火電廠脫硫廢水含鹽量大、腐蝕性強、對環(huán)境危害大，是實現(xiàn)電廠廢水“零排放”的重點和難點。介紹了脫硫廢水的水質性質及特點，著重介紹了廢水零排放的預處理、濃縮、固化市面上主流技術。并就MVRM發(fā)器與多效蒸發(fā)結晶器、煙道蒸發(fā)與旋轉霧化蒸發(fā)從技術、經濟上進行對比分析。

　　隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境問題不斷凸顯，大氣、水及土壤等污染事件屢禁不止。受水資源短缺問題的影響，廢水零排放備受關注。在工業(yè)發(fā)展中，不同以犧牲環(huán)境來獲得經濟利益，國家環(huán)保部門倡導工業(yè)企業(yè)嚴格實施脫硫廢水技術，實現(xiàn)零排放目標。

　　1脫硫廢水處理的必要性

　　石灰石-石膏濕法脫硫系統(tǒng)的脫硫廢水，由于Cl-和含鹽量較高，無法在電廠內部綜合利用，且很難深度凈化處理，成為電廠最難處理的廢水。據(jù)了解，目前脫硫廢水主要應用于煤場噴灑、干灰加濕、濕渣沖洗等，但上述方法均無法保證完全消化脫硫廢水，且給現(xiàn)有工藝系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來隱患。考慮到氯離子對脫硫效率的影響，脫硫廢水氯離子濃度一般控制在20000mg/l以內，據(jù)電廠調研，目前大多數(shù)電廠控制在12000mg/l以內，遠大于以上排放標準。所以脫硫廢水必須在廠內進行處理或者消納。

　　脫硫廢水特性及特點

　　石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術，因其具有煤種適用范圍廣、脫硫效率高95%)、系統(tǒng)可用率高(&95%)、吸收劑利用率高(&90%)、石灰石來源豐富且廉價、工藝成熟、運行可靠等優(yōu)點，成為國內外煙氣脫硫的主導技術。這種脫硫工藝中的漿液在不斷循環(huán)的過程中，會逐漸富集重金屬元素和Cl-等雜質，這部分雜質來源于石灰石的溶解和煙氣。隨著漿液的循環(huán)，這些雜質不斷濃縮。為了維持脫硫裝置漿液循環(huán)系統(tǒng)物質的平衡和保證石膏質量，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢水來降低雜質濃度。

　　2.1 產生原因

　　脫硫廢水的成因是因為煤和脫硫劑(石灰石)以及工藝水中含有Cl-及其他成分的雜質。同時燃煤和石灰石中還含有其他的各種金屬離子及惰性物質。這些雜質都會在吸收塔的循環(huán)系統(tǒng)中逐漸富集起來。這樣的后果是既會降低脫硫效率，同時對脫硫副產品石膏的品質也有影響。所以脫硫廢水必須排放。廢水排放通常從廢水旋流器溢流液排放。

　　2.2煙氣脫硫廢水的水質特性

　　脫硫廢水中污染物的品種和含量與很多因素有關，如煤的產地、品種、除塵器效率、FGD運行方式、吸收劑細度和雜質含量、工藝水水質以及脫水設備、石膏品質要求等。從運行電廠所排放的廢水水質分析結果進行統(tǒng)計分析，可以看出：

　　主要結果如下：1)脫硫廢水pH值較低，一般為4≤6.5，為酸性，與漿液pH值相同或略高。

　　2)含有大量懸浮物質，主要為石膏顆粒、SiO2、鋁和氫氧化鐵，懸浮物質量分數(shù)通常為9000或12700mg·L~(-1)。懸浮物含量(SS)隨脫水設備、廢水排放點位置、各種雜質含量等而有較大波動。

　　3)化學需氧量(COD)通常為150-400 mg / L.脫硫廢水中的COD主要由二氫硫酸鹽，工藝水濃度中的耗氧化合物和少量亞硫酸鹽等還原物質組成。

　　4)含有大量的Cl-、F-、SO42-等陰離子。對于濕法煙氣脫硫技術，一般控制氯離子含量小于20000mg/L。

　　5)含有微量的重金屬離子。一般含汞、鉛、鎳、鋅等重金屬以及砷、氟等非金屬污染物。脫硫廢水的水質較差，既含有一類污染物，又含有二類污染物。可能含有的一類污染物有鎘、汞、鉻、鉛、鎳等重金屬離子;可能含有的二類污染物有銅、鋅、氟化物、硫化物。另外，廢水的COD、懸浮物等都比較高，許多水質指標都超過了排放標準，其中酸性物質和陰離子主要來源于煙氣，陽離子和重金屬離子主要來源于脫硫所用的石灰石。脫硫廢水如果不進行處理直接外排，勢必對周圍水環(huán)境造成嚴重污染，因此，電廠脫硫系統(tǒng)需同步建設脫硫廢水處理系統(tǒng)。

