘器，被除尘器捕集；蒸发后的水蒸气随烟气进入脱硫塔，在脱硫塔被冷凝后间接补充脱硫工艺用水，从而实现脱硫废水零排放。该方法已经成功用于焦作万方电厂。脱硫废水高温旁路烟气蒸发系统结构简单，烟气流量流速可以控制，保障了液滴的完全高效蒸发；相关设备还可单独隔离与拆卸，建设简单，而且有利于系统后续的运行维护，对主烟道的影响较小。
3结语
对于碳排放行业，工业和生活水处理系统虽然是影响较小的一个行业，但工业和生活水处理与人类生活密切相关，碳排放工程也越来越受到重视。我国脱硫废水零排放技术的研究尚处于探索阶段，如何根据燃煤电厂原水水质选择最佳处理工艺路线，实现低成本的脱硫废水零排放，实现废水资源化利用，是今后脱硫废水零排放研究的重点和难点。
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作者介绍：
张永玉（1972.06.19），性别：男；籍贯：吉林松原；民族：汉族；学历：本科；职称：程师及高级技师；职务：脱硫班长；研究方向：脱硫检修；河北国华定州发电有限责任公司。