脱硫废水零排放技术

脱硫废水零排放技术

 

一、脱硫废水水质特点

燃煤电厂脱硫废水成分与煤种、烟尘浓度、石灰石品质、脱硫工艺用水等多种因素有关,具备的特点有:

 

①pH值较低,一般在 4.5~6.5;

②悬浮物高,一般为20~60g/L;

③含盐量高,一般在 20~50g/L;

④氯离子含量高,腐蚀性较强;

⑤硬度高,有较高结垢风险。

为达到脱硫废水零排放目的,需组合多种技术进行分段处理。

二、脱硫废水常规处理技术

依据排污许可等相关要求,脱硫废水应在车间或车间处理设施排放口达标,通常采用三联箱或一体化工艺处理。

三联箱工艺通过加石灰乳、有机硫(TMT)等沉淀去除废水中大部分重金属,再添加絮凝剂使沉淀物浓缩为污泥,从而降低废水中悬浮物、氟离子、重金属等浓度。三联箱工艺应用广泛、运行费用低,但自动控制水平低、出水回用难。

一体化处理工艺涵盖了沉淀池、一体化处理装置、澄清池等所有功能,整个处理过程只加1种药剂可高效去除废水中的悬浮物、部分COD等并调整pH值。一体化工艺流程短、自动化程度高,运行费用较三联箱工艺高,但同样存在出水回用难点。

三、脱硫废水常规利用途径

脱硫废水中氯离子质量浓度较高,处理达标后利用的场景相对单一,利用过程中要密切关注对设备造成的结垢腐蚀等,并采取必要措施防止二次污染。

(1)作为干灰调湿水源,可改善灰的流动性,但会影响干灰品质。

(2)作为锅炉捞渣机底渣系统补充水,长期使用会导致氯离子富集,腐蚀捞渣机及相关系统设备。

(3)引人输煤系统清水池用于煤场喷淋,长期使用管道及含煤废水设备有腐蚀风险,且氯离子等进人煤中通过锅炉燃烧重新回到脱硫系统。

(4)用于灰场的抑尘喷酒,需要灰场进行防渗处理。

四、脱硫废水零排放技术

脱硫废水零排放主流技术路线采用“预处理+浓缩减量+末端固化”即先采用三联箱等传统工艺进行预处理,再采用膜法或热法等缩减废水量,最后通过蒸发固化、结晶分盐等末端固化技术实现零排放。

1. 预处理

（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,其工艺如图1所示。

图1 三联箱处理工艺

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CO32-将废水中的 Ca2+以CaCO3形式沉淀。

五、浓缩减量技术

脱硫废水的浓缩减量是为了降低废水量、回收水资源、减少后续蒸发的处理量,从而降低蒸发固化的成本。目前浓缩减量技术主要分为膜法浓缩和热法浓缩。膜法浓缩包括正渗透(FO)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、纳滤(NF)、膜蒸馏(MD)等啊;热法浓缩主要是依靠蒸汽实现废水的蒸发,包括机械蒸汽再压缩(MVR)、多效蒸发(MED)、蒸汽动力压缩式(TVR)、多级闪蒸、降膜蒸发等中,也可依靠电厂烟气余热进行废水的蒸发浓缩减量，该技术无需引入大量蒸汽能源,节约成本,同时又能达到预期目标,实现了电厂的废热再利用。

1. 膜法浓缩

（1） 反渗透(RO)

RO技术最初常用于海水淡化，全球近80%的海水淡化处理技术均采用反渗透。RO以压力差为推动力,在高浓度水溶液一侧施加压力,使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水通过渗透膜进入低浓度水溶液中。起初对反渗透的研究主要是反渗透膜的改进,如具有较好的半透性醋酸纤维制成的反渗透膜;随着纳米技术的发展,将纳米材料应用于膜，为反渗透膜开辟了新的道路。目前反渗透膜市场主要以薄膜复合材料(主要是TFC)为主,具有能耗低、处理能力高等优势,已广泛用于脱硫废水处理,其操作压力在 2~100MPa,可分离分子量小于500的小分子物质,水的渗透通量为0.1~2.5m3/(m2·d)。但RO系统易发生膜污染与结垢堵塞,需定时清理膜组件,且需达到反渗透的进水要求。经一级RO浓缩的浓水，其盐浓度未能达到可直接进行蒸发结品晶的盐浓度,所以,采用RO无法将盐水浓缩至可结晶固化水平。