　　(3)廢水“零排放”應用技術

　　3.1 預處理

　　經三聯(lián)箱處理后的脫硫廢水中硬度離子含量很高，若不加處理會對后續(xù)設備及管道造成嚴重污堵，常會采用“pH調節(jié)+混凝+沉淀”的處理工藝降低水中鈣鎂離子的含量。首先在pH調節(jié)池中將進水調整至9.0-10.0，將鎂硬度轉換為鈣硬度。然后在混凝池中分別加人碳酸鈉藥劑，可以有效的將水中的硬度離子降低至1-2mmol/L。再投加PAM藥劑，通過絮凝、沉淀工藝將無機泥排出。處理后的水進人濃縮工藝段進一步處理。

　　3.2 濃縮

　　脫硫廢水的濃縮工藝主要包括SWRO膜法、DTRO膜法、電滲析膜法、多效蒸發(fā)法等。

　　1)SWRO工藝(海水膜濃縮)。

　　脫硫廢水含鹽量極高，為10000-30000mg/L，與海水含鹽量相當，采用海水反滲透技術進行脫鹽，SWRO—般回收率可以做到40%-45%，經過軟化處理后的脫硫廢水回收率可以適當提高，按照50%設計。

　　2)DTRO濃縮。

　　DTRO是一種特殊的反滲透形式，專門用于處理高濃度廢水。其核心技術是碟管式膜片膜柱，將反滲透膜片和水力導流盤疊放在一起，用中心拉桿和端板進行固定，然后置人耐壓套管中，就形成一個膜柱。

　　本發(fā)明主要具有以下特點:避免了物理堵塞現(xiàn)象、最小規(guī)模和污染現(xiàn)象,濃度倍數(shù)高,不僅可以實現(xiàn)預處理,而且可以減少和濃縮廢水,使進水后續(xù)蒸發(fā)器的水量減少一半以上,與傳統(tǒng)的預處理相比,Dtro的制造成本相對較高,與傳統(tǒng)的預處理相比，兩種組合方案的總成本仍然不同。

　　首先，Dtro技術主要用于滲濾液處理。多年前，中國的一些垃圾填埋場和焚燒爐被使用，如北京阿蘇維填埋場、重慶長生橋填埋場、上海玉橋垃圾焚燒廠等。近年來，DTRO已應用于脫硫廢水的深度處理。

　　3)電滲析法。

　　電滲析最初是一種傳統(tǒng)的海水淡化工藝，早期廣泛應用于工業(yè)水處理和海水淡化。近年來，隨著我國高鹽水處理問題的逐步出現(xiàn)，這一傳統(tǒng)工藝越來越受到人們的重視，并得到了進一步的改進和創(chuàng)新。

　　目前，新型的選擇性ED膜濃縮單元可選擇性的濃縮氯離子和鈉離子等一價鹽，將二價的硫酸根離子等截留在淡水側，濃縮液進人結晶干燥單元制備工業(yè)級氯化鈉鹽，淡水側產水由于去除了大部分的氯離子，可以作為脫硫系統(tǒng)的補水回到脫硫塔。選擇性電滲析膜濃縮是一種非常成熟的無機鹽濃縮技術，將其用于脫硫廢水酸性廢水零排放系統(tǒng)，與其他技術相比較具有以下特點 :

　　1)技術成熟，在酸性廢水回收領域擁有大量的成功業(yè)績;

　　2)系統(tǒng)運行連續(xù)穩(wěn)定，全自動控制，無人值守。

　　3)運行成本更低，只消耗電能和極少量化學藥劑。

　　3. 3 固化

　　脫硫廢水的固化工藝主要有蒸發(fā)結晶、煙道蒸發(fā)·旁路煙道蒸發(fā)、與其他技術相比較具有以下特點:

　　1)蒸發(fā)結晶。

　　脫硫廢水蒸發(fā)結晶系統(tǒng)主要有MVR,MED等。

　　MVR(mechanical vapor recomprcssion)是蒸汽機械再壓縮技術的簡稱。MVR是重新利用它自身產生的二次蒸汽的能量，從而減少對外界能源的需求的一項節(jié)能技術。蒸發(fā)器其工作過程是將低溫位的蒸汽經壓縮機壓縮，溫度、壓力提高，熱焓增加，然后進人換熱器冷凝，以充分利用蒸汽的潛熱。除開車啟動外，整個蒸發(fā)過程中無需生蒸汽。

　　多效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的MED工藝是多次蒸發(fā)器組合后的蒸發(fā)操作過程。在多效蒸發(fā)的情況下，后效的操作壓力和溶液的沸點低于先前的效果。二次蒸汽作為后效加熱介質，也就是說，后效加熱室成為預處理二次蒸汽的冷凝器，僅第一效應需要消耗產生的蒸汽。通常，多效蒸發(fā)的最后效果或最后幾個效果總是在真空中操作。由于每個效果的二次蒸汽(最后的效果除外)被用作下一個加熱蒸汽，所以產生的蒸汽的利用率得到改善，即經濟。

　　2)煙道蒸發(fā)技術。

　　如圖1所示，脫硫廢水煙道蒸發(fā)技術是利用氣液兩相流噴嘴將脫硫廢水霧化并噴人空預器與除塵器之間的煙道中，利用煙氣余熱將廢水完全蒸發(fā)，使廢水中的污染物轉化為結晶物或鹽類，隨飛灰一起被除塵器捕集。

　　除塵器前煙道蒸發(fā)技術實際投運的項目不多，資料有限。根據(jù)實際調研，綜合分析如下:

　　①煙道蒸發(fā)系統(tǒng)發(fā)生蒸發(fā)不徹底，煙道結垢、腐蝕、堵塞等問題的風險較高。煙道蒸發(fā)技術采用空預器出口煙氣作為熱源，煙溫(120 -130℃)偏低，霧化液滴的蒸發(fā)時間長，液滴完全蒸干所需的有效行程長。一旦未蒸干的液滴附著在煙道壁面上，很容易導致煙道粘污、結垢、腐蝕、堵塞等問題的發(fā)生。

　　②煙道蒸發(fā)系統(tǒng)的處理能力有限，不能適用于所有電廠。隨著對機組能耗指標要求的提升，國內電廠的空預器出口煙溫設計值逐漸降低，一般120℃，有的甚至更低。這就大大限制了煙道蒸發(fā)系統(tǒng)的應用范圍。

　　(3)煙氣蒸發(fā)系統(tǒng)受機組負荷和煤種變化的制約較大，運行不可靠。

　　④煙道蒸發(fā)系統(tǒng)采用氣液兩相流噴嘴，運行不可靠，容易發(fā)生堵塞。

　　⑤煙道蒸發(fā)系統(tǒng)對安裝位置及空間的要求較高。煙道蒸發(fā)系統(tǒng)一般需要在空預器前預留10-15。長的直管段，且需要對后部的煙氣流場進行嚴格控制，對于部分電廠來說，無法滿足上述要求。

　　6煙道蒸發(fā)系統(tǒng)的優(yōu)點是充分利用煙氣余熱，系統(tǒng)簡單，無固廢處理。

　　3)旁路煙道蒸發(fā)技術

　　由于除塵器前煙道直接蒸發(fā)技術結垢及堵塞問題，煙道直接蒸發(fā)技術進行了升級，從空預器進口引接一旁路煙道至空預器出口煙道，在旁路煙道內利用高溫煙氣進行廢水蒸發(fā)。主要流程如圖2所示。

　　二級軟化處理后的廢水經雙膜法減壓濃縮，回收80%的新鮮水，在循環(huán)水中補充，其余20%的濃縮水通過旁路煙道蒸發(fā)。旁路煙道采用高效節(jié)能廢水蒸發(fā)模具，利用兩個流體霧化噴嘴在高效節(jié)能廢水蒸發(fā)模具中直接霧化濃縮水。空氣預熱器前端和煙氣出口采用高效節(jié)能廢水蒸發(fā)模具引入少量煙氣，煙氣高溫使脫硫廢水霧化后迅速蒸發(fā)。廢水蒸發(fā)產生的蒸汽和結晶鹽與煙氣以及空氣預熱器和低溫省煤器之間。利用粉煤灰在除塵器中捕獲和去除晶體鹽，并將水蒸汽冷凝成人體脫硫系統(tǒng)，間接補充脫硫系統(tǒng)中使用的水。基于旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術是可行的。在該技術中，預處理是基礎，膜還原為保證，旁路煙道蒸發(fā)為核心。在本技術的應用中，應根據(jù)膜的濃度倍數(shù)根據(jù)允許的蒸發(fā)量設計合理的預處理工藝參數(shù)。該高溫煙氣用于實現(xiàn)無外加熱源的脫硫廢水高效蒸發(fā)，運行能耗低，旁路煙道充分利用煙道之間的間隙，占地面積小，工程投資少。通過旁路煙道蒸發(fā)的脫硫廢水零排放技術具有自動化程度高、操作方便的優(yōu)點，提高了系統(tǒng)的運行和維護水平，可以在不影響電廠日常運行的情況下，與電廠主體隔離出口隔離門的設計。