 

反渗透原理

（2） 正渗透(FO)

正渗透(FO)技术最早应用于海水淡化、污水处理、垃圾渗滤液处理。FO以选择性渗透膜两侧的渗透压为驱动力，溶液中的水从高水化学势向低水化学势传递,溶质离子被阻挡。正渗透无需外界压力驱动,能耗低,但需要汲取液来提供推动力国。对于正渗透膜材料,可应用于反渗透的膜材料一般均可应用于FO技术。正渗透处理效果的影响因素有FO膜、汲取液、运行条件等。

（3）电渗析(ED)

电渗析技术以直流电场为驱动力,利用离子交换膜的选择透过性实现溶液的淡化国。电渗析技术具有优异的处理效果、较低的运行能耗等优点。

 

（4）膜浓缩主要存在以下4个问题:

① 成本。投资成本和运行费用高,包括能耗成本、清洗成本、膜元件更换成本、设备维修、维护成本等。

② 易结垢和堵塞。系统可靠性差。

③ 前处理要求高。膜组件对进水要求较高,需去除废水中悬浮物等杂质，增加了废水前处理成本。

④占地面积大。需提供专一的场地以搭建膜组件等设备。

2.热法浓缩

（1） 蒸汽浓缩

利用蒸汽进行废水蒸发,常见技术包括机械蒸汽再压缩技术(MVR)、多效强制循环蒸发(MED)。MED是将多级蒸发器串联,前一级蒸发器产生的蒸汽作为下级蒸发器的热源,效数越多,越节约生蒸汽,但考虑到投资成本高的问题,需衡量采用的级数。

MVR技术利用蒸发系统自身产生的二次蒸汽及其能量,将低品位的蒸汽经压缩机机械做功提升为高品位热源，重新进入蒸发器替代新鲜蒸汽。MVR系统较成熟，占地面积较小,运行平稳,自动化程度高。但在盐水浓缩过程中，MVR系统运行仍存在盐浆排放过程中堵塞、风机叶轮易损坏等问题。

（2） 烟气余热浓缩

烟气余热对废水浓缩减量一般抽取95-120℃低温烟气,在外部搭建浓缩塔,浓缩塔内布设喷淋装置,脱硫废水经水泵泵送至浓缩塔中,在塔内实现循环浓缩,浓缩后的浓盐水进入下一处理环节。

脱硫废水零排放工艺路线

 

六、蒸发结晶技术

将浓缩后少量较高浓度的脱硫废水进行蒸发结晶,较为成熟的 MVR 蒸发结晶技术和多效蒸发结品技术已得到普遍应用。目前利用电厂烟气余热进行蒸发结晶的技术,如旁路烟道蒸发、烟道喷雾蒸发等日渐成熟。

旁路烟道蒸发结晶蒸发塔蒸发结晶烟道蒸发技术

七、废水零排放产物去向

脱硫废水零排放产物去向是零排放技术选择的关键。废水零排放过程中每个处理环节都会产生废渣废物,如在三联箱处理环节产生的污泥最终进入污泥处理系统。目前废水蒸发产生的结晶盐及高浓度含盐水主要有4种处理途径:

①转移入灰渣、液态排渣或粉煤灰中;

②产生的结晶盐可分为杂盐和纯盐,杂盐的利用价值较低,纯盐可被部分行业利用,如在废水除硬过程中产生的Mg(OH)2可回收利用;

③产生的高盐水可电解制氯,产生的次氯酸盐可用于循环水消毒;

④高浓度盐水进行水泥固化制备建筑材料(如制砖、低品级建材),或直接抛弃