　　4)旋轉霧化蒸發(fā)處理技術。

　　技術原理：建設獨立的蒸發(fā)塔。中間空氣預熱器前的熱煙氣進入干燥塔蒸發(fā)霧化脫硫廢水。蒸發(fā)后，產品返回除塵器煙道。在旁路煙氣蒸發(fā)技術的基礎上，無需預處理和濃縮，直接將廢水和高溫煙氣混合蒸發(fā)固化。

　　本工藝適用于各類電廠、各類脫硫廢水的處理。該技術的建設和運行成本低，系統(tǒng)的可靠性高，對后續(xù)系統(tǒng)的影響小。

　　脫硫廢水經過預處理后由送料泵輸送到噴霧干燥塔頂部的旋流霧化器霧化為霧滴;干燥過程所需的氣體從空預器前抽取，經過氣體分布器后進人干燥塔頂部，氣量可根據(jù)需要調整;經霧化器霧化的液滴和來自氣體分布器的熱煙氣在噴霧干燥塔內相互接觸、混合，進行傳熱與傳質，即進行干燥;干燥的產品與煙氣一起進人除塵器，隨粉塵一起被捕集(圖3)。

　　該技術的特點是旋轉霧化蒸發(fā)處理技術可以保證脫硫廢水的完全汽化。由于煙霧溫度高(300400度)。(C.)冷凝塔蒸發(fā)強度大，霧化效果好，流場分布理想，傳熱傳質嚴重，脫硫廢水位于進、出液塔內，冷凝塔下半段后所有液態(tài)水均為水蒸氣，基本避免了煙道壁面或除塵器等污垢、結垢、腐蝕、堵塞等現(xiàn)象。

　　脫硫廢水的蒸發(fā)對煙氣酸露點的影響輕微。由于脫硫廢水的噴人，導致煙氣中的含水量以及氣態(tài)HCL的含量增加，客觀上造成了煙氣酸露點下降。但經過計算，煙氣酸露點下降幅度約為2一3度。由于幅度較小，只要在運行中控制煙氣溫度高于酸露點，則基本可以消除煙氣結露現(xiàn)象，避免煙道、除塵器，以及后部引風機的腐蝕。

　　加裝蒸發(fā)塔后對于空預器的影響，相當于機組降負荷運行。由于蒸發(fā)塔從空預器前抽取了部分煙氣，客觀上造成了空預器人口煙氣量的減少。對于空預器來說，這就相當于機組負荷被人為降低了，相應會造成鍋爐排煙溫度和熱風溫度有不同程度的下降。

　　相應地降低了脫硫塔的耗水量。對于石灰石-石膏濕法脫硫，由于脫硫塔出口煙氣基本飽和，且水含量為固定值，隨著人口煙氣含水量的增加，塔的耗水量減少。

　　表1和表2顯示了MVR蒸發(fā)結晶和多效蒸發(fā)結晶MED的比較。

　　煙道蒸發(fā)與旋轉噴霧蒸發(fā)對比如表3所示。

　　煙道蒸發(fā)技術和旋轉式霧化蒸發(fā)技術與系統(tǒng)和原理相對較近，兩者投資成本無差異，煙道蒸發(fā)的運行成本略高于此，但旋轉式霧化蒸發(fā)技術具有處理能力保證、運行可靠、控制靈活、易于改造等優(yōu)點。

　　5 結語

　　綜上所述，需根據(jù)原水水質和后續(xù)處理工藝進水要求，確定預處理工藝與運行參數(shù)，是脫硫廢水零排放處理的基礎。濃縮減量可有效降低蒸發(fā)固化段處理負荷，保證后續(xù)系統(tǒng)的高效蒸發(fā)，是實現(xiàn)脫硫廢水零排放的關鍵;相較于熱法濃縮，膜法濃縮設備簡單，占地面積小，能耗較低;尤其，電滲析濃縮頗具潛在應用前景。高溫煙氣蒸發(fā)將脫硫廢水中的雜質以鹽形式固化下來，最終實現(xiàn)脫硫廢水零排放，是零排放處理的核心;旋轉霧化蒸發(fā)技術無需額外熱源、效率高、占地少、簡單易于自動化控制，并且可無須預處理，對電廠其他設備影響小，極具推廣前景。

　　目前，我國脫硫廢水零排放技術還處于廣泛研究和初步應用的階段。 現(xiàn)有零排放技術投資成本普遍較高，運營成本較大.. 如何結合現(xiàn)有工藝，優(yōu)化實現(xiàn)低成本脫硫廢水零排放，將是今后脫硫廢水零排放的重點..